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        貴州暗流云峰鋁土礦化學(xué)組份及其對(duì)溶出試驗(yàn)的影響

        2022-06-17 03:39:28栗歡歡杜光明
        云南化工 2022年5期
        關(guān)鍵詞:拜爾水鋁石組份

        栗歡歡,杜光明

        (貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局五總隊(duì),貴州 安順 561000)

        1 概況

        暗流云峰鋁土礦位于我國(guó)重要成礦區(qū)——黔中鋁土礦成礦區(qū)北部,屬于“黔中隆起”南緣古巖溶盆地的黔中鋁土礦成礦區(qū)北部。礦床類型屬沉積型鋁土礦床,含礦地層為下石炭統(tǒng)九架爐組,礦石自然類型為一水硬鋁石鋁土礦。為了對(duì)該區(qū)鋁土礦的化學(xué)組份和可溶性做出科學(xué)評(píng)價(jià),筆者采集樣品,利用化學(xué)分析法、X-熒光光譜分析法,對(duì)鋁土礦中的化學(xué)組份進(jìn)行了分析;中南大學(xué)用高壓拜爾法進(jìn)行了初步可溶性試驗(yàn),初步對(duì)礦區(qū)內(nèi)礦石的化學(xué)組份及其對(duì)可溶性試驗(yàn)的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià),可以對(duì)區(qū)內(nèi)其他鋁土礦的可溶性提供參考依據(jù)。

        2 化學(xué)組份

        礦石化學(xué)組份分析委托長(zhǎng)沙礦冶研究院完成,化驗(yàn)方法為化學(xué)分析法、X-熒光光譜分析法,分析結(jié)果見表1。

        表1 貴州清鎮(zhèn)云峰鋁鐵礦礦石化學(xué)組份

        表1(續(xù))

        礦區(qū)內(nèi)鋁土礦主要成分為A12O3、Fe2O3、SiO2、TiO2和H2O+,五者之和為91.47%~97.52%,均值94.47%,表明區(qū)內(nèi)鋁土礦成熟度高。其他次要組份均在10%以下,鋁硅比[w(Al)/w(Si),下同]為5.00~45.12,平均為22.03,變化范圍較大。除ksd-1、ksd-3和ksd-5的鋁硅比低于高壓拜爾法溶礦的鋁硅比最低值要求(w(Al)/w(Si)≥7),需進(jìn)行配礦溶出外,其它樣均符合要求。經(jīng)電子探針成分分析,礦石的主要元素為Al、Si、Fe、Ti。

        1)A12O3

        主要有用組份。本區(qū)鋁土礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63.12%~73.66%,平均68.54%。根據(jù)分析,A12O3主要以硬水鋁石形式存在,次為軟水鋁石,軟水鋁石與硬水鋁石為同質(zhì)二像,礦石中含量較少。對(duì)礦石品質(zhì)無影響,用拜爾法生產(chǎn)時(shí),軟水鋁石也可溶出其中的Al2O3,但由于其量少,可忽略不計(jì)。鋁硅酸鹽(如云母、綠泥石、高嶺石)及鋁針鐵礦、鋁赤鐵礦中含量極少。

        2)SiO2

        主要有害組份。本區(qū)SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.56%~12.62%,平均6.24%。主要以高嶺石、云母、綠泥石等形式存在,石英含量極少,甚至為零。溶出試驗(yàn)中,SiO2會(huì)生成難以溶解的方鈉石,造成鋁和氫氧化鈉溶液的損失,使生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)疤、耗能增大等。

        3)Fe2O3

        次要有害組份。本區(qū)Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.11%~6.77%,平均2.73%。共7件樣品的Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.5%。Fe2O3以赤鐵礦形式存在,少量存在于黃鐵礦、針鐵礦中。Fe2O3的主要影響是會(huì)造成赤泥量增加,以及A12O3和Na2O的損失,不利于赤泥的過濾和洗滌。

        4)TiO2

        有害組份,本區(qū)含量較高且穩(wěn)定。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.32%~5.30%,平均3.89%。主要以銳鈦礦形式存在,另外還有少量金紅石等。銳鈦礦及金紅石等礦物使A12O礦物的可溶性能大幅降低。氧化鈦與苛性鈉溶液作用會(huì)生成鈦酸鈉,在一水硬鋁石表面生成較為致密的保護(hù)膜,阻止堿液滲透到礦石內(nèi)部從而Al2O3不能被溶出,從而降低生產(chǎn)效率。

        5)灼失量及H2O+

        灼失量主要為H2O+、H2O、有機(jī)質(zhì)等,大部分為含鋁礦物、含鐵礦物、石膏、高嶺石等礦物的結(jié)構(gòu)水組成。

        6)本區(qū)S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.044%~0.409%,均值為0.165%,對(duì)溶出試驗(yàn)基本無影響。

        7)本區(qū)P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.101%~1.15%,均值為0.54%,對(duì)溶出試驗(yàn)基本無影響。

        3 溶出試驗(yàn)

        溶出試驗(yàn)樣品共13件(其中2件組合樣品),樣品中鋁硅比值最高為45.12(編號(hào)92528),最低為2.98(編號(hào)92503),組合樣品1和2 的鋁硅比分別為8.35和9.53。溶出試驗(yàn)由采用拜爾法在鹽浴間接加熱高壓釜內(nèi)進(jìn)行,磨礦細(xì)度0.077~0.087 mm,接近生產(chǎn)的細(xì)度。設(shè)計(jì)的試驗(yàn)條件為:溫度 260 ℃,時(shí)間 90 min,經(jīng)配制的循環(huán)母液 231 g/L,Al2O3129 g/L,ak=2.95;石灰為樣品質(zhì)量的7%,石灰為CaO以 900 ℃ 煅燒 0.5 h 制成,冷卻后細(xì)磨至 0.077 mm,溶出試驗(yàn)結(jié)果見表2。

        實(shí)際溶出率:計(jì)算方法采用Fe內(nèi)標(biāo)法和A/S法,其次采用渣重法。

        ①Fe內(nèi)標(biāo)法按w(A12O3)/w(Fe2O3)比值計(jì)算,計(jì)算公式為:

        (2)

        ②A/S法計(jì)算公式為:

        (3)

        ③渣重法按礦石、渣質(zhì)量計(jì)算,計(jì)算公式為:

        (4)

        相對(duì)溶出率:指實(shí)際溶出率相對(duì)于理論溶出率的比值,為衡量礦石溶出性能的主要指標(biāo)。

        表2 貴州清鎮(zhèn)暗流云峰鋁土礦高壓拜爾法試驗(yàn)結(jié)果

        4 結(jié)果與分析

        1)試驗(yàn)條件一致的情況下,各樣品溶出率存在差異。樣品92503、ksd-5、ksd-3、ksd-6、ksd-1等的A/S法相對(duì)溶出率<85%,其他的相對(duì)溶出率均在90%以上。

        2)根據(jù)化學(xué)組份分析結(jié)果,A/S法溶出率與Al2O3、A/S呈正相關(guān)性,而與SiO2、K2O呈負(fù)相關(guān)性(圖1)。

        圖1 溶出率與w(Al)/w(Si)和Al2O3、A/S、K2O、SiO2含量的關(guān)系

        3)SiO2、K2O等化學(xué)組份以云母的形式存在。本區(qū)可溶性研究下步可重點(diǎn)定量分析云母中可用組份的溶解性。

        4)本區(qū)中TiO2的含量穩(wěn)定,石灰用量可結(jié)合礦石中TiO2的平均含量進(jìn)行分析。本次試驗(yàn)表明,石灰用量為7%時(shí),區(qū)內(nèi)鋁土礦溶出效果較為理想,但在今后大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際考慮石灰用量。

        5)在氧化鋁生產(chǎn)過程中,重點(diǎn)注意保持石灰的活性及在每一個(gè)特定條件下石灰的添加量。活性好的石灰能直接參與分解一水硬鋁石的OH-鍵,促進(jìn)硬水鋁石的溶解;活性不好的石灰以Ca(OH)2形式存在。本次試驗(yàn)中,從赤泥中發(fā)現(xiàn)TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)殁佀徕}、羥基鈦酸鈣或鈦水化石榴石,并且隨著石灰添加量的增加,羥基鈦酸鈣分解從而生成含鈦水化石榴石,導(dǎo)致?lián)p失增大,使鋁土礦石的溶解效率大幅減小。所以石灰添加量不能過量。

        試驗(yàn)表明,本區(qū)鋁土礦礦石質(zhì)量較好,拜爾法溶出效果良好,具有很大的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值。后續(xù)工作可進(jìn)一步開展單因素(溫度、時(shí)間、樣品粒度、云母含量、石灰加入量等)對(duì)溶出率影響的探索。

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