高鐵三水鋁石型鋁土礦中氧化鋁提取新工藝的基礎(chǔ)研究.pdf

1、分布于我國廣西中部的貴港、賓陽和橫縣等地的高鐵三水鋁石型鋁土礦，是我國現(xiàn)知的規(guī)模最大的三水鋁石型鋁土礦礦床。從礦石的成分和性質(zhì)來看，屬于高鐵、高硅、低鋁、低鋁硅比(A/S)的三水鋁石型鋁土礦，若作為單一的鋁土礦或鐵礦開發(fā)，氧化鋁和氧化鐵品位均未達到各自的工業(yè)指標(biāo)要求，經(jīng)濟上不合算，必須對其進行綜合利用。針對這一資源的綜合利用已開展了大量的試驗研究工作，曾提出了“先選礦后冶煉”、“先鋁后鐵”和“先鐵后鋁”等三類綜合利用方案，但由于技術(shù)經(jīng)濟

2、等方面的原因，均未獲得工業(yè)實施，致使該資源尚未開發(fā)利用，成為呆滯礦產(chǎn)資源。
　　 近年來，中南大學(xué)對廣西高鐵三水鋁石型鋁土礦的綜合利用進行了大量的研究，提出了“鈉化還原-磁選”工藝流程，有效實現(xiàn)了礦石中的鋁、鐵的分離。該工藝可得到TFe品位大于90％的金屬鐵粉，和Al2O3含量達40％左右的富鋁渣。金屬鐵粉可用于電爐煉鋼，富鋁渣中主要礦物為鋁硅酸鈉，可從中回收氧化鋁?！扳c化還原-磁選”工藝具有顯著優(yōu)點:鐵的回收率高，鋁鐵分離徹底

3、;采用煙煤作還原劑，還原溫度低，能耗低;流程短，工藝簡單。但從磁選所得的富鋁渣中回收氧化鋁的研究尚未開展。因此，在該工藝的研究基礎(chǔ)上，開展從富鋁渣中回收氧化鋁的研究，完善該礦石的綜合利用工藝，對早日實現(xiàn)廣西高鐵三水鋁石型鋁土礦的高效利用具有極大的意義。
　　 本文基于“鈉化還原-磁選”的方法，以廣西貴港高鐵三水鋁石型鋁土礦為研究對象，進行了氧化鋁提取的基礎(chǔ)研究，獲得了以下一些主要結(jié)論:
　　 (1)系統(tǒng)研究了廣西高鐵三水

4、鋁石型鋁土礦的工藝礦物學(xué)特性，揭示了鐵、鋁、硅分選困難的礦物學(xué)原因。廣西高鐵三水鋁石型鋁土礦的全鐵含量達到31.22％，遠高于一般的鋁土礦。Al2O3和SiO2的含量分別為26.35％和8.32％，屬高鐵、高硅、低鋁、低鋁硅比的鋁土礦。礦石中所含主要礦物為針鐵礦、三水鋁石、赤鐵礦和高嶺石。礦石中的鋁主要存在于三水鋁石、針鐵礦、赤鐵礦和硅酸鹽中，針鐵礦及赤鐵礦中的鋁是以類質(zhì)同象的形式存在的;礦石中的鐵幾乎全部以針鐵礦、赤鐵礦形式存在;硅則

5、主要以硅酸鹽的形式存在。在結(jié)構(gòu)上，鐵礦物主要存在于鮞狀、豆?fàn)?、腎狀及塊狀等礦石顆粒內(nèi)，鋁礦物主要存在于這些礦石顆粒表面、裂縫及顆粒之間的膠結(jié)物中，硅礦物分散在這些礦石中的各個部分。鐵、鋁、硅礦物嵌布粒度細微，相互膠結(jié)包裹，類質(zhì)同象現(xiàn)象明顯，分離困難。
　　 (2)以實驗室人工合成的鋁硅酸鈉為原料，研究了其堿法、酸法浸出工藝中氧化鋁的溶解特性。拜耳法溶出試驗結(jié)果首次證實了采用拜耳法工藝可以從鋁硅酸鈉中提取氧化鋁。在溫度為200℃，

6、堿濃度為220g/L，苛性比為3，時間為60min的條件下，Al2O3的相對溶出率可達到89.51％。但是，由于合成鋁硅酸鈉的A/S低，Al2O3理論溶出率為63.30％，Al2O3實際溶出率僅能達到60％左右。因此，欲采用拜耳法從低A/S的鋁硅酸鈉中回收Al2O3，經(jīng)濟上不可行。硫酸溶出試驗結(jié)果表明，鋁硅酸鈉中各組分均可通過酸溶轉(zhuǎn)入溶液，為有價組分的分離和回收提供了可能。在溫度為30℃，硫酸濃度為30％，液固比為10，浸出時間為30m

7、in的條件下，鋁硅酸鈉中各氧化物組分Al2O3、SiO2和Na2O的浸出率可達到90％以上。在硫酸濃度較高、溫度較高、浸出時間較長的條件下，溶液中的SiO2發(fā)生聚合形成硅膠，并可通過固液分離從浸出液中去除。
　　 (3)鑒于酸法溶出鋁硅酸鈉可獲得較高的溶出率，進一步研究了從鋁硅酸鈉的酸溶出液中分離鋁、硅、鈉的方法，開發(fā)出“陳化脫硅-NaOH中和”的氧化鋁提取工藝。酸液陳化脫硅的最佳條件為溫度80℃，陳化時間30min，此時酸液S

8、iO2脫除率可達99.56％。以NaOH稀溶液中和酸液，從中提取氧化鋁，最佳pH值為5.5，Al2O3提取率可達98.63％。氫氧化鋁沉淀中，Al2O3含量為33.29％，Na2O的殘留量為0.16％。
　　 (4)以廣西高鐵三水鋁石型鋁土礦為原料，研究開發(fā)了“鈉化還原-磁選-硫酸溶出-陳化脫硅-NaOH中和”的氧化鋁提取新工藝。在碳酸鈉用量為25％，硫酸鈉用量為15％，硼砂用量為2.5％，焙燒溫度為1050℃，焙燒時間為60m

9、in，磨礦濃度為50％，磨礦時間為15min，磨礦細度為-0.074mm粒級占96％～97％，磁場強度為1000GS的條件下，進行還原焙燒、磨礦和磁選，磁性金屬鐵粉中的TFe品位達92.71％，鐵的回收率為91.17％，原礦中92.95％的Al2O3進入非磁性富鋁渣中，其Al2O3含量為39.29％。在溫度為30℃，硫酸濃度為30％、液固比為10、浸出時間為30min的條件下，進行了富鋁渣的溶出，富鋁渣中各主要組分Al2O3、 SiO2

10、、 Na2O和Fe的浸出率分別為91.72％，94.37％，96.81％，94.92％。采用陳化方法對酸液進行脫硅，最佳的脫硅條件為溫度80℃，陳化時間30min，SiO2脫除率達到98.82％。所得無定形硅膠中含SiO2為53.78％，雜質(zhì)含量僅為0.63％，經(jīng)煅燒后可制成白炭黑。采用NaOH中和酸液，在pH值為5.5的條件下提取氧化鋁，Al2O3的提取率達到95.38％。氫氧化鋁沉淀中，氧化鋁含量為34.94％，雜質(zhì)含量僅為0.73