CN101913615B - 一种提高低品位铝土矿铝硅比的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高低品位铝土矿铝硅比的方法。该方法采用破碎研磨、焙烧活化、浸取脱硅、碳分、助剂及水回收等步骤，最终不仅得到可满足拜尔法生产氧化铝所需的高铝硅比的优质物料，还可以获得一定量的高纯度硅胶。实现了对低品位铝土矿(包括铝土矿尾矿)利用的目的，为低品位铝土矿的开发利用开辟了新途径。整个工艺过程中，产生的CO2以及所使用的助剂和水均可回收并实现循环利用。该方法与其它化学选矿方法相比，不仅具有脱硅率高、氧化铝损失率低、能耗低、成本低、工艺过程简单的特点，而且被脱除的硅直接以一种具有高附加值的高纯度硅胶的形式产出，能够同样被有效利用。
Description
技术领域：
本发明属于化工领域，涉及一种低品位铝土矿提纯方法，尤其是一种提高低品位铝土矿铝硅比的方法。
背景技术：
铝土矿矿石类型不同，不仅采用的氧化铝生产工艺技术不同，而且生产成本也差异很大。三水硬铝石型铝土矿具有高铝、低硅、高铁、易溶出的特点，因此，该类矿石采用拜耳法技术生产氧化铝成本较低。而低品位铝土矿、尤其是一水硬铝石型矿石，由于该类矿石铝硅比偏低(约在4-6之间)、溶出性能差，只能采用烧结法和混联法生产氧化铝。烧结法和混联法不仅流程长、能耗高、成本高，而且还存在赤泥产出量大、污染严重等一系列缺点。
我国虽然是世界上铝矿资源较为丰富的国家，但高铝硅比(Al/Si＞8)矿石很少，矿石的氧化铝平均含量仅40％-60％，且80％以上的铝土矿均为中低品位，尤其是我国的铝土矿资源主要以高岭土一水硬铝石型为主，铝硅比偏低(约在4-6之间)，属于高铝高硅低铁难溶的矿石。随着我国氧化铝工业的发展，已经充分显现出铝土矿资源，尤其是优质铝土矿资源的短缺。目前，铝土矿供需矛盾十分突出，多数矿山不同程度出现了矿石品位贫化趋势，部分主力矿区的高铝矿甚至濒临枯竭。显然，为了弥补优质铝土矿资源的日益匮乏，亟待开发和完善低品位铝土矿利用技术，以此扩大铝土矿可用资源量，提高资源利用率。
本发明主要通过预脱硅的办法，去除低品位铝土矿中的部分硅含量，以获得满足拜耳法生产条件的氧化铝，提高铝土矿中的铝硅比，最终使其可以通过低成本的拜耳法实现氧化铝的生产，以满足国家长期对铝的需求。
发明内容：
本发明的目的就是提供一种提高低品位铝土矿铝硅比的方法，从而实现对低品位铝土矿(包括铝土矿尾矿)利用的目的。该方法对设备的要求低，能耗小。预脱硅之后的物料中，铝硅比(A/S)大于10，可作为拜尔法生产氧化铝所需的优质物料。被脱除出来的二氧化硅以高纯度硅胶的形式产出，能够同样被有效利用。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种提高低品位铝土矿铝硅比的方法，包括下列步骤：
●破碎研磨：按照质量百分比，将破碎后的低品位铝土矿与碳酸钠固体按1∶0.5-1∶4的比例混合并研磨成50目-350目的混合物料；
(2)焙烧活化：将步骤(1)获得的混合物料在120℃-500℃温度条件下焙烧20-90分钟，得到焙烧孰料；焙烧时煅烧设备接气体输出管，并与碳分池连接；
(3)浸取：按照固液质量比为1∶5-1∶100的比例向步骤(2)获取的焙烧孰料中加入水进行浸取，浸取温度为10℃-100℃、浸取时间30分钟-120分钟；浸取后过滤，分别得到一次滤液和高铝硅比滤渣；
(4)碳分：将步骤(3)所得一次滤液浓缩至原体积的10％-50％后，在常压下通入CO2进行碳分；碳分温度20℃-100℃，滤液pH值4-10作为碳分终点；碳分后过滤，分别得到为Na2CO3溶液和H2SiO3滤渣；将H2SiO3滤渣陈化、洗涤得到纯净硅胶；
(5)碳酸钠及水回收：将步骤(4)所得的Na2CO3溶液负压蒸发结晶并烘干，即可回收碳酸钠；回收的碳酸钠可直接用于步骤(1)；Na2CO3溶液加热负压蒸发过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水；
(6)循环焙烧活化与脱硅：如果步骤(3)所得高铝硅比滤渣中，铝和硅的质量之比值小于8，则将该滤渣重复步骤(3)至步骤(4)或步骤(2)至步骤(4)继续脱硅，最终得到高铝硅比物料。
所述的低品位铝土矿，包括铝土矿尾矿。
所述浸取是按照如下公式计算SiO2浸取率(或称SiO2脱除率)
G＝(滤液中SiO2量/低品位铝土矿或铝土矿尾矿中所含SiO2总量)×100％；其中G是SiO2浸取率。
该方法过程均为常压、低温过程，对设备无特殊要求，容易实现工业化。
低品位铝土矿为A/S≤3.5的铝土矿。
本发明可以有效降低铝土矿品味要求、解决我国高品位铝土矿不足的问题。此外，整个工艺过程中产生的CO2以及提铝过程中所使用的碱、酸和水均可回收并实现循环利用，减少了废弃物的排放量。
该方法不仅具有脱硅率高、氧化铝损失率低、能耗低、成本低、工艺过程简单的特点，而且被脱除的硅直接以一种具有高附加值的高纯度硅胶的形式产出，能够同样被有效利用。
附图说明：
图1是从铝土矿中提取高纯氧化铝和硅胶的工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
图1是本发明的一个实施例，即一种提高低品位铝土矿铝硅比的方法的工艺流程图。
具体包括下列步骤。
(1)、将低品位铝土矿破碎后，再与碳酸钠按1∶0.5-1∶4的质量比混合，并粉碎、磨细成50目-350目的混合物料。
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在120℃-500℃温度条件下焙烧，焙烧时间为20-90分钟。焙烧时煅烧设备接气体输出管，并与碳分池连接，便于使煅烧期间产生的CO2气体直接用于碳分过程。焙烧后得到的焙烧孰料主要物相是霞石、硅酸钠。
烧结过程中发生的主要化学反应如下：
Al2O3+Na2CO3＝2NaAlO2+CO2↑
SiO2+Na2CO3＝Na2SiO3+CO2↑
(3)、向步骤(2)获取的焙烧孰料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶5-1∶100、浸取温度为10℃-100℃、浸取时间30分钟-120分钟。
浸取后，Na2SiO3被溶于水中，过滤后得到滤液和残渣，残渣便成为具有高铝硅比的物料，可被直接用于拜耳法生产氧化铝。
(4)、将步骤(3)所得滤液浓缩至原溶液的10％-50％后，常压下通入CO2进行碳分。碳分温度保持在20℃-100℃，滤液pH值4-10作为碳分终点。
碳分过程发生的化学反应如下：
Na2SiO3+CO2+H2O→H2SiO3↓+Na2CO3
2NaOH+CO2→H2O+Na2CO3
碳分后过滤，滤液为Na2CO3溶液，滤渣为H2SiO3。滤渣陈化、洗涤得到纯净硅胶。
(5)、将步骤(4)所得的Na2CO3溶液在负压条件下蒸发结晶并烘干，即可回收碳酸钠；回收的碳酸钠可直接用于步骤(1)；Na2CO3溶液加热负压蒸发过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)、循环焙烧活化与脱硅。
对(3)所得滤渣中的铝硅含量进行测定，如果铝和硅的质量之比大于8，则该滤渣必可用于拜耳法生产氧化铝的物料。如果铝和硅的质量之比小于8，则将该滤渣重复步骤步骤(3)至步骤(4)或(2)至步骤(4)继续脱硅，最终仍可得到满足后续的拜尔法生产氧化铝所需的高铝硅比物料。
以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，这些实施例是一些较优的实例，本发明不限于这些实施例。
实施例1
(1)、将低品位铝土矿破碎后，与碳酸钠固体按1∶1.2的比例混合并研磨成100目的混合物料。
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在150℃温度条件下焙烧50分钟，得到焙烧孰料；焙烧时煅烧设备接气体输出管，并与碳分池连接。
(3)、向步骤(2)获取的焙烧孰料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶5，在50℃温度条件下浸取40分钟。浸取后过滤，分别得到滤液和滤渣。经测定，滤渣中铝硅比(A/S)为11，满足后续的拜尔法生产氧化铝所需的物料的铝硅比条件。
(4)、将步骤(3)所得滤液浓缩至原溶液的30％后，常压下通入步骤(2)输出的CO2进行碳分。碳分温度40℃，滤液pH值达到7时停止碳分。碳分后过滤，滤液为Na2CO3溶液，滤渣为H2SiO3。将滤渣陈化、洗涤后得到纯净硅胶。
(5)、将步骤(4)所得的Na2CO3溶液负压蒸发结晶并烘干，回收到碳酸钠。Na2CO3溶液加热负压蒸发过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
实施例2：
(1)、将低品位铝土矿破碎后，与碳酸钠固体按1∶1的比例混合并研磨成200目的混合物料
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在350℃温度条件下焙烧40分钟，得到焙烧孰料；焙烧时煅烧设备接气体输出管，并与碳分池连接。
(3)、向步骤(2)获取的焙烧孰料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶7，在40℃温度条件下浸取50分钟。浸取后过滤，分别得到滤液和滤渣。
(4)、将步骤(3)所得滤液浓缩至原溶液的20％后，常压下通入步骤(2)输出的CO2进行碳分。碳分温度50℃，滤液pH值达到8时停止碳分。碳分后过滤，滤液为Na2CO3溶液，滤渣为H2SiO3。将滤渣陈化、洗涤后得到纯净硅胶。
(5)、将步骤(4)所得的Na2CO3溶液负压蒸发结晶并烘干，回收到碳酸钠。Na2CO3溶液加热负压蒸发过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)、经测定，(3)所得滤渣中铝硅比(A/S)为7。为此，将该滤渣重复步骤(2)至步骤(4)的过程与参数条件下继续脱硅一次后经测定，(3)所得滤渣中铝硅比(A/S)为14，满足后续的拜尔法生产氧化铝所需的物料的铝硅比条件。
实施例3：
(1)、将铝土矿尾矿破碎后，与碳酸钠固体按1∶2的比例混合并研磨成200目的混合物料。
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在300℃温度条件下焙烧40分钟，得到焙烧孰料；焙烧时煅烧设备接气体输出管，并与碳分池连接。
(3)、向步骤(2)获取的焙烧孰料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶6，在50℃温度条件下浸取20分钟。浸取后过滤，分别得到滤液和滤渣。经测定，滤渣中铝硅比(A/S)为10，满足后续的拜尔法生产氧化铝所需的物料的铝硅比条件。
(4)、将步骤(3)所得滤液浓缩至原溶液的30％后，常压下通入步骤(2)输出的CO2进行碳分。碳分温度60℃，滤液pH值达到8时停止碳分。碳分后过滤，滤液为Na2CO3溶液，滤渣为H2SiO3。将滤渣陈化、洗涤后得到纯净硅胶。
(5)、将步骤(4)所得的Na2CO3溶液负压蒸发结晶并烘干，回收到碳酸钠。Na2CO3溶液加热负压蒸发过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
实施例4：
(1)、将低品位铝土矿破碎后，与碳酸钠固体按1∶1.2的比例混合并研磨成200目的混合物料。
(2)、将步骤(1)获得的混合物料在350℃温度条件下焙烧40分钟，得到焙烧孰料；焙烧时煅烧设备接气体输出管，并与碳分池连接。
(3)、向步骤(2)获取的焙烧孰料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶6，在40℃温度条件下浸取40分钟。浸取后过滤，分别得到滤液和滤渣。
(4)、将步骤(3)所得滤液浓缩至原溶液的25％后，常压下通入步骤(2)输出的CO2进行碳分。碳分温度45℃，滤液pH值达到9时停止碳分。碳分后过滤，滤液为Na2CO3溶液，滤渣为H2SiO3。将滤渣陈化、洗涤后得到纯净硅胶。
(5)、将步骤(4)所得的Na2CO3溶液负压蒸发结晶并烘干，回收到碳酸钠。Na2CO3溶液加热负压蒸发过程中，蒸发设备接冷凝装置和储罐回收蒸馏水。
(6)、经测定，(3)所得滤渣中铝硅比(A/S)为7。为此，将该滤渣重复步骤(3)至步骤(4)的过程与参数条件下继续脱硅一次后经测定，(3)所得滤渣中铝硅比(A/S)为12，满足后续的拜尔法生产氧化铝所需的物料的铝硅比条件。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (7)
1.一种提高低品位铝土矿铝硅比的万法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)破碎研磨：按照质量百分比，将破碎后的低品位铝土矿与碳酸钠固体按1∶0.5-1∶2的比例混合并研磨成50目-250目的混合物料；
(2)焙烧活化：将步骤(1)获得的混合物料在120℃-500℃温度条件下焙烧20-40分钟，得到焙烧孰料；
(3)浸取脱硅：按照固液质量比为1∶5-1∶30的比例向步骤(2)获取的焙烧孰料中加入水进行浸取，浸取温度为常温、浸取时间30分钟-60分钟；浸取后过滤，分别得到一次滤液和高铝硅比滤渣；
(4)循环焙烧活化与脱硅：如果步骤(3)所得高铝硅比滤渣中的铝硅比的质量比值小于8，则将该滤渣重复步骤(3)或步骤(2)继续脱硅，最终得到高铝硅比物料。
2.如权利要求1所述一种提高低品位铝土矿铝硅比的方法，其特征在于：所述的低品位铝土矿，包括铝土矿尾矿。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)将低品位铝土矿破碎后，与碳酸钠按1∶0.5-1∶2的比例混合并研磨至50目-350目。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)获得的混合物料，在120℃-500℃温度条件下焙烧20-40分钟；
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的向步骤(2)获取的焙烧孰料中加入适量的水，并使固液质量比为1∶5-1∶30、浸取温度为常温、浸取时间30分钟-60分钟。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，如果所得滤渣中的铝硅比小于8，则将该滤渣重复步骤(2)至步骤(4)实施方式与条件，循环焙烧活化与脱硅。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(3)所得滤渣作为拜尔法生产氧化铝所需的高铝硅比的物料。
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