专利名称：从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法
技术领域：
本发明涉及一种从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法。
背景技术：
我国高铁三水铝土矿储量非常丰富，据地质勘查部门的资料分析，其远景储量达10亿吨以上，由于多种原因，目前这种类型的铝土矿还未开发利用。在我国南方部分省区，还有大量的高铁一水硬铝石矿，这些矿石都是我国铝工业和钢铁工业潜在的矿产资源。
高铁三水铝土矿主要由三水铝石、针铁矿、赤铁矿和高岭石组成，次要矿物有伊利石、锐钛矿、一水硬铝石、蛋白石等。矿石中含Al2O320～27％，平均27％，Fe2O335～48％，平均27％，SiO24～13％，平均9％，铝硅比平均2～3.5，按其类型划分，属于高铁三水铝土矿。
若按铝土矿、铁矿的标准来考虑，高铁三水铝土矿的氧化铝和氧化铁含量均较低，都达不到各自工业利用品位的要求，但矿石中的主要有用矿物三水铝石、针铁矿和赤铁矿之和占矿物总量的70％左右。因此，该矿具有较好的综合开发利用价值。目前国内外铝工业还没有利用这种类型铝土矿的工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于采用一种新的工艺方法来处理高铁铝土矿将高铁铝土矿、石灰石、煤粉破碎后按比例混合，再用烧结机进行烧结，然后进行高炉冶炼，得到生铁产品，同时得到铝酸钙炉渣和CO2炉气；铝酸钙炉渣用碳酸钠溶液溶解浸出后，进行赤泥分离洗涤、脱硅、碳酸化分解制取氢氧化铝，再经焙烧得到氧化铝，从而达到综合利用矿产资源的目的。
本发明是这样实现的将高铁铝土矿、石灰石、煤粉破碎后按CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7的比例混合配矿，再用烧结机进行烧结，烧结矿经破碎、筛分，得到块度为3～10mm以上高碱度烧结矿，然后将烧结矿进行高炉冶炼，高炉冶炼得到生铁产品，同时得到铝酸钙炉渣和CO2炉气。铝酸钙炉渣冷却降温至常温～100℃后用碳酸钠溶液溶解浸出，溶出后的料浆进行赤泥分离洗涤、脱硅、碳酸化分解制取氢氧化铝，再经焙烧得到氧化铝产品。碳分母液进行蒸发，除掉多余的水份，蒸发母液用于炉渣溶出。赤泥分离洗涤后得到的赤泥，送赤泥堆场或用于生产建筑材料。
在烧结前将高铁铝土矿、石灰石、煤粉破碎到块度为3～10mm以下，按铝酸钙炉渣的成分进行配矿，配成的矿料中铝、硅、钙组成为12CaO.7Al2O3、CaO.SiO2，只有在配料过程中严格按此配矿才能得到适合于氧化铝生产的炉渣。
高炉冶炼焦比控制在1.3～1.5，炉渣温度1600～1700℃，此温度可保证炉渣具有较好的流动性。炉渣化学成分为Al2O332～36％；CaO 47～51％；SiO212～14％；其它4～6％，炉渣中Al2O3/SiO2比值为2.5～3.0。
炉渣从高炉出料后在1250℃以上的温度段采用缓慢冷却方式降温，降温速度为4～10℃/min，在1250℃以下的温度段采用自然降温。控制降温速度可使炉渣中的钙铝黄长石充分分解成铝酸钙、以及β-2CaO·SiO2充分转变为γ-2CaO·SiO2，伴随这种晶型转变，使炉渣能完全自粉化，以利于氧化铝生产过程中炉渣的溶出。
高炉烟气引部分(按碳分要求，碳分时CO2利用率大约70％考虑)进行净化除尘处理，并将其中的CO2含量控制在25％以上，供碳酸化分解使用。
铝酸钙炉渣的主要成分为12CaO.7Al2O3、CaO.Al2O3、2CaO.SiO2，此类成分的铝酸钙炉渣极易被碳酸钠溶液溶解浸出，化学反应式如下
利用铝酸钙炉渣在冷却时能自粉化的特点，炉渣可不经破碎和磨矿，直接进行常压溶解浸出。溶出时根据损耗补入工业碱粉，由碳分蒸发工序出来的母液、赤泥洗涤工序得到的赤泥洗液和工业碱粉混合作为循环母液。溶出在常压机械搅拌槽中进行，溶出温度100～108℃，溶出时间4～7小时(含进出料时间)，间断溶出，Na2OC浓度为80～110g/l。溶出后的料浆，送赤泥分离沉降工序。
溶出料浆经沉降槽分离后，沉降槽溢流送去脱硅，叶滤，精液硅量指数可达到400以上；赤泥进行5～6次洗涤，由于铝酸钙炉渣中氧化铝含量较低，赤泥量较大，每吨氧化铝产出赤泥达3.5～4.0吨，赤泥洗水加入量为2t/t-赤泥；赤泥经过滤后送赤泥堆场或用于生产建筑材料。
为了保证炉渣溶出所需的碳酸钠溶液，采用碳酸化分解，便于形成生产闭路循环。碳酸化分解需要的CO2气体由高炉产生的烟气供应，也可以采用氢氧化铝焙烧炉产生的CO2炉气，烟气中CO2浓度为≥25％，精液Al2O3浓度80～90g/l，碳分分解率86～91％。
为了生产系统中的水平衡，碳分母液进行蒸发，将多余的水份排除掉，蒸发母液用于炉渣溶出。蒸发原液Na2OC浓度80～90g/l，蒸发母液Na2OC浓度120～130g/l。
碳分得到的氢氧化铝，送焙烧工序，在高温下脱除附着水及结晶水，得到氧化铝产品。本工序为氧化铝厂常规工艺。另外，赤泥分离洗涤、脱硅、碳酸化分解也为氧化铝厂常规工艺。
本发明所述的高铁铝土矿可以是高铁三水铝土矿，也可以是高铁一水硬铝石或一水软铝石。
本发明的产品为生铁和冶金级氧化铝，这两种产品均是铝工业和炼钢工业的重要原料。
采用本发明提供的方法，可同时回收高铁铝土矿中的铁和氧化铝，达到了综合利用矿产资源的目的，对开发利用我国储量丰富的潜在矿产资源具有重要意义。
本发明中铝酸钙炉渣在冷却时能自粉化，不需经过破碎、磨矿工序，与现有高压溶出相比较，其工艺非常简单。
图1是从高铁铝土矿中提取铁和铝的工艺流程图。
具体实施例方式本发明的实施实例1将高铁铝土矿、石灰石、煤粉破碎到块度为3～10mm以下，按CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7的比例进行混合配矿，配成的矿料中铝、硅、钙组成为12CaO.7Al2O3、CaO.SiO2。再用烧结机进行烧结，烧结矿经破碎、筛分，得到块度为3～10mm以上高碱度烧结矿，然后将烧结矿进行高炉冶炼，高炉冶炼焦比控制在1.4，炉渣温度1650℃，此温度可保证炉渣具有较好的流动性。高炉冶炼得到生铁产品，同时得到铝酸钙炉渣和CO2炉气。
炉渣从高炉出料后在1250℃以上的温度段采用缓慢冷却方式降温，降温速度为7℃/min，在1250℃以下的温度段采用自然降温。高炉烟气引部分(按碳分要求，碳分时CO2利用率大约70％考虑)进行净化除尘处理，并将其中的CO2含量控制在25％以上，供碳酸化分解使用。铝酸钙炉渣降温至常温～100℃后，利用该炉渣在冷却时能自粉化的特点，不需经破碎和磨矿，直接进行常压溶解浸出。溶出时根据损耗补入工业碱粉，由碳分蒸发工序出来的母液、赤泥洗涤工序得到的赤泥洗液和工业碱粉混合作为循环母液。溶出在常压机械搅拌槽中进行，溶出温度104℃，溶出时间4～7小时(含进出料时间)，间断溶出，Na2OC浓度为95g/l。溶出后的料浆送赤泥分离沉降工序，经沉降槽分离后，沉降槽溢流送去脱硅，叶滤，精液硅量指数达400以上；赤泥进行5～6次洗涤，由于铝酸钙炉中氧化铝含量较低，赤泥量较大，每吨氧化铝产出赤泥达3.5～4.0吨，赤泥洗水加入量为2t/t-赤泥；赤泥经过滤后送往赤泥堆场。
脱硅后的精液进行碳酸化分解，所需的CO2气体由高炉产生的烟气供应，烟气中CO2浓度≥25％，精液Al2O3浓度85g/l，碳分分解率89％。碳分母液进行蒸发，将多余的水份排除掉，蒸发母液用于炉渣溶出。蒸发原液Na2OC浓度85g/l，蒸发母液Na2OC浓度125g/l。碳分得到的氢氧化铝，送焙烧工序，在高温下脱除附着水及结晶水，得到氧化铝产品。
本发明的实施实例2高铁铝土矿可以是高铁三水铝土矿，也可以是高铁一水硬铝石或一水软铝石。碳酸化分解除采用高炉烟气外，也可以采用氢氧化铝焙烧炉产生的CO2炉气。氧化铝生产过程中得到的赤泥，除送赤泥堆场外，还可用于水泥厂生产水泥或用于建材厂制砖等多种用途。
权利要求
1.一种从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于将高铁铝土矿、石灰石、煤粉破碎后按CaO∶SiO2＝2，CaO∶Al2O3＝1.7的比例混合配矿，再用烧结机进行烧结，烧结矿经破碎、筛分，得到块度为3～10mm以上高碱度烧结矿，然后将烧结矿进行高炉冶炼，高炉冶炼得到生铁产品，同时得到铝酸钙炉渣和CO2炉气；铝酸钙炉渣冷却降温至常温～100℃后用碳酸钠溶液溶解浸出，溶出后的料浆进行赤泥分离洗涤、脱硅、碳酸化分解制取氢氧化铝，再经焙烧得到氧化铝产品；碳分母液进行蒸发，除掉多余的水份，蒸发母液用于炉渣溶出；赤泥分离洗涤后得到的赤泥，送赤泥堆场或用于生产建筑材料。
2.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于在烧结前将高铁铝土矿、石灰石、煤粉破碎到块度为3～10mm以下，按铝酸钙炉渣的成分进行配矿，配成的矿料中铝、硅、钙组成为12CaO.7Al2O3、CaO.SiO2。
3.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于高炉冶炼焦比控制在1.3～1.5，炉渣温度1600～1700℃，炉渣化学成分为Al2O3 32～36％；CaO 47～51％；SiO2 12～14％；其它4～6％，炉渣中Al2O3/SiO2比值为2.5～3.0。
4.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于炉渣从高炉出料后在1250℃以上的温度段采用缓慢冷却降温，降温速度为4～10℃/min，在1250℃以下的温度段采用自然降温。
5.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于铝酸钙炉渣的主要成分为12CaO.7Al2O3、CaO.Al2O3、2CaO.SiO2，被碳酸钠溶液溶解浸出的化学反应式如下
6.根据权利要求1或5所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于铝酸钙炉渣可不经破碎和磨矿，直接进行常压溶解浸出，溶出时根据损耗补入工业碱粉，由碳分蒸发工序出来的母液、赤泥洗涤工序得到的赤泥洗液和工业碱粉混合作为循环母液，溶出温度100～108℃，溶出时间4～7小时，Na2OC浓度为80～110g/l。
7.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于溶出料浆经沉降槽分离后，赤泥进行5～6次洗涤，赤泥洗水加入量为2t/t-赤泥。
8.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于碳酸化分解需要的CO2气体由高炉产生的烟气供应，也可以采用氢氧化铝焙烧炉产生的CO2炉气，烟气中CO2浓度为≥25％，精液Al2O3浓度80～90g/l。
9.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于蒸发原液Na2OC浓度80～90g/l，蒸发母液Na2OC浓度120～130g/l。
10.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，其特征在于所述的高铁铝土矿可以是高铁三水铝土矿，也可以是高铁一水硬铝石或一水软铝石。
全文摘要
本发明提供了一种从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法，将高铁铝土矿、石灰石、煤粉破碎后按比例混合，再用烧结机进行烧结，然后进行高炉冶炼，得到生铁产品，同时得到铝酸钙炉渣和CO2炉气；铝酸钙炉渣用碳酸钠溶液溶解浸出后，进行赤泥分离洗涤、脱硅、碳酸化分解制取氢氧化铝，再经焙烧得到氧化铝。采用本发明提供的方法，可同时回收高铁铝土矿中的铁和氧化铝，达到了综合利用矿产资源的目的，对开发利用我国储量丰富的潜在矿产资源具有重要意义。
文档编号C22B1/16GK1766128SQ20051020049
公开日2006年5月3日 申请日期2005年8月25日 优先权日2005年8月25日
发明者陈德, 荣海洪, 徐树涛 申请人:贵阳铝镁设计研究院