专利名称：一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法
技术领域：
本发明涉及一种对一水硬铝石型铝土矿进行低温溶出的新工艺。
背景技术：
我国的铝土矿资源丰富，但绝大多数属一水硬铝石型铝土矿，矿石具有高铝、高硅、低铝硅比(A/S)、低铁和矿物结晶细散、组成复杂的特点。由于矿石硅高、铝硅比低，使得我国氧化铝生产能耗高、效益差。铝土矿溶出过程是拜耳法生产氧化铝的最关键过程和主要耗能工序之一。强化拜耳法溶出不仅关系到溶出工序本身的经济性，而且直接影响着氧化铝生产的技术经济指标，一直是一水硬铝石生产氧化铝的研究重点和难点。
目前，强化拜耳法溶出主要有两大途径一是提高溶出温度。提高溶出温度可以降低溶出液αk、缩短溶出时间、降低循环碱液浓度，从而提高循环效率、降低生产能耗。提高溶出温度目前仍然是氧化铝提产降耗的主流渠道，但溶出温度提高，铝酸钠溶液的饱和蒸汽压急剧增加，因此对溶出设备的强度要求更高，设备上将遇到困难，该途径也难以适用改造我国原有的氧化铝生产体系。二是通过外场处理，改变铝土矿自身晶体结构，改善其溶出性能，实现低温溶出，从而达到强化溶出的目的。相对于提高溶出温度的强化途径，通过外场作用改变矿石的结构显得简便而可行，成为目前强化溶出的主要研究方向。因此，采取经济有效的预处理工艺，提高氧化铝溶出性能，实现一水硬铝石型铝土矿的低温溶出，是实现我国氧化铝高效低耗生产的重要途径。
目前，铝土矿的预处理主要针对预脱硅等进行的，针对铝土矿活化预处理的研究很少有报道。
发明内容
本发明提供一种一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法，其目的在于解决目前一水硬铝石型铝土矿的溶出存在能耗高、效益差、对溶出设备的强度要求更高、直接影响氧化铝生产的技术经济指标以及赤泥沉降性能差等方面存在的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的一种一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法，其特征在于首先将一水硬铝石型铝土矿进行活化焙烧预处理，活化焙烧预处理的工艺参数是矿石粒度小于0.25mm，焙烧温度535℃～635℃，焙烧时间5～60min；然后将焙烧预处理矿采用低温拜尔法工艺进行溶出，低温拜耳法溶出工艺参数是溶出过程在高压反应釜中进行，苛性碱浓度为180～220g/L循环母液浸出，添加相当于加入矿石量的3％的石灰，溶出温度为200℃～220℃，溶出时间60min～90min，矿石加入量由下面配矿量公式计算 其中A，S，C-为铝土矿中Al2O3，SiO2，CO2的百分含量(％)；n-为循环母液中Na2Ok的浓度，g/L；a-为循环母液中Al2O3的浓度，g/L；W-石灰添加量为干矿量的百分数(％)；C/-石灰中CO2的百分含量(％)；α配-为配料分子比；ηα-Al2O3的实际溶出率；b-赤泥中Na2O∶SiO2的重量比为；MR-配料分子比；
X-每升循环母液配入的矿石量(g)。
活化焙烧预处理采用马弗炉焙烧方式，马弗炉焙烧工艺参数矿石粒度小于0.25mm，焙烧温度585℃～635℃，焙烧时间30～60min。
活化焙烧预处理采用微波焙烧方式，微波焙烧工艺参数矿石粒度小于0.25mm，焙烧温度535℃～585℃，焙烧时间5～10min。
马弗炉内为常压。
焙烧器皿采用石英坩埚，尺寸为Φ80mm×60mm，每次加入焙烧矿质量100g，微波功率为5～6kW，微波焙烧温度535℃，焙烧时间10min。
目前，我国可工业规模应用的铝土矿大部分是中低品位一水硬铝石矿，矿石结晶状态好，必须采用高温、高碱浓度的溶出技术，才能取得理想的溶出效果，溶出条件苛刻。实际生产中存在着溶出温度高，高达260-280℃，设备高温结疤严重等问题。铝土矿中的含碳有机物、水合针铁矿等会严重影响赤泥的沉降性能，赤泥沉降性能差。焙烧预处理能很好地改善一水硬铝石的微观结构，提高其中氧化铝的化学活性，进而提高铝土矿的溶出性能，实现低温快速溶出。另外，焙烧预处理可以有效除去铝土矿中的有机物，促进水合针铁矿转化赤铁矿相，从而改善赤泥的沉降性能，优化我国的一水硬铝石的生产工艺。
由于本发明采用了活化焙烧处理工艺对铝土矿进行活化焙烧预处理，有效地提高了铝土矿的活性，可以充分降低铝土矿的溶出温度。同时矿石中的有机物等危害成分得到了有效消除，溶出赤泥的沉降性能得到极大改善，种分过程和母液蒸发过程也被优化。因此本发明具有如下优点1、溶出温度低，实际溶出温度降低到200～220℃，传统一水硬铝石的溶出温度为260~280℃，氧化铝的相对溶出率达到97％以上。极大地减低了能耗，提高了矿石的利用率。
2、由于焙烧预处理有效地除去了铝土矿中有机物等有害成份，因此极大地改善溶出赤泥沉降性能，优化了种分过程和母液蒸发过程。
具体实施例方式本发明提出了一种一水硬铝石活化焙烧-拜尔法溶出新方法，包括活化焙烧、低温拜耳法溶出等关键步骤。其中活化焙烧工艺是通过焙烧的方法来改变铝土矿自身晶体结构，改善其溶出性能，实现低温溶出，从而达到强化溶出的目的。本发明的活化焙烧工艺可选择马弗炉焙烧、微波焙烧两种，溶出采用拜尔法溶出工艺进行。具体实施过程为1、活化焙烧(1)采用马弗炉焙烧铝土矿将矿石磨细至0.25mm以下，放入石英坩埚中(尺寸为Φ80mm×60mm)，将马弗炉升温至指定温度，将石英坩埚放入炉内进行活化焙烧。焙烧工艺制度为焙烧温度585℃～635℃，焙烧时间30～60min。
(2)采用微波焙烧装置焙烧铝土矿将矿石磨细至0.25mm以下，放入石英坩埚中(尺寸为Φ80mm×60mm)，将石英坩埚放入微波装置内进行活化焙烧。焙烧工艺制度为焙烧温度535℃～585℃，焙烧时间5～10min。
经活化焙烧后，一水硬铝石型铝土矿发生如下反应
其中，α/-Al2O3是结晶不完善，易于浸出的中间态氧化铝，α-Al2O3是结晶致密，不容易浸出的刚玉型氧化铝。在焙烧过程中，控制好焙烧条件，使一水硬铝石尽量向中间态氧化铝转化，可明显改善一水硬铝石矿的浸出性能。
2、低温拜耳法溶出过程矿石经焙烧活化后，进行拜耳法溶出以浸出氧化铝。溶出过程在高压反应釜中进行，用苛性碱浓度为180～220g/L的循环母液浸出，添加相当于加入矿石量的3％的石灰，溶出温度为200～220℃，溶出时间60～90min，矿石加入量由下面配矿量公式计算。
其中A，S，C-为铝土矿中Al2O3，SiO2，CO2的百分含量(％)；n-为循环母液中Na2Ok的浓度，g/L；a-为循环母液中Al2O3的浓度，g/L；W-石灰添加量为干矿量的百分数(％)；C/-石灰中CO2的百分含量(％)；α配-为配料分子比；ηα-Al2O3的实际溶出率；b-赤泥中Na2O∶SiO2的重量比为；MR-配料分子比；X-每升循环母液配入的矿石量(g)。
铝土矿中通常含有多种矿物，当用微波加热时，由于组成矿石的各种矿物具有不同的性质，它们在微波场中的升温速率各不相同，因而矿石中的不同矿物会被加热到不同的温度。含有Fe2O3的铁矿物微波吸收能力极强，含有Al2O3的一水硬铝石矿物吸收能力次之，石英、方解石等含有SiO2的脉石矿物几乎不吸收微波，因而在矿物之间会形成明显的局部温差，从而使它们之间产生热应力，当这种热应力达到一定的程度时，就会在矿物之间的界面上产生裂缝，裂缝的产生可以有效的促进有用矿物的单体离解和增加有用矿物的有效反应面积。当体系温度达到一定值时，矿石的晶型也发生了明显的改变，结晶完善的一水硬铝石转化成为有较强活性的中间态氧化铝。
采用马弗炉对铝土矿进行焙烧预处理，在焙烧过程中矿物发生脱水，分解，晶型转变等反应，矿石原有的结构被破坏，新的晶型来不及形成或有序程度很低，同时结晶水和挥发份的脱除使得矿石内空隙率和比表面积增大，矿石活性增加，从而使其化学反应能力明显提高在进行拜耳法溶出，可将溶出温度降低到200～220℃(通常一水硬铝石的溶出温度为260～280℃)，氧化铝的相对溶出率达到97％以上。极大地减低了能耗，提高了矿石的利用率；焙烧过程中能使其中的水合针铁矿转化为赤体矿，极大地改善了赤泥的沉降性能；铝土矿经过预焙烧，其中的有机物燃烧生成CO2和水除去，可从根本上消除了有机物的各种危害，对赤泥沉降过程、种分过程和母液蒸发过程都十分有利。
具体实施例实施例11使用原矿A/S＝9.2的河南铝土矿，工艺制度为焙烧活化工艺中矿石粒度小于0.25mm，焙烧器皿采用石英坩埚(尺寸为Φ80mm×60mm)，每次加入焙烧矿质量100g，微波功率为5～6kW，微波焙烧温度535℃，焙烧时间10min，马弗炉内为常压。低温拜耳法溶出工艺中溶出器为高压反应釜中，采用机械搅拌，用苛性碱浓度为180～220g/L的循环母液浸出，添加相当于加入矿石量的3％的石灰，溶出温度为220℃，溶出时间90min。氧化铝的相对溶出率为97.0％，溶出液的分子比为1.50～160。
实施例21使用原矿A/S＝9.2的河南铝土矿，工艺制度为焙烧活化工艺中矿石粒度小于0.25mm，焙烧器皿采用石英坩埚(尺寸为Φ80mm×60mm)，每次加入焙烧矿质量100g，焙烧温度635℃，焙烧时间30～60min，马弗炉内为常压。低温拜耳法溶出工艺中溶出器为高压反应釜中，采用机械搅拌，用苛性碱浓度为180～220g/L的循环母液浸出，添加相当于加入矿石量的3％的石灰，溶出温度为200℃，溶出时间60min。氧化铝的相对溶出率为97.5％。溶出液的分子比为1.34～1.45。
结论将铝土矿在适当的条件下加以活化焙烧是提高其中氧化物活性的有效方法，活化焙烧能大幅提高一水硬铝石矿的化学活性，改善焙烧矿的溶出性能，对磨矿、预脱硅、赤泥沉降、晶种分解以及赤泥综合利用都将带来有利的影响。本发明提出了一水硬铝石型铝土矿的活化焙烧预处理-拜耳法低温溶出新工艺，其中活化焙烧包括马弗炉焙烧和微波焙烧，两种方式都能使氧化铝的相对溶出率达到97％以上。微波加热具有内部加热，快速加热，选择性加热等特点。本发明针对微波加热的优点，提出将微波加热技术应用到了一水硬铝石的活化焙烧工艺中，丰富和发展了铝土矿活化焙烧的工艺研究。
权利要求
1.一种一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法，其特征在于首先将一水硬铝石型铝土矿进行活化焙烧预处理，活化焙烧预处理的工艺参数是矿石粒度小于0.25mm，焙烧温度535℃～635℃，焙烧时间5～60min；然后将焙烧预处理矿采用低温拜尔法工艺进行溶出，低温拜耳法溶出工艺参数是溶出过程在高压反应釜中进行，苛性碱浓度为180～220g/L循环母液浸出，添加相当于加入矿石量的3％的石灰，溶出温度为200～220℃，溶出时间60～90min，矿石加入量由下面配矿量公式计算 其中A，S，C-为铝土矿中Al2O3，SiO2，CO2的百分含量(％)；n-为循环母液中Na2Ok的浓度，g/L；a-为循环母液中Al2O3的浓度，g/L；W-石灰添加量为干矿量的百分数(％)；C′-石灰中CO2的百分含量(％)；α配-为配料分子比；ηa-Al2O3的实际溶出率；b-赤泥中Na2O∶SiO2的重量比；MR-配料分子比；X-每升循环母液配入的矿石量(g)。
2.根据权利要求1所述的一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法，其特征在于活化焙烧预处理采用马弗炉焙烧方式，马弗炉焙烧工艺参数矿石粒度小于0.25mm，焙烧温度585℃～635℃，焙烧时间30～60min。
3.根据权利要求1所述的一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法，其特征在于活化焙烧预处理采用微波焙烧方式，微波焙烧工艺参数矿石粒度小于0.25mm，焙烧温度535℃～585℃，焙烧时间5～10min。
4.根据权利要求2所述的一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法，其特征在于马弗炉内为常压。
5.根据权利要求3所述的一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法，其特征在于焙烧器皿采用石英坩埚，尺寸为Φ80mm×60mm，每次加入焙烧矿质量100g，微波功率为5～6kW，微波焙烧温度535℃，焙烧时间10min。
全文摘要
本发明一水硬铝石型铝土矿低温溶出新方法，提出首先将一水硬铝石型铝土矿进行活化焙烧预处理，然后将焙烧预处理矿采用拜尔法工艺进行溶出。其中，焙烧工艺可选择马弗炉焙烧、微波焙烧两种方式。然后将经过活化焙烧预处理铝土矿采用拜尔法工艺直接进行溶出。该工艺具有溶出温度低、能耗低等优点，极大地减低了能耗，提高了矿石的利用率。实际溶出温度可降低到200～220℃，传统一水硬铝石的溶出温度为260～280℃，氧化铝的相对溶出率达到97％以上。由于焙烧预处理有效地除去了铝土矿中有机物等有害成分，因此极大地改善溶出赤泥沉降性能，优化了种分过程和母液蒸发过程。
文档编号C22B1/00GK101067164SQ20071001161
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月8日 优先权日2007年6月8日
发明者张廷安, 豆志河, 王一雍, 牛丽萍, 赵秋月, 赫冀成, 蒋孝丽 申请人:东北大学