铝土矿低钙烧结熟料的浸出性能研究

乔晓静，张念炳

（1．贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 550003；2．贵州师范大学 材料与建筑工程学院，贵州 贵阳 550014）

我国铝土矿多为一水硬铝石型，具有高铝、高硅、低铁、低铝硅比的特点。用拜耳法生产氧化铝时可采用烧结法进行烧结。与碱石灰烧结法［1-2］比较，石灰烧结法［3-5］具有原料来源广泛、熟料不必配碱、碳分母液只在湿法阶段循环的特点，而且可以采用能耗更低的干法烧结，赤泥不易细化，沉降性好并且可以回收利用。在石灰烧结法基础上，研究了降低烧结过程中钙的加入量制备低钙熟料，然后从熟料中溶出氧化铝。

1 试验部分

1．1 浸出原理

低钙烧结法不同于传统的石灰烧结法，其原理如下［6-7］：

烧结阶段的主要反应为

溶出阶段的主要反应为

可以看出，低钙烧结法将铝土矿中的氧化铝转化成铝酸一钙形式，也有少量钙铝黄长石。常规碱石灰烧结和石灰烧结中的硅以原硅酸钙形式存在，而原硅酸钙中的硅在溶出过程中以硅酸钠形式进入溶液，需加钙脱除，这一过程中有铝以钙硅渣形式进入渣中，导致氧化铝有损失，即“二次反应”。而低钙熟料由于没有充足的钙与硅反应形成原硅酸钙，钙铝黄长石的出现以及对其含量的控制，可以有效控制溶出过程中硅的溶出量，进而减弱甚至消除二次反应［7］。

1．2 试验原料及仪器

试验原料为取自贵州铝厂的铝土矿，主要成分见表1。

表1 铝土矿主要化学成分的质量分数 %

试验仪器设备：马弗炉（SX-08-16型），自动控温水浴，试验室常用分析仪器。

1．3 试验方法

氧化钙和氧化铝按物质的量比1∶1混匀，放入刚玉坩埚中，在温度1 300℃下烧结30min，得到烧结熟料。熟料中的主要物相为铝酸一钙（CaO·Al2O3），也有少量钙铝黄长石（2CaO·Al2O3·SiO2）相存在。用一定量 Na2CO3和NaOH配制调整液，并加热到设定温度，再加入一定量熟料浸出氧化铝。浸出过程中不断搅拌，一定时间后真空抽滤，滤渣洗涤后放入烘箱中干燥、称重。分别对熟料和赤泥中的Al2O3进行分析，计算氧化铝浸出率。

2 试验结果与分析

2．1 液固体积质量比对氧化铝浸出率的影响

试验条件：浸出温度80℃，浸出时间30 min，碳碱质量浓度120g／L，苛性碱质量浓度60 g／L。液固体积质量比对氧化铝浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 液固体积质量比对氧化铝浸出率的影响

由图1看出，氧化铝浸出率随液固体积质量比增大而增大。液固体积质量比增大，体系中有足够的碱与固体反应，但液体循环量增大，不利于后续工序处理。所以，在后续试验中，液固体积质量比控制在10∶1。

2．2 碳碱质量浓度对氧化铝浸出率的影响

试验条件：浸出温度80℃，浸出时间30 min，液固体积质量比10∶1，苛性碱质量浓度60 g／L。碳碱质量浓度对氧化铝浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 碳碱质量浓度对氧化铝浸出率的影响

由图2看出：随碳碱质量浓度增大，氧化铝浸出率增大；碳碱质量浓度为140g／L时，氧化铝浸出率达最大；碳碱质量浓度再增大，虽反应速度加快，但有大量的碳酸钙生成，传质阻力增大，氧化铝浸出率降低。综合考虑，碳碱质量浓度以140 g／L为宜。

2．3 苛性碱质量浓度对氧化铝浸出率的影响

试验条件：浸出温度80℃，浸出时间30 min，液固体积质量比为10∶1，碳碱质量浓度140 g／L。苛性碱质量浓度对氧化铝浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 苛性碱质量浓度对氧化铝浸出率的影响

由图3看出：随苛性碱质量浓度增大，氧化铝浸出率升高；苛性碱质量浓度为50g／L时，氧化铝浸出率达最大，之后又逐渐降低。综合考虑，确定苛性碱质量浓度以50g／L为最佳。

2．4 浸出温度对氧化铝溶出率的影响

试验条件：浸出时间30min，液固体积质量比为10∶1，碳碱质量浓度140g／L，苛性碱质量浓度50g／L。温度对氧化铝浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 温度对氧化铝浸出率的影响

由图4看出：随浸出温度升高，氧化铝浸出率增大；浸出温度达85℃后，氧化铝浸出率趋于稳定。这是因为温度过高时，反应速度加快，有大量碳酸钙生成，传质阻力增大，不利于浸出反应发生。因此，选择在85℃下浸出氧化铝。

2．5 浸出时间对氧化铝浸出率的影响

试验条件：浸出温度85℃，液固体积质量比10∶1，碳碱质量浓度140g／L，苛性碱质量浓度50g／L。浸出时间对氧化铝浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 浸出时间对Al2O3浸出率的影响

由图5看出：随浸出时间延长，氧化铝浸出率增大；浸出70min后，氧化铝浸出率增大不明显，表明此时反应已基本达到平衡，再延长浸出时间已无意义。试验确定适宜的浸出时间为70min。

2．6 浸出赤泥的物相分析

对上述最佳条件下的浸出赤泥进行X-射线衍射分析，结果表明，赤泥中仅有少量钙铝黄长石（2CaO·Al2O3·SiO2）和铝酸一钙。熟料的溶出性能较好，二次反应得到极大减弱。

3 结论

铝土矿经低钙烧结，可获得优质烧结熟料。在浸出温度85℃、液固体积质量比为10∶1、碳碱质量浓度为140g／L、苛性碱质量浓度为50 g／L、浸出时间为70min条件下，烧结熟料中的氧化铝浸出率可以达到87．3%，浸出效果较好。

［1］邹勇，李军旗，陈朝轶，等．某三水型高钛铝土矿的溶出性能试验研究［J］．湿法冶金，2013，32（4）：248-251．

［2］李小斌，刘祥民，刘桂华，等．强化烧结法生产氧化铝新工艺的研究与实践［J］．中国有色金属学报，2004，14（6）：1031-1036．

［3］任根宽．石灰石烧结法生产氧化铝的控制指标探讨［J］．轻金属，2008（2）：21-24．

［4］黎志英，张念炳，肖玮，等．中等品位铝土矿强化石灰烧结机理及溶出试验研究［J］．轻金属，2009（12）：14-17．

［5］张佼阳，童军武，孙培梅．从煤矸石中提取氧化铝熟料烧成过程工艺研究［J］．湿法冶金，2011，30（4）：316-319．

［6］黎志英，张念炳，乔晓静．从合成的CaO·2Al2O3中浸出氧化铝［J］．湿法冶金，2013，32（3）：165-171．

［7］张念炳，黎志英，刘卫，等．强化石灰烧结法中硅的行为研究［J］．轻金属，2010（7）：15-19．