某高铁铝土矿石焙烧—磁选脱铁产物的碱浸—深度脱硅试验

梁文娟 邓博纳 叶 青 欧阳学臻 余俊杰

（中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙410083）

高铁三水铝石型铝土矿石通常具有高铁、高硅、低铝、低铝硅比的特点。广西贵港地区的三水铝石型铝土矿是我国目前发现的最大的高铁三水铝石型铝土矿矿床，已探明矿石储量达2亿t。矿区矿石Al2O3、Fe2O3、SiO2和H2O总含量约占95%，此外，矿石中还含有一定量的钛、锰、钾、钒、镓等元素［1-2］。

铝铁分离的传统工艺有物理选矿、冶炼等，而该高铁铝土矿石中，铝、铁、硅矿物共生关系紧密，嵌布粒度微细，且存在铝、铁类质同象现象［1-3］，上述工艺并不能有效实现铝铁分离。针对该矿石的特点，中南大学提出了“钠化还原焙烧—酸浸”工艺［4-6］。该工艺克服了传统选冶工艺处理高铁铝土矿的缺点，工艺实施难度小，还原焙烧温度低、耗能少，但还原焙烧中加入的钠盐量较大，会增大后续酸浸的耗酸量，并且后续需有钠盐回收工艺。

针对上述问题，课题组提出了“钠化还原焙烧—磨矿—弱磁选—碱浸—深度脱硅—铝酸钠结晶”工艺，利用钠化还原焙烧，促进铁晶粒的长大，再经过磨矿、弱磁选工艺将金属铁富集于磁选精矿中，实现铝、铁分离［5-7］；然后对弱磁选尾矿（富铝渣）进行碱浸—深度脱硅，进而实现铝硅分离。矿石中的稀散金属则主要富集在金属铁粉中，从而实现资源的综合利用。

本文将重点介绍全工艺流程中碱浸与深度脱硅作业的工艺参数研究情况。

1 试验原料

广西贵港某高铁三水铝石型铝土矿石主要化学成分分析结果见表1，XRD图谱见图1。

由表1可知，试验原料铁含量较高，达31.76%，Al2O3和SiO2含量分别为21.33%和7.09%，铝硅比为3.01，属典型的高铁、低铝、高硅、低铝硅比的铝土矿石；矿石中的钛、锰、镓、钒等金属元素具有综合回收价值；矿石中的有害杂质元素硫、砷等含量均较低，不影响氧化铝生产和炼钢过程。

为了探明矿石的物相组成，采用X射线衍射技术对上述高铁铝土矿的物相组成进行了检测，其物相组成如图1所示。

由图1可知，矿石中主要含有三水铝石、针铁矿、赤铁矿、高岭石等物相。

2 试验工艺技术路线

试验工艺技术路线见图2。

3 试验结果与讨论

3.1 富铝渣的成分

研究团队曾经的工作已确定了该原料的提铁方案［4-5］，该方案产生的富铝渣的主要化学成分见表2。

3.2 碱浸制度对提铝效果的影响

富铝渣提铝在硅油高压反应釜（电加热，温度调节范围为0～280℃）中进行，浸出剂为氢氧化钠溶液［8-9］。

3.2.1 初始碱浓度的影响

初始碱浓度（以Na2O的量计，下同）对浸出率影响试验的浸出温度为240℃，液固比为10 mL/g，浸出时间为2 h，试验结果见表3。

表3表明，随着初始碱浓度的增大，铝的浸出率小幅增大；硅的浸出率呈先慢后快的上升趋势，当初始碱的浓度超过400 g/L后，硅的浸出率上升加速；铁的浸出率上升。

试验过程中发现铁的溶出会影响后续铝酸钠的结晶，所以要尽量控制铁的溶出。因此，应在保证铝浸出率的前提下，尽量降低硅、铁的浸出率［10-13］。综合考虑，确定初始碱浓度为200 g/L，对应的铝、硅、铁浸出率分别为62.78%、9.74%、12.75%。

3.2.2 浸出温度的影响

浸出温度对浸出率影响试验的初始碱浓度为200 g/L，液固比为10 mL/g，浸出时间为2 h，试验结果见表4。

表4表明，随着浸出温度的升高，铝的浸出率缓慢上升；铁的浸出率上升较明显；硅的浸出率小幅上升。综合考虑，确定浸出温度为220℃。

3.2.3 浸出时间的影响

浸出时间对浸出率影响试验的初始碱浓度为200 g/L，液固比为10 mL/g，浸出温度为220℃，试验结果见表5。

表5表明，随着浸出时间的延长，铝、硅、铁的浸出率均增大。综合考虑，确定浸出时间为1.0 h，对应的浸出率分别为60.51%、6.12%、5.82%。

3.3 深度脱硅试验

碱浸后的铝酸钠溶液中含有少量的硅和铁，会影响后续铝酸钠结晶，因此，需进行深度脱硅。二次脱硅以CaO为脱硅剂，考察CaO添加量、反应时间、反应温度对脱硅的影响［10，14-15］。

3.3.1 CaO添加量试验

CaO添加量试验的反应温度为80℃，脱硅时间为2 h，试验结果见图3。

从图3可以看出，CaO可以有效脱除铝酸钠溶液中的杂质硅，随着CaO添加量的增加，脱硅率逐渐增大，脱硅效果越好。当CaO的质量增加到2 g/L后，硅的脱除率达到90.34%。综合考虑，确定CaO添加量为2 g/L。

3.3.2 反应温度试验

反应温度试验的CaO用量为2 g/L，脱硅时间为2 h，试验结果见图4。

从图4可以看出，随着温度的升高，脱硅率呈现先上升后下降的趋势。当温度达80℃时，脱硅率达到90.34%。但是随着温度的继续升高，脱硅率略下降。王雅静［16-17］等认为，温度升高，溶液体系表面张力下降，而且Al—O—Si键更容易转换成Al—O—Al键，所以脱硅效果更加明显；温度过高，溶液黏度不发生明显变化，而脱硅产物水化石榴石的溶解度随温度的升高而增大，所以脱硅率出现略下降趋势。因此，确定反应温度为80℃。

3.3.3 反应时间试验

反应时间试验的CaO用量为2 g/L，脱硅温度为80℃，试验结果见图5。

从图5可以看出，随着反应时间的延长，脱硅率先上升后下降。反应时间过长，脱硅率下降可能是因为脱硅产物水化石榴石部分溶解造成的。综合考虑，确定脱硅时间为2 h，对应的脱硅率达90.34%。

4 结论

（1）广西贵港某高铁三水铝石型铝土矿石铁含量达31.76%，Al2O3和SiO2含量分别为21.33%和7.09%，铝硅比为3.01，属典型的高铁、低铝、高硅、低铝硅比的铝土矿石，其中的主要矿物有三水铝石、针铁矿、赤铁矿、高岭石等。矿石中的钛、锰、镓、钒等金属元素具有综合回收价值，有害杂质元素硫、砷等含量均较低，不影响氧化铝生产和炼钢过程。

（2）在富铝渣的碱浸过程中，随着碱初始浓度的增大、浸出温度的升高、浸出时间的延长，铝、硅、铁的浸出率均呈不同程度的上升趋势。碱浓度为200 g/L、浸出温度为220℃、浸出时间为1.0 h情况下的铝、硅、铁浸出率分别为60.51%、6.12%、5.82%。

（3）在深度脱硅过程中，随着CaO添加量的增加，脱硅率逐渐增大；随着温度的升高，脱硅率呈现先上升后下降的趋势；随着反应时间的延长，脱硅率先上升后下降。在CaO添加量为2 g/L，反应温度为80℃，脱硅时间为2 h情况下，硅的脱除率达90.34%。