本發(fā)明涉及礦物工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含硅鋁物料的脫硅方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是全球最大的氧化鋁生產(chǎn)國(guó)，2017年氧化鋁年產(chǎn)量已超過6000萬(wàn)噸。隨著優(yōu)質(zhì)高鋁硅比礦石的消耗殆盡，開發(fā)利用具有較大儲(chǔ)量的低鋁硅比含鋁資源意義重大、勢(shì)在必行。拜耳法是一種工業(yè)上廣泛使用的從含硅鋁物料生產(chǎn)氧化鋁的化工過程。1887年由奧地利工程師卡爾·約瑟夫·拜耳發(fā)明，其基本原理是用濃氫氧化鈉溶液將氫氧化鋁轉(zhuǎn)化為鋁酸鈉，通過稀釋和添加氫氧化鋁晶種使氫氧化鋁重新析出，剩余的氫氧化鈉溶液重新用于處理下一批含硅鋁物料，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)。而在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程中，溶解的氧化硅會(huì)進(jìn)一步與鋁酸鈉溶液發(fā)生反應(yīng)而生成水合鋁硅酸鈉(即鈉硅渣)進(jìn)入赤泥中，從而造成溶液中na2o和al2o3的損失。因此如何降低高硅含鋁原料中的硅含量以提高其鋁硅比是目前拜耳法生產(chǎn)氧化鋁面臨的主要問題。

目前針對(duì)含硅鋁物料的脫硅以提高其鋁硅比的方法主要有物理法和化學(xué)法。物理法是利用選礦的方法將含硅鋁物料中的含硅礦物和鋁礦物進(jìn)行分離，以獲得適合拜耳法生產(chǎn)的高鋁硅比礦物。目前已工業(yè)應(yīng)用的物理法主要有正浮選和反浮選。正浮選是以浮選鋁礦物為目的，此方法所獲得氧化鋁精礦中鋁硅比能達(dá)到11以上，氧化鋁的回收率在85～90％。但是此方法存在精礦處理量大、浮選藥劑用量高、處理礦物組分復(fù)雜-嵌布粒度細(xì)的含硅鋁物料時(shí)磨礦能耗高和泥化嚴(yán)重的問題。反浮選則是以浮選含硅礦物為目的，可以有效地利用鋁硅酸鹽和一水硬鋁石礦物間硬度的差異而降低磨礦能耗，所獲得精礦中鋁硅比能達(dá)到9左右，氧化鋁回收率約80％。無(wú)論是正浮選還是反浮選都存在精礦中浮選藥劑殘留的問題，而浮選藥劑會(huì)對(duì)后續(xù)拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程造成危害?；瘜W(xué)法又可分為酸法和減法。酸法可實(shí)現(xiàn)鋁硅酸鹽礦物中鋁的選擇性溶出，與此同時(shí)也會(huì)造成各種易溶于酸的金屬氧化物溶解，造成浸出溶液中雜質(zhì)離子增多，后續(xù)除雜繁瑣。熱化學(xué)堿浸法作為一種化學(xué)脫硅方法被認(rèn)為是提高含硅鋁物料鋁硅比最有效的方法，其核心在于通過氧化焙燒使鋁硅酸鹽礦物分解出易溶于堿的無(wú)定型氧化硅，而鋁礦物則分解為難溶于堿的α-al2o3，從而達(dá)到脫硅的目的。此方法雖然能耗相對(duì)較高，但其技術(shù)指標(biāo)較好，所獲得精礦中鋁硅比能達(dá)到11～15，氧化鋁的回收率在98％以上。但是限制該方法得以廣泛應(yīng)用的主要原因是堿浸脫硅過程氧化硅的溶出率較低，小試試驗(yàn)脫硅率為60～80％，但到半工業(yè)試驗(yàn)時(shí)的脫硅率只有30％～40％。此外，以上方法均不適于處理土礦選礦尾礦、煤矸石、粉煤灰以及高鐵含硅鋁物料等難處理的高硅含鋁礦物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決含硅鋁物料在傳統(tǒng)熱化學(xué)堿浸脫硅過程中氧化硅的溶出率較低的問題，以及高硅含鋁礦物脫硅難的問題，本發(fā)明提出一種含硅鋁物料的脫硅方法，其技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種含硅鋁物料的脫硅方法，所述方法包括如下步驟：

1)取鐵氧化物、含硅鋁物料和碳粉進(jìn)行配礦、研磨后混合均勻，得到生料；

其中，鐵氧化物中氧化鐵、含硅鋁物料中氧化鋁、碳的摩爾比為2～2.4:4:1～1.2；

2)將步驟1)所得生料在1050～1200℃下焙燒30～60min，得到熟料；

3)將步驟2)所得熟料研磨處理后加入堿液中堿浸；

4)將步驟3)堿浸所得礦漿進(jìn)行固液分離，得到含硅堿液和脫硅渣。

所述方法，步驟1)所述含硅鋁物料包括高嶺土、高硅含硅鋁物料、含硅鋁物料選礦尾礦、煤矸石或粉煤灰。

所述方法，步驟2)所述焙燒是在還原性氣氛中進(jìn)行。

所述方法，步驟3)所述研磨處理為將熟料粒徑處理成d(0.5)≤45μm的顆粒。

所述方法，步驟3)所述堿液的苛性堿濃度為100～150g/l。

所述方法，步驟3)所述氫氧化鈉溶液與熟料質(zhì)量比為3～10。

所述方法，步驟3)所述氫氧化鈉溶液與熟料質(zhì)量比優(yōu)選為3～5。

所述方法，步驟3)所述堿浸溫度為95～125℃。

所述方法，步驟3)所述堿浸時(shí)間為60～120min

本發(fā)明第一步中生料配加氧化鐵，第二步在還原氣氛中進(jìn)行焙燒，得到可溶的氧化硅固溶體和方石英固溶體，以及難溶的鐵鋁尖晶石。

第三步通過氫氧化鈉溶液進(jìn)行脫硅處理，在反應(yīng)過程中氧化硅固溶體中的氧化硅進(jìn)入氫氧化鈉溶液，形成硅酸鈉溶液。第四步固液分離后得到的固相為脫硅后的高鋁硅比物料，可進(jìn)一步采用拜耳法提取其中的氧化鋁。

以高嶺土的脫硅為例，在配礦時(shí)，需要對(duì)氧化鐵、高嶺土中的氧化鋁、碳的比例進(jìn)行控制。高嶺土配加氧化鐵時(shí)，要求氧化鐵和高嶺土中氧化鋁摩爾比在2～2.4:4進(jìn)行配礦，以保證高嶺土中氧化鋁能夠和氧化亞鐵反應(yīng)進(jìn)入鐵鋁尖晶石相，而氧化硅則轉(zhuǎn)變?yōu)槭⒐倘荏w或者方石英固溶體。當(dāng)氧化鐵和高嶺土中氧化鋁摩爾比超過2.4:4時(shí)，氧化亞鐵會(huì)與氧化硅反應(yīng)生成硅酸亞鐵，從而降低硅固溶體的溶出率。

以高嶺土的脫硅為例，在還原焙燒過程中，則需要對(duì)焙燒溫度和焙燒時(shí)間進(jìn)行合理控制。首先保證焙燒熟料中鐵鋁尖晶石的生成。此時(shí)高嶺土中的氧化硅轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸韫倘荏w或者方石英固溶體。利用硅固溶體易溶于稀堿溶液這一特性，可通過堿浸實(shí)現(xiàn)焙燒熟料的脫硅。其次，需有效抑制莫來石的生成。焙燒溫度的升高以及焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)均會(huì)促進(jìn)-方石英固溶體-進(jìn)一步與鋁酸亞鐵反應(yīng)而生成難溶的莫來石相，勢(shì)必會(huì)降低堿浸脫硅效率。因此焙燒溫度和時(shí)間的選擇必須控制在合理的范圍之內(nèi)，既保證焙燒熟料中鐵鋁尖晶石的生成，又對(duì)方石英固溶體和鋁酸亞鐵發(fā)生二次反應(yīng)生成的莫來石相進(jìn)行有效抑制。

本方法的有益效果如下：

通過控制合適的焙燒溫度和焙燒時(shí)間，可使物料中氧化鋁和氧化硅完全分離，氧化鋁和氧化硅在焙燒熟料中分別存在于鐵鋁尖晶石和氧化硅固溶體中，有利于后續(xù)堿浸脫硅的進(jìn)行。此發(fā)明同樣適用于低鋁硅比原料的脫硅，可顯著提高難處理的高硅含鋁礦物的鋁硅比。

實(shí)施例中氧化硅的溶出率最優(yōu)可達(dá)95％以上。經(jīng)多段溶出可獲得二氧化硅濃度達(dá)285g/l、模數(shù)為3.0的硅酸鈉溶液。

綜上所述，本發(fā)明可使含硅鋁物料中鋁、硅實(shí)現(xiàn)高效分離，氧化硅脫除率高。本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單，成本低廉，不僅可實(shí)現(xiàn)高嶺土、伊利石、頁(yè)臘石等鋁硅酸鹽礦物的脫硅，還可使含硅鋁物料選礦尾礦、煤矸石、粉煤灰以及高鐵含硅鋁物料等難處理的低鋁硅比含鋁原料脫硅，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明含硅鋁物料的脫硅方法的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例中所用高嶺土的主要化學(xué)成分如表1所示，所用氧化鐵為化學(xué)純?cè)噭?br />
表1高嶺土及高硅含硅鋁物料化學(xué)成分(wt.％).

實(shí)施例1

按摩爾比氧化鐵：高嶺土中氧化鋁：碳＝2.4:4:1.2進(jìn)行配料、造球。將干燥后的小球置于剛玉坩堝中，在還原性氣氛中進(jìn)行焙燒，外用焦炭進(jìn)行氣氛調(diào)節(jié)。焙燒溫度1100℃，焙燒時(shí)間60min；將所得焙燒熟料細(xì)磨至d(0.5)＝43.52μm左右，采用氫氧化鈉堿溶液對(duì)焙燒熟料進(jìn)行堿浸脫硅，浸出溫度為125℃，液固比為5，苛性堿濃度為125g/l，浸出時(shí)間120min，在此條件下，氧化硅的溶出率為91.13％，浸出渣的鋁硅比為9.11。

實(shí)施例2

按摩爾比氧化鐵：高嶺土中氧化鋁：碳＝2.4:4:1.2進(jìn)行配料、造球。將干燥后的小球置于剛玉坩堝中，在還原性氣氛中進(jìn)行焙燒，外用焦炭進(jìn)行氣氛調(diào)節(jié)。焙燒溫度1100℃，焙燒時(shí)間60min；將所得焙燒熟料細(xì)磨至d(0.5)＝43.52μm左右，采用氫氧化鈉堿溶液對(duì)焙燒熟料進(jìn)行堿浸脫硅，浸出溫度為110℃，液固比為3，苛性堿濃度為125g/l，浸出時(shí)間120min，在此條件下，氧化硅的溶出率為87.04％，浸出渣的鋁硅比為6.25。

實(shí)施例3

按摩爾比氧化鐵：高硅含硅鋁物料中氧化鋁：碳＝2.4:4:1.2進(jìn)行配料、造球。將干燥后的小球置于剛玉坩堝中，在還原性氣氛中進(jìn)行焙燒，外用焦炭進(jìn)行氣氛調(diào)節(jié)。焙燒溫度1100℃，焙燒時(shí)間60min；將所得焙燒熟料細(xì)磨至d(0.5)＝28.52μm左右，采用氫氧化鈉堿溶液對(duì)焙燒熟料進(jìn)行堿浸脫硅，浸出溫度為110℃，液固比為10，苛性堿濃度為125g/l，浸出時(shí)間120min，在此條件下，氧化硅的溶出率為77％，浸出渣的鋁硅比為8.57。

實(shí)施例4

按摩爾比氧化鐵：粉煤灰中氧化鋁：碳＝2.2:4:1.1進(jìn)行配料、造球。將干燥后的小球置于剛玉坩堝中，在還原性氣氛中進(jìn)行焙燒，外用焦炭進(jìn)行氣氛調(diào)節(jié)。焙燒溫度1100℃，焙燒時(shí)間30min；將所得焙燒熟料細(xì)磨至d(0.5)＝30.15μm左右，采用氫氧化鈉堿溶液對(duì)焙燒熟料進(jìn)行堿浸脫硅，浸出溫度為110℃，液固比為10，苛性堿濃度為125g/l，浸出時(shí)間180min，在此條件下，氧化硅的溶出率為96.09％，浸出渣的鋁硅比為24.18。

實(shí)施例5

按摩爾比氧化鐵：煤矸石中氧化鋁＝2.2:4進(jìn)行配料、造球。將干燥后的小球置于剛玉坩堝中，在還原性氣氛中進(jìn)行焙燒，外用焦炭進(jìn)行氣氛調(diào)節(jié)。焙燒溫度1100℃，焙燒時(shí)間30min；將所得焙燒熟料細(xì)磨至d(0.5)＝35.51μm左右，采用氫氧化鈉堿溶液對(duì)焙燒熟料進(jìn)行堿浸脫硅，浸出溫度為110℃，液固比為8，苛性堿濃度為125g/l，浸出時(shí)間180min。在此條件下，氧化硅的溶出率為96.34％，浸出渣的鋁硅比為23.67。經(jīng)多段溶出可獲得氧化硅濃度為285g/l，模數(shù)為3.0的硅酸鈉溶液，浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2焙燒熟料多段堿浸脫硅結(jié)果

浸出條件:110℃,固液比10g/50ml,t＝180min

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供了一種含硅鋁物料的脫硅方法，包括如下步驟：取鐵氧化物、含硅鋁物料和碳粉進(jìn)行配礦、研磨后混合均勻，得到生料；其中，氧化鐵、含硅鋁物料中氧化鋁、碳的摩爾比為2～2.4:4:1～1.2；將所得生料在1050～1200℃下焙燒30?60min，得到熟料；將所得熟料研磨處理后加入氫氧化鈉溶液中堿浸；將堿浸所得礦漿進(jìn)行固液分離，得到含硅堿液和脫硅渣。本發(fā)明可使含硅鋁物料中鋁、硅實(shí)現(xiàn)高效分離，氧化硅脫除率高。工藝流程簡(jiǎn)單，成本低廉，不僅可實(shí)現(xiàn)高嶺土、伊利石、頁(yè)臘石等鋁硅酸鹽礦物的脫硅，還可使含硅鋁物料選礦尾礦、煤矸石、粉煤灰以及高鐵含硅鋁物料等難處理的高硅含鋁礦物脫硅，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：李小斌;周秋生;王洪陽(yáng);彭志宏;劉桂華;齊天貴

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2018.09.26

技術(shù)公布日：2019.01.18