含硅铝物料的脱硅方法与流程

585 编辑：中冶有色技术网来源：中南大学

2023-09-26 16:23:58

本发明涉及矿物工程技术领域，具体涉及一种含硅铝物料的脱硅方法。

背景技术：

我国是全球最大的氧化铝生产国，2017年氧化铝年产量已超过6000万吨。随着优质高铝硅比矿石的消耗殆尽，开发利用具有较大储量的低铝硅比含铝资源意义重大、势在必行。拜耳法是一种工业上广泛使用的从含硅铝物料生产氧化铝的化工过程。1887年由奥地利工程师卡尔·约瑟夫·拜耳发明，其基本原理是用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的氢氧化钠溶液重新用于处理下一批含硅铝物料，实现了连续化生产。而在拜耳法生产氧化铝过程中，溶解的氧化硅会进一步与铝酸钠溶液发生反应而生成水合铝硅酸钠(即钠硅渣)进入赤泥中，从而造成溶液中na2o和al2o3的损失。因此如何降低高硅含铝原料中的硅含量以提高其铝硅比是目前拜耳法生产氧化铝面临的主要问题。

目前针对含硅铝物料的脱硅以提高其铝硅比的方法主要有物理法和化学法。物理法是利用选矿的方法将含硅铝物料中的含硅矿物和铝矿物进行分离，以获得适合拜耳法生产的高铝硅比矿物。目前已工业应用的物理法主要有正浮选和反浮选。正浮选是以浮选铝矿物为目的，此方法所获得氧化铝精矿中铝硅比能达到11以上，氧化铝的回收率在85～90％。但是此方法存在精矿处理量大、浮选药剂用量高、处理矿物组分复杂-嵌布粒度细的含硅铝物料时磨矿能耗高和泥化严重的问题。反浮选则是以浮选含硅矿物为目的，可以有效地利用铝硅酸盐和一水硬铝石矿物间硬度的差异而降低磨矿能耗，所获得精矿中铝硅比能达到9左右，氧化铝回收率约80％。无论是正浮选还是反浮选都存在精矿中浮选药剂残留的问题，而浮选药剂会对后续拜耳法生产氧化铝过程造成危害。化学法又可分为酸法和减法。酸法可实现铝硅酸盐矿物中铝的选择性溶出，与此同时也会造成各种易溶于酸的金属氧化物溶解，造成浸出溶液中杂质离子增多，后续除杂繁琐。热化学碱浸法作为一种化学脱硅方法被认为是提高含硅铝物料铝硅比最有效的方法，其核心在于通过氧化焙烧使铝硅酸盐矿物分解出易溶于碱的无定型氧化硅，而铝矿物则分解为难溶于碱的α-al2o3，从而达到脱硅的目的。此方法虽然能耗相对较高，但其技术指标较好，所获得精矿中铝硅比能达到11～15，氧化铝的回收率在98％以上。但是限制该方法得以广泛应用的主要原因是碱浸脱硅过程氧化硅的溶出率较低，小试试验脱硅率为60～80％，但到半工业试验时的脱硅率只有30％～40％。此外，以上方法均不适于处理土矿选矿尾矿、煤矸石、粉煤灰以及高铁含硅铝物料等难处理的高硅含铝矿物。

技术实现要素：

为了解决含硅铝物料在传统热化学碱浸脱硅过程中氧化硅的溶出率较低的问题，以及高硅含铝矿物脱硅难的问题，本发明提出一种含硅铝物料的脱硅方法，其技术方案如下：

本发明提供了一种含硅铝物料的脱硅方法，所述方法包括如下步骤：

1)取铁氧化物、含硅铝物料和碳粉进行配矿、研磨后混合均匀，得到生料；

其中，铁氧化物中氧化铁、含硅铝物料中氧化铝、碳的摩尔比为2～2.4:4:1～1.2；

2)将步骤1)所得生料在1050～1200℃下焙烧30～60min，得到熟料；

3)将步骤2)所得熟料研磨处理后加入碱液中碱浸；

4)将步骤3)碱浸所得矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和脱硅渣。

所述方法，步骤1)所述含硅铝物料包括高岭土、高硅含硅铝物料、含硅铝物料选矿尾矿、煤矸石或粉煤灰。

所述方法，步骤2)所述焙烧是在还原性气氛中进行。

所述方法，步骤3)所述研磨处理为将熟料粒径处理成d(0.5)≤45μm的颗粒。

所述方法，步骤3)所述碱液的苛性碱浓度为100～150g/l。

所述方法，步骤3)所述氢氧化钠溶液与熟料质量比为3～10。

所述方法，步骤3)所述氢氧化钠溶液与熟料质量比优选为3～5。

所述方法，步骤3)所述碱浸温度为95～125℃。

所述方法，步骤3)所述碱浸时间为60～120min

本发明第一步中生料配加氧化铁，第二步在还原气氛中进行焙烧，得到可溶的氧化硅固溶体和方石英固溶体，以及难溶的铁铝尖晶石。

第三步通过氢氧化钠溶液进行脱硅处理，在反应过程中氧化硅固溶体中的氧化硅进入氢氧化钠溶液，形成硅酸钠溶液。第四步固液分离后得到的固相为脱硅后的高铝硅比物料，可进一步采用拜耳法提取其中的氧化铝。

以高岭土的脱硅为例，在配矿时，需要对氧化铁、高岭土中的氧化铝、碳的比例进行控制。高岭土配加氧化铁时，要求氧化铁和高岭土中氧化铝摩尔比在2～2.4:4进行配矿，以保证高岭土中氧化铝能够和氧化亚铁反应进入铁铝尖晶石相，而氧化硅则转变为石英固溶体或者方石英固溶体。当氧化铁和高岭土中氧化铝摩尔比超过2.4:4时，氧化亚铁会与氧化硅反应生成硅酸亚铁，从而降低硅固溶体的溶出率。

以高岭土的脱硅为例，在还原焙烧过程中，则需要对焙烧温度和焙烧时间进行合理控制。首先保证焙烧熟料中铁铝尖晶石的生成。此时高岭土中的氧化硅转变为氧化硅固溶体或者方石英固溶体。利用硅固溶体易溶于稀碱溶液这一特性，可通过碱浸实现焙烧熟料的脱硅。其次，需有效抑制莫来石的生成。焙烧温度的升高以及焙烧时间的延长均会促进-方石英固溶体-进一步与铝酸亚铁反应而生成难溶的莫来石相，势必会降低碱浸脱硅效率。因此焙烧温度和时间的选择必须控制在合理的范围之内，既保证焙烧熟料中铁铝尖晶石的生成，又对方石英固溶体和铝酸亚铁发生二次反应生成的莫来石相进行有效抑制。

本方法的有益效果如下：

通过控制合适的焙烧温度和焙烧时间，可使物料中氧化铝和氧化硅完全分离，氧化铝和氧化硅在焙烧熟料中分别存在于铁铝尖晶石和氧化硅固溶体中，有利于后续碱浸脱硅的进行。此发明同样适用于低铝硅比原料的脱硅，可显著提高难处理的高硅含铝矿物的铝硅比。

实施例中氧化硅的溶出率最优可达95％以上。经多段溶出可获得二氧化硅浓度达285g/l、模数为3.0的硅酸钠溶液。

综上所述，本发明可使含硅铝物料中铝、硅实现高效分离，氧化硅脱除率高。本发明工艺流程简单，成本低廉，不仅可实现高岭土、伊利石、页腊石等铝硅酸盐矿物的脱硅，还可使含硅铝物料选矿尾矿、煤矸石、粉煤灰以及高铁含硅铝物料等难处理的低铝硅比含铝原料脱硅，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明含硅铝物料的脱硅方法的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例中所用高岭土的主要化学成分如表1所示，所用氧化铁为化学纯试剂。

表1高岭土及高硅含硅铝物料化学成分(wt.％).

实施例1

按摩尔比氧化铁：高岭土中氧化铝：碳＝2.4:4:1.2进行配料、造球。将干燥后的小球置于刚玉坩埚中，在还原性气氛中进行焙烧，外用焦炭进行气氛调节。焙烧温度1100℃，焙烧时间60min；将所得焙烧熟料细磨至d(0.5)＝43.52μm左右，采用氢氧化钠碱溶液对焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为125℃，液固比为5，苛性碱浓度为125g/l，浸出时间120min，在此条件下，氧化硅的溶出率为91.13％，浸出渣的铝硅比为9.11。

实施例2

按摩尔比氧化铁：高岭土中氧化铝：碳＝2.4:4:1.2进行配料、造球。将干燥后的小球置于刚玉坩埚中，在还原性气氛中进行焙烧，外用焦炭进行气氛调节。焙烧温度1100℃，焙烧时间60min；将所得焙烧熟料细磨至d(0.5)＝43.52μm左右，采用氢氧化钠碱溶液对焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为110℃，液固比为3，苛性碱浓度为125g/l，浸出时间120min，在此条件下，氧化硅的溶出率为87.04％，浸出渣的铝硅比为6.25。

实施例3

按摩尔比氧化铁：高硅含硅铝物料中氧化铝：碳＝2.4:4:1.2进行配料、造球。将干燥后的小球置于刚玉坩埚中，在还原性气氛中进行焙烧，外用焦炭进行气氛调节。焙烧温度1100℃，焙烧时间60min；将所得焙烧熟料细磨至d(0.5)＝28.52μm左右，采用氢氧化钠碱溶液对焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为110℃，液固比为10，苛性碱浓度为125g/l，浸出时间120min，在此条件下，氧化硅的溶出率为77％，浸出渣的铝硅比为8.57。

实施例4

按摩尔比氧化铁：粉煤灰中氧化铝：碳＝2.2:4:1.1进行配料、造球。将干燥后的小球置于刚玉坩埚中，在还原性气氛中进行焙烧，外用焦炭进行气氛调节。焙烧温度1100℃，焙烧时间30min；将所得焙烧熟料细磨至d(0.5)＝30.15μm左右，采用氢氧化钠碱溶液对焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为110℃，液固比为10，苛性碱浓度为125g/l，浸出时间180min，在此条件下，氧化硅的溶出率为96.09％，浸出渣的铝硅比为24.18。

实施例5

按摩尔比氧化铁：煤矸石中氧化铝＝2.2:4进行配料、造球。将干燥后的小球置于刚玉坩埚中，在还原性气氛中进行焙烧，外用焦炭进行气氛调节。焙烧温度1100℃，焙烧时间30min；将所得焙烧熟料细磨至d(0.5)＝35.51μm左右，采用氢氧化钠碱溶液对焙烧熟料进行碱浸脱硅，浸出温度为110℃，液固比为8，苛性碱浓度为125g/l，浸出时间180min。在此条件下，氧化硅的溶出率为96.34％，浸出渣的铝硅比为23.67。经多段溶出可获得氧化硅浓度为285g/l，模数为3.0的硅酸钠溶液，浸出实验结果见表2。

表2焙烧熟料多段碱浸脱硅结果

浸出条件:110℃,固液比10g/50ml,t＝180min

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结

本发明提供了一种含硅铝物料的脱硅方法，包括如下步骤：取铁氧化物、含硅铝物料和碳粉进行配矿、研磨后混合均匀，得到生料；其中，氧化铁、含硅铝物料中氧化铝、碳的摩尔比为2～2.4:4:1～1.2；将所得生料在1050～1200℃下焙烧30?60min，得到熟料；将所得熟料研磨处理后加入氢氧化钠溶液中碱浸；将碱浸所得矿浆进行固液分离，得到含硅碱液和脱硅渣。本发明可使含硅铝物料中铝、硅实现高效分离，氧化硅脱除率高。工艺流程简单，成本低廉，不仅可实现高岭土、伊利石、页腊石等铝硅酸盐矿物的脱硅，还可使含硅铝物料选矿尾矿、煤矸石、粉煤灰以及高铁含硅铝物料等难处理的高硅含铝矿物脱硅，具有广阔的应用前景和良好的经济效益。

技术研发人员：李小斌;周秋生;王洪阳;彭志宏;刘桂华;齐天贵

受保护的技术使用者：中南大学

技术研发日：2018.09.26

技术公布日：2019.01.18

声明：

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