铝矿石成分对氧化铝生产的影响

铝土矿成分对氧化铝生产的影响1铝矿石成分对氧化铝生产的影响1.山西分公司铝土矿资源概况我国铝土矿资源较为丰富主要集中在山西、河南、贵州、广西四省总储量23.4亿吨其中山西省储量为9.89亿吨占总储量的42。截至2005年上半年山西分公司已取得采矿权的铝土矿区10个保有资源量7029万吨其中A/S 8以上高品位矿1248万吨占17.76A/S 6.58的中等品位矿石2253万吨占32.05A/S 6.5以下低品位矿3528万吨占50.19高品位铝矿石较少主要为中低品位的铝土矿山西分公司2007年计划供矿老系统拜耳法A/S≥9.0AO≥67烧结法A/S6.5±0.3AO≥62新系统A/S7.0±0.3 AO≥65。近年来我国氧化铝企业为提高产量降低成本尽量提高供矿品位而我国80以上的铝土矿为中低品位平均铝硅比仅为5.56随着高品位铝土矿储量日渐减少供矿品位不得不下降结果引起产量减少碱耗和矿耗指标明显升高导致成本升高。因此需要合理选择供矿品位深入研究不同铝土矿的性质特点及杂质对氧化铝生产的影响最大程度地发挥不同品位铝土矿生产氧化铝的效益有效利用有限的铝土矿资源成为山西分公司氧化铝生产企业的迫切任务。2.山西铝土矿化学成分及矿物组成铝土矿是一种组成复杂化学成分变化很大的矿石。铝土矿的化铝土矿成分对氧化铝生产的影响2学成分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、有机质等微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等铝土矿的化学组成及矿物组成取决于铝土矿矿床的成因根据铝土矿的成因主要有红土型铝土矿和沉积型铝土矿两大类。红土型铝土矿是最主要的铝土矿矿床约占铝土矿总储量的92以三水铝石为主。沉积型铝土矿约占铝土矿总储量的8以一水硬铝石为主山西铝土矿属一水硬铝石型总体特征是高铝、高硅、低硫低铁、中低铝硅比矿石质量差加工难度大。2006年山西分公司140万吨拜耳法实际供矿石化学成分平均为AL2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 CaO A/S 69.6 7.0 3.0 3.3 1.0 9.94 AL2O3含量波动范围在6572之间SiO2波动范围在6.07.5之间Fe2O3含量在24TiO2含量在3左右。矿石A/S11月份最低为8.948月份最高为10.26波动范围高达1.32。主要的矿物组成为一水硬铝石高岭石锐钛矿赤铁矿方解石石英。2006年矿物组成含量平均为一水硬铝石高岭石锐钛矿石英方解石赤铁矿76.2 14.2 3.2 1.1 1.15 2.9铝土矿成分对氧化铝生产的影响3 2006年80万吨拜耳法矿石平均化学?煞菸?AL2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 CaO A/S 66.8 8.9 3.5 3.0 1.5 7.50 AL2O3含量波动范围在6568之间SiO2波动范围在7.510之间Fe2O3含量在24TiO2含量在2.53左右。主要的矿物组成为一水硬铝石高岭石锐钛矿赤铁矿方解石石英。矿物组成含量平均为一水硬铝石高岭石锐钛矿石英赤铁矿72.6 17.2 3.0 1.2 3.5郑州轻研院2006年为80万吨石灰拜耳法矿石所做的物相组成为一水硬铝石高岭石伊利石锐钛矿石英赤铁矿金红石方解石72.7 11.3 4.7 2.5 2.0 3.2 0.5 0.5从以上矿石物相组成来看山西矿的主要物相为一水硬铝石和高岭石两者含量之和超过90其余矿物含量较少杂质硅主要以高岭石形态存在矿物组成较为单一但郑州轻研院分析中有少量伊利石存在。3.铝土矿类型决定氧化铝的生产方法氧化铝生产过程就是从铝矿石中提取氧化铝使之与杂质分离的过程。自然界中的铝矿石类型很多同一类型的铝土矿中各种杂质的含量各有差异。为了最经济地生产氧化铝不同的铝矿需采用不同的铝土矿成分对氧化铝生产的影响4生产方法。拜耳法只适宜处理高铝硅比矿石处理低铝硅比铝土矿是不经济的这是由于矿石中的SiO2在溶出时转变为含水铝硅酸钠需要消耗昂贵的苛性碱。低品位铝矿石适宜采用碱—石灰烧结法这时矿石的SiO2主要转变为原硅酸钙而且使用和消耗的是廉价的碳酸钠。特别是我国一水硬铝石型铝硅比低于4的矿石采用烧结法生产更为有利。碱—石灰烧结法虽可以处理低铝硅比铝土矿但能耗高产品质量差。混联法可以兼有拜耳法和烧结法的优点有利于充分利用我国中低品位矿石资源但其工艺流程复杂能耗较高。4.铝土矿中成分及形态对氧化铝生产的影响4.1矿石粒度的影响孝义矿在常规的破碎方式下具有一定的选择性解理特性其中粗颗粒矿物的铝硅比明显高于细颗粒矿物的铝硅比这与组成矿物一水硬铝石、高岭石的物理性质一致即由于一水硬铝石和高岭石的硬度不同矿物在相同的作用力方式下高岭石矿物更容易被破碎ห้องสมุดไป่ตู้入细粒级产物当中造成细粒级矿物的铝硅比明显低于粗粒级矿物的铝硅比。我们从一车间矿石堆场取回孝义高铝矿进行了不同粒度的分析将其分为细中粗三个粒级其中细粒级在小于0.6mm中粒级510mm粗粒级2040mm分析结果如下铝土矿成分对氧化铝生产的影响5孝义高铝矿石SiO2 Fe2O3 AL2O3 CaO A/S细粒矿石0.6mm 9.92 2.55 65.4 1.1 6.59中粒矿石510mm 8.04 1.46 66.3 1 8.25粗粒矿石2040mm 3.39 0.87 75.6 0.7 22.3 0510152025细粒矿石中粒矿石粗粒矿石A/SA/S分析结果表明硬度大的大颗粒的矿石氧化铝含量高硅含量低一水硬铝石含量大A/S高达到22.3细颗粒的矿石硅含量较高A/S低只有6.59高岭石的硬度较小可以看出粒度越大A/S的差值越大。因此如果矿石均化不好很容易使矿石的A/S产生一定波动利用有用矿物与杂质硬度的不同的特点可以进行筛选选出一部分高品位的矿石。目前我厂进厂矿石粒度在20mm以下粒度偏大会增加磨矿的负荷使磨机的产能受到限制磨矿效率下降能耗升高磨矿产品的均匀性变差对烧结法直接影响料浆细度和烧结熟料的质量。对拜耳法来说矿石的粒度越细表面积越大溶出速率增加氧化铝的溶出率提高不同粒级的矿石溶出效果不同。下图为不同粒度的山西矿溶出率变化曲线。铝土矿成分对氧化铝生产的影响6从右图中可以看出各粒级在不同时间的溶出率有明显的差别。粒级越粗短时间内效果越差。由此可见矿石粒度对氧化铝生产的重要性为了保证矿石溶出粒级要求提高磨矿效率可采用多破少磨的方法降低入磨矿石粒度提高磨机的产能和产品粒度的均匀性。设备名称电机功率设计产能电耗原料磨1000KW 50t/h 20kwh/t格子磨1250KW 55 t/h 22.7kwh/t圆锥破碎机280KW 200280 t/h Max 1.4kwh/t资料表明如矿石粒度由-20mm预破至-10mm需增加300kwh圆锥破碎机一台可将磨机实际产能由70t/h提高到100t/h总电耗相应的由17.8降到14.09kwh/t。对优化磨矿工艺降低生产能耗起到了积极的作用。如矿山能直接将矿石粒度破碎至要求粒度降低的能耗幅度要更大。经实际考察要想在原料磨和格子磨入口处添加破碎机由于自身重量和用电负荷不能承受添加很困难是否考虑以后再新建磨机时在磨头设计添加破碎机在翻车机后添加破碎机问题较大一个是很难找到合适的地方二是破碎飞扬损失会很大需要更进一步详细的论证。铝土矿成分对氧化铝生产的影响7 4.2矿石类型的影响我国一水硬铝石型铝土矿比三水铝石和一水软铝石的氧化铝生产能耗高主要因为一水硬铝石矿结构致密一水硬铝石与脉石矿物嵌布紧密包裹程度较大与溶液的接触条件较差很难溶出。据统计我厂氧化铝生产综合能耗为33.2GJ/t-AO而澳大利亚宾加拉厂采用三水铝石矿生产氧化铝综合能耗仅为11.17 GJ/t-AO希腊圣.尼古拉厂采用一水软铝石矿生产综合能耗14.59 GJ/t-AO。4.3.矿石中AL2O3含量的影响Al2O3含量越高对降低铝土矿消耗越有利我国铝土矿以一水硬铝石居多但氧化铝含量较高一般在60-70较国外三水铝石矿的消耗小。对拜耳法来说矿石Al2O3含量提高1铝土矿消耗将降低0.02t/t-AO流程中的杂质含量相对降低赤泥量降低碱耗、能耗降低对生产的正常运行指标的优化起到良好的作用。对烧结法来说熟料中Al2O3含量越高则熟料折合比越低赤泥量可以减少设备的负荷可以减轻产能相应的提高。但生料中A/S增大时相对的Fe2O3的含量减少因此熟料中相应的Na2O·Fe2O3和2CaO·SiO2也减少导致烧成温度升高易出现欠烧料。反之当A/S降低物料虽然易烧但烧成范围缩小熟料窑操作不好控制还会造成熟料窑烧结带结圈下料口堵塞等生产故障。因此在3.05.0范围内熟料铝硅比偏高控制较好。混联法氧化铝生产中生料的铝硅比不可能太高。因为拜耳法赤泥铝硅比只有2.0左右。如果生料铝硅比太高则处理一吨拜耳法赤铝土矿成分对氧化铝生产的影响8泥要配入大量的矿石。这样会使混联法生产氧化铝的优越性显著降低。4.4.铝土矿中杂质SiO2的影响在碱法生产氧化铝的过程中硅是铝土矿中最有害的杂质溶出时生成铝硅酸钠引起铝的损失增加了碱耗。资料表明用拜耳法生产氧化铝矿石中SiO2每增加1每吨矿石多消耗氢氧化钠6.6公斤氧化铝8.5公斤。SiO2主要以高岭石状态存在与碱液在7095℃下就可反应作用的速度大于一水硬铝石生成钠硅渣Na2O.Al2O3.1.7SiO2.2H2O进入赤泥中SiO2含量越高造成Na2OK和Al2O3的损失越大拜尔法末次洗涤赤泥的N/S约为0.4-0.5A/S达到1.3以上即1kg SiO2消耗0.4-0.5 kgNa2O1kg SiO2消耗1.3kg以上的氧化铝使氧化铝的回收率降低产生的赤泥量也相应增大对赤泥分离洗涤造成不良影响并在管道和设备器壁上产生结疤降低传热效果妨碍生产正常进行残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解时会随同氢氧化铝一起析出影响产品质量。因此生产过程中要控制和减少SiO2的有害作用在烧结法系统二氧化硅主要以原硅酸钙β-CaO.SiO2的形式进入赤泥而外排当SiO2含量升高时配钙量也增加资料表明矿石中SiO2每增加1则多消耗石灰石3.5公斤增大了赤泥量对分离、洗涤系统造成一定影响二次反应程度加大氧化铝溶出率下降。矿石中以伊利石KAI2SI·AI4O10OH2·nH2O形态存铝土矿成分对氧化铝生产的影响9在的SiO2含量很少在180℃以上才与碱液发生明显的反应难以用预脱硅的方法除去构成了对预热器传热效率的严重危害应该了解其溶解性质。石英化学活性小即使在260℃下也很少与铝酸钠溶液反应几乎对生产不构成危害。4.5铝土矿中杂质TiO2的影响铝土矿中的含钛矿物多以金红石TiO2和锐钛矿TiO2存在。锐钛矿在180℃时开始反应而金红石在210℃以上才反应氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O·3TiO2·2H2O。铝土矿中的含钛矿物使一水硬铝石在铝酸钠溶液中的溶解过程显著恶化使氧化铝溶出率降低这是因为生成的钛酸钠在一水硬铝石表面形成一层致密的保护膜阻止碱液渗透到矿石内使Al2O3不能被溶出。这种钛酸钠在铝酸钠溶液中形成膨胀的胶体。即有极大的自由面恶化了赤泥沉降和洗涤性能。因此在拜耳法生产中TiO2是有害杂质它引起Na2O损失Al2O3溶出率下降和赤泥沉降性能变坏。在铝土矿溶出时添加石灰是消除TiO2危害的有效措施。此时生成结晶状钛酸钙CaO·TiO2羟基钛酸钙和含钛水化石榴石使一水硬铝石表面上不再生成钛酸钠保护层。钛酸钙质松脆多孔极易脱落故使Al2O3溶出过程不再受到阻碍也降低了Na2O的消耗但钛酸钙将在高温预热器上沉积出一层相当硬而难以脱除的钛结疤影响设备传热效果给清理工作带来困难。母液中K2O含量升高能抑制钙钛矿生成使其结晶缓慢结晶度变差从而减轻钛结疤的坚硬程度对钛结疤的清理起到好的作用母液中Ns能加速钙钛矿的生成并使铝土矿成分对氧化铝生产的影响10其结晶完整致密因此混联法生产中必须采取排硫措施以减轻钛结疤的清理难度。矿石中钛含量的升高将使烧结法和拜耳法生产中的石灰消耗增大赤泥量增大影响沉降性能。我厂140万吨拜耳法压煮器结疤成分如下名称S F A C N T Ra106预热结疤105160℃ 11.80 1.24 21.80 29.8 14.04 4.36 Ra212预热结疤180190℃ 5.27 0.80 16.00 20.70 14.23 25.00 Ra114反应结疤240250℃ 6.65 56.80 13.00 12.30 5.76 2.78 Ra215反应结疤250255℃ 7.03 42.30 14.40 17.30 7.88 3.52从结疤的成分上看低温预热结疤105160℃主要钙霞石型含水铝硅酸钠高温预热结疤180190℃主要为钙钛矿反应结疤主要为赤铁矿。4.6铝土矿中杂质Fe2O3的影响山西铝土矿中铁主要以赤铁矿形式存在有时有少量的针铁矿广西平果铝土矿中铁主要以针铁矿形式存在在拜耳法溶出过程中赤铁矿不与苛性碱反应在300℃下仍是稳定的针铁矿具有高分散性不稳定与一水硬铝石发生同晶置换针铁矿中Fe被AL取代形成铝针铁矿其中的Al2O3很难被溶出造成氧化铝和碱的损失使赤泥的沉降和压缩性能变坏提高温度和添加石灰可以促使针铁矿转变为赤铁矿赤铁矿被看作是一种有利的铁矿物而针铁矿则是一种不利的化合物。在烧结法中铁含量直接影响着熟料的烧成温度和烧成温度范铝土矿成分对氧化铝生产的影响11围生料中的Fe2O3是烧结熟料时的主要矿化剂起降低烧结温度和熟料熔融温度的作用。生料烧结温度随着F/A比的提高而下降。一般来说生料F/A控制在0.08—0.12范围内较好铝土矿配料的F/A应大于0.08这样有利于熟料烧结成块同时也有利于熟料窑的“挂窑皮”。铁铝比过高会使烧结温度范围变窄熟料窑操作困难。铝土矿中的Fe2O3含量对混联法生产影响较大2006年老系统高铝Fe2O3含量2.95普铝Fe2O3含量5.0当高铝Fe2O3含量增加1时经计算普铝Fe2O3含量将降低3左右因此合理组织铁含量较高的高铝矿供给混联法拜耳法系统可以解决烧结法系统由于铁含量低造成的熟料烧结困难问题改善熟料烧结质量。4.7.铝土矿中杂质CaO的影响在拜耳法生产中CaO主要来源于铝土矿和许多作业环节的外部添加。矿石中的少量石灰石在矿浆湿磨条件下可完全分解生成3CaO·Al2O3·6H2O和Na2CO3高温下3CaO·Al2O3·6H2O被分解最终发生反苛化反应增大了Na2CO3浓度降低了循环效率。矿石中碳酸盐是拜耳法中Na2CO3积累的主要根源据统计在拜耳法每一循环中由于碳酸盐分解Na2CO3含量增加2以上另外由于吸收空气中的CO2也使Na2CO3含量增加0.20.3一般含CaO2.5的铝土矿不适于拜耳法生产。我厂高铝矿中的CaO去年平均1.17能满足生产需要。在拜耳法溶出一水硬铝石型铝土矿时为了提高氧化铝的溶出铝土矿成分对氧化铝生产的影响12率降低碱耗克服TiO2的有害作用要添加石灰往铝酸钠溶液中添加石灰将引起水化石榴石的生成。还可以起到活化一水硬铝石的作用。因生成的水化石榴石比钠硅渣更易脱离矿粒表面使碱液能很好地渗透到矿石表面强化溶出过程改善沉降性能。4.8.铝土矿中杂质MgO的影响铝土矿中常含有或多或少的MgOMgO在常压下不与碱液反应高温过程中能使硅矿物的反应率降低使钠硅渣在溶液中的SiO2的平衡浓度升高结晶度变差引起赤泥沉降性能变坏。但MgO的存在可使赤泥的钠硅比有所降低主要部分Mg进入钠硅渣晶格置换出部分钠因此适量MgO的存在对降低碱耗有利。4.9.铝土矿中含硫矿物的影响铝土矿中主要的含硫矿物是黄铁矿、白铁矿和胶黄铁矿山西铝土矿硫含量较低。黄铁矿在180℃开始被碱液分解并随温度和碱液浓度的提高而加剧造成Na2O的损失当溶液中硫含量由0.5g/l提高4.0g/l后会使钢材受到严重腐蚀增加溶液中铁含量尤其是以Na2CO3.2Na2SO4复盐析出在蒸发器和溶出器内结疤降低传热系数。溶液中硫含量增加还能使矿浆的磨制和分级受到影响赤泥沉降性能变差。铝土矿中硫含量超过0.70.8就能导致氧化铝品位因铁的污染而下降。因此拜耳法要求矿石中的硫含量低于0.7。烧结法熟料中的负二价硫S-2指以Na2S和FeS等化合物形态存在硫对熟料质量影响较大生产经验证明S-2含量0.32的铝土矿成分对氧化铝生产的影响13熟料是黑心多孔的质量好而黄心熟料或粉状黄料S-2含量小于0.32特别是小于0.1时在各方面的性能都比较差。熟料中以Na2SO4形态存在的硫SNS对烧结法产生是有害的。煤粉质量对熟料质量有较大的影响在熟料烧结过程中煤粉的灰分和硫几乎全?拷胧炝现姓Ｇ榭鱿旅夯沂故炝系穆凉璞缺壬系?.20.3碱比低0.020.05。煤粉灰分大将使熟料质量和烧结窑操作受到影响。煤粉中的硫经过燃烧后与生料中的碱作用生成硫酸钠为了减少硫酸钠的危害要求燃煤油含硫小于0.7。烧结法中采用生料加煤的方法排除流程中积累的硫酸钠通过生料加煤使熟料中的硫大部分被还原成二价硫化物FeS.CaS及SO2状态从赤泥中排除减缓了生产过程中硫酸钠的积累而且由于Fe2O3被还原成FeO或FeS减少了Fe2O3的配碱量降低了碱耗。拜耳法除硫的方法有给铝酸钠溶液中鼓入空气使硫氧化成硫酸钠在溶液蒸发时析出再就是添加除硫剂氧化锌和氧化钡使成为硫化锌析出同时氧化钡还可以同时脱去溶液中的SO42-、CO32-和SiO32-离子。4.10.铝土矿中有机物的影响三水铝石矿和一水软铝石矿常含有0.20.4的有机物而一水硬铝石矿含量较少一般在0.050.1之间。矿石中有机物对烧结法和混联法生产影响不大可通过烧结过程除去。在拜耳法生产中部分有机物在溶出过程中进入溶液并被分解形成可溶性钠的有机化合物当有机物含量达到一定程度后就会降低溶液的产出率铝土矿成分对氧化铝生产的影响14干扰种分时氢氧化铝颗粒的附聚使溶液和氢氧化铝带色焙烧时氢氧化铝颗粒变细氧化铝中的碱含量上升并使溶液的密度、黏度升高容易起泡。消除有机物的主要方法有向铝酸钠溶液中鼓入空气并提高温度以加强其氧化和分解向蒸发母液中添加石灰进行吸附向蒸发母液中添加草酸钠晶种使有机物结晶析出。4.11.铝土矿中附水的影响铝土矿中附水增加使矿石消