处理我国铝土矿的两段烧结法研究

烧结温度 T 、℃
烧结时间 τ、min
ηA l2 O3 , %
1
2. 05
1100
20
62. 43
2
2. 05
1150
40
62. 46
3
2. 05
1200
60
61. 85
4
2. 25
1100
40
80. 58
5
2. 25
1150
60
83. 44
6
2. 25
1200
20
85. 98
7
2. 45
1100
60
30. 78
84. 57 85. 49 86. 56 85. 89
2003 年
溶出液硅量指数 (A/ S)
103. 33 109. 00 444. 56 455. 50
2 Ⅱ段烧结试验
2. 1 试验准备 试验原料 :所用原料为 Ⅰ段赤泥 ,其化学成分如下表 :
表 4 Ⅰ段赤泥成份表
成 份
Al2 O3
ηA = - 443. 5 A 2 + 2009. 15 A - 2188. 9511
表 7 计算结果
RC ηA , %
2. 05 66. 0
2. 15 80. 643
2. 25 86. 418
2. 35 83. 323
2. 45 71. 3576
计算结果表明 ,钙比 2125 为佳 。钙比太高 ,多余的 CaO 在熟料中游离存在 ,会在溶出时造成 Al2O3 损 失 ;钙比太低 ,由于 N A S 2 不能完全分解而造成 Al2O3 和 Na2O 的损失[2 ] 。 4. 2. 2 温度对氧化铝溶出率的影响 (钙比为 2. 25 ,时间为 40min 时)
件下溶出 。考察钙比 、烧结温度 、烧结时间对氧化铝溶出率的影响 ,从而得出 Ⅱ段烧结工艺的最佳条件 。最
后以最佳条件进行验证性试验 。
2. 2 试验结果
在单因素试验的基础上 ,采用了三因子三水平 L9 (34) 的正交试验 ,结果见表 5.
表 5 Ⅱ段烧结正交试验结果表
条件 序号
碱 比 Rc
ηA
= Al2O3熟
-
Al2O3泥·CaO熟/ Al2O3熟
CaO泥
×100
%;
ηN
= Na2O熟
-
Na2O泥·CaO熟/ CaO泥 Na2O熟
×100 % ;
ηA 1
=
0. 153
-
0. 0276 ×0. 0. 1535
389/
0.
5244
= 86. 66
% ; (与表
5
的试验结果相符)
ηA 2
=
出条件)
熟料2 赤泥2
16. 30 2. 45
8. 27 25. 62
2. 50 3. 20
38. 3 53. 80
6. 12 7. 79
10. 99 0. 89
烧 结 条 件 : 钙 比 2125 , 1200 ℃, 20nim ; ( 标 准 溶
出条件下)
3. 1 Ⅱ段烧结验证性试验氧化铝 、氧化钠净溶出率计算
表 1 原料矿石成份表
成 份
Al2 O3
SiO2
TiO2
Fe2 O3
CaO
A/ S
含量 % 67. 10
12. 45
3. 49
1. 40
0. 60
5. 4
纯碱 :化学纯
试验采用三因子三水平 L 9 (34) 的正交试验 ,结果见表 2
表 2 Ⅰ段烧结正交实验结果
条件 序号
碱 比 R
烧结温度 T 、℃
ηA = - 0. 00032 B 2 + 0. 781466 B - 390. 542
表 8 计算结果
T, ℃
1100
1120
1160
1200
1240
1280
ηA , %
81. 8712
83. 29
85. 366
86. wenku.baidu.com18
86. 44
85. 44
计算结果表明 ,烧结温度 1200 ℃为宜 。温度低烧结反应进行不彻底 ;温度稍高对氧化铝的溶出率增加甚微 , 反而会增加能耗 ;温度再升高物料熔化使氧化铝溶出率降低 。 4. 2. 3 时间氧化铝溶出率的影响 (钙比为 2125 ,温度为 1200 ℃时)
2003 年
图 1 烧结时间 (t = 40min) 时 ,温度 ( T) 、碱比 ( R) 对溶出率的影响曲线 过大时 ,过剩的碳酸钠在熟料溶出时进入溶液 ,会因碳酸纳浓度过高而增加二次反应而降低氧化铝的溶出 率[5] 。
烧结温度以 1100 ℃为好 ,因为烧结温度过低 、过高时 ,会使熟料欠烧或过烧 ,均使ηAl2O3降低 。 4. 2 Ⅱ段烧结试验 4. 2. 1 钙比对氧化铝溶出率的影响 (温度为 1200 ℃、时间为 40min 时)
(下转 23 页)
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SiO2
TiO2
Fe2 O3
含量 % 24. 62
28. 8
8. 37
3. 40
CaO 0. 80
Na2 O 17. 76
石灰 :化学
主要仪器设备 :马弗炉 ( SX - 4 - 13) 、增力电动搅拌机 、超级恒温水浴锅 、分析天平 ( T G328A) . 试验方案 :将 Ⅰ段赤泥按不同钙比配入石灰 ,和匀 、制团后置于刚玉坩埚中经马弗炉烧结后 ,在标准条
表 6 Ⅱ段烧结验证性试验分析结果
成份 , %
试样 熟料1
赤泥1
Al2 O3
15. 35 2. 76
SiO2
7. 84 25. 37
Fe2 O3
2. 42 3. 18
CaO
38. 90 52. 44
TiO2
5. 75 7. 36
Na2 O
试验条件
11. 19 0. 88
烧 结 条 件 : 钙 比 2125 , 1200 ℃, 20nim ; ( 标 准 溶
= 98. 22 %
3. 2. 2 碱耗 (化学损失碱) 量计算
经推导 : X
=
N泥
(1 ηA
ηA ) ·A 泥
×103
,
(kg
-
Na2O/
T-
Al2O3)
式中 :A泥 、N泥 ———分别表示赤泥中 Al2O3 、Na2O 的含量 ;ηA ———氧化铝的总溶出率 ;
X
=
0. 89 (1 - 0. 9822) ×103 0. 9822 ×2. 45
所谓两段烧结法 ,就是将中低品位铝土矿配入纯碱 (不配入石灰) 进行纯烧结法 ( Ⅰ段) 烧结 ,所得的 Ⅰ 次熟料经溶出后的赤泥 ,再配入石灰进行 Ⅱ段烧结[1 ] 。这样做最主要的目的是为了减少熟料溶出时的二次 反应 ,提高氧化铝和氧化钠的回收率 ,降低碱耗 。
1 Ⅰ段烧结试验
Ⅰ段烧结试验的详细情况见文献[6 ] 。现仅简要介绍主要的原材料和试验结果 。 试验原材料 :铝土矿取自贵州铝厂 ,矿石成份如表 1
经推导 :ηA
=
CA 矿 /
CS矿 CA 矿 /
CA 泥 / CS矿
CS泥
×100 %
式中 : CA矿/ CS矿 ———表示矿石中的铝硅比 ; CA泥/ CS泥 ———表示赤泥中的铝硅比 。
故 Ⅰ段烧结和 Ⅱ段烧结均在最佳条件下 ,氧化铝的总标准溶出率为 :
ηA
= 5. 39 -
2. 45/ 25. 62 5. 39
0 引 言
我国铝土矿的特点是高铝 、高硅 、低铁 、低铝硅比[4 ] 。铝硅比大于 7 的能够用纯拜耳法生产的铝土矿仅 占 10 % ,60 %以上的铝土矿铝硅比在 4～6 之间[3 ] 。贵州省有丰富的铝矿资源 ,但其特点也与上述相同 ,故 寻求一种较合理的处理中低品位铝土矿的方法 ,对我国以及地处我国西部大开发区域的贵州也有着十分重 大的现实意义和战略意义 。
文章编号 :100920193 (2003) 0520009204 Ξ
处理我国铝土矿的两段烧结法研究
何润德 ,车 蓉 ,毛小浩 ,黎志英 ,张念炳
(贵州工业大学冶金系 ,贵州 贵阳 550003)
摘 要 :研究了处理 A/ S = 5 ±的铝土矿两段烧结工艺 。试验表明 , Ⅰ段烧结最佳条件 :碱比为 112 、烧结温度 1100 ℃、烧结时间 40min ; Ⅱ段烧结最佳条件 :钙比 2125 、烧结温度 1200 ℃、烧结 时间 30min ; Ⅰ段溶出温度高于 95 ℃后脱硅作用明显 ,溶液硅量指数可达 400 以上 ;两段烧结 工艺氧化铝溶出率 ηA标可达 98122 % ,总的化学碱耗为 11126kg. 关键词 :两段烧结法 ; Ⅰ段烧结 ;溶出脱硅 ; Ⅱ段烧结 中图分类号 : TF821 文献标识码 :A
ηA = 0. 004375 C2 + 0. 26091665 C + 82. 44123
表 9 计算结果
T ,min ηA , %
20 86. 045
30 86. 635
40 86. 417
50 85. 393
60 83. 56
由上表可见 ,时间的影响不大 ,烧结时间 30min 左右均可 。
5 结 论
0. 1630
-
0. 0245 ×0. 383/ 0. 1630
0. 538
= 89. 30
% ; (在最佳烧结条件下)
ηN
= 0. 1099
-
0. 0089 ×0. 383/ 0. 1099
0. 538
= 94. 23
% ; (在最佳烧结条件下)
3. 2 两段烧结工艺氧化铝总溶出率和碱耗的计算
3. 2. 1 氧化铝总溶出率计算
= 6. 5833 (kg -
Na2O/ t
-
Al2O3)
折合成纯 Na2CO3 为 11. 255kg/ t - Al2O3
4 试验结果讨论
4. 1 Ⅰ段烧结试验 烧结时间为 40min 时 ,烧结温度 、碱比 R 对铝土矿溶出率的影响曲线 : 由图 1 可看出 ,碱比等于 112 时 ,氧化铝溶出率最高 。碱比小于或大于 112 时 ,氧化铝溶出率降低 。当
63. 89
8
2. 45
1150
20
68. 22
9
2. 45
1200
40
72. 71
Ⅱ段烧结回归方程 :
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第5期
何润德 ,等 :处理我国铝土矿的两段烧结法研究
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1 0
贵 州 工 业 大 学 学 报 (自然科学版)
(表接上页) 6 7 8 9
1. 1
1200
20
1. 2
1000
60
1. 2
烧结时间 τ、m i n
1
1. 0
1000
20
2
1. 0
1100
40
3
1. 0
1200
60
4
1. 1
1000
40
5
1. 1
1100
60
ηAl2O3 %
76. 26 82. 54 79. 23 82. 00 84. 51
(表续下页)
Ξ 收稿日期 :2003 - 06 - 12 基金项目 :贵州省科学基金资助项目[ 合同号 : (2001) 3072 ]
相关成份 %
Al2 O3
SiO2
25. 80
29. 43
2 85
8. 00126 45. 37
8. 72 2. 30490 26. 55
29. 07
3 90
8. 00086 45. 37
8. 72 2. 32838 25. 21
29. 67
4 95
7. 9942 45. 37
8. 72 2. 24302 26. 06
11
ηA = - 443. 5 A 2 + 2009. 15 A - 0. 00032 B 2 + 0. 7814666 B - 0. 0040375 C2
+ 0. 26091665 C - 2669. 887766 式中 : A —钙比 ; B —温度 ; C —时间 。
3 试验结果计算
在以上试验的基础上 ,又选择最好的条件做了进一步试验 ,试验结果如表 6
1100
20
1. 2
1200
40
溶出时 ,同时脱硅的试验结果如表 3
表 3 溶出条件 (温度) 对溶出液硅量指数的影响
序 溶出 温度 号 ( ℃)
重 量 ( g)
熟 料
相关成份 %
Al2 O3
SiO2
1 80 8. 00014 45. 37
8. 72
重 量 ( g)
2. 27026
赤 泥
第 32 卷 第 5 期 2003 年 10 月
J OURNAL
贵州工业大学学报 (自然科学版) OF HU IZHOU UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY
Vol. 32 No. 5 October. 2003
(Natural Science Edition)
碱比过低时 ,加入的碱不足以与矿中的氧化铝反应完全 ,部分氧化铝进入赤泥中造成溶出率降低 。当碱比
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贵 州 工 业 大 学 学 报 (自然科学版)