高鐵三水鋁石型鋁土礦綜合利用新工藝的基礎研究.pdf

1、隨著我國冶金工業(yè)的快速發(fā)展，鋁土礦石和鐵礦石的消耗量大幅度上升，國內(nèi)鋁土礦和鐵礦的供需缺口越來越大，對外依存度日益提高，對國內(nèi)高鐵鋁土礦的開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。高鐵三水鋁石型鋁土礦（以下簡稱為高鐵鋁土礦）是公認的難選難冶礦石，在我國儲量很大。本論文以廣西某高鐵三水鋁石型鋁土礦為對象，開展了鐵、鋁、硅、釩、鎵等綜合利用新工藝的基礎研究。
　　 采用光學顯微鏡、XRD、SEM及電子探針等微觀測試方法對高鐵三水鋁石型鋁土礦工藝礦物學

2、進行了詳細研究，發(fā)現(xiàn)鐵主要存在于針（赤）鐵礦中，而鋁主要存在于三水鋁石中;針（赤）鐵礦中含有鋁元素， Al2O3含量的質(zhì)量比從17％到39％不等，而三水鋁石中也都含有鐵元素，F(xiàn)e2O3含量的質(zhì)量比從15％～25％不等，這些嵌布粒度小于5μm、嵌入在鐵礦內(nèi)的Al2O3和嵌入在三水鋁石內(nèi)的Fe2O3，導致選礦方法無法將它們分離出來。
　　 采用熱力學計算和繪圖等方法研究了礦石中的鋁、鐵、硅等組份在不同氣氛下焙燒時的物理化學行為。研究

3、發(fā)現(xiàn)，在低于1500K的溫度范圍，在氧化性氣氛下加熱高鐵鋁土礦不能改變鋁、鐵、硅的賦存關系;Na2CO3或Na2SO4存在的條件下還原焙燒時，Al2O3和SiO2優(yōu)先與鈉鹽反應生成鋁硅酸鈉，其次是硅酸鈉，再次是鋁酸鈉;Na2SO4容易被還原為Na2SO3，Na2SO3性質(zhì)不穩(wěn)定易發(fā)生分解而生成Na2S和Na2SO4;Na2SO3與Al2O3和SiO2反應的規(guī)律與Na2SO4相同;Na2S不能直接與Al2O3、SiO2發(fā)生反應，但在FeO

4、的參與作用下可與Al2O3、SiO2反應，其規(guī)律與Na2SO4的相同;鈉鹽存在時，在適宜的溫度及還原氣氛下，鐵氧化物可還原成金屬鐵，而鋁和硅轉(zhuǎn)換成鋁硅酸鈉、硅酸鈉或鋁酸鈉。
　　 在上述理論研究的基礎上，開發(fā)了還原焙燒-磁選-浸出綜合利用高鐵三水鋁石型鋁土礦的新工藝。通過還原焙燒-磁選研究，獲得了優(yōu)化的焙燒和磁選工藝參數(shù)。在Na2SO4質(zhì)量比15％、硼砂質(zhì)量比2％、Na2CO3質(zhì)量比25％、還原焙燒溫度1050℃、還原焙燒時間6

5、0min、細磨至-0.074mm95.5％～96.0％，磁場強度975Gs的條件下，獲得了TFe含量93.73％、Al2O3含量1.21％的磁性物和TFe含量6.73％、Al2O3含量40.56％的非磁性物（富鋁渣）產(chǎn)品，鐵回收率93.07％。
　　 機理研究表明，在鈉鹽還原焙燒中，硼砂具有助熔作用，碳酸鈉以固相擴散反應為主，硫酸鈉以液相反應為主，添加劑的添加促進了鐵晶粒的長大和鋁/鐵的分離。化學分析及XRD物相分析表明，焙燒礦

6、主要由金屬鐵、鋁硅酸鈉組成，其余還有少量未還原完全的鐵氧富氏體及還原焙燒過程中生成的硫化亞鐵;磁性物主要成分為金屬鐵;非磁性物主要成分為鋁硅酸鈉，其余還有少量硫化亞鐵、硅酸亞鐵和未分離完全的金屬鐵。
　　 進而研究了從富鋁渣（非磁性物）中回收和分離鋁、硅和鈉的方法和工藝技術。研究發(fā)現(xiàn)，硫酸浸出可將富鋁渣中的鋁、硅、鈉同時轉(zhuǎn)入溶液。獲得了浸出的最佳工藝條件:H2SO4濃度30％、浸出溫度30℃、浸出時間30min、液固比10∶1、

7、攪拌速度200r/min。在此條件下，富鋁渣中Al2O3、SiO2和Na2O浸出率分別達到89.37％、89.12％和96.46％。
　　 為從浸出液中分離鋁、硅和鈉，采用濃硫酸酸化首先分離出硅，再利用硫酸鋁和硫酸鈉溶解度的差別，采用蒸發(fā)結(jié)晶方法實現(xiàn)鋁、鈉的分離。獲得了硫酸酸化分離SiO2的最佳條件是H2SO4濃度70％、浸出溫度90℃、浸出時間120min、液固比10∶1、攪拌速度500r/min。在此條件下，SiO2分離率達

8、到98.32％。
　　 查明了在還原焙燒-磁選-浸出過程中高鐵三水鋁石型鋁土礦中鎵和釩的走向。研究發(fā)現(xiàn)，鎵幾乎全部進入磁性物質(zhì)中，可以在金屬鐵中得到回收;80％以上的釩進入非磁性物中，非磁性物經(jīng)酸浸后，釩主要到浸出渣中，可以在浸出渣中加以回收。
　　 在工藝技術研究的基礎上，推薦了還原焙燒—磁選—浸出法綜合利用高鐵三水鋁石型鋁土礦的新工藝流程，與已公開發(fā)表“先鐵后鋁”工藝相比，該流程具有工藝簡單、投資成本低、廢棄物排放少