高壓水化法下高鈦鋁土礦的溶出性能

1、<p>　　高壓水化法下高鈦鋁土礦的溶出性能</p><p>　　肖沖1,2，金會(huì)心1,2，鄭曉倩1</p><p>　?。?.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴陽 550025；2.貴州省冶金工程與過程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽 550025）</p><p>　　摘要：采用單因素及正交試驗(yàn)方法研究了高壓水化條件下溶出溫度、粒度、攪拌強(qiáng)度以及石灰添加量對(duì)高鈦鋁土礦中

2、Al2O3及TiO2溶出率的影響。結(jié)果表明，影響氧化鋁溶出率的因素從大到小依次為溫度、石灰添加量、攪拌強(qiáng)度、粒度。在下述最佳溶出條件下，Al2O3和TiO2實(shí)際溶出率分別為86.52%和5.708%：粒度0.045~0.074 mm、石灰添加量8%、溶出溫度290 ℃、攪拌速度8 r/min、溶出時(shí)間45 min。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高鈦鋁土礦；高壓水化法；正交試驗(yàn)；溶出</p><

3、p>　　中圖分類號(hào)：TF821文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1007-7545（2018）01-0000-00</p><p>　　Digestion Performance of High Titanium Bauxite under High Pressure Hydrochemical Process</p><p>　　XIAO Chong1,2, JIN Hui-xin1

4、,2, ZHENG Xiao-qian1</p><p>　　1. College of Materials and Metallurgy, Guizhou University, Guiyang 550025, China;</p><p>　　2. Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Proc

5、ess Energy Saving, Guiyang 550025, China)</p><p>　　Abstract：Effects of digestion temperature, particle size, stirring strength, and lime dosage on dissolution rate of Al2O3 and TiO2 of high titanium bauxite

6、in high pressure hydrochemical process were investigated by single factor terst and orthogonal test respectively. The results show that the factors influencing dissolution rate of alumina are in turn of temperature, lime

7、 dosage, stirring intensity, and particle size. Dissolution rate of Al2O3and TiO2 is 86.52% and 5.708% respectively under th</p><p>　　Key words：high titanium bauxite; high pressure hydrochemical process; ort

8、hogonal test; dissolution</p><p>　　雖然中國氧化鋁的發(fā)展對(duì)國內(nèi)氧化鋁市場(chǎng)的需求提供了強(qiáng)有力的支撐，但依然存在鋁土礦儲(chǔ)量不足、鋁土礦品位不斷降低、嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)增加了氧化鋁生產(chǎn)成本等嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)問題[1-2]。因此，各種難處理的中低品位鋁土礦及其他復(fù)雜型鋁資源成為關(guān)注的對(duì)象[3-4]。目前堿法處理鋁土礦的方法都是基于拜耳法[5-7]。在傳統(tǒng)拜耳法條件下，高鈦鋁土礦中高含量

9、的鈦制約著其溶出性能，導(dǎo)致高鈦型鋁土礦在目前鋁工業(yè)生產(chǎn)中無用武之地。進(jìn)行溶出時(shí)，TiO2會(huì)造成嚴(yán)重的堿損失，同時(shí)，鈦化合物會(huì)在鋁土礦溶出過程中產(chǎn)生影響，并且還會(huì)在熱交換器上形成難處理的結(jié)疤，降低換熱效率，增加能耗和生產(chǎn)成本[8-10]。高壓水化法[11]有效解決了拜耳法條件下高鈦型鋁土礦中鈦化合物造成的堿損失問題。本文采用高壓水化法對(duì)云南某高鈦型鋁土礦進(jìn)行溶出試驗(yàn)，分別采用單因素及正交試驗(yàn)方法研究溫度、粒度、攪拌強(qiáng)度以及石灰添加量對(duì)氧化

10、鋁以及氧化鈦溶出率的影響程度和主次順序。</p><p><b>　　1 試驗(yàn)</b></p><p>　　1.1 試驗(yàn)原料、設(shè)備與步驟</p><p>　　試驗(yàn)所用高鈦型鋁土礦取自云南某礦區(qū)，破碎、磨細(xì)至粒度-0.075 mm占80%，經(jīng)過濕法及干法進(jìn)行篩分，得到粒度區(qū)間為+0.124 mm、-0.124~+0.074 mm、-0.074~+

11、0.045 mm、-0.045~+0.038 mm、以及未經(jīng)過篩分的5種礦樣。取樣后進(jìn)行物相和化學(xué)成分分析，其中含鋁礦物為一水硬鋁石，含鈦礦物為銳鈦礦[12]，礦石含Al2O3 51.31%、TiO2 7.21%、SiO2 6.25%（鋁硅比8.21）。試驗(yàn)用石灰（CaO 90%）取自貴州鋁廠，溶出母液為工業(yè)氫氧化鈉（NaOH>96.0%)加熱溶解配制。試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)步驟見文獻(xiàn)[12]。</p><p>　

12、　收稿日期：2017-07-19</p><p>　　基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51564003）；貴州省氧化鋁生產(chǎn)工藝與技術(shù)科技創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（黔科合人才團(tuán)隊(duì)[2015]4005號(hào)）</p><p>　　作者簡(jiǎn)介：肖沖（1993-），男，湖北鄂州人，碩士研究生；通信作者：金會(huì)心（1972-），女，內(nèi)蒙古赤峰人，博士，教授.</p><p>　　1.2

13、分析及計(jì)算方法</p><p>　　采用EDTA容量法測(cè)定溶出液中苛堿、氧化鋁、全堿以及赤泥中氧化鐵和氧化鋁含量（YS/T575-2007），采用硅鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定SiO2含量，二安替比林甲烷法測(cè)定TiO2。采用文獻(xiàn)[12]的公式計(jì)算氧化鋁和二氧化鈦的溶出率。</p><p><b>　　2 試驗(yàn)結(jié)果分析</b></p><p>　　2.1

14、單因素溶出試驗(yàn)</p><p>　　2.1.1 溶出溫度</p><p>　　試驗(yàn)條件：溶出時(shí)間45 min、苛堿濃度340 g/L、石灰添加量8%、攪拌速度6 r/min、粒度為混合粒度，圖1為溶出溫度對(duì)Al2O3及TiO2溶出率的影響曲線。隨著溶出溫度的升高，Al2O3溶出率逐漸升高，在290 ℃附近達(dá)到最大峰值，同時(shí)TiO2溶出率也在290 ℃附近達(dá)到最低值。溫度升高，熱傳遞加快，反

15、應(yīng)物在相界面的擴(kuò)散加快，化學(xué)反應(yīng)速率也隨之加快，對(duì)氧化鋁的溶出是有利的；而溶出過程中難溶性鈣鈦化合物的形成速率總是比其分解速率快，在290 ℃附近時(shí)，兩個(gè)速率的差值最小，因此此時(shí)的TiO2溶出率最小。取290 ℃為最佳溶出溫度。</p><p>　　圖1 Al2O3及TiO2溶出率與溶出溫度的關(guān)系</p><p>　　Fig.1 Relationship between dissoluti

16、on rate of Al2O3 and TiO2 and digestion temperature</p><p>　　2.1.2 石灰添加量</p><p>　　試驗(yàn)條件：溶出時(shí)間45 min、苛堿濃度340 g/L、溶出溫度290 ℃、攪拌速度6 r/min、粒度為混合粒度，石灰添加量對(duì)Al2O3及TiO2溶出率的影響見圖2，隨著石灰添加量的增大，Al2O3溶出率先增加后減小，在8

17、%的時(shí)候達(dá)到峰值。同時(shí)TiO2溶出率先減小后增大，在6%附近達(dá)到最低值。這是因?yàn)椋涸谑姨砑恿康陀?%時(shí)，隨著石灰添加量的增大，與TiO2反應(yīng)的石灰量增大，有利于Al2O3的溶出以及鈦化合物轉(zhuǎn)變成難溶的鈣鈦化合物進(jìn)入赤泥。當(dāng)石灰添加量大于8%后，增加CaO含量有利于鈦水化石榴石的生成，羥基碳酸鈣也易分解成鈦水化石榴石，從而增加了堿耗，降低Al2O3溶出率[13]。因此確定石灰添加量為8%。</p><p>　　圖

18、2 Al2O3和TiO2溶出率與石灰添加量的關(guān)系</p><p>　　Fig.2 Relationship between dissolution rate of Al2O3 and TiO2 and lime dosage</p><p>　　2.1.3 礦石粒度</p><p>　　溶出試驗(yàn)條件：時(shí)間45 min、苛堿濃度340 g/L、溫度290 ℃、石灰添加

19、量8%、攪拌速度6 r/min，礦石粒度對(duì)Al2O3及TiO2溶出率的影響如圖3所示，從圖3可以看出，隨著粒度越來越細(xì)，Al2O3溶出率逐漸增大，TiO2溶出率逐漸減小。原因是：隨著粒徑的變小，反應(yīng)面積增大，表面化學(xué)反應(yīng)速率加快，因此氧化鋁溶出率增加。同時(shí)粒徑越小，鈦化合物對(duì)于鋁礦物的包裹程度變小，同理鋁礦物對(duì)鈦礦物的包裹程度也變小，兩者的反應(yīng)都更完全，理論上Al2O3溶出率和TiO2溶出率都會(huì)變高，但是由于氧化鈣的存在，鈦化合物與氧化

20、鈣之間的反應(yīng)由于鈦濃度的增高而加快，氧化鈣利用率變高，更多的鈦化合物進(jìn)入赤泥，因此TiO2溶出率降低?？紤]到礦物粒度越小，所需的研磨與篩分成本越高，因此選擇-0.074~+0.045 mm為最佳粒度區(qū)間。</p><p>　　圖3 粒度對(duì)Al2O3和TiO2溶出率的影響</p><p>　　Fig.3 Effect of granularity on dissolution rate of

21、 Al2O3 and TiO2</p><p>　　2.1.4 攪拌強(qiáng)度</p><p>　　試驗(yàn)條件：石灰添加量8%、溶出時(shí)間45 min、苛堿濃度340 g/L、礦石粒度為混合粒度、溶出溫度290 ℃，攪拌強(qiáng)度（用高壓釜的轉(zhuǎn)速表示）對(duì)Al2O3及TiO2溶出率的影響見圖4，隨著轉(zhuǎn)速的加快，Al2O3溶出率逐漸增大，TiO2溶出率逐漸減小。轉(zhuǎn)速的加快與粒度對(duì)于溶出率的影響從本質(zhì)上來說是相

22、近的，都是通過加快化學(xué)反應(yīng)速率來影響溶出率，兩者都是通過影響反應(yīng)的控速環(huán)節(jié)來影響溶出的效率。從圖4可以看出，轉(zhuǎn)速超過6 r/min之后，Al2O3溶出率及TiO2溶出率的變化幅度均有減小。因此確定8 r/min為最佳轉(zhuǎn)速。</p><p>　　圖4 轉(zhuǎn)速對(duì)Al2O3溶出率、TiO2溶出率的影響</p><p>　　Fig.4 Relationship between dissolution

23、 rate of Al2O3 and TiO2 and stirring speed</p><p><b>　　2.2 正交試驗(yàn)</b></p><p>　　根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)A-溫度、B-石灰添加量、C-粒度、D-攪拌強(qiáng)度（轉(zhuǎn)速）設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)方案，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。</p><p>　　表1 正交試驗(yàn)條件及結(jié)果</

24、p><p>　　Table 1 Conditions and results of orthogonal test</p><p>　　從表1可以看出：影響氧化鋁溶出率的因素依次為溫度>石灰添加量>攪拌強(qiáng)度>粒度。9組試驗(yàn)結(jié)果表明A3B3C2D1為最佳組合。但是均值分析結(jié)果表明，最佳組合為A3B3C3D3，但該組合不包含在設(shè)計(jì)的正交表中，因此需進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)條件

25、：溫度290 ℃、溶出時(shí)間45 min、石灰添加量8%、粒度-0.074~+0.045 mm、攪拌速度8 r/min，在此條件下，Al2O3溶出率為86.53%。綜合能耗、時(shí)間考慮，確定最佳溶出條件為：溫度290 ℃、溶出時(shí)間45 min、石灰添加量8%、粒度-0.074~+0.045 mm、攪拌速度8r/min。</p><p><b>　　3 結(jié)論</b></p><

26、p>　　1）影響氧化鋁溶出率的因素依次為溫度>石灰添加量>攪拌強(qiáng)度>粒度。</p><p>　　2）高壓水化法的最佳溶出條件為：溫度290 ℃、溶出時(shí)間45 min、石灰添加量8%、粒度-0.074~+0.045 mm、攪拌速度8r/min。此時(shí)，氧化鋁的溶出率為86.52%，而TiO2的溶出率只有5.708%。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

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