本發(fā)明屬于氧化鋁生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁的方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)鋁土礦資源較為豐富，但是絕大多數(shù)為中低品位鋁土礦，具有高鋁，高硅，低鋁硅比(a/s)等特點(diǎn)，此外，我國(guó)還有一些含鋁資源，比如粉煤灰等。隨著礦石品位的降低，各氧化鋁生產(chǎn)工藝成本均在逐漸增加，其中拜耳法工藝增幅最大。根據(jù)拜耳法的基本工藝和原理，當(dāng)鋁土礦a/s下降到5以下時(shí)，將很難再用拜耳法處理。針對(duì)于低品位鋁土礦，近年來氧化鋁工業(yè)界主要采用如下幾種方法。

中低品位鋁土礦處理方法主要有強(qiáng)化拜耳法、燒結(jié)法、拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法等。強(qiáng)化拜耳法是在拜耳法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)處理中低品位鋁土礦的方法，主要包括選礦拜耳法和石灰拜耳法。其中，選礦拜耳法采用選冶聯(lián)合處理中低品位鋁土礦，流程相對(duì)簡(jiǎn)單，但存在物理選礦難度大、原礦消耗量大、氧化鋁回收率低、浮選藥劑影響拜耳法流程等問題，同時(shí)選礦過程產(chǎn)生大量鋁硅比低于2的尾礦無(wú)法利用，造成資源的極大浪費(fèi)；石灰拜耳法是在拜耳法基礎(chǔ)上通過添加過量石灰以達(dá)到降低堿耗等作用，但石灰添加量大導(dǎo)致氧化鋁溶出率大幅降低、赤泥排出量增加、赤泥沉降負(fù)荷增大等問題。燒結(jié)法主要包括堿石灰燒結(jié)法和石灰燒結(jié)法，但能耗高、生產(chǎn)成本高是其發(fā)展的主要短板。堿石灰燒結(jié)法屬于濕法配料、濕法燒結(jié)，在燒結(jié)過程生料漿中40％左右的水分蒸發(fā)極大增加了生產(chǎn)總能耗，且燒結(jié)熟料中2cao·sio2穩(wěn)定性較低，二次反應(yīng)嚴(yán)重；石灰燒結(jié)法存在石灰配比高、棄渣量大、熟料氧化鋁浸出率低等問題。拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法包括串聯(lián)法、并聯(lián)法和混聯(lián)法，能夠處理中低品位鋁土礦，但存在流程復(fù)雜、能耗高等問題，目前已基本被拜耳法所取代。其它如酸法和酸堿聯(lián)合法等工藝目前主要停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，存在氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量差、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等諸多問題。

縱觀以上處理中低品位鋁土礦的方法，燒結(jié)法和拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法由于其能耗和成本問題已基本被棄用，石灰拜耳法是特定歷史時(shí)期為解決堿耗問題而研發(fā)的，目前只有選礦拜耳法在個(gè)別企業(yè)應(yīng)用。然而，經(jīng)過近些年的工業(yè)實(shí)踐，選礦拜耳法日益暴露出的問題已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行，成為其繼續(xù)推廣發(fā)展的瓶頸。因此，依托我國(guó)獨(dú)有的中低品位一水硬鋁石型鋁土礦，開發(fā)高效經(jīng)濟(jì)處理的新方法勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁的方法，在高溫溶出過程中添加鐵酸鈉(鐵酸鈣)及活性石灰的方法，高溫溶出過程中鋁以鋁酸鈉形式進(jìn)入溶液，而硅以鈣鐵榴石的形式留在溶出渣中。本發(fā)明的方法能夠大幅度提高冶金級(jí)氧化鋁的溶出率，同時(shí)使溶出渣中幾乎不含堿，具有流程短效率高的特點(diǎn)，整個(gè)流程中物料實(shí)現(xiàn)了零排放。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁的方法，包括下述步驟，

s1：將中低品位鋁土礦破碎磨細(xì)成礦粉；

s2：將礦粉、鐵酸鈉或鐵酸鈣、活性石灰及循環(huán)母液混合制備成原料礦漿；

s3：將原料礦漿進(jìn)行堿熱溶出反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到溶出礦漿；

s4：將溶出礦漿進(jìn)行稀釋得到稀釋液，將稀釋液進(jìn)行液固分離，得到溶出渣和溶出液，其中溶出液為鋁酸鈉溶液；

s5：向所述鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行碳分，得到粗氫氧化鋁和碳分母液；

s6：將所述粗氫氧化鋁進(jìn)行拜耳法處理，得到冶金級(jí)氧化鋁；

s7：將步驟s5中得到的碳分母液采用氧化鈣進(jìn)行苛化，得到苛化料漿，將苛化料漿進(jìn)行液固分離，得到高分子比鋁酸鈉溶液和碳酸鈣，將高分子比鋁酸鈉溶液進(jìn)行調(diào)制，作為步驟s2中的循環(huán)母液。

優(yōu)選地，所述中低品位鋁土礦的硅鋁比為2～6。

優(yōu)選地，在鋁土礦、鐵酸鈉或鐵酸鈣、活性石灰組成的原料礦漿中，各形態(tài)存在的鐵、鋁、鈣、硅總量分別以氧化物計(jì)，配料配方如下：：

氧化鐵的總量與氧化鋁的總量的質(zhì)量比為0.2～0.6：1；

氧化鈣的總量與氧化鐵的總量的摩爾比為3～6：1。

優(yōu)選地，步驟s1中，原料礦漿的液固比為2～5：1。

優(yōu)選地，步驟s2中循環(huán)母液中的苛堿濃度為150～250g/l，分子比為5～25。

優(yōu)選地，步驟s3中溶出反應(yīng)的溫度為150～250℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～2h。

優(yōu)選地，步驟s5中，向溶出后得到的鋁酸鈉內(nèi)通入二氧化碳?xì)怏w并加入晶種進(jìn)行碳分，得到粗氫氧化鋁料漿后進(jìn)行液固分離，得到碳分母液和粗氫氧化鋁，

步驟s5中碳分溫度為60～90℃，碳分終點(diǎn)為分解率在90％以上，晶種添加系數(shù)為0～1.0。

優(yōu)選地，所述方法還包括：

步驟s8：將步驟s4中的溶出渣進(jìn)行洗滌并固液分離，得到鈣鐵榴石型渣和洗滌液；

步驟s9：將所述洗滌液用于步驟s4中稀釋所述溶出礦漿。

優(yōu)選地，所述方法還包括步驟s10：將步驟s7中得到的碳酸鈣進(jìn)行煅燒分解，得到二氧化碳?xì)怏w和氧化鈣，得到的二氧化碳?xì)怏w用于步驟s5中碳分處理，得到的氧化鈣用于步驟s7中苛化處理。

優(yōu)選地，步驟s1中的鐵酸鈉是含鐵原料與工業(yè)碳?jí)A燒結(jié)而成；鐵酸鈣是含鐵原料與石灰燒結(jié)而成。

(三)有益效果

(1)與常規(guī)拜耳法相比，本發(fā)明的方法產(chǎn)生的冶金級(jí)氧化鋁實(shí)際溶出率提高了15％以上，大幅度地提高了氧化鋁的溶出率；

(2)與常規(guī)拜耳法相比，本發(fā)明的方法產(chǎn)生的溶出渣堿含量在0.5％以下，渣中幾乎不含堿；

(3)本發(fā)明的方法具有流程短效率高的特點(diǎn)，整個(gè)流程中物料實(shí)現(xiàn)了零排放。

附圖說明

圖1是本發(fā)明鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁的方法的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例中的中低品位鋁土礦，硅鋁比(以下簡(jiǎn)稱a/s)為2～6。在鋁土礦、鐵酸鈉(或鐵酸鈣)、活性石灰組成的原料礦中，氧化鐵的總量與氧化鋁的總量的質(zhì)量比以下簡(jiǎn)寫為f/a；氧化鈣的總量與氧化鐵的總量的摩爾比為簡(jiǎn)寫為c/f。原料礦漿液固質(zhì)量比以下簡(jiǎn)寫為l/s。

鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁的方法，是指溶出渣為鈣鐵榴石型渣，一步堿熱法是指利用堿液(循環(huán)母液)對(duì)氧化鋁進(jìn)行一步水熱溶出處理的方法，生產(chǎn)的產(chǎn)品為冶金級(jí)氧化鋁。

實(shí)施例1

本實(shí)施例采用中低品位鋁土礦，主要化學(xué)成分(質(zhì)量百分比，wt％)為：氧化鋁(al2o3)60.60％，二氧化硅(sio2)17.5％，其它為雜質(zhì)，其鋁硅比為3.5；

鐵酸鈣為含鐵原料與石灰燒結(jié)而成；

循環(huán)母液中的苛堿濃度為200g/l，分子比為25；

f/a＝0.5：1；

c/f＝4.5：1。

按照本圖1所示的本發(fā)明鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁的方法：

s1：將中低品位鋁土礦破碎磨細(xì)成礦粉；

s2：將礦粉、鐵酸鈣、活性石灰混合后，按照l(shuí)/s＝4:1的比例與循環(huán)母液混合制備成原料礦漿；

s3：將原料礦漿進(jìn)行堿熱溶出反應(yīng)，溶出反應(yīng)溫度為250℃，溶出反應(yīng)時(shí)間為2h，反應(yīng)結(jié)束后得到溶出礦漿；

經(jīng)過本步驟的溶出反應(yīng)處理，氧化鋁的提取率能夠達(dá)到83％；

s4：將溶出礦漿進(jìn)行稀釋得到稀釋液，將稀釋液進(jìn)行液固分離，得到溶出渣和溶出液，其中：溶出液為鋁酸鈉溶液；

s5：將鋁酸鈉在80℃、晶種添加系數(shù)為0.8的條件下，通二氧化碳并加入晶種進(jìn)行碳分(碳酸化分解)至分解率達(dá)到95％，得到粗氫氧化鋁料漿，并進(jìn)行液固分離，得到碳分母液和粗氫氧化鋁；

s6：將步驟s5中得到的粗氫氧化鋁進(jìn)行拜耳法處理，得到冶金級(jí)氧化鋁；

s7：將步驟s5中得到的碳分母液采用石灰乳進(jìn)行苛化，得到苛化料漿，將苛化料漿進(jìn)行液固分離，得到高分子比鋁酸鈉溶液和碳酸鈣，將高分子比鋁酸鈉溶液進(jìn)行調(diào)制，作為步驟s2中的循環(huán)母液；

本步驟中，將碳分母液進(jìn)行處理，得到的高分子比鋁酸鈉溶液調(diào)整后能夠作為循環(huán)母液參與其他工藝流程，使得工藝流程無(wú)外排無(wú)污染；

s8：將步驟s4中的溶出渣進(jìn)行洗滌并固液分離，得到鈣鐵榴石型渣和洗滌液；

本步驟中，經(jīng)過處理得到了無(wú)堿鈣鐵榴石型渣，使硅與加入的鐵和鈣以鈣鐵榴石的形式留在溶出渣中，降低了渣中的堿含量；

s9：將洗滌液用于步驟s4中稀釋所述溶出礦漿；

本步驟中，產(chǎn)生的洗滌液為廢液，但將洗滌液返回到步驟s4中用于稀釋溶出礦漿，既減少了廢液的處理和排放，又達(dá)到了重復(fù)利用的效果，達(dá)到了物料的回收再利用；

s10：將步驟s7中得到的碳酸鈣在1000℃下進(jìn)行煅燒分解，得到二氧化碳?xì)怏w和氧化鈣，得到的二氧化碳?xì)怏w用于步驟s5中碳分處理，得到的氧化鈣用于步驟s7中苛化處理；

本步驟中，碳酸鈣的分解再利用，實(shí)現(xiàn)了資源的回收利用，避免了資源的浪費(fèi)，節(jié)約了成本。

得到的冶金級(jí)氧化鋁即為產(chǎn)品。

實(shí)施例2

本實(shí)施例采用中低品位鋁土礦，主要化學(xué)成分(質(zhì)量百分比，wt％)為：氧化鋁(al2o3)65.22％，二氧化硅(sio2)12.66％，其它為雜質(zhì)，其鋁硅比為5.15；

鐵酸鈉為含鐵原料與工業(yè)碳?jí)A燒結(jié)而成；

循環(huán)母液中的苛堿濃度為230g/l，分子比為20。

f/a＝0.6：1；

c/f＝4：1。

按照本圖1所示的本發(fā)明鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產(chǎn)冶金級(jí)氧化鋁的方法：

s1：將中低品位鋁土礦破碎磨細(xì)成礦粉；

s2：將礦粉、鐵酸鈉、活性石灰混合后，按照l(shuí)/s＝4:1的比例與循環(huán)母液混合制備成原料礦漿；

s3：將原料礦漿在反應(yīng)釜中進(jìn)行溶出反應(yīng)，溶出反應(yīng)溫度為250℃，溶出反應(yīng)時(shí)間為1h，反應(yīng)結(jié)束后得到溶出礦漿；

經(jīng)過本步驟的溶出反應(yīng)處理，氧化鋁的提取率能夠達(dá)到83.7％；

s4：將溶出礦漿進(jìn)行稀釋得到稀釋液，將稀釋液進(jìn)行液固分離，得到溶出渣和溶出液，其中溶出液為鋁酸鈉溶液；

s5：將低分子比鋁酸鈉在80℃、晶種添加系數(shù)為0.8的條件下，通二氧化碳并加入晶種進(jìn)行碳分，碳分終點(diǎn)為分解率95％以上。碳分得到粗氫氧化鋁料漿后進(jìn)行液固分離，得到碳分母液和粗氫氧化鋁；

s6：將步驟s5中得到的粗氫氧化鋁進(jìn)行拜耳法處理，得到冶金級(jí)氧化鋁；

s7：將步驟s5中得到的碳分母液采用氧化鈣進(jìn)行苛化，得到苛化料漿，將苛化料漿進(jìn)行液固分離，得到高分子比鋁酸鈉溶液和碳酸鈣，將高分子比鋁酸鈉溶液進(jìn)行調(diào)制，作為步驟s2中的循環(huán)母液；

本步驟中，將碳分母液進(jìn)行處理，得到的高分子比鋁酸鈉溶液調(diào)整后能夠作為循環(huán)母液參與其他工藝流程，使得工藝流程無(wú)外排無(wú)污染；

s8：將步驟s4中的溶出渣進(jìn)行洗滌并固液分離，得到鈣鐵榴石型渣和洗滌液；

本步驟中，經(jīng)過處理得到了無(wú)堿鈣鐵榴石型渣，使硅與加入的鐵和鈣以鈣鐵榴石的形式留在溶出渣中，降低了渣中的堿含量；

s9：將洗滌液用于步驟s4中稀釋所述溶出礦漿；

本步驟中，產(chǎn)生的洗滌液為廢液，但將洗滌液返回到步驟s4中用于稀釋溶出礦漿，既減少了廢液的處理和排放，又達(dá)到了重復(fù)利用的效果，達(dá)到了物料的回收再利用；

s10：將步驟s7中得到的碳酸鈣在1000℃下進(jìn)行煅燒分解，得到二氧化碳?xì)怏w和氧化鈣，得到的二氧化碳?xì)怏w用于步驟s5中碳分處理，得到的氧化鈣用于步驟s7中苛化處理；

本步驟中，碳酸鈣的分解再利用，實(shí)現(xiàn)了資源的回收利用，避免了資源的浪費(fèi)，節(jié)約了成本。

得到的冶金級(jí)氧化鋁即為產(chǎn)品。

本發(fā)明的方法具有流程短、效率高的特點(diǎn)，全流程的最終產(chǎn)物為冶金級(jí)氧化鋁和無(wú)堿鈣鐵榴石型渣，其余物料均實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，整個(gè)流程中物料實(shí)現(xiàn)了零排放。這種無(wú)堿鈣鐵榴石型渣因堿含量的降低得到了有效利用，如用于煉鋼過程的鐵酸鈣添加劑、做自應(yīng)力、高強(qiáng)度、速凝硅酸鹽水泥和高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道等高強(qiáng)度混凝土的理想骨料，以及作為微晶玻璃、硅肥等附加值較高產(chǎn)品的潛在原料。

最后應(yīng)說明的是：以上所述的各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。