一種鋁土礦高效快速脫硅方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁土礦脫硅技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋁土礦高效快速脫硅方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝主要是拜耳法、燒結(jié)法等?，F(xiàn)今為止，世界上 90%的鋁業(yè)公司都在使用拜耳法生產(chǎn)。拜耳法包括兩個(gè)主要的過程，也就是拜耳提出的兩 項(xiàng)專利，一項(xiàng)是他發(fā)現(xiàn)氧化鈉與氧化鋁摩爾比為1.8的鋁酸鈉溶液在常溫下，只要添加氫氧 化鋁作為晶種，不斷攪拌，溶液中的氧化鋁便可以呈氫氧化鋁徐徐析出，直到其中氧化鈉與 氧化鋁的摩爾比提高到6,已經(jīng)析出了大部分氫氧化鋁，剩余的溶液在加熱時(shí)，又可以溶出 鋁土礦中的氧化鋁水合物，這也是利用種分母液溶出鋁土礦的過程，交替使用這兩個(gè)過程 就能夠一批批處理鋁土礦，從中得到純的氫氧化鋁產(chǎn)品，構(gòu)成拜耳法循環(huán)。鋁土礦礦石在和 氫氧化鈉反應(yīng)時(shí)，礦石中的鐵氧化物、氧化鈣、二氧化鈦基本不會(huì)和氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)，而 是形成固體沉淀留在反應(yīng)釜底部，但礦石中的二氧化硅則會(huì)和氫氧化鈉反應(yīng)，生成同樣溶 于水的硅酸鈉。拜耳法通過緩慢加熱溶液，促使溶液中的二氧化硅、氧化鋁和氫氧化鈉生成 方鈉石結(jié)構(gòu)的水合鋁硅酸鈉沉淀，與留在反應(yīng)釜底部的固體沉淀如礦石中的鐵氧化物、氧 化鈣、二氧化鈦等一起作為赤泥直接排放，從而達(dá)到除硅的目的。燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝為 堿-石灰燒結(jié)法，將鋁土礦與一定量的純堿、石灰（或石灰石)配成爐料在高溫下進(jìn)行燒結(jié)， 使氧化硅與石灰化合成不溶于水的硅酸二鈣，氧化鐵與純堿化合成可以水解的鐵酸鈉，而 氧化鋁與純堿化合成可溶于水的鋁酸鈉;之后將燒結(jié)產(chǎn)物(熟料）用水溶出時(shí)，鋁酸鈉進(jìn)入 水，鐵酸鈉水解形成氧化鐵。氧化鐵和硅酸二鈣一起進(jìn)入赤泥，而后用二氧化碳分解鋁酸 鈉溶液便可析出氫氧化鋁。
[0003] 從以上氧化鋁的生產(chǎn)工藝來看，拜耳法和燒結(jié)法工藝都是將硅一起排入了赤泥 中，這樣就造成赤泥量大，赤泥中的有效元素如有價(jià)稀有元素、放射性元素的含量低，因此 不能有效回收利用。目前國內(nèi)外都采用堆積填埋的方法來處理赤泥，同時(shí)堆放場所需要進(jìn) 行防滲處理，以防止對環(huán)境造成污染，投資大;赤泥中Al 2〇3含量高達(dá)20%~25%，A/S為1.2 ~2.0，同時(shí)含有大量的稀有稀土元素，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，二氧化硅在鋁土礦溶出過程中 的行為和影響成為氧化鋁生產(chǎn)的關(guān)注點(diǎn)，尤其是隨著鋁土礦品位的下降，高硅礦物進(jìn)入氧 化鋁生產(chǎn)流程，噸氧化鋁產(chǎn)出赤泥量急劇增加，氧化鋁生產(chǎn)成本顯著增加。
[0004] 針對高硅礦物，需要先脫硅，以提高鋁硅比A/S，之后再用于生產(chǎn)氧化鋁。目前普遍 采用的脫硅方法為鋁土礦選礦脫硅，而后以選出的高鋁硅比的精礦作為原料來生產(chǎn)氧化 鋁，即"選礦-拜耳法"。該方法已經(jīng)被廣泛產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但是存在工藝流程長，設(shè)備投資大， 氧化鋁回收率低等缺點(diǎn)，對氧化鋁生產(chǎn)的效益貢獻(xiàn)不明顯。最終因資源回收率損失大，成本 增加兩方面抵消了提高A/S帶來的微弱優(yōu)勢，也停止不前。另一種脫硅方法為焙燒-氫氧化 鈉溶出脫硅技術(shù)，其工藝主要包括焙燒、溶出、固液分離和堿液再生等作業(yè)，例如采用焙燒-氫氧化鈉溶出脫硅技術(shù)，將原礦在1000 °C下焙燒60min，然后用10 %的苛性鈉溶液浸取2h， 可使77 %的Si〇2脫除，而鋁的回收率可達(dá)96 %~98 %，鋁硅比從2.4提高到8.9~9.8;此方 法流程復(fù)雜，能耗高。也有采用生物選礦脫硅技術(shù)，即以微生物分解硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦 物，此方法雖然浸出條件溫和，但是浸出時(shí)間長，效率低，無法滿足生產(chǎn)需要。
[0005] 目前，也出現(xiàn)了新的低品位鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁方法的報(bào)道。其中公開號為CN 101289207A的專利申請中公開了一種鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的方法，將鋁土礦直接用高濃度苛 性堿液浸出其中的鋁硅酸鹽礦物，原理基于苛性堿液在一定的濃度和溫度下能夠分解高嶺 石和伊利石等脈石礦物，不經(jīng)過焙燒鋁土礦達(dá)到大部分Si0 2進(jìn)入溶液而分離的脫硅目的。 其缺點(diǎn)是使用的堿液濃度較高，溶出時(shí)間長，需要5~10小時(shí)。
[0006] 回顧氧化鋁的全工藝及發(fā)展歷程，可以看出氧化鋁生產(chǎn)主要分為:溶出過程、分解 過程及蒸發(fā)過程，其成本大約各占1/3,而分解過程及蒸發(fā)過程的工藝已基本穩(wěn)定成熟，但 是溶出過程及赤泥性質(zhì)一直隨礦石的性質(zhì)變動(dòng)及加工方式而變動(dòng)，并且為了降低硅礦物的 影響，一直未停止過研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種鋁土礦高效快速脫硅方法。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種鋁土礦高效快速脫硅方法， 所述脫硅方法包括步驟：
[0009] 硅溶出步驟:鋁土礦與堿液混合，配制成反應(yīng)料漿，所述堿液中氧化鈉的含量為20 ~280g/L，所述反應(yīng)料漿的液固比為2~50，反應(yīng)料漿在微波反應(yīng)器中反應(yīng)溶出硅，反應(yīng)溫 度10~130°C，反應(yīng)時(shí)間2~220min，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)液進(jìn)行固液分離，所得液相為含硅溶 液，含硅溶液中Si0 2含量為0.3~50g/L。
[0010] 鋁土礦高效快速脫硅方法，還包括以下步驟:所述含硅溶液進(jìn)行脫硅處理，之后沉 降、過濾，得到含鐵量小于0.5 %的含硅渣和脫硅后溶液；
[0011] 或者，所述含硅溶液至少循環(huán)使用一次，之后再進(jìn)行脫硅處理，之后沉降、過濾，得 到含鐵量小于〇. 5 %的含硅渣和脫硅后溶液；
[0012] 其中，所述含硅溶液循環(huán)使用是指:所述含硅溶液返回用于所述硅溶出步驟，具體 包括:含硅溶液與所述堿液混合，用于配制反應(yīng)料漿。
[0013] 所述反應(yīng)料漿中鋁土礦的磨礦細(xì)度為-200目含量60%~100%。
[0014] 所述微波反應(yīng)器的頻率為300MHz~300GHz。
[0015]優(yōu)選的，所述反應(yīng)料漿的液固比為2~20。
[0016] 所述反應(yīng)料漿在微波反應(yīng)器中反應(yīng)溶出硅，反應(yīng)溫度50~105°C，反應(yīng)時(shí)間3~ 120min〇
[0017] 所述鋁土礦可以為一水硬鋁石型鋁土礦或三水鋁石型鋁土礦或一水軟鋁石型鋁 土礦。
[0018] 所述鋁土礦為一水硬鋁石型鋁土礦或一水軟鋁石型鋁土礦時(shí)，在硅溶出步驟中， 固液分離所得的液相含硅溶液再經(jīng)脫硅處理后得到的脫硅后溶液為氫氧化鈉溶液，所述氫 氧化鈉溶液返回用于配制反應(yīng)料漿；
[0019] 在硅溶出步驟中，固液分離所得的固相直接用于生產(chǎn)氧化鋁;或者，固液分離所得 的固相再經(jīng)硅溶出步驟處理，之后用于生產(chǎn)氧化鋁。
[0020] 所述鋁土礦為三水鋁石型鋁土礦時(shí)，在硅溶出步驟中，所得液相含硅溶液再經(jīng)脫 硅處理后得到的脫硅后溶液為鋁酸鈉溶液，所述鋁酸鈉溶液進(jìn)行分解反應(yīng)制備氫氧化鋁， 分解反應(yīng)后剩余的反應(yīng)液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，返回用于配制反應(yīng)料漿；
[0021 ]在硅溶出步驟中，固液分離所得的固相用50~100°C的熱水洗滌，得到固相渣。 [0022]進(jìn)一步的，所述固相渣直接作為赤泥排放；
[0023] 或者，所述固相渣再經(jīng)硅溶出步驟處理，之后用50~100°C的熱水洗滌，再作為赤 泥排放。
[0024]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，硅礦物在不同能量密度條件及不同的總能量狀態(tài)時(shí)，礦物形 態(tài)可以變換，例如發(fā)現(xiàn)高嶺石在接受了足夠的能量，越過能皇時(shí)，硅元素將以可溶性的離子 狀態(tài)而在溶液中穩(wěn)定較長時(shí)間，從而可以通過固液分離的方法將硅與其他元素實(shí)現(xiàn)分離。 因此，通過改變和控制鋁土礦中硅礦物的性質(zhì)及形態(tài)，從而可以達(dá)到以最少的能源消耗及 原材料消耗來實(shí)現(xiàn)資源利用率不斷提高的目的。
[0025]本發(fā)明提供的鋁土礦高效快速脫硅方法，正是在對硅礦物結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，發(fā) 現(xiàn)硅礦物在微波作用下，尤其是較低溫度下硅礦物分子即產(chǎn)生高頻振動(dòng)，這種高頻振動(dòng)在 不同礦物之間會(huì)存在差異，同時(shí)在同一礦物分子間的不同分子鍵也存在差