近年來，隨著我國氧化鋁產(chǎn)能的持續(xù)提升，國內(nèi)鋁土礦資源已經(jīng)供不應(yīng)求，無法滿足市場需求。目前大部分鋁土礦資源都依賴于進口，這樣就包含了大量的運輸成本，因此提高鋁礦石的利用率顯得尤為重要。本文主要通過對礦石的結(jié)構(gòu)及特性進行分析研究，設(shè)計出了一套氧化鋁提取及赤泥綜合回收技術(shù)，有效的提高了氧化鋁的提取率，及氧化鐵回收效果，大大降低了氧化鋁的綜合生產(chǎn)成本。

一、試驗原料及方案

1、試驗原料

此技術(shù)方案是基于一類特殊的高鐵、低硅三水鋁石礦而提出。兩種比較有代表性的高鐵低硅礦石樣品均取自印度尼西亞西加里曼丹島。從礦石分析結(jié)果看，雖然礦石中氧化硅含量不是太低，但基本呈現(xiàn)出高鐵低硅的特點，氧化鐵含量達到了21.87%，礦石鋁硅比為7.30；礦石中含鋁礦物主要是三水鋁石；含硅礦物中，高嶺石含量較高，為11.60%，石英較少，只占0.90%，在此工藝方案中，石英不參與反應(yīng)，所以在氧化硅總量一定的情況下，部分石英相的存在更加有利于呈現(xiàn)較好的試驗效果。

2、試驗原理

根據(jù)這類三水鋁石礦中氧化鋁、氧化鐵比較高的特點，設(shè)計試驗方案時主要考慮了綜合回收礦石中這兩種有價成份。

低溫拜耳法工藝中，三水鋁石型鋁土礦的溶出溫度是125～150℃。企業(yè)實際生產(chǎn)過程中一般選定140～145℃。在這一溶出溫度下，溶出反應(yīng)和脫硅反應(yīng)同時進行。高嶺石伴隨著三水鋁石的溶出過程同時溶出，氧化硅進入溶液，然后發(fā)生脫硅反應(yīng)，生成鈉硅渣。在此脫硅過程中，鈉硅渣與赤泥混在一起，很難分離。這樣會造成赤泥中氧化鋁、氧化鈉含量較高而不能得到較好利用。

所以，如果想把氧化鋁和氧化鐵完全分開以便更好的加以利用，設(shè)計工藝方案時就要考慮把礦石溶出過程和脫硅過程分開，以避免鈉硅渣和赤泥混在一起。試驗表明，高嶺石和三水鋁土礦均屬于較容易溶出的物質(zhì)，在一定的堿度條件下，常壓即可實現(xiàn)溶出。

3、試驗方案

根據(jù)三水鋁石礦中各礦物溶出性能以及考慮了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用實際情況，設(shè)計了以下工藝技術(shù)路線。以這一工藝技術(shù)路線為基礎(chǔ)，實驗室開展了關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的實驗。通過實驗室驗證工藝路線的可行性。

二、試驗結(jié)果及討論

1、溶出試驗

（1）低溫拜耳法溶出結(jié)果

目前工業(yè)上處理三水鋁石礦均是采用低溫拜耳法工藝。研究過程中，為對比礦石常壓溶出工藝與傳統(tǒng)拜耳法工藝的應(yīng)用效果，首先就試驗樣品礦石開展了低溫拜耳法溶出試驗，用以做效果對比。溶出試驗結(jié)果顯示，礦石中氧化鋁溶出率為88.28%；礦石中的氧化鐵在赤泥中得以富積，達到了54.64%；赤泥由于含有大量鈉硅渣而使得氧化鈉含量比較高，含量為6.10%。在赤泥中，鈉硅渣與細小的赤泥顆粒結(jié)合在一起，甚至是以赤泥顆粒為晶核生成、長大，所以采用物理的方法二者很難分離，需要采用化學(xué)方法才能分離。這就在一定程度上阻礙了赤泥的綜合利用。

（2）礦石常壓溶出結(jié)果

根據(jù)三水鋁石礦拜耳法溶出規(guī)律，礦石溶出速度與溶出溫度及堿液濃度呈正比，升高溶出溫度或增加堿液濃度均可提高溶出速度，縮短溶出時間。所以，為保證礦石的常壓溶出效果，在不超過溶液沸點的前提下，應(yīng)盡量采用較高的溶出溫度，并在保證液固分離效果的基礎(chǔ)上采用較高的調(diào)配液苛性堿濃度。這兩個措施主要是為了加快溶出速度，縮短溶出漿液中赤泥與鋁酸鈉溶液的共存時間，以減少或避免溶液中介穩(wěn)態(tài)氧化硅發(fā)生脫硅反應(yīng)。

本研究中，單獨對鋁酸鈉溶液進行了沸點升高試驗。根據(jù)實驗室試驗結(jié)果，鋁酸鈉溶液液苛性堿濃度200～260g/L時，溶液沸點為108.30～111.90℃。綜合考慮，實驗選取調(diào)配液堿濃度大于220g/L，確定常壓溶出溫度為105℃。由于工業(yè)生產(chǎn)時很難達到實驗室的快速分離速度，所以，也對溶出漿液不分離進行了延時穩(wěn)定性試驗，用以對比快速分離效果。

實驗室常壓溶出實驗條件：溶出溫度：105℃；溶出時間：20min；調(diào)配液苛性堿濃度：225g/L；調(diào)配液苛性比：3.25；溶出液苛性比：1.48；試驗結(jié)果顯示：①常壓條件下，氧化鋁溶出率為92.74%；快速分離后，赤泥中氧化鐵含量可達65.24%，氧化鈉含量較低，較低只有0.41%，有利于實現(xiàn)赤泥的綜合回收利用；②由于鋁酸鈉溶液中的氧化硅屬于亞穩(wěn)態(tài)，所以，如果溶出漿液不能及時分離，溶液將發(fā)生脫硅反應(yīng)。由實驗結(jié)果可以看出，隨著漿液延時加長，赤泥中氧化鈉含量逐步增大，所以，溶出漿液必須實現(xiàn)快速分離。

2、溶液脫硅及鈉硅渣處理

由于鋁酸鈉溶液的脫硅反應(yīng)發(fā)生在分離出赤泥以后，所以溶液脫硅生成的鈉硅渣沒有和赤泥混在一起，是純相鈉硅渣。雖然它是一種副產(chǎn)品，但由于鈉硅渣中含有氧化鋁和氧化鈉，從經(jīng)濟角度以及合理利用資源的角度，這部分鈉硅渣均應(yīng)該加以回收利用。

（1）溶出粗液脫硅

由于此工藝是在常壓條件下溶出，所以溶出液發(fā)生脫硅反應(yīng)的量很小，溶出的鋁酸鈉溶液中氧化硅含量較高，稱之為溶出粗液或粗液。粗液的鋁硅比較低，需要經(jīng)過脫硅反應(yīng)后才能進入分解工序。以常壓溶出所制取的粗液為試驗原料，進行加壓脫硅試驗。試驗條件為：脫硅溫度：145℃；脫硅時間：90min；脫硅種子(鈉硅渣)添加量：40g/L；為驗證不同氧化鋁濃度條件下的脫硅效果，同時進行了氧化鋁濃度為240g/L、210g/L、180g/L三個濃度的條件試驗。脫硅試驗結(jié)果顯示，隨著鋁酸鈉溶液中氧化鋁濃度的降低，脫硅后鋁酸鈉溶液的硅量指數(shù)呈上升趨勢。

（2）鈉硅渣單獨配料回收氧化鋁和氧化鈉

采用鈉硅渣石灰法燒結(jié)進行回收是鈉硅渣的一種回收方法。在理論飽和配方條件下，用鈉硅渣與石灰單獨配料，鈉硅渣在高溫下與石灰發(fā)生反應(yīng)生成2CaO·SiO2和Na2O·Al2O3的混合物；溶出過程中，熟料中的Na2O·Al2O3溶于溶液中，硅酸鈣存在于渣中；液固分離后，可以從鋁酸鈉溶液回收氧化鋁和氧化鈉。

實驗室開展了鈉硅渣配鈣燒結(jié)探索試驗。配料時不再調(diào)節(jié)堿比，只配入石灰調(diào)節(jié)鈣比。試驗表明，鈉硅渣熟料適用于高鈣比配方，較好鈣比［C/S］=2.0～2.2之間。熟料溶出試驗結(jié)果表明，在合適的熟料配方條件下、燒結(jié)溫度在1200～1250℃時，熟料中氧化鋁、氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶出率均在94%以上。這一回收方案可以有效回收鈉硅渣中的氧化鋁和氧化鈉。

（3）鈉硅渣制備4A沸石

純相鈉硅渣回收利用的技術(shù)方案中，以鈉硅渣為原料制備洗滌用4A沸石是一條高值化的應(yīng)用方案。

以脫硅試驗中得到的純鈉硅渣為原料開展制備4A沸石探索試驗。試驗表明，在鈉硅渣和氧化鈉的配比(分子比)、即堿比［Na2O］/［SiO2+Al2O3］為1.0左右合適，產(chǎn)出的沸石質(zhì)量相對不錯。所以，試驗中以堿比1.0進行配料；探索出的較好溫度燒成范圍定為935～950℃，在此溫度范圍內(nèi)燒結(jié)熟料不會在后期的磨料過期中出現(xiàn)吸濕現(xiàn)象；并且此條件下熟料硬度不大，易磨細。故燒結(jié)溫度確定為940℃，燒結(jié)時間30min；燒結(jié)得到的熟料磨細，使全部通過150#篩；然后加入堿溶液中進行晶型轉(zhuǎn)換，晶型轉(zhuǎn)換過程加入導(dǎo)向劑。試驗結(jié)果顯示，增加導(dǎo)向劑的添加量有利于提高沸石鈣交換，產(chǎn)出的沸石鈣交換較高可達299mg/g；4A沸石中值粒徑在2.10～2.60μm之間；經(jīng)XＲD分析，沸石晶相較純；綜合沸石的各項分析指標(biāo)，此種沸石可以作為洗滌用4A沸石使用

（4）鈉硅渣返回?zé)Y(jié)法流程配料

傳統(tǒng)堿石灰燒結(jié)法提取氧化鋁工藝過程中，有兩次脫硅。一次脫硅是加壓脫硅，其脫硅產(chǎn)物是鈉硅渣(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·2.5H2O)；二次脫硅是在一次脫硅液中加入石灰進行深度脫硅，脫硅產(chǎn)物是水化石榴石(3CaO·Al2O3·nSiO2·(6～2n)H2O)，即鈣硅渣。由于在一次脫硅時需要添加鈣硅渣作為脫硅種子，所以，一次脫硅后的硅渣是鈉硅渣和鈣硅渣的混合硅渣。目前，燒結(jié)法廠家均是把混合硅渣返回配料，以增加氧化鋁回收率、降低堿損失。所以，把純鈉硅渣作為原料返回?zé)Y(jié)法流程，不存在技術(shù)上的難題，無需開展相關(guān)研究，可直接在生產(chǎn)中應(yīng)用。

3、赤泥選礦

常壓溶出后，把溶出漿液進行快速分離。得到的赤泥濾餅進行充分洗滌，洗去附液后的赤泥中由于氧化鐵含量較高，一般在50%以上，有較高的提取利用價值。所以，可以開展赤泥選鐵試驗，把選出的氧化鐵進行出售以綜合利用資源并可降低整個氧化鋁生產(chǎn)工藝成本。根據(jù)赤泥中石英含量的不同，應(yīng)采用不同的赤泥選鐵方法。一般來說，選鐵方法可分為以下兩類：重力選鐵和磁力選鐵。

（1）重力選鐵

重力選鐵的原理主要是依據(jù)不同赤泥顆粒的真比重不同而進行的一種選礦方法。不同赤泥顆粒的化學(xué)成分不盡相同，氧化鐵含量較高的顆粒真比重較大；氧化鐵含量較低的顆粒真比重就較小。

根據(jù)赤泥的這種性質(zhì)，利用重選的方法可以把高鐵赤泥和低鐵赤泥分開，從而達到赤泥選鐵目的。石英顆粒一般結(jié)晶致密，比重也較大，在重選過程中會進入精礦，所以，石英含量高的赤泥不易采用重選，以免影響高鐵赤泥的選鐵效果。

重選簡單實用的設(shè)備是水力旋流器，這種設(shè)備運行效率高，價格較低，維護簡單，是赤泥重力選鐵設(shè)備。實驗室選取了兩個溶出赤泥樣品，用小型水力旋流器進行了重力選礦試驗，結(jié)果顯示，重選精礦中的氧化鐵含量得到了顯著提高，較高達到了73.82%，而其中的氧化鈉含量較原礦有明顯降低。

（2）磁力選鐵

當(dāng)赤泥中石英含量較高時，為避免石英進入精礦，應(yīng)該采用磁力選礦的方法進行選鐵。常壓溶出三水鋁石礦時，赤泥中的針鐵礦沒有發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，赤泥中的鐵主要以赤鐵礦、針鐵礦或鋁針鐵礦的形式存在。磁選時，需要較高的磁力強度。經(jīng)過大量試驗，摸索出氧化鐵的磁選強度為9000～11000高斯。

試驗結(jié)果顯示，磁選精礦中氧化硅含量較原礦中的27.41%下降到了3.24%，氧化鐵含量從1.28%提高到了76.88%，氧化鈉含量從2.05%下降到了0.63%。這種精礦氧化鐵含量較高，氧化鈉含量低，可以作為一種煉鐵原料。

赤泥還原焙燒后再磁選方案，是把赤泥與煤粉或碳粉混合后進行還原焙燒，燒結(jié)得到的熟料再磨細后濕法磁選。這種方法是為了把氧化鐵還原成磁鐵礦或單質(zhì)鐵，以降低磁選所需磁場強度，提高鐵的可選性能。但由于這種方法需要增加的能耗較高，不經(jīng)濟其綜合效果不如赤泥直接磁選。所以，對于工業(yè)應(yīng)用來說，還原焙燒后磁選是一種相對不經(jīng)濟的技術(shù)方案。

三、試驗結(jié)論

1、高鐵低硅三水鋁石礦105℃(常壓)溶出，母液NK為225g/L、αK為3.25，溶出液αK為1.48時，氧化鋁溶出率可達92.74%，赤泥中氧化鈉含量為0.41%，氧化鐵含量達65.24%；溶出漿液需快速液固分離，否則赤泥中氧化鈉含量將會增大。

2、溶出粗液在145℃條件下，脫硅90min，硅量指數(shù)為227。脫硅產(chǎn)生的鈉硅渣采用石灰燒結(jié)法工藝處理，氧化鋁、氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶出率均在94%以上鈉硅渣經(jīng)燒結(jié)、堿溶轉(zhuǎn)晶可制備4A沸石，4A沸石鈣交換可達299mg/g，中位徑2.10～2.60μm。

4、快速分離得到的赤泥可進行選鐵。采用重力選礦時，精礦產(chǎn)率大于50%，精礦氧化鐵含量可達73.82%；用9000GS磁場強度磁選，精礦產(chǎn)率大于40%，精礦中氧化鐵含量可達76.88%。從關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的試驗結(jié)果來看，高鐵低硅三水鋁石礦采用常壓拜耳法工藝時，鈉硅渣和部分赤泥均得到了有效利用，此工藝氧化鋁提取率高、綜合堿耗較低、赤泥排放量小。

綜上，采用以上技術(shù)方案對氧化鋁進行選礦處理，不僅有效提高了氧化鋁的提取率，而且綜合堿耗降低，赤泥排放量也有所減少。既能夠提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，又有效的減少了環(huán)境污染，此試驗可供氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)參考使用。