（材料学专业论文）复杂铝硅酸盐矿物的提纯及应用.pdf

硕士学位论文 摘要 摘要 本论文为“国家重大基础研究发展规划( 9 7 3 计划) ”项目资 助霭豇 随着我国铝氧工业的迅猛发展，铝土矿尾矿的排放数量也日益增 大。加上开掘与剥离的废石及表土，占据和污染了大片的土地和良田， 破坏了生态环境，严重影响了人们正常生活。因此，把矿山尾矿作为 二次资源回收加以利用，可以改善生态环境，化害为利，变废为宝。 世界各国已将其纳为资源管理范围，并不同程度的作了研究和综合利 用。目前在我国把铝土矿尾矿作为二次资源进行综合利用已引起有关 部门的高度重视，因此采用经济合理的方法提高铝土矿尾矿利用价 值，降低有害杂质，已成为一个重要的研究课题。 本文采用化学方法对中国长城铝业公司铝土矿尾矿进行除杂 ( 铁、钛) ，并采用x 射线粉晶衍射分析技术研究了除杂后样品的加 热相变规律，针对其作为耐火材料原料的可行性进行分析，获得以下 的一些主要结果： 二 ( 1 ) 除杂方法研究： 高温高压法：实验详细讨论了影响铝土矿尾矿除铁的因素，得出 最佳的试验条件：液固比6 ：l ，溶液的硫酸浓度为0 9 4 m o l l ，反 应温度为1 7 0 ，反应时间为3 小时除铁率最佳。 络和酸浸法：试验得出在反应温度8 0 、反应时间3 h 、硫酸浓 度2 7 0 m o l l 、草酸浓度0 2 5 m o l l 、液固比1 ：6 时除铁率可达9 0 左右。 氯化焙烧法：实验表明，控制温度在8 0 0 一1 0 0 0 之间，减小 试样粒度，延长反应时间对铝土矿尾矿脱铁、钛的效果为好。 铵化焙烧法：对铁杂质效果不明显。得出脱钛的最佳工艺条件在 焙烧温度为3 5 0 ，铝土矿尾矿与硫酸铵之比为1 ：3 时最佳。 ( 2 ) 用x 射线粉晶衍射分析样品： 在7 0 0 一1 1 0 0 之间，以1 0 0 为梯度进行焙烧。起始物相为 刚玉、方石英、锐钛矿、金红石。在9 0 0 一1 0 0 0 时方石英相消失， 生成莫来石相。在1 0 0 0 一1 1 0 0 时锐钛矿转变为金红石。 ( 3 ) 样品性能检测： 经国家耐火材料质量监督检验测试中心测定样品耐火度由原来 硕士学位论文摘要 的1 2 5 0 1 2 8 0 升高到1 6 9 0 ，达到国家生产耐火材料原料标准。 关键词：铝土矿尾矿，脱铁，脱钛，焙烧，热处理 i l 硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed i s s o l v i n gb e h a v i o ro fi r o ni nb a l l ) ( i t eu 1 1 d e rh i g ht e m p e r a t u r e a 1 1 dh i 西p r e s g u r ei nv i 仃i o ls o l u t i o nw a ss t u d i e d t h er e s u h ss h o wt l l a t m ef e 2 0 3i nb a u x i t ec a nb ed i s s o l v e di 1 1v 硒o ls o 蜥o nr 印i d l y a n d m e a n w h i l et h et e c h n o l o g yw o u l dn o tc h a n g et h ep r o p e r t yo fa l u m i n 啪 b e a r e ri i l b a u x i t e ，w h i c ho f f e r sg o o dc o n d i t i o n st ot h ep r o c e s s i n ga i l d u t i l i z a t i o no f b a m d t e t h ee 廊啦o fr e a c t i o nt e m p e r a 臼盯e ，r e a c t i o nt i m e a n dv i t r i o lc o n c e n 仃a t i o no n 血ed i s s o l v i n gr a t eo fi r o nw e r ed i s c u s s e d 访 d 酏丑i l 1 1 1 eo p t i m u mc o n d i t i o n sa r e ：r e a c 6 0 nt e m p e r a t l l r e1 7 0 ，t i m e3 h ， v i t r i o lc o n c e n t m t i o n0 9 4m o l l ，1 i q u i ds o l i dr a t i o6 ：1 t h ed i s s o l v i n gb e h a v i o ro fi r o ni i lb a u 】【i t et a i l si 1 1v i n j 0 1s o l u t i o n w a ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o wm a tt h ef e ，0 1i nt a i l sc 蚰d i s s o l v ei nv i 仕i o l s o l m i o nr a p i d l y ，a n dt h ep r o p e r t yo fa l u e r d n u mb r o n z emb a u ) ( i t ei sn o t c h a i l g e d ，w h i c ho f f e r sg o o dc o n d i 虹o n st 0p r o c e s s 衲ga n du t i l i 盟t i o no f b a l j ) ( i t et a i l s t h ee 髓c t so fr e a c t i o nt e m p e r a t 叽e ，o x a l i ca c i da i l dv 确o l c o n c e n 觚t i o no n l ed i s s o l v i n gr a t eo fi r o nw e r ed i s c u s s e di i ld e t a i la i l d t 圭l eb e s tc o n d i t i o n so fr e a c t i o nt e m p e r a t u r e8 0 ，r e a c t i o nt i i n e3 h ，v i t r i o l c o n c e n t r a t i o n2 7 0m o l l 1 ，o x a l i ca c i dc o n c e m r a t i o n0 2 5m o l l 一，l i q u i d s o l i dr a t i o1 ：6a r e s u g g e s t e d i nm i s p a p e r m em e t l l o do fc a l c i n i n g 、i t l l ( n h 4 ) 2 s 0 4i s u s e dt o r e m o v et 1 1 e i m p u r 埘f r o mb a u 矗t e ，e s p e c i a l l y m e t i t a l l i u m ， a i l d s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e dm e m a i ne x p 耐m e n t a lc o n d i t i o n so f a 腩c t i n gt i r e m o v a l t o o k 也ee x p e 曲l e n ti nn l eb a s eo fr e a c t i v ep r i n c i p k t h e 咖d y s h o w t l l a t m e c a l c i i l i n g h e a ta l l d t l l e p m p o r t i o n o f b a u x i t ea n d ( n h 4 ) 2 s 0 4 h a v e g r e a ta f r e c t i o n i nt l l er e s u l to ft l l er e m o v a lo ft i 伽i u m t h e a d v 拍t a g e so f m em e t l l o do f c a l c i i l m g 诵n 1 ( n h 4 ) 2 s 0 4 a r em e s i m p l o p r o c e d u r e ，t 量l eh i g h r a t eo ft i r e m o v a l ，m el i t t l ed 锄g e r ，e ta 1 n m ) u g h f e a s i b i l i 付s t u d i e so f t ir e m o v a l 丘d mb a u x i t eb yt h e s ee x p 硪m e m s ， t h er e s u l t ss h o wt 1 1 a tt 量1 em e m o do f c a l c i n i l l gw i m ( n h 4 ) 2 s 0 4 i sa p m c t i c a lw a y o ft ir e m o v a l 丘o mb a u x i t e t h eo p t i n m mc o n d i t i o n sa r e ： r e a c t i o n t e m p e r a t i l r e3 5 0 ，t a i lo f b a u x i t e ( n h 4 ) 2 s 0 4 r a t i ol ：3 k e yw o r d st a i l so fb a u x i t e ，d i s s o l v i n g i m n ，d i s s o l v i n gt i t a n i u i i l ， 硕士学位论文 a b s f 受a c t c a l c i m n 岛m e m l a l t r e a t n n t 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说 明。 作者签名：勉亟! 鱼日期：型年= 月尘绚 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：通导师签煮型! 匆期：迹年量月丝日 硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 世界铝土矿资源现状h l 铝士矿( b 踟x i t c ) 亦称为铝矾土或高铝矾土。铝土矿矿床是由含铝较高的 火成岩风化或由海、陆相沉积而成，它是铝工业、耐火材料工业等部门的主要原 料。 铝土矿类型按矿石中的主要有用矿物成分大致可分为：三水铝石( g i b b s i t e ) 型、一水软铝石( b o c h m i t c ) 型、一水硬铝石( d i 嬲p 0 ) 型三种基本类型。此 外，还有三水软铝石一水软铝石型、一水软铝石一水硬铝石型等混合型铝土矿。 其中，三水铝石型和三水铝石一水软铝石混合型铝土矿合计要占世界总储量的 9 0 以上。 表1 1 世界铝土矿储量( 1 9 9 5 年1 2 月) 百万吨 就全世界范围而言，铝士矿资源极其丰富，遍及全球五大洲4 0 多个国家， 但资源的分布极不均匀( 见表1 1 ) 。据美国矿业局估计，世界铝土矿资源总量( 包 括储量加次经济资源及推测资源) 约为5 5 0 亿7 5 0 亿吨。目前，铝土矿资源比 较丰富的国家有澳大利亚、几内亚、巴西、中国、越南和牙买加等。世界铝土矿 的生产主要集中于大洋洲、拉丁美洲和非洲，三者合计达7 5 ，其中最重要的生 硕士学位论文第一章文献综述 产国是澳大利亚、几内亚、牙买加和巴西。亚洲及东欧前苏联地区合计生产能占 世界的2 0 左右，该地区的铝土矿生产以国营内需为主。西欧和北美地区的产能 不足世界的5 ，主要国家的冶金级铝土矿生产在9 0 年代已全部停止，铝土矿需 大量进口。 国外的铝土矿主要属三水铝石型或三水铝石一水软铝石混合型。这种类型 的矿石以含铁高、含铝中等、含硅低、铝硅比高( 矿石中a 1 2 0 3 与s i 0 2 的质量 百分比，通常记作s ) 为主要特征，是氧化铝工业易采、易溶的优质原料，适 宜于用流程简单、能耗较低的拜尔法工艺生产氧化铝。 1 2 我国铝土矿资源现状睁1 6 j 在研究我国铝土矿矿床地质特征和矿床成因的基础上，按矿床的工业意义，矿 石的物质成分和采、选、冶条件将我国铝土矿矿床划分为沉积型铝土矿床，堆积 型铝土矿床和红土型铝土矿床三个工业类型。 沉积型铝土矿床。我国沉积型铝土矿，以高铝、高硅和低铝硅比为其特征。 矿石中s i 0 2 、fe2 03 和s 含量都低的矿石为优质矿石：若si o 2 含量高，则 是低品位矿石；f82 03 含量 l o 的矿石为高铁矿石；s 含量 o g 的矿石为高硫 矿石。矿石具有土状或粗粒状、鲡块、致密状、碎屑状结构，多呈块状构造。其 颜色有白、灰、粉红、褐、黄、黄褐、草绿及深灰等，以灰色居多。矿区多为缓 倾斜的单斜构造，单斜之上发育有次一级的平缓褶皱。矿体与围岩产状致，一般 比较平缓，少数矿区因后期构造变动产状变陡。矿体一般直接出露于地表，少数为 隐伏矿体。沉积铝土矿床成矿后，受构造运动影响出露地表或靠近地表的矿体，经 地表水及近地表潜水、空气的氧化作用，发生了脱硅、脱硫、脱铁、褪色等一系 列变化，从而使矿石中的一水铝石增加，高蛉石减少，提高了矿石的铝硅比，降低了 矿石中的硫含量，使铝土矿的工业意义大为提高。通常见到的高品位的土状、多 孔状、蜂窝状铝土矿都是在地表风化条件下形成的。 堆积型铝土矿床。矿床是在高温多雨的气候条件下，原生沉积型铝土矿受风 化剥蚀作用破坏后，矿石碎块崩落或经短距离搬运，在利于聚集的岩溶洼地中堆积 成矿。矿体的分布受岩溶地形控制。岩溶洼地、谷地和部分坡地为聚矿的主要场 所。矿体的形态极为复杂。由大小不等的角砾状矿块及部分铁铝岩、粘土岩、褐 铁矿的碎块混杂而成的矿石，称为原矿。铝硅比2 1 2 6 。原矿经水洗除去粘土 等以后，留下的块矿是铝土矿，称为净矿。原矿含矿只有 2 0 0kg ，m 3 时，才具工业 价值。由于原生矿石中的黄铁矿已变成褐铁矿，f82 03 含量增高，因而形成高铁 低硫型矿石，并伴有次生三水铝石矿物。我国已知堆积型铝土矿多分布于湿热多 2 硕士学位论文第一章文献综述 雨的广西和云南。 红土型铝土矿床。矿体分布于低山丘陵地区，呈薄层状产于玄武岩表面风化 壳红土层中，由玄武岩风化淋滤而成。矿石呈块砾状，结构硫松。原矿由2 0 4 0 的块砾和6 0 8 0 的红土组成。块砾成分大部分是铝土矿，少部分为褐铁矿、 赤铁矿、钛磁铁矿和黑曜石的碎屑。经水洗除去红土等杂质后的净矿，含矿率为 1 0 0 6 0 0kg ，m 3 。矿石中3 0 7 0 为三水铝石，9 2 0 为高岭石，1 0 4 0 为赤铁矿或褐铁矿，al2 03 含量为3 0 5 0 ，s i 0 2 7 1 0 ，f 。2 03 1 8 2 5 。伴生及共生组分有镓及钴土矿。我国红土型铝土矿多分布于低纬度沿海地 区或岛屿上，有利的成矿条件是湿热多雨的气候，排水良好的地形，适宜成矿的母 岩。矿床覆盖层薄，宜露采，为国外铝工业的主要矿源之一。目前，我国已知的此类 矿床多为小型，且矿石质量差，仅能小规模开采利用。海南蓬莱、福建漳浦等矿床 属之。 表l - 2 我国主要省区铝土矿的基本特征和化学组成 我国有较为丰富的铝土矿资源，遍及1 9 个省( 自治区) ，据1 9 9 6 年底的全国储 量统计，保守地质储量为2 2 8 8 亿吨。占世界的铝士矿的l o 左右，居世界第五位。 我国铝土矿主要分布在山西、贵州、河南等5 个省区，储量占全国的9 3 1 。我国 3 硕士学位论文第一章文献综述 铝土矿以一水硬铝石型为主，储量占9 8 4 6 。三水铝石型较少，仅占1 5 舷，分布在 广东、福建、海南等地。一水硬铝石型矿石具有高铝、高硅、低铁的特点，这种 矿石生产氧化铝与国外三水铝石相比，溶出性能差，工艺复杂，成本高。与国外铝土 矿相比，我国铝土矿明显具有高铝、高硅、低铁的特点。我国主要省区铝土矿的 基本特征和化学组成如表卜2 所示。 部分铝土矿( 约占3 0 ) 可以用作耐火材料的原料，称为高铝粘土矿。而这种矿 石生产的耐火材料具有耐火度高，收缩率低，煅烧后晶型完整等优点，其质量优于 用三水铝石生产的耐火材料。所以我国铝士矿生产耐火材料却有得天独厚的条件， 在国际市场有较强的竞争优势，是国际耐火材料的主要供应地之一。 1 3 铝土矿尾矿加工方向0 1 7 2 1 1 铝土矿选矿尾矿主要含有a 1 2 0 3 、s i 0 2 及少量的铁、钛、钙、镁等，适合于生 产耐火材料，可达到三级品的要求。经对河南小关铝土矿选矿试验尾矿进行煅烧 及制砖试验，尾矿经电炉在1 2 5 0 煅烧，得至q 煅后料显气孔率83 ，体积密度2 ，6 3 g cm 3 ，吸水率3 2 。用此熟料制成砖在1 2 5 0 保温5 小时烧成，在尾矿煅后料 中加入2 0 粘土，按一般生产工艺制砖，烧制出的粘土砖可达到盛钢桶用粘土制品 标准要求；在尾矿煅后料中加入3 0 尾矿( 生料) ，按一般生产工艺制砖，烧制出的粘 土砖可达到一般粘土制品及浇铸用粘土制品的标准要求。试验还表明，如在尾矿 中分选出赤铁矿、绢云母矿物，铝土矿选矿尾矿可成为较好的耐火材料。 铝土矿选矿尾矿用于建材工业。铝土矿选矿尾矿富含越2 0 3 ，可以作为水泥生 产的配料，用于生产高铝水泥。阳泉铝钒土矿。高铝钒土选矿试验的高铁尾矿，用 于生产建筑陶瓷的试验也取得了成功。同时尾矿用于建筑材料，成型后抗压强度 可高达1 4 7 1 07 pa ，超出普通建筑用粘土砖的一倍。近年来机制免烧多孔砖及 装配式轻型砖的开发与应用，也为铝土矿及其它矿山选矿尾矿提供了更为广阔的 综合利用前景。 1 4 铝土矿尾矿除杂方法综述 1 4 1 脱铁船删 铝土矿选矿除铁研究方法可分为物理法、化学法及生物法。 物理法。铝土矿物理法除铁主要有磁选、浮选或者磁选一浮选联合流程。我 国在物理法除铁研究方面作了大量的工作，取得了显著成绩。北京钢铁学院对阳 泉铝矾土矿半工业浮选一磁选后的尾矿进行了浮选脱铁研究。试验时，先将浮选 4 硕士学位论文 第一章文献综述 一磁选尾矿细磨至9 6 一4 0 0 日后，再以苄基胂酸为捕收剂，氟硅酸钠为抑制剂和乙 基醚醇为起泡剂进行浮选。经一次粗选、二次扫选、二次精选作业，获得含f e 2 0 3 为0 7 6 、产率为8 1 0 3 的铝土矿合格产品，符合规定的莫来石原料要求。黄利 明发明一种降低铝土矿中铁杂质含量的浮选方法。该发明用硫酸清洗细磨( - o 0 3 8 m m 占9 0 煳后的矿物表面杂质后，再用n a 2 s i f 6 作抑制剂，多价金属阳离子如 c a 2 + 、p b 2 + 、c u 2 + 等作活化剂，用苯乙烯磷酸作细粒f e 矿物的捕收剂进行一粗三 扫二精浮选，可使f e 2 0 3 含量由原矿的1 5 降至o 7 5 ，产品产率为5 3 “。欧阳 坚对阳泉铝土矿高铝浮选尾矿再磨( - 4 0 0 目9 6 ) 后，进行疏水聚团浮选研究。以癸 酯和苯乙烯磷酸为捕收剂，六偏磷酸钠、碳酸钠、氟硅酸钠为调整剂。浮选的最 终产品的产率8 1 2 8 f e 2 0 3 含量从2 3 降到o 8 5 ，其分选指标明显优于常规浮 选。沈阳铝镁设计研究院对高铝粘土进行浮选磁选联合流程试验，取得了较好 的效果。原矿含a 1 2 0 3 6 2 3 0 、f e 2 0 3 1 7 l 。原矿细磨至2 0 0 目占9 5 ，以氧化 石蜡皂和塔尔油为捕收剂，六偏磷酸钠为抑制剂，经一次粗选、二次精选，产品产率 为3 5 7 2 ，含a 1 2 0 3 7 3 0 1 、f e 2 0 3 1 1 5 。浮选尾矿经湿式强磁选机除铁有一定 效果，仅一次磁选，f e 2 0 3 含量从2 1 2 降至i 3 9 ，除铁率近5 0 。如再次磁选，尾 矿含f c 2 0 3 可降为l 左右。试验结果表明，浮选精矿符合特级耐火材料标准要求。 中、尾矿接近人造莫来石指标。杨彩云对高铁迪开石一水云母型矿石进行选矿试 验。此类型矿石试样，铝硅比为7 4 8 ，铁铝比为o 1 5 ，不宜作拜耳法生产氧化铝的原 料。采用一次粗选、一次扫选、一次精选脱硅，泡沫产品再强磁除铁的流程，获合 格产品。铝硅比由7 4 8 提高到1 4 7 0 ，铁铝比由o 1 5 下降到o 0 7 。精矿中a 1 2 0 3 品位为7 1 7 4 ，回收率为7 8 6 5 。谢岷采用浮选一磁选联合流程对含 a 1 2 0 3 6 3 7 l ，f e 2 0 3 1 3 1 的矿进行富铝降铁研究。其铝精矿含a 1 2 o 3 7 4 7 5 ， 回收率4 7 6 ，f e 2 0 3 含量下降至o 9 5 。含杂符合冶金部的部颁标准。浮选尾矿 磁选脱铁后越2 0 3 5 6 4 1 ，回收率4 7 3 2 ，f e 2 0 3 含薰1 0 8 。温英进行了阳泉铝 矾土矿富铝除铁研究。采用选择性较好的水铝石捕收剂7 3 3 ，六偏磷酸钠+ 苛性淀 粉为抑制剂，择定了合理的磨选流程方案：阶段磨矿至9 5 9 0 3 0 0 匿脱泥一泥进高梯 度磁选脱铁，砂进开路浮选，从含越2 0 3 6 2 0 3 、0 3 2 “的原矿获含 a 1 2 0 3 7 8 3 4 、f e 2 0 3 0 7 7 的高铝低铁优质精矿。朱友益采用自制zy 捕收剂，以 水玻璃、lmc 抑制剂对山西阳泉铝土矿进行浮选分级。原矿细磨至2 0 0 目占 9 能，经一次粗选、三次精选开路浮选流程，精矿产率为2 9 9 8 ，m 2 0 3 含量从 6 1 5 5 提高到7 3 5 6 ；f e 2 0 3 含量从1 3 8 下降到o 8 3 。随后，采用高梯度磁选 流程( 场强为1 2 7 3 ka ，m ) 粗一扫对浮选尾矿除铁，精矿产率5 4 7 l ( 作业产率 7 8 1 4 ) ，a 1 2 0 3 含量5 7 2 9 ，f e 2 0 3 含量由1 6 1 降至o 6 8 ，可用作合成莫来石的 原料。国外学者曾在铝土矿强化浮选、磁选除铁方面作了较深入的研究。前苏联 硕士学位论文第一章文献综述 曾用萤石作为载体浮选铝土矿，可除去6 9 的铁而获得含氧化铝为7 3 的低铁精 况。印度的r b l i i n n r 丑。对含舢2 0 3 5 5 ，9 ，fe2 03 5 6 的原矿用微波炉磁化焙 烧，再破碎、磁选，可获得含越2 0 3 8 0 、f e 2 0 3 2 5 的精矿，a 1 2 0 3 回收率为8 0 ， 产品适用作耐火材料。美国的l c o nts a d l e r 等研究了三水铝石一高岭石型铝土 矿的强化磁选除铁研究。该方法包括四个步骤：原矿细磨、焙烧、用还原气体把 铝土矿中的弱磁性的铁矿物如针铁矿、赤铁矿还原为磁性更强的磁铁矿和金属铁， 再磁选除去铁。含f e 2 0 3 2 7 的铝土矿经在8 0 0 下焙烧、h 2 还原，一次磁选( 磁 场强度为o 4 t ) ，可获含f e 2 0 3 1 5 、回收率为9 5 的铝土矿。综上所述，物理法 除铁大多采用浮一磁联合流程。首先以脂肪类捕收剂或含磷、砷的氧化矿捕收剂 ( 氟硅酸钠、六偏磷酸钠等作抑制剂，碳酸钠为调整剂) 浮选出部分高质量的铝土矿 精矿。然后对浮选尾矿用磁选或还原磁化焙烧磁选脱铁，使产品可作为耐火材料。 上述方法对脱除铁矿物有一定效果，但效果较差，对脱除铝土矿晶格中铁无效。 化学法除铁以盐酸法及氯化法研究最多，脱铁效果较物理法好。在化学除铁 机理、动力学等方面已有一定研究，但环保问题尚未能很好解决。印度、澳大利 亚、希腊、匈牙利及我国的学者都开展过盐酸法浸除铝土矿中铁杂质的研究。印 度的s a l l a a k 等用盐酸除去铝土矿中的铁杂质以用作耐火材料。经盐酸处理后 的铝土矿越2 0 3 含量从3 6 1 2 增加到7 7 7 ，a 1 2 0 3 回收率 8 1 o 。澳大利亚的 k u y s ，k 。研究用盐酸除去极细粒铝土矿( 电m ) 中的铁。f e 2 0 3 含量可从5 1 降 到1 7 ，研究同时指出，三水铝石、一水软铝石、高岭石晶格中的取代铁是不能用 盐酸除掉。希腊的p 雏趣嘲i d s 。g 等研究了盐酸除去一水软铝石型铝土矿中铁的 反应动力学指出，浸出过程是收缩未反应核模型，动力学方程为y = kc t2 3 ；并 求出反应的活化能为1 9 6kj mol 。在所有的浸出条件下，不能够将所有的铁 完全除去。据报道匈牙利提出从铝土矿分离铁的两种方法，即低温盐酸方法和高 温盐酸方法，并进行了实验室试验和半工业试验，在闭路药剂制度条件下可产出含 f e 量低( 屯f e 2 0 3 ) 的白色铝土矿，f c 2 0 3 脱除率9 0 。我国的曾善林曾对某地 一水硬铝石型铝士矿采用浓度为1 6 2 l 的盐酸，在液固比2 3 、温度8 0 。9 0 的条件下浸出7 0 9 0 min 。精矿含f e 2 0 3 o ，则增加温度，一直到t r s 。大于r h 。时，j g m n a 2 0 c a o m g o f e z o 。 t i o z a l2 0 a s i 0 7 排在a 1 。o 。前面的那些金属氧化物在8 0 0 9 0 0 加碳氯化时，均能转化为氯化 物。 经过化学分析，铝土矿尾矿中的杂质较多，且f e 。嘎、k ：o 、t i0 2 的含量较高， 而作为耐火材料时，矿物中的铁和钛杂志会使耐火材料在高温下过早出现玻璃相 而降低耐火材料的性能。此外氧化钾、钠在铝土矿中，起着阻碍二次莫来石的生 成和分解已形成一次莫来石的作用，使网状结构受破坏，大大降低耐火材料的荷 中软化点。而作为复合材料填料使用时，对铝土矿白度要求高，主要是降低杂质 一铁矿物的含量。因此根据各种金属与氧气反应的特点，采用氯化焙烧的方法对 铝土矿进行处理，应该是比较合理的、可行的方案。并且温度控制适当，并不会 影响矿物中主要物质a 1 ：0 3 、s i0 2 ，大大提高了除杂的效率。 3 4 4 铝土矿氯化焙烧的机理： 氯化焙烧是将加碳的铝土矿粉末在高温和特定的气氛下焙烧，再通入氯气进 行化学反应，使铝土矿中的铁钛杂质生成气相或凝聚相的氯化物及络合物而逸 硕士学位论文第三章铝土矿尾矿除杂方法研究 出，从而达到工业使用要求。焙烧应在不使其中矿物转变为硅尖晶石甚至莫来石 的温度范围( 1 2 0 0 的情况下，晶体被转化为莫来石，硬度提高，而且 此时的氯化除杂效果继续提高也不一定有效果，反而增加煅烧能耗。因此反应温 度升高固然可以提高除铁率，但是哭高温度会增加大量成本，因此在达到工业标 准之内，取合适的温度具有巨大的经济意义。通过本实验可以得知，工业氯化焙 烧的温度应定在8 0 0 9 0 0 为宜，这样即可兼顾除铁效果，也不会过多的浪费 能源价值。 硕士学位论文第三章铝土矿尾矿除杂方法研究 3 4 7 小结 从理论上来讲影响铁、钛脱除率的工艺因素主要有：试样粒度、反应时间、 反应温度以及c 1 ：气压力及流量等。 当实验样品的粒度降低，颗粒的整体比表面积相应的增大，反应时固体和气 体的接触面积也随之增大，这样铁、钛的脱除率也相应的会增高。但粒度过粗， 效果可能叉会降低，因为粒度过小，粉料的表面密度过大，气体很难进入固体的 内部，反应量会降低。 在温度、气压、样品粒度都相同时相应的延长反应的时间延长，铁、钛的脱 除率会随之增加而提高。但在工业生产中，反应的时间过长会影响生产效率，因 此时间也不应选择太长。 想必随着c l = 气压力及流量的适量增大，铁、钛脱除率也会增大。但当气体 的压力过大就不利于铁、钛氯化物的挥发，这和实验的目的向抵触因此c l 。气体 的压力不应太大。 因为时间和仪器设备的原因没有做粒度、时间、c 1 。气压的测试。 硕士学位论文第三章铝土矿尾矿除杂方法研究 3 5 铵化焙烧 3 5 1 实验原理 铝土矿含有显色的含铁矿物有褐铁矿、硫铁矿、赤铁矿；而钛的主要赋存形 式是金红石，约占钛矿物总量的8 0 ，其次是锐钛矿。钛矿物的粒度一般较细 8 0 以上的钛矿物粒度小于0 0 2 m m 。与铁矿物不同的是小于2um 的细粒钛矿 物含量较少。将铝土矿尾矿与硫酸铵混合进行研磨，使其混合均匀以保证焙烧时 能充分反应。而硫酸铵较易分解： ( n h 。) 。s o 。手( n h 。) h s 0 。七n h 。f 上述焙烧反应生成的产物溶于水，在随后的固液分离中可随溶液中去掉，达到铝 土矿除钛的目地。 3 5 2 实验流程 以铝土矿尾矿为原料，在电子秤上称量所需要的样品及硫酸铵，一起进行研 磨直至充分混合均匀，到入坩埚放进箱式电阻炉进行焙烧，一小时后取出，冷却 后到入烧杯：配制浓度为5 的稀硫酸溶液加入装有样品的烧杯充分洗涤，过滤 再用蒸馏水清洗两次后放入干燥箱进行烘干，研磨成粉末，送到资源生物院分析 室检测样品含铁量及含钛量。其步骤为：称量矿样一混合研磨一放入电阻炉焙烧 一取出冷却一配制稀硫酸一洗涤过滤一烘干一研磨一送样检测一获得检测结果。 其流程见图3 1 5 所示。 矿一 蜜 缝 邋 蜊-+幽。幽-+蚴-+ 型 混一 煎 醴 硕士学位论文第三章铝土矿尾矿除杂方法研究 3 5 3 研究内容 图3 1 5 实验流程图 本实验主要研究铝土矿尾矿铵化焙烧除铁、钛的工艺流程，对试验过程中的 各个参数对除铁、钛的影响进行研究和分析，确定最佳的工艺条件。实验进行研 究的工艺条件有：反应温度、铝士矿与硫酸铵的比例。 3 5 4 实验结果及讨论 3 5 4 1 温度对铝土矿除杂的影响 ( 1 ) 铝土矿尾矿除铁 除铁的结果如下表3 4 所示： 却一 选 逊 医监_+幽0灶0避0巡_+滥 麴 选 送一 蕴 硕士学位论文第三章铝土矿尾矿除杂方法研究 为了直观分析温度对铝土矿除铁的影响，将上述表格转换成曲线图进行分 析。温度对铝土矿除铁的影响如图3 1 6 所示。 图3 1 6 描述了铝土矿与硫酸铵在不同比例时，焙烧温度与除铁后样品的含 铁量的关系。当铝土矿：硫酸铵= 1 ：o 5 和l ：1 时，随着焙烧温度的不断升高， 铝土矿除铁后的含铁量逐渐降低，当焙烧温度较低时，除铁效果较差；当焙烧温 度逐渐升高时，除铁效果较好；而当焙烧温度较高时，瞌线逐渐平缓，铁含量几 乎没大的变化。这是因为随着温度的升高，反应的剧烈程度增加，反应更充分的 进行，从而更有效的除铁；而当温度太高时，由于硫酸铵含量较小，已反应完全， 所以铁含量变化不大。 ( 2 ) 铝土矿除钛 f 培3 - 1 6e f f 酏to f t e m p e 豫t u r eo ni m ne l i m i n a t i o n 脯 ( a ) 铝土矿：硫酸铵= l ：o 5 时： 其除钛的结果如下表3 5 所示： 一幂)a止芑芑喜coo 硕士学位论文第三章铝土矿尾矿除杂方法研究 为了直观分析温度对铝土矿除钛的影响，将上述表格转换成曲线图进行分 析。温度对铝土矿除钛的影响如图3 1 7 所示。 图3 一1 7 描述了当铝土矿：硫酸铵= 1 ：0 5 时，焙烧温度与除钛后样品的含钛 量的关系，随着焙烧温度的不断升高，铝士矿除钛后的含钛量逐渐降低。当焙烧 温度较低时，除钛效果较差；当焙烧温度较高时，除钛效果较好。 这是因为随着温度的升高，反应更加剧烈，充分，从而更有效的除钛。 萝 芑 葛 芒 曾 8 f i g 3 1 7e 丘缸o f 恸i i p e 眦u 糟o nt ie i h 蛔a t i 佃m t e ( b ) 铝土矿：硫酸铵= l ：l 时 其除钛的结果如下表3 6 所示： 3 8 硕士学位论文第三章铝土矿尾矿除杂方法研究 为了直观分析温度对铝土矿赊钛的影响，将上述表格转换成曲线图进行分 析。温度对铝土矿除钛的影响如图3 一1 8 所示。 图3 一1 8 描述了当铝土矿：硫酸铵= 1 ：1 时，焙烧温度与除钛后样品的含钛量 的关系，随着焙烧温度的不断升高，铝土矿除钛后的含钛量逐渐降低。当焙烧温 度较低时，除钛效果较差：当焙烧温度较高时，除钛效果较好。 这是因为随着温度的升高，反应更加剧烈，充分，从而更有效的除钛。 善 = 卜_ 芑 芒 罟 8 f i g 3 1 8e 丘融o f t c 巾p 啪h l mo n 啊e l i m i n 砒i o n 眦e ( 1 ：1 ) ( c ) 铝土矿：硫酸铵= l ：2 时： 其除钛的结果如下表3 7 所示： 硕士学位论文第三章铝土矿尾矿除杂方法研究 表3 - 7