Vol. 40 No. 3(Sum. 177)
June2021
第40卷第3期（总第177期）
2021牟6月
湿法冶金 .
Hydrometa l urgyofChina
高 威1，张 强1234，李 莎1
（1.商丘工学院机械工程学院河南商丘476000；
2.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550025；
3.贵州省冶金工程与过程节能重点试验室，贵州贵阳550025；
4.共伴生有金属资源加压湿法冶金技术国家重点试验室，云南昆明650503）
摘要：研究了中低品位高硫高硅铝土矿焙烧脱硫一碱浸脱硅工艺，考察了焙烧前、后铝土矿的物相变化，以及 碱浸时间、碱浸温度、液固体积质量比和碱液质量浓度对脱硅效果的影响）结果表明：在碱浸温度95 f 、碱质
量浓度110 g/L 、碱浸时间60 min 、液固体积质量比10/1条件下，脱硅率为45.89%，氧化铝损失率为3.89%） 适宜条件下，脱硅后铝溶出率达97.21%，较未脱硅焙烧工艺的铝溶出率提高4.89%）关键词：铝土矿；高硫；高硅；脱硅；碱浸
中图分类号：TF803.25；TF111.14 文献标识码:A DOI ： 10. 13355/j. cnki. sfyj. 2021. 03. 006
随着高品位铝土矿资源的日渐枯竭，低品位 铝土矿的开发利用越来越受到重视。低品位铝土 矿有高铁铝土矿和高硫高硅铝土矿两种［13］）高 硫高硅铝土矿储量丰富，但硫含量较高，无法直接
用于生产氧化铝。高硫高硅铝土矿中的硅会对生 产造成不利影响：溶出过程中生成钠硅渣，造成大 量AlOs 和NaO 损失，铝溶出率较低［45］；钠硅 渣在生产设备和运输管道上结疤，使设备传热系
数降低，增大能耗［67］；钠硅渣进入氢氧化铝中，影
响产品质量8。
目前，高硫高硅铝土矿的处理未能有效解决 脱硫脱硅的同时兼顾铝溶出效果的问题。脱硫方
法主要有浮选、生物浸出、湿法、电解、氧化与高温 焙烧「910-。但浮选法会将多种有机物引入生产系
统，导致成本及工艺流程增加；生物浸出脱硫周期 长；湿法脱硫成本高，安全风险大；电解脱硫能耗
高；氧化与高温焙烧采用回转窑，脱硫效果差，矿 石易板结。而采用高温悬浮焙烧法脱硫，在高温 焙烧脱硫的同时也可脱除部分有机物，活化硅矿
物，利于脱硅反应进行。
收稿日期：2020-12-05
文章编号：1009-2617(2021)03-0202-05
试验研究了采用闪速悬浮焙烧脱硫一碱浸脱 硅工艺，从高硫高硅铝土矿中脱除硫和硅，以期为
中低品位高硫高硅铝土矿的开发提供可行方法。
1试验部分
1.1试验原料、试剂与设备
试验原料：铝土矿取自河南某氧化铝厂，化学
成分见表1，其中，A/S 为铝硅比。XRD 分析结 果表明，原矿中物相主要为一水硬铝石、石英、径
基硅酸铁，其中硫主要以硫化亚铁形式存在,10-。
碱液：采用分析纯氢氧化钠试剂配制。
表1铝土矿的化学成分
%
Al 2O 3
SiO 23Fe TiO 2 S t
SO 2
A/S
56 1912 99
8 31
334
2 64
0 664 32
主要设备：悬浮焙烧设备（XF1型，山东正威
机械科技有限公司），分离装置（CLK 型，成都尚 林干燥设备有限公司），油浴锅（GYY-5L 型，瑞德 仪器），XRD （X ，Pert3型，马尔文帕纳科公司）
第一作者简介：高威（1986$），男，硕士，讲师，主要研究方向为湿法冶金）
通信作者简介：张强（1994—），男，硕士，助教，主要研究方向为流体力学。E-mail ：861638378@qq. com 。 引用格式：高威，张强，李莎.高硫高硅铝土矿的焙烧脱硫一碱浸脱硅［J ］.
湿法冶金，2021,40（）： 202206.
第40卷第3期高威，等：高硫高硅铝土矿的焙烧脱硫一碱浸脱硅・203・
1.2试验原理与万法
闪浮焙烧脱硫：通过焙烧将矿物质硫以二氧化硫形式脱除，含硅物石英转变定型二氧化硅。反应式如下：
1000f
4FeS+7O2----------2Fe2O3+4SO2（g）1;（1）
碱浸脱硅：焙烧脱硫后的焙砂在低温条件下用浸出，其中的无定型硅转变为硅酸钠，过滤后可去除。反应式
SiO2（无定型）+2NaOH（D―NaSiOs⑴+比。。
（3#焙烧炉中加入铝土矿原矿300kg，在一定温度下焙烧一定，取出焙烧；待焙砂冷却后取一定质装有一定的烧杯中，烧杯油浴锅中定后，机械搅拌，并开；反应结束后，过滤，洗涤，烘干。分析
化学成分，计算脱硅氧化铝损2试验结果与讨论
2.1焙烧脱硫效果
焙烧试验考察焙烧时间（0.5、1.0、1.5、2min）、焙烧温度（700、800、900、1000f）对脱硫效果的影响，试验结果见表2）
表2焙烧对脱硫效果的影响
焙烧/f焙烧/min矿石中垃（硫）/% 700100.65
800100.53
900100.48
1000100.45
1000050.48
1000100.45
1000150.40
1000200.35
由表2看出：温度升高、时间延长，有利于矿石中硫元素脱除；在1000f下焙烧2min，矿石脱硫最优，矿石中硫质0.35%，硫脱除86.74%。因此基于脱硫结果，选择1000f下焙烧2min的焙浸脱硅试验原料。此条件下的焙砂化学成分见表3。
表3焙砂的化学成分% AlOa SiO23Fe T1O2S t so?-A/S 64.6414929624180350.12 4.33
2.2碱液质量浓度对焙砂脱硅的影响
碱浸温度95f，碱浸时间60min，液固体积质量比10/1，碱质对焙砂脱硅的影响试验结如图1。炫轮
图1碱度的影响
长效复合肥由图1看出：碱质量浓度为110g/L时，脱硅率最大；继续提高碱质，脱硅率反而下降）质高，溶液中OH-，有利于脱硅反；但质高，二氧化硅的介稳状，溶液中出现大量硅酸根离子及配，使得氧化铝优OH-发生反，从而脱硅反⑴也。
2.3碱的影响
碱浸温度95f，液固体积质量比10/1，碱质110g/L，浸对焙脱硅的影响结果如图2:。
o
o
o
O
5
4
3
2
图2碱浸时间对焙砂脱硅的影响
由图2看出：随碱浸反应进行，脱硅率逐渐提咼；浸出时间60min左右，脱硅率达最咼；之后
,
・204・湿法冶金2021年6月
再继续反应，脱硅率有所下降。随反应进行，矿石中的二氧化硅逐渐溶解中，但同时氧化铝的结脱硅反，进而使脱硅率下降。考虑，确定碱浸60min为宜。2.4碱度的影响
碱浸时间60min，液固体积质量比10/1，碱质110g/L，碱浸对焙砂脱硅的影响试验结果如图3所示。
图3碱浸温度对焙砂脱硅的影响
由图3看出：随碱浸温度升高，脱硅率提高；温度为95f时，脱硅率达最高，为45.63%；继续，脱硅率反而下降。90〜95f条件下，溶液中二氧化硅未达，有利于脱硅反；而温过95f后，溶液中二氧化硅溶解的同时，氧化铝也溶解并与硅酸根结合生成钠硅渣，导致脱硅率下降。
2.5液固体积质量比对焙砂脱硅的影响
碱浸时间60min，碱浸温度95f，碱质量浓110g/L，固体质比对焙脱硅的影响试验结果如图4所示。
透镜体
图4液固体积质量比对焙砂脱硅的影响
由图4看出：随液固体积质量比增大，脱硅率提高；液固体积质量比为10/1时，脱硅率达45.89%。随液固体积质量增大，传质速度加快，二氧化硅溶解能力加强，脱硅率得到提高。
2.6焙砂物相表征
铝土矿焙烧前、后的物相分析结果如图5所示。
橡胶硬度图5铝土矿原矿及焙砂的XRD物相分析结果
由图5看出：原矿中的含硅物相主要为羟基硅酸铁和石英；焙烧后，羟基硅酸铁及石英物相消失，一水铝石物相分解为氧化铝，见式（4）；焙砂中无含硅物相，此时含硅物相以无定型二氧化硅形式存在，物相转变见式（5）〜（6）；焙烧后出现了锐钛矿物相，这是无定型二氧化钛转变而来，见式（7）；焙烧实现脱硫的同时，矿石中的硅转变为高活性无定形二氧化硅，一水硬铝石转变成具有一定化学活性、但低温下不溶于碱液的过渡形态
a-AlOa，为后续碱浸脱硅创造了有利条件。
1000f
2A1OCOH）----------AlOs+比0加1；（4）
1000f
4Fe3Si2O5（OH）4+302----------6Fe203+
8SiO2（无定型）+8H2O1；（5）
1000f
SiO2（石英）SiO2（无定型）；（6）
1000f
TiO2（无定型）TiO2（锐钛矿）。（7）焙烧后的铝土矿在适宜浸出条件（95f, 60min，质110g/L，固体质比10/1）下用碱液脱硅，氧化铝损失率为3.89%，得到氧化铝质量分数63.52%、二氧化硅质量分数8.62%、A/S=7.37的精矿。焙烧后，羟基硅酸铁物相及石英物相消失变为无定型二氧化硅，含铝物
相转变为氧化铝。碱浸过程中，无定型二氧化硅反生成硅酸，含铝物转变过
第40卷第3期高威，等：高硫高硅铝土矿的焙烧脱硫一碱浸脱硅・205・
渡形态氧化铝，低温、低碱条件下，氧化铝与碱反应使得少量氧化铝进入溶液而损失“15-。焙砂、脱硅精矿及精矿溶出赤泥的XRD物相分析结果如图6所示。
精矿溶出赤泥
图6焙砂、脱硅精矿和精矿溶出赤泥的
XRD物相分析结果
由图6看出：碱浸脱硅后的精矿的物相主要为氧化铝、赤铁矿和锐钛矿，出现新的赤铁矿物相；赤泥物相主要是氢氧化钙、沸石和水合铝硅酸钠。焙烧过程中添加的石灰活性较低，使得部分氢氧化钙未参与反应而直接进入赤泥。
对于焙烧脱硫一碱浸脱硅后的氧化铝精矿，在温度280f、碱质量浓度245g/L、时间60min、石灰添加量6%条件下浸出，铝溶出率为97.21%，较相同条件下未脱硅焙烧的铝溶出率(92.35%)提高4.86%。这是由于碱浸脱硅使得焙烧颗粒比表面积、孔容、孔径均增大，氧化铝晶体中的铝氧键变长，溶出过程中传质扩散：快，易出「15-。
3
高硫高硅铝土矿经悬浮焙烧可有效脱硫并将其中的SiO2转变为无定型状态，有利于碱溶脱硅。适宜条件下焙烧所得焙砂经碱浸脱硅，得到氧化铝质量分数63.52%、二氧化硅质量分数8.62%、铝硅比A/S=7.37的铝精矿，脱硅率为45.89%，氧化铝损失率为3.89%。在适宜的溶出条件下，脱硅精矿铝溶出率为97.21%，较相同条件下未脱硅焙烧的铝溶出率提高4.86%。闪速悬浮焙烧能够高效脱硫，同时也将氧化硅高温活化，有利于后续脱硅。
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•206•湿法冶金2021年6月
Roasting Desulfurization—Alkaline Leaching Desilication of
High-sulfur and High-silicon Bauxite
GAO Wei1,ZHANG Qiang1,LI Sha1
高见光（1.College of Mechanical Engineering,Shangqiu Institute of Technology,
Shangqiu476000,China；
2.College o f Material and Metallurgy Guizhou University,Guiyang550025,China;
3.Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and
电缆保护管HDPEProcess Energy Saving,Guiyang550025,China；
4.State Key Laboratory of Pressure3ydrometallurgical Technology of
Associated Nonferrous Metal Resources,Kunming650503,China）
Abstract：Roasting desulfurization—alkaline leaching desilication of low-grade high-sulfur and high-silicon bauxite was studied.The phase changes of bauxite before and after calcination were investigated.The effects of leaching time,leaching temperature,liquid volume—to-solid mass ratio and causticsodaconcentrationonthedesilicatione f ectwereexamined Theresultsshowthatunderthe conditions of leaching temperature of95f,caustic soda concentration of110g/L,reaction time of 60min,liquid volume-to-solid mass ratio of10/1,the desilication rate of ore is45.89%,the loss rate of al
umina is 3.89%.Under suitable conditions,the aluminum dissolution rate after desiliconization is 97.21%,which is4.89%higher than that of the non-desiliconization roasting process.
Key words:bauxite；high sulfur；high silicon；desilication；alkaline leaching
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