当前位置:学术期刊发表网>理工论文>高压水化法下高钛铝土矿的溶出性能冶金论文

高压水化法下高钛铝土矿的溶出性能冶金论文

学术期刊发表网 位置:理工论文 时间:2018-08-10 14:22 ()
摘要:摘要:采用单因素及正交试验方法研究了高压水化条件下溶出温度、粒度、搅拌强度以及石灰添加量对高钛铝土矿中Al2O3及TiO2溶出率的影响。结果表明,影响氧化铝溶出率的因素从大到小依次为温度、石灰添加量、搅拌强度、粒度。在下述最佳溶出条件下,Al2O3和TiO

  摘要:采用单因素及正交试验方法研究了高压水化条件下溶出温度、粒度、搅拌强度以及石灰添加量对高钛铝土矿中Al2O3及TiO2溶出率的影响。结果表明,影响氧化铝溶出率的因素从大到小依次为温度、石灰添加量、搅拌强度、粒度。在下述最佳溶出条件下,Al2O3和TiO2实际溶出率分别为86.52%和5.708%:粒度0.045~0.074mm、石灰添加量8%、溶出温度290℃、搅拌速度8r/min、溶出时间45min。

  关键词:高钛铝土矿;高压水化法;正交试验;溶出

  虽然中国氧化铝的发展对国内氧化铝市场的需求提供了强有力的支撑,但依然存在铝土矿储量不足、铝土矿品位不断降低、严格的大气污染物排放标准增加了氧化铝生产成本等严峻的现实问题[1-2]。因此,各种难处理的中低品位铝土矿及其他复杂型铝资源成为关注的对象[3-4]。目前碱法处理铝土矿的方法都是基于拜耳法[5-7]。在传统拜耳法条件下,高钛铝土矿中高含量的钛制约着其溶出性能,导致高钛型铝土矿在目前铝工业生产中无用武之地。进行溶出时,TiO2会造成严重的碱损失,同时,钛化合物会在铝土矿溶出过程中产生影响,并且还会在热交换器上形成难处理的结疤,降低换热效率,增加能耗和生产成本[8-10]。高压水化法[11]有效解决了拜耳法条件下高钛型铝土矿中钛化合物造成的碱损失问题。本文采用高压水化法对云南某高钛型铝土矿进行溶出试验,分别采用单因素及正交试验方法研究温度、粒度、搅拌强度以及石灰添加量对氧化铝以及氧化钛溶出率的影响程度和主次顺序。

  1试验

  1.1试验原料、设备与步骤

  试验所用高钛型铝土矿取自云南某矿区,破碎、磨细至粒度-0.075mm占80%,经过湿法及干法进行筛分,得到粒度区间为+0.124mm、-0.124~+0.074mm、-0.074~+0.045mm、-0.045~+0.038mm、以及未经过筛分的5种矿样。取样后进行物相和化学成分分析,其中含铝矿物为一水硬铝石,含钛矿物为锐钛矿[12],矿石含Al2O351.31%、TiO27.21%、SiO26.25%(铝硅比8.21)。试验用石灰(CaO90%)取自贵州铝厂,溶出母液为工业氢氧化钠(NaOH>96.0%)加热溶解配制。试验设备与试验步骤见文献[12]。

  1.2分析及计算方法

  采用EDTA容量法测定溶出液中苛碱、氧化铝、全碱以及赤泥中氧化铁和氧化铝含量(YS/T575-2007),采用硅钼蓝分光光度法测定SiO2含量,二安替比林甲烷法测定TiO2。采用文献[12]的公式计算氧化铝和二氧化钛的溶出率。

  2试验结果分析

  2.1单因素溶出试验

  2.1.1溶出温度

  试验条件:溶出时间45min、苛碱浓度340g/L、石灰添加量8%、搅拌速度6r/min、粒度为混合粒度,图1为溶出温度对Al2O3及TiO2溶出率的影响曲线。随着溶出温度的升高,Al2O3溶出率逐渐升高,在290℃附近达到最大值,同时TiO2溶出率也在290℃附近达到最低值。温度升高,热传递加快,反应物在相界面的扩散加快,化学反应速率也随之加快,对氧化铝的溶出是有利的;而溶出过程中难溶性钙钛化合物的形成速率总是比其分解速率快,在290℃附近时,两个速率的差值最小,因此TiO2溶出率最小。取290℃为最佳溶出温度。

  t1

  2.1.2石灰添加量

  试验条件:溶出时间45min、苛碱浓度340g/L、溶出温度290℃、搅拌速度6r/min、粒度为混合粒度,石灰添加量对Al2O3及TiO2溶出率的影响见图2,随着石灰添加量的增大,Al2O3溶出率先增加后减小,在8%的时候达到峰值。同时TiO2溶出率先减小后增大,在6%附近达到最低值。这是因为:在石灰添加量低于8%时,随着石灰添加量的增大,与TiO2反应的石灰量增大,有利于Al2O3的溶出以及钛化合物转变成难溶的钙钛化合物进入赤泥。当石灰添加量大于8%后,增加CaO含量有利于钛水化石榴石的生成,羟基碳酸钙也易分解成钛水化石榴石,从而增加了碱耗,降低Al2O3溶出率[13]。因此确定石灰添加量为8%。

  t2

  2.1.3矿石粒度

  溶出条件:时间45min、苛碱浓度340g/L、温度290℃、石灰添加量8%、搅拌速度6r/min,矿石粒度对Al2O3及TiO2溶出率的影响如图3所示,从图3可以看出,随着粒度越来越细,Al2O3溶出率逐渐增大,TiO2溶出率逐渐减小。原因是:随着粒径的变小,反应面积增大,表面化学反应速率加快,因此氧化铝溶出率增加。同时粒径越小,钛化合物对于铝矿物的包裹程度变小,同理,铝矿物对钛矿物的包裹程度也变小,两者的反应都更完全,理论上Al2O3溶出率和TiO2溶出率都会变高,但是由于氧化钙的存在,钛化合物与氧化钙之间的反应由于钛浓度的增高而加快,氧化钙利用率变高,更多的钛化合物进入赤泥,因此TiO2溶出率降低。考虑到矿物粒度越小,所需的研磨与筛分成本越高,因此选择-0.074~+0.045mm为最佳粒度区间。

  t3

  2.1.4搅拌强度

  试验条件:石灰添加量8%、溶出时间45min、苛碱浓度340g/L、矿石粒度为混合粒度、溶出温度290℃,搅拌强度(用高压釜的转速表示)对Al2O3及TiO2溶出率的影响见图4,随着转速的加快,Al2O3溶出率逐渐增大,TiO2溶出率逐渐减小。转速的加快与粒度对于溶出率的影响从本质上来说是相近的,都是通过加快化学反应速率来影响溶出率,两者都是通过影响反应的控速环节来影响溶出的效率。从图4可以看出,转速超过6r/min之后,Al2O3溶出率及TiO2溶出率的变化幅度均有减小。因此确定8r/min为最佳转速。

  t4

  2.2正交试验根据单因素试验结果,针对A-温度、B-石灰添加量、C-粒度、D-搅拌强度(转速)设计4因素3水平正交试验方案,试验结果如表1所示。

  b1

  从表1可以看出:影响氧化铝溶出率的因素依次为温度>石灰添加量>搅拌强度>粒度。9组试验结果表明A3B3C2D1为最佳组合。但是均值分析结果表明,最佳组合为A3B3C3D3,但该组合不包含在设计的正交表中,因此需进一步进行验证试验,验证试验条件:温度290℃、溶出时间45min、石灰添加量8%、粒度-0.074~+0.045mm、搅拌速度8r/min,在此条件下,Al2O3溶出率为86.53%。综合能耗、时间考虑,确定最佳溶出条件为:温度290℃、溶出时间45min、石灰添加量8%、粒度-0.074~+0.045mm、搅拌速度8r/min。

  3结论

  1)影响氧化铝溶出率的因素依次为温度>石灰添加量>搅拌强度>粒度。

  2)高压水化法的最佳溶出条件为:温度290℃、溶出时间45min、石灰添加量8%、粒度-0.074~+0.045mm、搅拌速度8r/min。此时,氧化铝的溶出率为86.52%,而TiO2的溶出率只有5.708%。

与“高压水化法下高钛铝土矿的溶出性能冶金论文”相关的推荐

推荐阅读

首页 SCI期刊 点击咨询 EI 学术知识