含硫鋁土礦石灰燒結(jié)生產(chǎn)氧化鋁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及低品位鋁土礦或石灰石等原料中含有硫的石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋁工業(yè)的快速發(fā)展造成了可用鋁土礦資源品位的急劇下降，開發(fā)新的可利用鋁土礦資源成為當(dāng)前研究工作的重點。我國高硫鋁土礦資源豐富，硫含量在0.7%?4%之間，目前探明的儲量為1.5億噸，占鋁土礦資源總儲量的11%，因此，亟需一種含硫鋁土礦的綜合利用方法。
[0003]目前工業(yè)應(yīng)用的氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)有兩種，一種是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝，拜耳法能耗低，生產(chǎn)成本低，然而該法對于鋁土礦的品質(zhì)有很高要求，只適用于中高品位鋁土礦，且鋁土礦中硫的含量超過0.7%還必須進行脫硫處理。因為在拜耳法生產(chǎn)工藝中，鋁土礦中的硫不僅造成溶出添加劑Na2O的損失，而且以S2—的形式存在于溶液中，S2—含量增高會使鋼制設(shè)備因劇烈腐蝕而損壞，同時溶液中鐵含量增高，氧化鋁品位下降，溶出率下降。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)對含硫中高品位鋁土礦的脫硫生產(chǎn)工藝研究主要集中于兩方面:一是改變?nèi)艹鰲l件降低溶液中硫的溶出率，一是對含硫鋁土礦進行預(yù)處理脫硫。
[0005]張念炳通過改變拜耳法的工藝條件進行高壓溶出，將硫的溶出率降低到7.05%，氧化鋁的溶出率在81%左右(張念炳，蔣宏石，吳賢熙.高硫鋁土礦溶出過程中硫的行為研究[J].輕金屬，2007 (7): 7-10.)，該工藝雖然降低了硫的溶出率，但是沒有解決硫在溶液中的循環(huán)問題，且氧化鋁溶出率偏低。
[0006]呂國志在800°C對礦石進行了焙燒預(yù)處理脫硫，使原料硫的含量降低到0.7%以下(呂國志，張廷安，鮑麗，等.高硫鋁土礦的焙燒預(yù)處理及焙燒礦的溶出性能[J].中國有色金屬學(xué)報，2009，19(9): 1684-1689.)，滿足了拜耳法對原料硫含量的要求，但是該工藝煙氣中SO2濃度偏低，不易于回收。
[0007]胡小蓮采用了石灰焙燒預(yù)處理的方式進行了脫硫，而后進行了高壓溶出(胡小蓮，陳文汨，謝巧玲.高硫鋁土礦氧化鈣焙燒脫硫研究[J].輕金屬，2010 (I): 9-14.)，熟料的相對溶出率達到95.35%。
[0008]然而，上述方法都只能針對含硫的高品位鋁土礦使用，不能適用中低品位鋁土礦，否則容易出現(xiàn)結(jié)疤現(xiàn)象，無法實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
[0009]另一種工業(yè)應(yīng)用的氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)是燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)工藝，石灰燒結(jié)法是燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)的一種，是處理中低品位鋁土礦的一種重要方法，能夠有效利用低品位的鋁土礦。石灰燒結(jié)法的原理是含鋁原料配石灰燒結(jié)，生成2Ca0.Si02、12Ca0.7Al2〇3、Ca0.AhO3等物相，其中12Ca0.7Al203^Ca0.Al2O3可以用碳酸鈉溶液溶出，而二氧化硅以2Ca0.S12的形式留在赤泥中。然而該方法存在的主要問題在于:燒結(jié)溫度很高，能耗較高，氧化鋁溶出率比較低，溶出液的濃度也較低。
[0010]發(fā)明專利“一種石灰燒結(jié)處理方法及用該方法制得的熟料”(公開號CNA)，其為了消除低品位鋁土礦中MgO對氧化鋁浸出性能的明顯負作用，而在生料中添加硫酸鈣，燒結(jié)后形成物相組成主要包含3Ca0.3 Al203‘CaS04、WcaOIAl2O3JCaOi12和MgO的熟料，實現(xiàn)了將鈣比控制在較低水平同時提高了氧化鋁的浸出性能。但是其并沒有公開高含硫的中低品位鋁土礦中硫元素在燒結(jié)和氧化鋁浸出過程中所產(chǎn)生危害的解決方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種含硫鋁土礦石灰燒結(jié)生產(chǎn)氧化鋁的方法，能夠消除硫元素在溶出工藝中的不利影響，能夠有效利用含硫中低品位鋁土礦及廢料脫硫渣生產(chǎn)氧化鋁，明顯提高熟料的氧化鋁溶出率同時保持較低的鈣比，降低原料的品質(zhì)要求。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:含硫鋁土礦石灰燒結(jié)生產(chǎn)氧化鋁的方法，將含硫鋁土礦、石灰石與脫硫渣混合并燒結(jié)，燒結(jié)時在1150?1300°C的溫度下保溫15?60分鐘，然后冷卻，得熟料;再將燒結(jié)所得熟料置于碳酸鈉溶液中進行氧化鋁溶出，得鋁酸鈉溶液;所得鋁酸鈉溶液中加入石灰乳脫除碳酸根離子、硫酸根離子和硅酸根離子，過濾，所得濾液再經(jīng)過碳酸化分解得固相氫氧化鋁，高溫煅燒，得到產(chǎn)品氧化鋁；
其中，脫硫渣的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:CaO 38%?45%，S03 40%?50%，其余為雜質(zhì)；含硫鋁土礦與石灰石的鈣比為0.8?1.0，脫硫渣添加量為含硫鋁土礦與石灰石添加總質(zhì)量的2%?10% ；含硫鋁土礦中硫含量在0.7%?4%之間。
[0013]脫硫渣主要是電廠和燒結(jié)等煙氣脫硫工序中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，其組分以硫酸鈣和硫酸亞鈣為主。
[0014]碳酸化分解是將除塵凈化后的二氧化碳氣體均勻通入鋁酸鈉溶液中，與溶液中的NaAl (OH) 4 反應(yīng)生成 Na2CO3 和 Al (OH)3。
[0015]進一步地，所述含硫鋁土礦為中低品位鋁土礦石，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:Al2O3 35%?60%，S12 10%?25%，F(xiàn)e203 5%?15%，其余為雜質(zhì)；所述石灰石的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:CaO 45%?55%，其余為雜質(zhì)。
[0016]進一步地，所述碳酸鈉溶液的摩爾濃度為1.0?1.2mol/L。
[0017]優(yōu)選的，所述碳酸鈉溶液溶出溫度為50?80°C，溶出時間為5?30分鐘。
[0018]進一步地，所得鋁酸鈉溶液中添加適量石灰乳，先脫除碳酸根離子，生成碳酸鈣，經(jīng)固液分離后，再繼續(xù)向濾液中添加石灰乳，脫除硫酸根離子和硅酸根離子。
[0019]進一步地，所得碳酸鈣用于所述含硫鋁土礦石灰燒結(jié)原料。生成的碳酸鈣能夠部分代理石灰石原料，循環(huán)利用，降低原料成本。
[0020]進一步地，含硫鋁土礦、石灰石與脫硫渣燒結(jié)所產(chǎn)生的窯氣用于所得濾液的碳酸化分解。窯氣的主成分為C02，經(jīng)過除塵、降溫達到一定要求，凈化后的CO2氣體能夠用作碳酸化分解的原料氣。
[0021]進一步地，碳酸化分解后所得液相作為碳酸鈉溶液的母液，循環(huán)用于熟料中氧化鋁的溶出。
[0022]優(yōu)選的，燒結(jié)后冷卻方式為自然冷卻。
[0023]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
I)本發(fā)明方法原料中硫化物經(jīng)燒結(jié)后全部轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩猁}，避免了硫化物對氧化鋁溶出率的影響以及對設(shè)備的腐蝕； 2)本發(fā)明方法原料中添加脫硫渣，其可以起到部分代替石灰石提供CaO的作用，實現(xiàn)了脫硫渣的資源化利用，能夠使含硫鋁土礦與石灰石的鈣比達到更小，降低了對原料的要求，同時使石灰石的消耗量明顯減少，其配入量能夠降低5%?10%，原料成本更低；
3)本發(fā)明方法原料中添加脫硫渣，經(jīng)燒結(jié)后其熟料為含鋁物相4CaOIAl2OrSO3和γ-2Ca0.S12相，相比于現(xiàn)有技術(shù)中形成的3Ca0.3A1203.CaS04、12Ca0.7A1203、2Ca0.Si02相，其熟料的溶出性能明顯提高，氧化鋁溶出率能夠提高5%?10%;
4)本發(fā)明方法通過添加脫硫渣燒結(jié)，燒結(jié)溫度明顯降低，較普通石灰燒結(jié)法溫度降低100°C左右，能耗較低，生產(chǎn)成本降低；
5)本發(fā)明方法脫硫工藝簡單，能夠直接采用現(xiàn)有生產(chǎn)工藝中使用的石灰乳脫除，解決了硫元素在氧化鋁生產(chǎn)過程的循環(huán)問題，脫硫成本低。
[0024]6)本發(fā)明方法采用脫硫渣作為燒結(jié)原料，為脫硫渣的資源化利用提供了一種新的途徑，環(huán)保節(jié)約，具有較好的社會效益。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明方法實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明提出了一種含硫鋁土礦石灰燒結(jié)生產(chǎn)氧化鋁的方法，通過在含硫鋁土礦中適當(dāng)添加少量煙氣脫硫渣和石灰進行燒結(jié)的方法生產(chǎn)氧化鋁，使原料中的鋁元素和硫元素形成4Ca0 3Al2<VS03相，娃元素形成γ _2Ca0.Si02相，然后采用低溫溶出的工藝進行氧化鋁生產(chǎn)，降低了硫元素的有害作用，提高了熟料的氧化鋁溶出性能，具有較好的市場應(yīng)用價值和社會效益。
[0027]含硫鋁土礦石灰燒結(jié)生產(chǎn)氧化鋁的方法，見圖1，將含硫鋁土礦、石灰石與脫硫渣混合并燒結(jié)，優(yōu)選的，鋁土礦石為中低品位鋁土礦石，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:Al2O335%?60%，S12 10%?25%，F(xiàn)e203 5%?15%，其余為雜質(zhì)；所述石灰石的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為:CaO 45%?55%，其余為雜質(zhì)。含硫鋁土礦中硫含量在0.7%?4%之間。
[0028]燒結(jié)時在1150?1300°C的溫度下保溫15?60分鐘，然后經(jīng)自然冷卻，得熟料。再將燒結(jié)所得熟料置于碳酸鈉溶液中進行氧化鋁溶出，得鋁酸鈉溶液，溶出渣用于制造水泥原料。所得鋁酸鈉溶液中加入石灰乳分兩段凈化，分別脫除溶液中的碳酸根離子、硫酸根離子和硅酸根離子，兩段凈化分別過濾得碳酸鈣渣和硫酸鈣渣副產(chǎn)品，分別重復(fù)利用。所得濾液再經(jīng)過碳酸化分解得固