石灰烧结法从煤系高岭土提取氧化铝的研究

2010 年第 12 期
轻
金
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时间大于 90m in , 氧化铝的溶出率随着烧成时间延 长趋于缓慢。这是因为在一定的煅烧温度下 , 煅烧 时间太短, 不能有效的使煤系高岭土的氧化铝完全 转化为 CA 和 C12 A7, 氧化铝溶出率低 , 反应时间愈 长 , 反应愈完全, 氧化铝溶出率将逐渐的增大 , 但是 当烧成时间大于 90m in , CA 和 C12 A7 的生成已基本 趋于完全, 氧化铝的溶出率变化不大。时间的延长 将大幅度增加能耗, 在保证烧成熟料质量的前提下 , 尽量缩短烧成时间 , 减少能耗。综合考虑确定烧成 时间在 90m in 较为合适。
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2 结果与讨论
2 . 1 煤系高岭土的活化 石灰烧结法氧化铝生产中, 烧成熟料的质量是 整个工艺的关键 , 而生料恰当的配比直接关系到熟 料质量的高低。由此可见 , 生料的配料与生料的烧 成条件相辅相成 , 缺一不可。为了得到优质的熟料 , 必须通过实验确定最佳配比和烧成条件。 2 . 1 . 1 配比的确定 煅烧温度为 1260 , 烧成时间为 90m in, 萤石用 量为 1 % , 考察配比 ( 石灰石与高岭土质量比 ) 对高 岭土中氧化铝溶出率的影响, 实验结果如图 1 。 2 . 1 . 3 煅烧温度的确定 配比为 2 . 5 , 烧 成时 间 为 90m in , 萤石 用量 为 1 % , 考察煅烧温度对煤系高岭土中氧化铝溶出率的 影响 , 实验结果见图 3 。
为助剂煅烧活化煤系高岭土和溶出提取氧化铝的条件 , 考察了煤系高 岭土煅烧活化 和溶出条件对煤 系高岭土中氧化 铝溶出率的影响 。 实验表 明, 煅 烧活 化条 件为 : 石 灰石 与煤 系高 岭土 质量 比为 2. 5 、 萤 石用 量为 1% 、 煅 烧温 度为 1260 、 烧成时间 90m in ; 溶出的最佳工艺条件为 : 溶出温 度为 85 、 溶出 时间为 2 . 0h 、 N a2 CO3 浓度为 9% 、 液固比为 3 . 5 , 在此条件下 , 粉煤灰中氧化铝的溶出率高达 90. 5% 。 关键词 : 煤系高岭土 ; 溶出率 ; 提取 ; 氧化铝 中图分类号 : TF80 文献标识码 : A 文章编号 : 1002 1752( 2010) 12 04 21
图 2 萤石用量对氧化铝溶出率 的影响
图 1 配比对氧化铝溶出率的影响 图 3 煅烧温度对氧化铝溶出率 的影响
图 1 可看到 , 随着配比的增加氧化铝溶出率大 幅度的增加 , 这是因为随着配比的增加, 煤系高岭土 中 氧 化 铝 与 石 灰 石 反 应 逐 渐 转 化 为 活 性 CA和 C12 A7 的数量增多 ; 当配比等于 2 . 5 时, 这时煤系高 岭土中的氧化铝已全部转化为可溶于 N a2 CO3 溶液 CA 和 C12 A7, 如果再增加配比, 活性 CA 和 C 12 A 7 又 与产物 CaO、 C 2 S 等物质反应生成了难溶于 Na2 CO3 溶液的 C3 A、 C2 AS , 致使氧化铝溶出率下降。从图 1 可知, 最适宜的配比为 2 . 5 。 2 . 1 . 2 萤石用量的确定 煅烧温度为 1260 , 烧成时间为 90m in, 配比为 2 . 5 , 考察助溶剂萤石用量对煤系高岭土中氧化铝溶 出率的影响 , 其结果如图 2 所示。 由图 2 可见 , 随着萤石用量增加氧化铝溶出率 先增加后减少。这是因为添加萤石能降低煅烧过程 液相出现的温度 , 降低液相黏度, 增加液相数量 , 有 图 3 可以看到 , 随着温度升高氧化铝溶出率先 增加后减少。这主要是由于温度太低 , 烧结反应不 完 全 , 使 其 中 的 氧 化 铝 没 有 完 全 转 化 为 CA 和 C 12A 7, 但是再提高温度 , 加速主反应的同时, 也加速 了产物之间相互反应, 使 CA 和 C 12 A 7 又与 C 2 S 生成 一些难于分解的三元化合物, 造成熟料中氧化铝溶 出率降低。并且在煅烧温度为 1260 时 , 氧化铝的 溶出率达到 90 . 5 % 。因此, 煤系高岭土的最适宜的 煅烧温度为 1260 。 2 . 1 . 4 烧成时间的确定 煅烧温度为 1260 , 配比为 2 . 5 , 萤石用 量为 1 % , 考察烧成时间对煤系高岭土中氧化铝溶出率的 影响 , 实验结果见图 4 。 从图 4 可以看到, 在烧成时间小于 90m in , 氧化 铝溶出率随着烧成时间延长增加的幅度大, 在烧成
A lum ina extraction technology fro m coal- m easures kaoline by Sintering m ethod of li m estone
REN G en- kuan and ZHANG Ke- jian
(1 . D epart m ent of Chem ical Engineering , Yib in University, Y ibin 644007 , Ch in a; 2 . Inner M ongolia Un iv ersity of T echnology, H ohhot 010051 , China )
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利于液相中质点的扩散, 加速 CA 和 C12 A7 的形成。 但是当萤 石添加量 大于 1 % , 产生 大量液 相, 促使 C2 S 、 CA、 C 12 A 7 和 CaF2 之间相互反应生成一些难溶 于 Na2 CO3 溶液的 C 3A、 C2 AS 等物质, 使氧化铝的溶 出率降 低 。通 过曲 线看 到, 萤石用 量为 总量 的 1 % 比较适宜。
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1 实验部分
1 . 1 主要原料 原料 : 内蒙古鄂旗煤系高岭土 , 其主要化学成分 (w% t ) 为: A l2 O3、 F e2 O3、 Si O 2、 C aO 分别 为 39 . 04 、 3 30 、 45 . 63 、 0 . 98 , 其它 11 . 05; 石 灰石取自内蒙古 鄂旗 敖 包 特, 其 主 要 化 学 成 分 ( w % t ) 为: A l 2 O 3、 Fe2O 3、 SiO2、 C aO 分别为 0 . 49 、 0 . 27 、 2 . 32 、 53. 23 ,其 它 15 23 ; 萤石取自内 蒙古鄂旗敖包特 , 含 C aF2 为 55 . 40 % ; N a2 CO 3 ( AR) 。 1 . 2 实验方法 1 . 2 . 1 改性煤系高岭土的制备 石灰石及 萤石 和煤系 高 岭土 分别 经研 磨、 过 190 目筛后 , 石灰石和煤系高岭土按质量比为 2 . 5 , 再加 入 1 % 萤 石 , 混 合 均 匀, 在 1260 下 烧 结 90m in , 得到烧结物经冷却自粉化, 制成熟料。
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任根宽, 张克俭: 石灰烧结法从煤系高岭土提取氧化铝的研究
2010 年第 12期
1 . 2 . 2 溶出过程 将熟料和 9 % Na2 CO3 溶液按液固比为 3 . 5( 液 体的体 积 与固 体的 质 量之 比 ) 混 合, 置于 温 度为 85 水浴上 , 在充分搅拌下加热反应 2h , 冷却过滤 , 其滤液即为 N aA l O 2 溶液。采用络合滴定法分析溶 出液中的 A l 含量 , 由此计算出氧化铝溶出率。
我国有丰富的煤系高岭土资源, 煤系高岭土中 A l2O 3 含量大约在 40 % 左右 , 从中提取有较高经济 价值的 A l2O 3, 使其作为一种新的铝资源加以利用 , 将有助于减小铝需求的压力 , 同时也是提高煤系高 岭土综合利用的有效途径。生产氧化铝的方法有酸 法和碱法两类。酸法即先提取铝盐, 如氯化铝、 铵明 矾、 硫酸铝等 , 再将铝盐煅烧后可得到氧化铝 , 该法 需要昂贵的耐酸设备 , 酸的回收比较复杂 , 环境污染 严重; 碱法即用碱性物质来提取 A l2O 3, 常见的碱法 有拜耳法、 石灰石烧结法和碱石灰烧结法 , 拜耳法用 于处理高铝低 硅矿 , 并且 其中 A / S 要求也 比较严 格
。石灰石烧结法与其它方法相比, 具有原料来
源广泛 , 不需配碱 , 并且熟料能自行粉化, 省去粉磨 工艺, 泥渣可以制水泥等优点。本文主要研究石灰 石烧结法提取氧化铝过程的煅烧和溶出工艺 , 以期 达到最大限度的提取氧化铝目的。
作者简介 : 任根宽 ( 1972- ) , 男 , 内蒙古商都县 , 内蒙古工业大学硕士讲师 , 主要从事固体废物利用。 E - m ai: l rgk2000 @ 126 . com 收稿日期 : 2010 - 01- 11
度超过 9 % , 氧化铝溶出率反而下降。这是由于在 一定的条件下 , Na2 CO3 浓度提高, 加速溶出反应的 同时 , 也加速了对 C2 S 的分解和脱硅作用 , C2 S 的分 解产物又于溶液中氧化铝反应, 转化为难溶的水化 石榴石 , 使氧化铝的溶出率下降。分析可知最适 宜的 N a2 CO 3 浓度为 9 %。 2 . 2 . 2 溶出温度对溶出率的影响 Na2 CO3 浓度 9 %、 溶出时间为 2h、 液固比为 3 . 5 的情况下 , 通过改变溶出温度 , 测定其对熟料中对氧 化铝溶出率的影响 , 实验结果见图 6。
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石灰烧结法从煤系高岭土提取氧化铝的研究
任根宽 , 张克俭
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(1 . 宜宾学院化工系, 四川 宜宾 644007 ; 2 . 内蒙古工业大学 , 内蒙古 呼和浩特 010051)
摘 要 : 采用高岭土为原料提取氧化铝成本低廉 , 可以大幅度提高 高岭土的产品 附加值 , 提高经济 效益 。 研究以萤石
A bs tract : U s ing kaol in as a raw m aterial to ext ract a lum ina can redu ce the cost , i m prove addit ional value and econ om ic eff iciency in a large scale. The cond it ion s of calcin ing activation of fly ash w ith fluor ite as ass istan t and ext racting alum ina w ere s tud ied, the effects of cond itions of ca lcin ing activation and leach ing on the leach ing rate of alum ina from f ly ash w ere investigated . Th e experi m en tal resu lts show th at the cond itions of calcin ing act ivat ion w ere ob tained as : m ass ratio l i m estone to fly ash 2 . 5 , dosage of f luorite 1 % , calcination temp erature 1260 , calcination ti m e 90 m in ; the bes t technolog ical cond it ion s of leach ing w ere as follow: under liqu id- to- solid ratio 3. 5 , alum ina leach ing efficien cy of 90. 5% w as ach ieved w hen cl ink er w as leached w ith 9% concentrat ion of N a2 CO3 at 85 !C for 2 h . K ey words : coal- m easures k aolin e ; the leach ing eff iciency; extract ion; alum ina