低溫拜耳法赤泥回收鋁、鈉工藝研究

鄭秀芳

（中國(guó)鋁業(yè)山東分公司研究院，山東淄博255052）

低溫拜耳法赤泥回收鋁、鈉工藝研究

鄭秀芳

（中國(guó)鋁業(yè)山東分公司研究院，山東淄博255052）

介紹了低溫拜耳法赤泥及拜耳法赤泥與燒結(jié)法硅渣摻配料中鋁、鈉的回收工藝，著重研究了配料及燒結(jié)方法，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，赤泥與硅渣摻配料中的鋁、鈉溶出率均可達(dá)95%以上，實(shí)現(xiàn)了低溫拜耳法赤泥中鋁、鈉的再回收利用，溶出赤泥中氧化鈉含量低于1%，可用來(lái)生產(chǎn)水泥，從而實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用，消除了赤泥對(duì)環(huán)境的危害。

低溫拜耳法；赤泥；硅渣；脫鋁；脫鈉；溶出率

1 前言

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中排出的工業(yè)含堿廢渣，一般情況下每生產(chǎn)1 t氧化鋁產(chǎn)出0.5～1.5 t赤泥，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年排出的赤泥達(dá)到1 000多萬(wàn)t，近幾年，隨著拜耳法氧化鋁產(chǎn)量的提高和礦石品位的逐年下降，赤泥量大幅增長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)赤泥的處置大都采用筑壩堆放處理，該方法不僅占用大量土地，還需耗用大量資金興建龐大的赤泥堆場(chǎng)和支付高額的維護(hù)費(fèi)用［1］。為了從根本上消除赤泥的危害，適應(yīng)氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)外對(duì)赤泥中的有價(jià)元素進(jìn)行了綜合回收利用，尤其是回收氧化鈉和氧化鋁方面做了大量的研究工作，本研究就如何回收氧化鋁、氧化鈉進(jìn)行了試驗(yàn)探討。

2 試驗(yàn)原料與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)原料：取中鋁山東分公司第二氧化鋁廠低溫拜耳法外排赤泥和第一氧化鋁廠燒結(jié)法脫硅硅渣，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。拜耳法赤泥物相為鈉硅渣、赤鐵礦、鋁針鐵礦、銳鈦礦和石英硅；硅渣主要物相為鈣硅渣和鈉硅渣。

表1 硅渣、赤泥的化學(xué)成分%

試驗(yàn)方法：把拜耳赤泥分為單拜耳赤泥、拜耳赤泥與硅渣摻配兩種方式來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，其中拜耳法赤泥又分洗滌赤泥與不洗滌赤泥兩種情況。對(duì)拜耳法赤泥，在不補(bǔ)堿的情況下，配鈣燒結(jié)，根據(jù)赤泥加氧化鈣反應(yīng)生成的鈣硅渣能被碳分母液苛化分解的原理［2］，用碳分母液溶出熟料，可使其中的氧化鋁、氧化鈉溶解出來(lái)，從而使氧化鈉和氧化鋁得以回收；對(duì)拜耳赤泥與硅渣摻配，按堿石灰燒結(jié)法工藝配料燒結(jié)溶出，進(jìn)行氧化鋁和氧化鈉的回收。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 單拜耳赤泥的燒成溶出試驗(yàn)

對(duì)赤泥中的氧化鋁和二氧化硅配入氧化鈣，即石灰燒結(jié)法，該試驗(yàn)進(jìn)行了正常鈣、高鈣、低鈣及不同燒結(jié)溫度的燒成溶出試驗(yàn)。

配料正常鈣量計(jì)算方法為：正常鈣=（2×SiO2量/60+1.71×Al2O3量/102）×56，即添加鈣量同時(shí)滿足CaO/Al2O3分子比為1.71（以氧化鋁全部生成12CaO·7Al2O3計(jì)算）和CaO/SiO2分子比為2.0。

3.1.1 洗滌赤泥的燒結(jié)、溶出試驗(yàn)

將洗滌赤泥按不同鈣比配成生料后在1 100℃燒成，燒成熟料的成分見(jiàn)表2。熟料在50℃下用60 g/L的純碳酸鈉溶液溶出，溶出時(shí)間為15 min，L/S為6，鈣比對(duì)氧化鋁、氧化鈉溶出率的影響曲線見(jiàn)圖1。

表2 熟料成分及配比

由圖1可以看出，隨鈣比的升高，熟料中氧化鋁與氧化鈉的溶出率也升高。因此，為獲得較高的溶出率需保證熟料的鈣比。

3.1.2 未洗滌赤泥的燒結(jié)溶出試驗(yàn)

將未洗滌的赤泥配成不同鈣比的生料，然后分別在1 100、1 150和1 200℃下燒成，燒成熟料成分見(jiàn)表3。熟料用碳酸鈉溶液溶出，燒結(jié)溫度對(duì)熟料氧化鋁和氧化鈉溶出率的影響分別見(jiàn)圖2和圖3。

圖1 鈣比對(duì)氧化鋁、氧化鈉溶出率的影響

表3 未洗滌赤泥的熟料成分及配比

圖2 燒結(jié)溫度對(duì)氧化鋁溶出率的影響

圖3 燒結(jié)溫度對(duì)氧化鈉溶出率的影響

由圖2、圖3可以看出，隨熟料燒結(jié)溫度的升高，氧化鋁的溶出率有所降低，氧化鈉的溶出率則先隨燒結(jié)溫度的升高而升至最大值，然后又隨燒結(jié)溫度的升高而降低，因此，熟料的燒結(jié)溫度對(duì)氧化鋁和氧化鈉的溶出率影響較大，且影響趨勢(shì)不同。

洗滌赤泥燒制熟料的氧化鋁溶出率不太高，一般在50%左右；未洗滌赤泥燒制的熟料的溶出率比洗滌赤泥有明顯的提高，一般在75%～80%。分析原因是未洗滌赤泥附液堿間接地提高了熟料的堿比，從而提高了溶出率；低鈣配方與正常和高鈣配方相比，溶出率相對(duì)較低；燒成溫度不易過(guò)高，應(yīng)控制在1 100～1 150℃，溶出赤泥中的氧化鋁在4.7%～6.5%，氧化鈉在1.5%以下，可以進(jìn)行綜合利用。

3.2 拜耳法赤泥與燒結(jié)法硅渣摻配燒成溶出試驗(yàn)

3.2.1 燒結(jié)溫度對(duì)熟料溶出率的影響

把硅渣與拜耳法赤泥按2∶1的比例配好后，按堿石灰燒結(jié)法生料配堿，配鈣配制生料，分別在1 050、1 100和1 150℃下保溫45 min燒制成熟料，生、熟料成分見(jiàn)表4。

表4 生、熟料成分及配比

以上3種熟料用NT=18 k/L、NC=4 k/L（NT指調(diào)整液中的全堿即氫氧化鈉與碳酸鈉之和，折合成氧化鈉表示溶液全堿濃度；NC指調(diào)整液中的碳酸鈉折合成氧化鈉表示溶液濃度）的調(diào)整液在90℃、L/S=15、溶出時(shí)間為30 min的條件下進(jìn)行標(biāo)溶溶出，赤泥成分及標(biāo)溶結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 赤泥成分及熟料標(biāo)溶溶出率

從燒成熟料的表觀看，與燒結(jié)法生產(chǎn)的正常熟料相比較，1 050℃是欠燒，1 100℃是正燒，1 150℃是過(guò)燒；從表5的熟料溶出結(jié)果看，氧化鋁與氧化鈉的標(biāo)溶溶出率隨著燒成溫度的升高而升高。

3.2.2 堿比對(duì)溶出率的影響

表4中的生料堿比與正常燒結(jié)法的堿比（0.95± 0.2）相比偏低。為了找出堿比對(duì)溶出率的影響規(guī)律，進(jìn)行了不同堿比的燒成溶出試驗(yàn)，生料鈣比按正常燒結(jié)法鈣比2.03±0.2，堿比按1、1.05、1.1進(jìn)行配料，由于堿比的升高，燒成溫度有所下降，燒成溫度定為1 050℃，不同堿比燒成熟料的標(biāo)溶赤泥成分及標(biāo)溶溶出率見(jiàn)表6，生料、熟料成分列于表7。

表6 不同堿比燒成熟料的標(biāo)溶赤泥成分及標(biāo)溶溶出率

由表6和表7可以看出，提高熟料堿比，氧化鋁的溶出率大幅度提高，當(dāng)熟料堿比在0.93（生料目標(biāo)1.05）時(shí)，氧化鋁溶出率為95%左右，氧化鈉溶出率為97%左右，溶出赤泥中的氧化鋁和氧化鈉都比較低，可作為燒制水泥的原料。

4 結(jié)論

4.1 用拜耳法洗滌赤泥與石灰配料燒成熟料的氧化鋁溶出率一般在50%左右，未洗滌赤泥燒成熟料的氧化鋁溶出率一般在75%～80%。

4.2 拜耳赤泥與燒結(jié)法硅渣摻配正燒結(jié)溫度為1 050～1 100℃，熟料適宜堿比為0.93±0.2、鈣比為2.01±0.2，在此配比下的熟料可得到較好的溶出結(jié)果，氧化鋁溶出率＞95%，氧化鈉溶出率＞97%。

表7 1 050℃下燒成的生、熟料成分及配比

4.3 將拜耳法赤泥和燒結(jié)法硅渣混合后用堿—石灰法處理，可獲得較高的氧化鋁和氧化鈉溶出率，使拜耳法赤泥中的鋁、鈉得到回收，溶出赤泥中堿的含量低于1%，可用來(lái)生產(chǎn)水泥，從而實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用，消除了赤泥對(duì)環(huán)境的危害。

［1］姜怡嬌，寧平.氧化鋁廠赤泥的綜合利用現(xiàn)狀［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2003（1）：40.

［2］劉桂華，張亞莉，彭志宏，等.鈉硅渣中的氧化鋁回收工藝［J］.中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2004，14（3）：500.

［3］楊重愚.氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1993：75-76.

Study on Retrieving Aluminum and Sodium from Red Mud Produced by Low Temperature Bayer Process

ZHENG Xiu-fang
（The Research Institute of Shandong Corporation of China Aluminum Co.,Ltd.,Zibo 255052,China）

The process about retrieving aluminum and sodium from the red mud and the mixture of red mud and silica slag was introduced，the way of blending and sintering were focused.The result showed that the dissolution rate of sodium and aluminum in the mixture of red mud and silica slag was up to 95%,and the sodium and aluminum were recovered.The content of Na2O in red mud was less than 1%,and the cement can be made by the red mud.In a word,the comprehensive utilization of red mud was realized,and the dangers of red mud to environmental were canceled.

low temperature Bayer process;red mud;silica slag;aluminum removal;sodium removal;extraction rate

X758

A

1004-4620（2010）01-0016-03

2009-08-19

鄭秀芳，女，1978年生，2003年畢業(yè)于濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)。現(xiàn)為中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司山東分公司研究院助理工程師，從事氧化鋁生產(chǎn)工藝研究工作。