霞石正長巖預脫硅渣燒結-溶出試驗研究

劉 巍，范艷青，蔣訓雄，張登高，汪勝東，馮林永，蔣 偉

（礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

霞石正長巖是一種全晶質侵入巖、深成巖的代表巖石，屬中性堿性巖類。礦物組合含有80%～95%長石和（或）類長石礦物，以此區(qū)別花崗巖、正長巖。世界霞石正長巖主要產于加拿大、挪威和俄羅斯等地，中國霞石主要分布在四川、河南、廣東與云南等地，已開發(fā)利用的僅有四川南江及云南個舊兩處。霞石正長巖應用領域很廣，85%以上用于玻璃、陶瓷工業(yè)，少量用于玻璃纖維，但又因其含有鋁、鉀而作為煉鋁、鉀的原料，高鋁霞石正長巖被認為是與鋁土礦競爭的潛在資源。

國內外利用霞石正長巖提鋁、鉀的方法有燒結法、高壓水化法和酸法等。堿石灰燒結法可以利用礦物中有用組分生產氧化鋁、碳酸鉀、水泥等產品，綜合利用水平高，但是存在能耗高、渣量大且污染環(huán)境等問題。本研究提出了霞石正長巖濕法預脫硅-石灰石燒結從霞石正長巖中綜合回收鋁、鉀的工藝，濕法預脫硅在優(yōu)化工藝條件下可以脫除約34%的二氧化硅，此部分脫除的二氧化硅可以生產白炭黑，豐富硅的產品形式，減少硅鈣渣量并副產水泥。本文針對預脫硅后的渣采用燒結-溶出工藝，考察KO、AlO、NaO 溶出情況。

1 試驗原料

試驗采用霞石正長巖預脫硅渣，主要成分AlO、SiO、KO、NaO、CaO、Fe 含量分別為25.06%、37.36%、4.74%、13.29%、6.50%、3.02%。

2 試驗方法

鈣硅比為（CaO）/（SiO），堿比為（NaO+KO）/（AlO+FeO），控制不同的配比、溫度、時間進行燒結。燒結后的熟料在一定條件下進行溶出、過濾和洗滌，干燥后送樣分析AlO、KO、NaO 的含量，計算AlO、KO、NaO 的溶出率。

3 試驗結果及討論

3.1 鈣硅比條件試驗

燒結溫度為1 300 ℃，時間為0.5 h，堿比為1.0時，進行不同鈣硅比的試驗研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時間40 min 的條件下進行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進行不同鈣硅比溶出的試驗研究。鈣硅比與溶出率的關系如圖1 所示。由圖1 可知，鈣硅比為2.0 時，AlO的溶出效果最好。此時，AlO溶出率為86.86%，NaO 溶出率為87.07%，KO 溶出率為95.44%。因此，建議選取鈣硅比2.0。

圖1 鈣硅比與溶出率的關系

3.2 堿比條件試驗

燒結溫度為1 250 ℃，時間為1 h，鈣硅比為2.0時，進行不同堿比的試驗研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時間40 min 的條件下進行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進行不同堿比溶出的試驗研究。堿比與溶出率的關系如圖2所示。由圖2可知，堿比為1.05 時，AlO、NaO 的溶出效果最好。此時，AlO溶出率為83.45 %，NaO 溶出率為79.57%，KO 溶出率為92.31%。隨著堿比增加，KO 溶出率呈現下降趨勢。因此，根據試驗結果，生料配比堿比為1.05，考慮堿工業(yè)生產的可回收因素，建議選取實際生產堿比1.0。

圖2 堿比與溶出率的關系

3.3 燒結溫度條件試驗

燒結時間為0.5 h，堿比為1.0，鈣硅比為2.0 時，進行不同燒結溫度的試驗研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時間40 min 的條件下進行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進行不同燒結溫度溶出的試驗研究。燒結溫度與溶出率的關系如圖3 所示。由圖3 可知，KO、AlO、NaO 的溶出率隨著燒結溫度的升高而升高。因此，根據試驗結果，建議選取燒結溫度1 300 ℃。

圖3 燒結溫度與溶出率的關系

3.4 燒結時間條件試驗

燒結溫度為1 300 ℃，堿比為1.0，鈣硅比為2.0時，進行不同燒結時間的試驗研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時間40 min 的條件下進行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進行不同燒結時間溶出的試驗研究。燒結時間與溶出率的關系如圖4 所示。由圖4 可知，隨著燒結時間的增加，AlO、NaO、KO 的溶出率略有增加，但是增加不明顯。因此，建議選取燒結時間0.5 h。

圖4 燒結時間與溶出率的關系

3.5 磨礦時間條件試驗

燒結溫度為1 300 ℃，堿比為1.0，鈣硅比為2.0時，進行不同磨礦時間的試驗研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時間40 min 的條件下進行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進行不同磨礦時間溶出的試驗研究。磨礦時間與溶出率的關系如圖5 所示。

圖5 磨礦時間與溶出率的關系

由圖5 可知，隨著時間增加，熟料粒度變細，KO、AlO、NaO 的溶出率略有增加，因為粒度過大時，熟料與溶出液的接觸面積偏小，影響了溶出反應的快速進行；相反，粒度過小，則熟料在攪拌溶出過程中容易出現底部團聚凝結現象，阻礙了反應的進一步進行。綜合考慮，建議選取熟料磨礦時間（棒磨）20 s，粒度控制在60 目左右。

3.6 溶出時間條件試驗

燒結溫度為1 300 ℃，堿比為1.0，鈣硅比為2.0，燒結時間為0.5 h，熟料棒磨20 s，粒度約為60 目。熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃的條件下進行，溶出時間分別取20 min、30 min 和40 min，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進行不同溶出時間溶出的試驗研究。溶出時間與溶出率的關系如圖6 所示。由圖6 可知，隨著溶出時間增加，KO、AlO、NaO的溶出率略有增加，綜合考慮，建議選取熟料溶出時間40 min。

圖6 溶出時間與溶出率的關系

3.7 綜合條件試驗

在鈣硅比（CaO）/（SiO）=2，堿比（NaO+KO）/（AlO+FeO）=1，燒結溫度1 300 ℃，時間0.5 h的條件下，進行堿石灰燒結。燒結后的熟料磨至粒度60 目左右，然后在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時間40 min 的條件下進行溶出，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次。綜合條件下試驗結果如表1 所示。

表1 制備硅灰石的分析測試結果

4 結論

本文對霞石正長巖預脫硅渣進行燒結-溶出，在鈣硅比（CaO）/（SiO）=2，堿比（NaO+KO）/（AlO+FeO）=1，燒結溫度1 300 ℃，時間0.5 h的綜合條件下進行堿石灰燒結。燒結后的熟料磨至粒度60 目左右，然后在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時間40 min 的條件下進行溶出，KO、AlO、NaO 的溶出率分別為97.63%、86.94%、91.01%，實現了霞石正長巖預脫硅渣中鉀、鋁、鈉的高效溶出，為進一步從溶出液中綜合回收鉀、鋁、鈉奠定了基礎。