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鋁土礦選礦尾礦再利用的研究鋁土礦選礦尾礦再利用的研究 14 輕 金 屬2010年第4期 鋁土礦選礦尾礦再利用的研究 左林舉 (中國(guó)鋁業(yè)中州分公司,河南焦作454174) 摘 要:鋁土礦浮選尾礦是拜耳法選礦后丟棄的礦物,是一種氧化鋁含量稍高的粘土礦物,本身沒(méi)有任何活性,一般不能直接利用,通過(guò)不同的技術(shù)方法提高它的活性,使其具有較高的實(shí)用價(jià)值。本文系統(tǒng)研究了鋁土礦尾礦活化過(guò)程,利用尾礦的活性和自身物料的性質(zhì),生產(chǎn)仿石材和低溫陶瓷木材,并對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究和試生產(chǎn),為產(chǎn)業(yè)化實(shí)施打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞:鋁土礦;拜耳法;浮選尾礦;活化;仿石材;低溫陶瓷木材 中圖分類號(hào):X758 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1002-1752(2010)06-14-4 ju (ZhongzhouBranchofChalco,Jiaozuo454174,China):BauxiteflotationrailingarediscardedafterBayerbeneficiationofminerals,itisaclaymineralwithaslightlyhigheraluminiumoxidecontent,.lHowever,onemayusedifferenttechniquestoincreaseitsactivitysothatitcanhavehighervalue.Inthispaperthesystemactivation,theuseoftailingsandthenatureofthematerialsarestudiedtoproducesyntheticstoneandlow-temperatureceramic.Keywords:bauxite;Bayer;flotationtailings;activation;imitationstone;low-temperatureceramictimbe 鋁土礦浮選尾礦是拜耳法浮選后丟棄的礦物,以下簡(jiǎn)稱尾礦。由于我國(guó)鋁土礦資源有限和礦石品位的下降,選礦拜耳法生產(chǎn)氧化鋁已成為今后的發(fā)展方向。以60萬(wàn)噸氧化鋁產(chǎn)量計(jì),消耗鋁土礦150萬(wàn)噸,將產(chǎn)生33萬(wàn)噸尾礦。由于尾礦粘性低,遇雨水便成稀泥,堆放困難,同時(shí)占用大片土地,造成環(huán)境污染。尾礦處理成為選礦拜耳法生產(chǎn)氧化鋁可持續(xù)發(fā)展的難點(diǎn),尾礦的再利用已是鋁工業(yè)發(fā)展和資源循環(huán)利用的關(guān)鍵。 尾礦的活化 鋁土礦選礦尾礦的主要礦物為一水硬鋁石、高嶺石、赤鐵礦,化學(xué)組成以氧化鋁、氧化硅、氧化鐵為主,是一種氧化鋁含量稍高的粘土礦物,本身沒(méi)有任何活性,一般不能直接利用。要提高尾礦的利用價(jià)值和拓展應(yīng)用途徑,就需要通過(guò)各種方法提高它的活性,因此,活性的研究是尾礦資源化的技術(shù)基礎(chǔ)。 礦物的活性表示的是一種在特定介質(zhì)條件下與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成具有膠凝特性的新礦物的能力,這個(gè)概念已經(jīng)廣泛應(yīng)用于在水泥基材料中評(píng)價(jià)礦物摻合料的性質(zhì)。但是,礦物的種類不同,所選用的活性評(píng)價(jià)方法不一樣,因此,目前尚沒(méi)有統(tǒng) 收稿日期:2008-10-21 一的活性評(píng)價(jià)方法。 在水泥基材料中,混合材一般都要進(jìn)行活化,礦物的組成和形態(tài)不同,選擇的活性激發(fā)方法不一樣。歸納起來(lái),目前采用的活化方法有如下幾種。 物理活化:像粉煤灰、礦渣、鋼渣、磷渣、有色金屬冶煉渣以顆粒狀的玻璃體、結(jié)晶體及少量未燃碳粒組成,其表面在水淬過(guò)程中會(huì)形成一層惰性薄膜,因而在常溫下性質(zhì)穩(wěn)定,活性較低。物理活化就是利用外力的作用,破壞顆粒表面的惰性玻璃態(tài)薄膜,使其形成表面缺陷,從而加快可溶性SiO2、Al2O3的溶出,并有利于外部離子的侵入,以加快化學(xué)反應(yīng)速度。 機(jī)械粉磨是物理活化最常用的手段。通過(guò)機(jī)械粉磨可以使顆粒細(xì)化,增加新生表面。從微觀角度來(lái)講,粉磨能促使顆粒原生晶格發(fā)生畸形、破壞,切斷玻璃體網(wǎng)絡(luò)中Si-O、Al-O鍵,生成活性高的原子基團(tuán)和帶電荷的斷面,提高結(jié)構(gòu)的不規(guī)則度和缺陷程度,使其反應(yīng)活性增加;從能量的角度考慮,機(jī)械粉磨能增加顆粒的化學(xué)能,增加化學(xué)不穩(wěn)定性,達(dá)到提高活性的目的;從顆粒特性來(lái)講,機(jī)械粉磨可以導(dǎo)致粗大、多孔的玻璃體被粉碎,粘連的玻璃顆粒被解除,從而改善集料級(jí)配,改善表面特性,減少配料 年第4期左林舉:鋁土礦選礦尾礦再利用的研究 15 過(guò)程的摩擦,從而提高其物理活性。 化學(xué)活化:物理活化改善了顆粒形貌,極大地提高了顆粒的"形態(tài)效應(yīng)",使顆粒表面粗糙和缺陷增多,為進(jìn)一步的化學(xué)活化提供了有利條件�；瘜W(xué)活化主要是通過(guò)添加各種堿性激發(fā)劑,使聚合度高的硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)解聚,進(jìn)一步生成CSH、CAH、AFt、AFm等物質(zhì)。目前,化學(xué)活化的途徑主要有:熟料激發(fā),堿激發(fā)(石灰,氫氧化鈉,水玻璃等),硫酸鹽(硫酸鈣、硫酸鈉等)激發(fā)等幾種。 化學(xué)活化機(jī)理為:堿性激發(fā)劑通過(guò)提供OH來(lái)改變混合材顆粒周圍的化學(xué)環(huán)境,使液相中的堿度提高,使高聚合度的硅酸鹽玻璃體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步解聚,加速了活性硅、鋁的擴(kuò)散,從而生成CSH、CAH等凝 2-膠;在有Ca、SO4存在的條件下,可進(jìn)一步生成AFt、AFm等產(chǎn)物;有機(jī)胺類物質(zhì)水解生成OH使水 泥漿體液相的PH值增加,加速了對(duì)致密的玻璃體外殼的瓦解,同時(shí)與水泥發(fā)生反應(yīng)生成一種絡(luò)合物提高了水泥石的致密度;化學(xué)活化的效能與溫度有關(guān),而且隨著溫度的升高,活性激發(fā)效果越好。 熱力活化:在水泥行業(yè)中,經(jīng)常使用燒粘土作為活性混合材,其依據(jù)是:粘土礦物是層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物,在煅燒條件下,其穩(wěn)定的硅氧四面體和鋁氧八面體結(jié)構(gòu)的連接和配位會(huì)發(fā)生較大的改變,四面體與八面體共頂連接發(fā)生分離,成為無(wú)定形的鋁氧八面體結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)中存在斷鍵及活化點(diǎn),形成2n(Si2O5,Al2(OH)4)~900 偏高嶺土。偏高嶺土中的原子排列不規(guī)則,呈現(xiàn)熱力學(xué)介穩(wěn)狀態(tài),具有較高的火山灰活性,能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生成水化鋁酸鈣、水化硅酸鈣等膠凝物質(zhì),因而具有較高的水化活性。偏高嶺土的活性取決于煅燒溫度和礦物中Al2O3、SiO2含量。高嶺土煅燒反應(yīng)為:2n[Si2O5,Al2(OH)4]2[Si2O5,Al2O2]n 4nH2O 基于尾礦的化學(xué)組成和礦物結(jié)構(gòu)屬于氧化鋁含量稍高的粘土礦物,需要首先采用熱力活化,使其原來(lái)的粘土礦物變成不穩(wěn)定的偏高嶺土;尾礦在熱處理過(guò)程中,顆粒之間發(fā)生了粘連,需要用外力使粘連顆粒分開(kāi),提高表面活性,因此需要采用物理活化;偏高嶺土具有潛在活性,但本身不會(huì)發(fā)生水化而相互鏈接,需要在激發(fā)劑作用下,活性才能發(fā)揮,因此,第三步需要采用化學(xué)活化。 尾礦制備低溫陶瓷膠凝材料 尾礦中的高嶺石經(jīng)過(guò)低溫煅燒后形成偏高嶺土,由于結(jié)構(gòu)水的脫出,使高嶺土中的硅氧四面體和鋁氧八面體的連接和配位發(fā)生改變,共頂連接發(fā)生分離,以不穩(wěn)定的變形八面體和共面方式連接,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)斷鍵和活化點(diǎn),這就是偏高嶺土具有活性的內(nèi)在原因。偏高嶺土同礦渣、粉煤灰一樣,若沒(méi)有外在的激發(fā)介質(zhì),本身也不會(huì)產(chǎn)生膠凝作用,在堿激發(fā)條件下,發(fā)生如下反應(yīng): (Si2O5,Al2O2)n 4nH2O (-) n(Si2O5,Al2O2) 4nH2O ,KOH n(OH)3-Si-O-Al-(OH)3 (-) ,KOH(OH)3-Si-O-Al-(OH)3(Na,K)-(Si-O-Al-O)n 3nH2O (-)(SiO5,AlO24nH2O2n(OH)3-Si-O-Al-O-Si-(OH)32O2) nSi(OH)2KOH,KOHOH)3-Si-O-Al-O-Si-(OH)3n(Na,(OH)2由此可見(jiàn),偏高嶺土在堿性條件下,首先經(jīng)歷解聚過(guò)程,活性硅鋁溶解在水的溶液當(dāng)中,形成水合硅鋁酸,,K)(-Si-O-Al-O-Si-O-)n 4nH2O 置換,生成硅鋁酸鹽,另一方面脫水生成硅氧和鋁氧活性基團(tuán),能夠和另外的硅氧和鋁氧鍵結(jié)合生成SiOSi和Al, 16 輕 金 屬2010年第4期 與天然的巖石(玄武巖、花崗巖)結(jié)構(gòu)相似,因此也稱地質(zhì)聚合物;在以往的人造材料中,粘土類礦物經(jīng)過(guò)高溫煅燒才具有這種結(jié)構(gòu),因此稱為高溫陶瓷,因硅氧鍵和鋁氧鍵的鍵能大,幾乎不受侵蝕性環(huán)境介質(zhì)的影響,故表現(xiàn)出高強(qiáng)和相當(dāng)耐久的性能。 尾礦經(jīng)過(guò)熱力活化后就具有偏高嶺土的基本性質(zhì),可以采用堿進(jìn)行激發(fā),在幾乎接近常溫條件下就能制備出具有陶瓷材料優(yōu)良性能的新材料,因其施工操作類似水泥,不用高溫煅燒,故可稱之為低溫陶瓷膠凝材料。膠凝材料不是最終產(chǎn)品,它必須和其它材料進(jìn)行復(fù)合才具有使用價(jià)值,這樣就能夠作為一種基礎(chǔ)材料廣泛應(yīng)用。 經(jīng)過(guò)對(duì)X-衍射圖分析表明煅燒尾礦主要為無(wú)定型物質(zhì),其中含有晶體SiO2,這些無(wú)定型物質(zhì)可能就是偏高嶺土,是活性的主要來(lái)源。 (2)骨料:石英砂和煤渣(中州公司提供)(3)輔助材料:某公司提供的粉煤灰、赤泥,昆明水泥廠62.5硅酸鹽水泥、昆明鋼鐵廠高爐礦渣。其中粉煤灰的X-衍射圖見(jiàn)圖2,礦渣的化學(xué)組成見(jiàn)表2。 粉煤灰的主要化學(xué)組成為氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂及少量未燃碳組成。其礦物組成為玻璃體、莫來(lái)石、石英和碳粒。 表2 礦渣的化學(xué)組成 物質(zhì)%.9.1O311.8.4O31.7.6.3 尾礦制備低溫陶瓷木材 .1 原材料 (1)煅燒尾礦 活化尾礦為某公司鋁土礦尾礦經(jīng)過(guò)在800 度 下煅燒0.5h,再經(jīng)磨細(xì)處理而成,尾礦要求 180目<5%,其化學(xué)組成見(jiàn)表1。 表1 煅燒尾礦的化學(xué)組成 化學(xué)成分Al2O3質(zhì)量,% .5.5.6.6O0.97O1.2O3.90.64 (4)化工材料:燒堿、硅酸鈉、助磨劑、減水劑 等。其中硅酸鈉的主要性質(zhì)見(jiàn)表3。 表3 硅酸鈉的化學(xué)組成,$.66O,%7.87 模數(shù),%3.1 固含量,2.33 密度1.37 通過(guò)對(duì)低溫陶瓷膠凝材料的研究,得出了理想組合下的方案為: 粉體組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):活化尾礦55%,礦渣20%~40%,粉煤灰20%~40%,促硬劑5%;激發(fā)材料(相當(dāng)于粉體質(zhì)量%):水玻璃10%,氫氧化鈉6%;水:水溶液/粉體=0.5。3.2 儀器設(shè)備 -13高溫爐,72L球磨機(jī),PE100 60顎式破碎機(jī),標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩,101-1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱,ISO行星式膠砂攪拌機(jī),ISO膠砂試體成型振實(shí)臺(tái),4㎝ 4㎝ 16㎝標(biāo)準(zhǔn)模具,ISO抗折試驗(yàn)機(jī),萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),蒸養(yǎng)箱,蒸壓釜,臺(tái)秤。3.3 實(shí)驗(yàn)方法 取在600 ~800 溫度場(chǎng)中焙燒一定時(shí)間的尾礦,與輔助材料混合粉磨成細(xì)度小于3%的粉體,成為膠凝材料粉體。取粉體600g,石英砂和爐渣配合而成的骨料900g,首先混合均勻,然后把堿激發(fā)劑溶解在實(shí)際需用水中,水溶液和固體物料進(jìn)行充分?jǐn)嚢?按國(guó)標(biāo)GB-1349-1999進(jìn)行試樣制作,12小時(shí)后脫模進(jìn)行蒸汽快速養(yǎng)護(hù),測(cè)試試樣的力學(xué)性能,用力學(xué)性能的高低判斷膠凝材料的質(zhì)量。3.4 低溫陶瓷木材的綜合性能 (煅燒尾礦的X-衍射見(jiàn)圖1
年第4期 表4 理想的工藝條件 尾礦處理粉體配合比粉體細(xì)度激發(fā)材料粉體/廢塑料廢塑料質(zhì)量需水量成型試樣脫模時(shí)間養(yǎng)護(hù)條件 左林舉:鋁土礦選礦尾礦再利用的研究 氣污染,實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。 表5 低溫陶瓷木材的性能 序號(hào)12345678 密度,kg/m3干縮率,%次干濕循環(huán)抗壓強(qiáng)度,MPa抗折強(qiáng)度,MPa 飽水抗壓強(qiáng)度,MPa飽水抗折強(qiáng)度,MPa25次凍融循環(huán) 抗壓強(qiáng)度,MPa 內(nèi) 容 17 C下煅燒0.5小時(shí)尾礦55%,礦渣20%,粉煤灰20%,水泥50目篩余<5.0% (均相當(dāng)于粉體的質(zhì)量%)SBL10%,QYHN6%;1/0.75 #~ 120#,含泥量:61粒度范圍:-10%H2O(ml)/粉體(g)=0.503 (40 40 160)㎜ >2小時(shí) 先在常壓條件下蒸養(yǎng)8小時(shí),然后在0.5MPa下養(yǎng)護(hù)8小時(shí) 測(cè)試指標(biāo)1408 .2317.428.59.823.27.2 (2)按照表4所示工藝條件制備的試樣送云南省建筑材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站檢測(cè),結(jié)果如表5。從測(cè)試結(jié)果看出:這種材料具有較好的物理力 學(xué)性能,耐水熱,耐凍融,耐酸堿,除了可代替水泥刨花板和石膏刨花板使用,還有它獨(dú)特的用途。 吸水率,_x0010_耐酸性,1%硫酸浸泡24小時(shí)11耐堿性,飽和石灰水12浸水膨脹率,mm/m 抗壓強(qiáng)度損失,%質(zhì)量損失,%1.85.5 .5 外觀質(zhì)量無(wú)變化外觀質(zhì)量無(wú)變化 .4 參考文獻(xiàn): [1]張召述,等.利用鑄造廢砂制造蒸壓磚的研究[J].中國(guó)物資再生,1999(7):2-4. [2]劉天模,張喜燕,黃維剛.材料學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004. [3]鞠峰.改性粉煤灰建筑垃圾多空磚的試驗(yàn)研究[J].新型建筑材料,2004(5):8-9. 結(jié)論 通過(guò)對(duì)鋁土礦浮選尾礦再利用的研究,不僅找到有效處理尾礦的辦法,而且將尾礦循環(huán)利用,使資源實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置。同時(shí),利用尾礦生產(chǎn)的磚實(shí)用性 很強(qiáng),替代了粘土燒磚,土地資源得到保護(hù),減少大 (責(zé)任編輯 張文軍) (上接第10頁(yè)) 藝并沒(méi)有取得降低化學(xué)結(jié)合堿的效果或者效果不明顯。各地鋁土礦物相組成不同,導(dǎo)致其預(yù)脫硅行為和溶出性能有顯著差異,可能影響到新工藝降低赤泥化學(xué)結(jié)合堿的效果。對(duì)這些因素,需要展開(kāi)深入的基礎(chǔ)理論研究。 本研究是在溶出工藝中降低拜耳法赤泥化學(xué)結(jié)合堿的一種嘗試,赤泥的燒結(jié)法處理、赤泥的水熱法處理回收堿相比,有一定的優(yōu)點(diǎn),但還只是一個(gè)初步結(jié)果,如何工業(yè)化還存在問(wèn)題,特別是在純拜耳法氧化鋁廠如何得到高ak的預(yù)脫硅溶液還有一定的難度,這些問(wèn)題也還需要做進(jìn)一步的研究。 研究了新工藝各因素對(duì)溶出赤泥N/S的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明:預(yù)脫硅段脫硅反應(yīng)溫度160 ,反應(yīng)時(shí)間120min,沉鋁液堿含量15%,ak值30.8及配礦C/S1.3;溶出段溫度260 ,反應(yīng)時(shí)間60min時(shí),赤泥N/S由常規(guī)溶出的0.42降低至0.23,大大地降低了赤泥化學(xué)結(jié)合堿。 參考文獻(xiàn): [1]楊重愚.氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1982:53-74.[2]楊重愚.輕金屬冶金學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.[3]98(2009)162-176. [4]陳萬(wàn)坤,彭關(guān)才.一水硬鋁石型鋁土礦的強(qiáng)化溶出技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.129-159. [5] 阿布拉莫夫.堿法綜合處理含鋁原料的物理化學(xué)原理[M].陳謙德,唐賢柳等譯,中南工業(yè)大學(xué)出版社,1988. [6]陳文汨,等.一種使產(chǎn)出赤泥中結(jié)合的苛性堿降低的鋁土礦溶出方法[P].中國(guó)專利:CN101343074A,2009.1.14. [7]朱金勇,楊巧芳,閆曉軍等.拜耳法種分母液沉鋁試驗(yàn)研究[J].礦冶工程, ,22(4):65-68. [8]譚丹君,馬鴻文,鄒丹,李歌.從高苛性比鋁酸鈉溶液中制取氫氧化鋁的實(shí)驗(yàn)研究[J].應(yīng)用化工,2008,37(11),1320-1324. 結(jié)語(yǔ) 采用一種新型的溶出工藝,即使用高ak低堿濃度的溶液(即沉鋁溶液)對(duì)鋁土礦進(jìn)行保溫脫硅;結(jié)束后補(bǔ)進(jìn)高堿濃度的溶液(即濃縮后循環(huán)母液)進(jìn)行正常鋁土礦溶出。 (責(zé)任編輯 張文軍)
河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�在山西境內(nèi)有大量的煅燒鋁礬土行業(yè)業(yè)績(jī)，塊狀煅燒和粉狀，細(xì)度有325、800、1000、1250目， 產(chǎn)量有50-500噸每天產(chǎn)能，可技術(shù)轉(zhuǎn)讓，可出售設(shè)備，產(chǎn)品。 河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�專業(yè)致力于資源再利用、高嶺土行業(yè)，生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率可提高10%以上，產(chǎn)量提高5%～10%，能耗降低20%左右，產(chǎn)能達(dá)到50-500t/d，更加節(jié)能環(huán)保。如有需求，可直接咨詢18637113703(微信同號(hào))，華冠環(huán)�？萍脊緸槟哒\(chéng)服務(wù)，隨時(shí)歡迎前來(lái)參觀! 專業(yè)售后服務(wù)！
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