我国高铝矾土资源非常丰富, 铝矾土是由长石、云母等矿物风化而形成的, 它的主要矿物类型是三水铝石、硬水铝石和勃姆石。此外, 由于矿物形成的条件不同,还可能含有高岭石、石英、方解石等杂质。铝矾土在工业上应用十分广泛, 铝矾土可用于炼铝、制高铝水泥、人造金刚砂 (刚玉) 和化工原料等, 也可用作耐火材料的主要原料。随着工业技术的发展, 国内外高铝质耐火原料及其制品的发展趋势, 均朝着均化、提纯、调质、改性的更高档次系列化产品方向发展, 以满足冶金、建材、石化等工业的高温技术需要。随着我国耐火材料工业的不断发展, 以及优质产品打入国际市场的需要, 随着我国耐火材料工业的不断发展, 以及优质产品打入国际市场的需要, 提出了更高的原料质量要求, 如何降低铝矾土中杂质及产品的系列化已成为铝矾土选矿中一个重要课题。 用铝土矿或其它含铝原料生产氧化铝, 实质上就是使矿石中的氧化铝与其它杂质分离的过程。生产氧化铝的方法有碱法、酸法、电热法等。为了减少工艺的能源需求, 降低生产成本, 本试验提出了在常温操作、洗涤温度低于100℃条件下的新工艺过程。
1.1 实验原理
实验尝试用普通的酸碱在常温下对矾土样品进行处理。在常温下, 由于矾土中的各种成分和酸碱都发生不同程度的反应, 而且反应程度有差别,使其中各种成分的含量发生变化, 最后达到降低杂质含量的目的。发生的主要反应方程式如下:
聚四氟乙烯烧杯, 抽滤装置, HCl (工业级) , HF (化学纯) , Na OH (化学纯) , HNO3 (化学纯) , H2SO4 (化学纯) 高温干燥箱。 称取一定量矾土样品, 加入聚四氟乙烯烧杯中, 往烧杯中加入一定量某浓度的氢氧化钠溶液, 用超声波震荡一定时间, 直至样品全部溶解, 放置一定时间熟化。然后过滤, 用蒸馏水洗涤滤渣多次, 然后将滤渣转移到一个表面皿中, 在一定温度的烘箱中烘干, 取出称重, 将其平均分为三份。 将其中一份作为对照样品, 另外两份加酸处理。一份加入一定量某浓度的H2SO4, 超声波震荡一定时间, 直至完全溶解, 放置一定时间熟化, 过滤, 在一定温度的烘箱中烘干, 取出称重。另一份加入一定量某浓度的氢氟酸, 处理方法与另一份完全相同, 称重。 称取一定量矾土样品, 加入聚四氟乙烯烧杯中, 往烧杯中加入一定量与第一组试验浓度不同的氢氧化钠溶液, 用超声波震荡一定时间, 直至样品全部溶解, 放置一定时间熟化。然后过滤, 用蒸馏水洗涤滤渣多次, 然后将滤渣转移到一个表面皿中, 在一定温度的烘箱中烘干, 取出称重, 将其平均分为四份。 一份做为对比样, 其他三份分别用不同浓度一定量的HF溶液;HCl溶液, 王水进行处理。处理方法同上, 最后经干燥取出分别称重。 Si O2标准储备液的配制:称Na2Si O39g、H2O25 g于600m L烧杯中, 加水500 m L, 溶解后转入塑料瓶中密封保存, 此溶液相当于Si O210 mg/m L; Fe2O3标准储备液的配制:在小烧杯中加入称取烘干至恒重的Fe2O30.500 g, 再加入50%的H2SO440 m L和浓HNO35m L, 加热溶解澄清后, 冷却, 转入500 m L容量瓶中, 用水稀释至刻度, 摇匀, 此溶液相当于1mg Fe2O3/m L; Ti O2标准储备液的配制:称取0.400 g预先经950℃高温灼烧的Ti O2于光滑的瓷坩埚中, 加8 g焦硫酸钾, 在电炉上低温熔融至无气泡后再于700℃熔融成红色均匀流体, 保温10 min, 取出冷却, 置于烧杯中, 加100 m L蒸馏水, 再加50%的H2SO4100 m L, 加热溶解, 冷却至室温, 移入1000 m L容量瓶中,以水定容, 摇匀, 此溶液相当于0.4 mg Ti O2/m L。 Si O2、Fe2O3和Ti O2混合参比溶液的配制:取1000 m L容量瓶, 加10 mg/m L Si O2标准储备液1 m L, 加入固体溶剂2.70g加水至约700 m L, 全部溶解后摇匀, 然后迅速加入50%的HCl 70 m L, 立即摇匀, 用移液管取1 mg/m L Fe2O3标准储备液4 m L, 加入0.4 mg/m L Ti O2标准储备液10 m L, 用水稀释至刻度, 摇匀备用。 称样品500 mg左右, 硼酸-氢氧化锂熔剂1.35 g于银坩埚中。将称量好的样品与熔剂用玻璃棒搅拌均匀后盖上坩埚盖放在坩埚架上, 送入880℃高温炉保温40 min。取出冷却, 将熔好的样品放到1000 m L烧杯中, 倒入浸取液, 用超声波溶解后, 摇匀, 冷却至室温, 放置。采用DHF82多元素分析仪 (湘潭科联分析仪器有限公司) 直接测定三种杂质氧化物的含量。用差减法求得:
由表1可以看出:采用新工艺后, 各种氧化物的含量都有所降低, 但是采用氢氟酸的效果明显好于硫酸, 尤其对除硅效果明显, 硅含量从6.58%降低到0.94%,这是因为发生以下反应:Si O2+6HF (aq) =H2Si F6+2H2O。氢氟酸对除铁效果也很好, 铁的含量从2.29%降低到1.23%。氢氟酸对除钛氧化物也有一定的效果, 但Ti O2的含量没有大幅度降低可能是因为生成的H2[Ti F6]不易与产物分离。
从表2可以看出:三种酸在浓度和加入量一定的情况下, 氢氟酸对去除杂质氧化物的效果最好。采用盐酸效果不好可能因为盐酸易于与金属氧化物生成金属络合物,而这些络合物不易从产物中分离出去。采用王水效果也不好是由于王水和三氧化二铝大量反应造成的。 综合表1和表2可以看出, 新工艺中的酸易采用氢氟酸, 三氧化二铝的含量从86.78%升高到94.28%, 二氧化硅的含量从6.58%降低到0.91%, 二氧化钛的含量从4.35%降低到3.55%, 三氧化二铁的含量从2.12%降低到1.23%。 新工艺所得产品硅铝比大于12, 氧化铝含量为94%, 根据铝土矿及铝矾土熟料标准 (YB/T5057-93) 可知, 制得的产品达到一级水平。耐火材料用高铝矾土熟料产品标准, 产品符合牌号GA1-88的标准。 由以上分析可知, 新工艺流程简单, 可在常温下进行的, 能耗较小, 有利于降低生产成本.制得的产品符合标准要求。
但该工艺也存在以下缺点:氢氟酸对设备的腐蚀性较大;产品中二氧化钛含量仍较高;这些问题需要进一步研究探讨。
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