專利名稱：一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理高鐵鋁土礦的方法，具體涉及一種從高鐵鋁土礦中提取鋁、 鐵、硅，并制備氧化鋁、氧化鐵及二氧化硅產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高鐵鋁土礦資源綜合開發(fā)利用。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對支持國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的第一、第二大金屬鐵、鋁的消耗也越來越大，鐵礦和鋁土礦的資源供應(yīng)量嚴(yán)重短缺。20世紀(jì)80年代，我國在廣西等地發(fā)現(xiàn)大量高鐵鋁土礦，資源儲(chǔ)量超過1. 6億噸。該礦具有三個(gè)特點(diǎn)其一，采用傳統(tǒng)選礦方法不能有效分離鐵、鋁、硅等元素。由于鐵礦物與鋁礦物嵌布粒度細(xì)，相互膠結(jié)，礦物的單體解離性能極差，難以選別。其二，單一元素均達(dá)不到工業(yè)品位。該礦具有有價(jià)金屬品種多(主要含鐵、鋁、釩、鎵、錳、鈦等)、鋁鐵含量都不高(總鐵含量M% 37%，Al2O3含量 20% 37%)、鋁硅比較低(A/S = 2.6 5. 4)、燒損大的特點(diǎn)。其三，采用處理普通鋁土礦的傳統(tǒng)工藝很難盈利。雖然礦石中鐵的品位高于普通鋁土礦，但還遠(yuǎn)沒有達(dá)到合格鐵礦的邊界品位，鋁的品位也沒有達(dá)到目前氧化鋁經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的工藝要求，若以單一鐵礦或鋁土礦開發(fā)，成本較高，技術(shù)不可行。因此，使用該礦進(jìn)行單純的冶煉鋁或冶煉鐵是沒有經(jīng)濟(jì)效益可言的，必須實(shí)現(xiàn)鐵、鋁綜合利用才有工業(yè)利用價(jià)值。在高鐵鋁土礦利用方面，現(xiàn)存“先選礦，后冶煉”、“先鋁后鐵”和“先鐵后鋁”三種工藝。先選礦后冶煉工藝是通過選礦的方法使含鋁礦物與含鐵礦物分離富集得到鋁精礦與鐵精礦，用拜耳法處理鋁精礦生產(chǎn)氫氧化鋁，高爐處理鐵精礦制取鐵。由于高鐵鋁土礦結(jié)晶較差，嵌布關(guān)系極為復(fù)雜，采用常規(guī)選礦方法均無法使鋁鐵礦物有效分離。先鋁后鐵的工藝是采用拜耳法提取礦石中的氧化鋁，再用赤泥煉鐵。但該法氧化鋁浸出率低，同時(shí)，由于拜耳法赤泥煉鐵時(shí)，必須進(jìn)行赤泥脫鈉、物料成團(tuán)等工序，導(dǎo)致鐵的回收率偏低。該方案在技術(shù)上可行，但工藝復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)上不合理，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。先鐵后鋁工藝是先從礦石中還原提取鐵，再從爐渣中提取氧化鋁，主要有四個(gè)方案粒鐵法方案、生鐵熟料法方案、金屬化學(xué)還原一電爐熔分-提取氧化鋁方案、燒結(jié)一高爐冶煉一提取氧化鋁方案。其中粒鐵法技術(shù)上困難較大；生鐵熟料法存在回轉(zhuǎn)窯爐襯壽命短的問題，而且能耗較高；金屬化學(xué)還原一電爐溶分一提取氧化鋁方案，技術(shù)上可行，但電能耗大，而廣西目前電力資源緊張；燒結(jié)一高爐冶煉一提取氧化鋁方案，技術(shù)可行，但渣鐵分離不徹底，氧化鋁浸出率低。

發(fā)明內(nèi)容
針對高鐵鋁土礦未能合理利用的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種綜合開發(fā)利用高鐵鋁土礦的方法。本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達(dá)到將高鐵鋁土礦磨細(xì)至80 μ m以下，與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70% 98%的硫酸均勻混合。高鐵鋁土礦與硫酸的比例為高鐵鋁土礦中的氧化鐵、氧化鋁按與硫酸完全反應(yīng)生成鹽所消耗的硫酸物質(zhì)的量計(jì)為1，硫酸與礦比例為0. 8 1. 5 1，將混好的物料在250°C 550°C 焙燒，保溫0. 5 池。過剩的硫酸分解產(chǎn)生的三氧化硫用硫酸吸收，再返回鋁土礦焙燒工序。將反應(yīng)后的熟料加入2 5倍質(zhì)量的水溶出，在50°C 95°C下攪拌15 60min，過濾， 濾液為硫酸鐵、硫酸鋁溶液；濾渣主要成分為二氧化硅，作為微硅粉產(chǎn)品。涉及的化學(xué)反應(yīng)為 A1203+3H2S04 = Al2 (SO4) 3+3H20 個(gè)
Fe203+3H2S04 = Fe2 (SO4) 3+3H20 個(gè)H2SO4 = SO3 丨 +H2O 個(gè)S03+H20 = H2SO4所得含硫酸鐵、硫酸鋁的溶液采用黃銨鐵礬法沉鐵用飽和的碳酸銨溶液調(diào)節(jié)溶液PH在1. 5 2. 5，加入黃銨鐵礬晶種，在80°C 95°C下攪拌反應(yīng)1 濁后，過濾，濾液為含NH4+、Al3+、SO42-和少量狗3+的溶液。涉及的化學(xué)反應(yīng)為6Fe3++4S0 廣+2NH4++12H20 = (NH4) 2Fe6 (SO4) 4 (OH) 12+12H.黃銨鐵礬在650°C 700°C煅燒1 4h，，得到氧化鐵產(chǎn)品。煅燒過程產(chǎn)生的氨氣和三氧化硫用氨水吸收，得到硫酸銨溶液，蒸發(fā)結(jié)晶后得到硫酸銨產(chǎn)品。涉及的化學(xué)反應(yīng)為
(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12 —^6Fe203+4S03 個(gè) +2NH3 個(gè) +7H2O 個(gè)2NH3+S03+H20 = (NH4) 2S04黃銨鐵礬法沉鐵后得到的濾液采用磷酸或磷酸氫銨沉鐵向?yàn)V液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的濃磷酸或飽和的磷酸氫銨溶液，磷酸根與!^3+摩爾比為0.8 1.0 1，在30°C 90°C下用飽和的碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH在2. 0 2. 5，攪拌反應(yīng)IOmin 30min后，過濾，濾液為含NH4+、Al3+和SO/—的溶液。涉及的化學(xué)反應(yīng)為Fe3++P043>2H20 = FePO4 · 2H20 J,過濾得到的磷酸鐵在pH為5. 0 6. 0再制漿，磷酸鐵轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵，作為煉鐵原料，反應(yīng)過程中用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的濃氨水調(diào)節(jié)PH，生成的磷酸氫銨返回深度沉鐵工序，實(shí)現(xiàn)磷酸的綜合利用。反應(yīng)過程中涉及的化學(xué)反應(yīng)為FePO4 · 2H20+H20 = Fe (OH) 3+ΗΡ0廣+2H+深度沉鐵后得到的濾液溫度保持在60°C，用飽和的碳酸銨溶液調(diào)節(jié)溶液pH在 5. 0，攪拌反應(yīng)4h，反應(yīng)得到氫氧化鋁沉淀，過濾所得的氫氧化鋁脫水、煅燒，得到氧化鋁產(chǎn)品。沉鋁后的硫酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶。涉及的化學(xué)反應(yīng)為Α13++30Γ = Al(OH)3 I
2 Al(OH)3 Al2O3+3H20本發(fā)明方法工藝流程簡單，設(shè)備要求不高，生產(chǎn)成本較低，實(shí)現(xiàn)了高鐵鋁土礦的綜合利用，整個(gè)工藝過程不會(huì)對環(huán)境造成二次污染，符合綠色化工業(yè)生產(chǎn)的要求。


附圖是一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法工藝流程圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1所用高鐵低品位鋁土礦主要組成為=Al2O3 29.8%, Fe2O3 50. 7%, SiO2 14.0%, TiO2 1. 8%, MnO 1.5%，其它 2.2%。將高鐵鋁土礦破碎，磨細(xì)至80 μ m下，與70%的硫酸按質(zhì)量比1 2. 2均勻混合， 物料在350°C焙燒，恒溫2h，反應(yīng)產(chǎn)生的煙氣用稀硫酸吸收，再返回用于焙燒。將焙燒熟料加水溶出，水與熟料的質(zhì)量比為3 1，50°C溶出60min，過濾得提鋁渣和硫酸鐵、硫酸鋁的混合溶液，提鋁渣直接作為微硅粉。熟料溶出液用飽和碳酸銨溶液調(diào)節(jié)溶液pH在1. 5，加入黃銨鐵礬晶種，在80°C下攪拌反應(yīng)濁后，過濾，濾液主要含NH4+、Al3+、SO42-和少量狗3+，濾渣為黃銨鐵礬。向黃銨鐵礬法沉鐵后的濾液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的濃磷酸，溶液中!^3+與加入 H3PO4摩爾比為1，在30°C攪拌反應(yīng)60min，過濾，濾液為含NH4+、Al3+和S042_的溶液，濾渣為磷酸鐵。磷酸鐵在pH為5. 5制漿，反應(yīng)過程中用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為觀%的濃氨水調(diào)節(jié)pH，反應(yīng)后得到氫氧化鐵，生成的磷酸氫銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶后返回磷酸法沉鐵工序。深度沉鐵后的濾液溫度保持在60°C，用飽和的碳酸氫銨溶液調(diào)節(jié)溶液pH在5. 0， 攪拌反應(yīng)4h，反應(yīng)得到氫氧化鋁沉淀，過濾、脫水、煅燒氫氧化鋁，得到氧化鋁產(chǎn)品。沉鋁后的硫酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶返回焙燒工序。黃銨鐵礬在670°C煅燒3h，得到氧化鐵產(chǎn)品，煅燒過程產(chǎn)生的氨氣和三氧化硫用氨水吸收，得到的硫酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶制備硫酸銨。實(shí)施例2所用高鐵低品位鋁土礦主要組成為=Al2O3 27.9%, Fe2O3 49. 2%, SiO2 15. 7%, TiO2 1. 7%, MnO 1.6%，其它 3.9%。將高鐵鋁土礦破碎，磨細(xì)至80 μ m下，與98%的濃硫酸按質(zhì)量比1 2. 5混合均勻，物料在500°C焙燒，恒溫lh，反應(yīng)產(chǎn)生的煙氣用稀硫酸吸收，再返回用于焙燒。將焙燒熟料加水溶出，水與熟料的質(zhì)量比為5 1，90°C溶出30min，過濾得提鋁渣和硫酸鐵、硫酸鋁的混合溶液，提鋁渣直接作為微硅粉。熟料溶出液用飽和碳酸銨溶液調(diào)節(jié)pH在2. 0，加入黃銨鐵礬晶種，在90°C下攪拌反應(yīng)lh，過濾，濾液含Ml/、Al3+、SO/—和少量狗3+，濾渣為黃銨鐵礬。向黃銨鐵礬法沉鐵后的濾液中加入飽和磷酸氫銨溶液，加入PO43-與溶液中!^3+摩爾比為0. 8，在50°C攪拌反應(yīng)30min，過濾，濾液為含NH4+、Al3+和S042—的溶液，濾渣為磷酸鐵。磷酸鐵在pH為6. 0制漿，反應(yīng)過程中用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為觀%的濃氨水調(diào)節(jié)pH，反應(yīng)后得到氫氧化鐵，生成的磷酸氫銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶后返回深度沉鐵工序。深度沉鐵后的濾液溫度保持在80°C，用飽和的碳酸氫銨溶液調(diào)節(jié)溶液pH在5. 0， 攪拌反應(yīng)3h，反應(yīng)得到氫氧化鋁沉淀，過濾、脫水、煅燒氫氧化鋁，得到氧化鋁產(chǎn)品。沉鋁后的硫酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶返回焙燒工序。
黃銨鐵礬在700°C煅燒2h，得到氧化鐵產(chǎn)品，煅燒過程產(chǎn)生的氨氣和三氧化硫用氨水吸收，得到的硫酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶制備硫酸銨。
權(quán)利要求
1.一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法，其特征在于包括以下步驟(1)研磨將高鐵鋁土礦磨細(xì)至80μ m以下；(2)混料將高鐵鋁土礦與70% 98%的硫酸均勻混合；(3)焙燒將混好的物料在250°C 550°C焙燒，過剩的硫酸分解產(chǎn)生的三氧化硫用硫酸吸收，再返回焙燒工序；(4)溶出將步驟(3)的焙燒熟料加水溶出；(5)過濾將步驟(4)溶出物料過濾分離，得到濾液和濾渣，濾液為粗制硫酸鋁溶液，濾渣主要為二氧化硅，洗滌干燥直接作為微硅粉產(chǎn)品；(6)黃銨鐵礬法沉鐵粗制硫酸鋁溶液采用黃銨鐵礬法沉鐵，用飽和碳酸銨溶液調(diào)節(jié)溶液PH，反應(yīng)完畢后過濾；(7)黃銨鐵礬煅燒黃銨鐵礬煅燒得氧化鐵產(chǎn)品，煅燒過程產(chǎn)生的氨氣和三氧化硫用氨水吸收，得到硫酸銨溶液，蒸發(fā)結(jié)晶后得到硫酸銨；(8)深度沉鐵黃銨鐵礬法沉鐵得到的濾液采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的濃磷酸或飽和的磷酸氫銨溶液深度沉鐵，反應(yīng)完畢后過濾，得到含鋁溶液和磷酸鐵；(9)磷酸鐵水解磷酸鐵在pH值為5.0 6. 0水解，生成的氫氧化鐵作為煉鐵原料，磷酸氫銨返回深度沉鐵工序，實(shí)現(xiàn)磷酸氫銨的綜合利用；(10)沉鋁深度沉鐵后得到的濾液溫度保持在60°C 90°C，用飽和的碳酸氫銨溶液調(diào)節(jié)溶液pH在4. 0 6. 0，攪拌反應(yīng)，過濾得氫氧化鋁和硫酸銨溶液；(11)氫氧化鋁煅燒所得氫氧化鋁沉淀脫水、煅燒，得到氧化鋁產(chǎn)品；(12)硫酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶得到硫酸銨產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法，其特征在于步驟(2)將高鐵鋁土礦與質(zhì)量分?jǐn)?shù)70% 98%的硫酸均勻混合，高鐵鋁土礦與硫酸的比例為高鐵鋁土礦中的氧化鐵、氧化鋁按與硫酸完全反應(yīng)生成鹽所消耗的硫酸量計(jì)為1，硫酸與礦比例為 0. 8 1. 5 1。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法，其特征在于步驟C3)將混好的物料在250°C 550°C焙燒，保溫0. 5 2h，過剩的硫酸分解產(chǎn)生的三氧化硫用硫酸吸收，再返回鋁土礦焙燒工序。
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法，其特征在于步驟( 溶出物料過濾分離，濾渣主要為二氧化硅，洗滌干燥后直接作為微硅粉產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法，其特征在于步驟(7)黃銨鐵礬在650°C 700°C煅燒1 4h，得到氧化鐵產(chǎn)品，煅燒過程產(chǎn)生的氨氣和三氧化硫用氨水吸收，得到硫酸銨溶液，蒸發(fā)結(jié)晶后得到硫酸銨。
6.根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法，其特征在于步驟(8)采用磷酸法沉鐵向黃銨鐵礬法沉鐵后的濾液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的濃磷酸或飽和的磷酸氫銨溶液，PO43-與!^3+比例為0.8 1.0 1，在30°C 90°C下用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為觀％的濃氨水調(diào)節(jié)溶液pH在2. 0 2. 5，攪拌反應(yīng)IOmin 30min后，過濾，所得濾液鐵濃度低于0. Olg/ L0
7.根據(jù)權(quán)力要求1所述的一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法，其特征在于步驟(9)磷酸鐵在PH值為5. 0 6. 0制漿，反應(yīng)過程中用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的濃氨水調(diào)節(jié)溶液pH值，磷酸鐵轉(zhuǎn)化成氫氧化鐵，作為煉鐵原料，生成的磷酸氫銨返回深度沉鐵工序，實(shí)現(xiàn)磷酸氫銨的綜合利用。
全文摘要
一種綜合利用高鐵鋁土礦的方法，該方法包括以下步驟(1)將高鐵鋁土礦破碎、磨細(xì)后與硫酸混合焙燒；(2)焙燒熟料溶出、過濾得粗制硫酸鋁溶液和提鋁渣；(3)粗制硫酸鋁溶液先采用黃鐵礬法沉鐵，再用磷酸或磷酸氫銨深度沉鐵，所得溶液沉鋁，得到氫氧化鋁；(4)氫氧化鋁煅燒制備氧化鋁；(5)黃銨鐵礬煅燒制備氧化鐵；(6)磷酸鐵水解得到氫氧化鐵和磷酸氫銨；(7)提鋁渣直接作為微硅粉。
文檔編號(hào)C01G49/06GK102432071SQ20111025645
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者王佳東, 王若超, 申曉毅, 翟玉春, 辛海霞 申請人:東北大學(xué)