微波预处理絮凝剂

微波预处理絮凝剂 

    微波加热在冶金中的应用是近年来发展起来的一种冶金新技术。一些发达国家,如美国、英国、日本、加拿大等都很重视这一新技术的研究[1-3],我国也在20世纪80年代开始了这一领域的研究工作[4-8]。氧化铝生产包括湿法和火法部分。其中磨矿、溶出、沉降、分解、蒸发等过程为湿法过程;而烧结法的熟料烧结及Al(OH)3焙烧成氧化铝产品则为火法过程,但不论是湿法或火法均与热过程息息相关。因此,微波在处理其它矿物时的积极效果应该也能应用于处理氧化铝的生产过程。基于此思想,本文首次将微波加热技术应用到一水硬铝石矿的焙烧预处理上。众所周知,在氧化铝生产中,赤泥的沉降分离是一个非常重要的环节,它影响着氧化铝的产能、品质及效益[9-13]。因此,为考察微波加热预处理对溶出赤泥沉降性能的影响,本文对微波焙烧矿的溶出赤泥的沉降性能与常规加热方法得到的焙烧矿的溶出赤泥沉降性能进行了比较研究。
    1　实验方法
    1·1　原料
    矿石:试验所采用的铝土矿石来自某铝厂,经过破碎,细磨至实验所需粒度。矿石的化学成分(%):Al2O366·48、SiO27·22、Fe2O35·45、TiO23·59。XRD分析表明,铝土矿主要由一水硬铝石矿组成,还含有针铁矿、高岭石、锐钛矿等共生矿物。浸出用液配制:由某铝厂的种分母液和分析纯氢氧化钠及分析纯氢氧化铝配制而成。组分为:Na2OT232 g/L,Na2Ok212 g/L,Al2O3113 g/L。絮凝剂的配置:采用某铝厂提供的NACLO絮凝剂溶于3 g/L的碱液中,在温度为30~40℃的水浴中加热缓慢溶解,制成所需浓度的NACLO溶液。
    1·2　实验过程
    焙烧实验:在WXSL10S-01型微波设备中进行,微波装置采用红外探头进行测温。将预处理矿石置于石英坩埚中,放入微波装置内,启动微波加热装置。进行焙烧试验。
    溶出实验:在WHFS-1型高压釜进行,浸出液与焙烧矿混合后放入高压釜内,溶出过程结束后,将浸出矿浆抽滤,过滤分离浸出赤泥,进行赤泥沉降实验。
    溶出矿浆沉降性能试验:在恒温水浴槽中进行,如图1所示。采用WMZK-01温度仪控制温度。将溶出赤泥稀释到一定浓度,加入到100 mL量筒内,放入水浴温度为80℃的水浴槽内,按要求向溶出液中加入规定数量的絮凝剂,同时用玻璃棒搅拌1 min后,按动秒表,可使计算沉降时间,并每隔一定时间记录一侧泥浆层高度,沉降结束后称量沉降泥浆重。再将泥浆过滤分离,浸出赤泥经洗涤,烘干后称重,计算压缩液固比。
            
    2　结果与讨论
    2·1　浸出赤泥微波形貌分析原矿、马弗炉焙烧矿、微波焙烧矿的SEM照片如图2所示。

    从图2可以看出,原矿溶出赤泥的晶体结构仍致密完善,针状结晶较多,这主要是因为:一水硬铝石矿结晶比较致密,因而细粒矿在同等条件下总是先溶完,大颗粒、结晶好的一水硬铝石晶体因未溶出而残留在赤泥中。因此赤泥中残留的粒度较粗,经X射线分析结晶致密的矿物颗粒的主要组成为一水硬铝石。针状结晶为针铁矿的形貌。
    焙烧矿溶出赤泥的微观形貌与原矿溶出赤泥相比已经有了很大区别,从图2可以看出,马弗炉焙烧矿溶出赤泥的晶体结构相对较疏松,针状结晶已明显减少,表面的缝隙与孔洞也明显增多,而微波焙烧矿的溶出赤泥的晶体疏松度最大,几乎已没有针状的结晶物。这在沉降过程中是有利于赤泥颗粒的团聚和对絮凝剂的吸附,从而促进沉降过程。
    分析原因主要是因为,矿石经焙烧预处理后,矿石中的一水硬铝石已经转化为结晶不完善的活性氧化铝(α-Al2O3及其中间态氧化铝),使原本致密的结晶结构遭到破坏,因此在溶出后,赤泥的形貌呈现疏松多孔的趋势。而且原矿中的针铁矿在焙烧过程中大部分转化成为赤铁矿,这是焙烧矿的针状结晶较少的原因,这对沉降过程也是及其有利的。微波焙烧除了发生晶形转化外,由于各种矿物对微波吸收的程度不同,因而矿石中的不同矿物会被加热到不同的温度。从而使它们之间产生热应力,当这种热应力达到一定的程度时,就会在矿物之间的界面上产生裂缝,因而,微波焙烧矿溶出赤泥的晶体的疏松度最大。
    2·2　马弗炉焙烧矿溶出赤泥沉降性能
    不同焙烧温度下焙烧矿的赤泥沉降性能见表1和图3。

                
    可以看出,焙烧矿的赤泥前10 min的沉降速度均低于原矿,但是沉降1 h后的固液压缩比低于原矿。这说明,经焙烧处理后,溶出赤泥地沉降速度有所下降,但溶出赤泥的压缩液固比也随之下降。且随着焙烧温度的升高,这种趋势越来越明显,当焙烧温度在435~535℃时,铝土矿的赤泥液固压缩比降低17·3%~27%,但是当焙烧温度增加到585℃以上时,赤泥压缩液固比又有所上升。作者认为,适当温度的焙烧能提高赤泥的压缩液固比,但是温度过高,反而使赤泥沉降性能恶化。
    2·3　微波焙烧矿溶出赤泥沉降性能
    微波焙烧矿的赤泥沉降性能见表1和图4。可以看出,经微波在不同温度下焙烧后,赤泥的沉降速度也有所降低,但要高于马弗炉焙烧矿溶出赤泥。从表1还可以看出,随着焙烧温度的升高,赤泥压缩液固比也呈先减小后增大的趋势,当焙烧温度在485~585℃时,液固压缩比较原矿提高了23%~40·6%,当焙烧温度增加到585℃时,赤泥沉降性能明显恶化。这与马弗炉焙烧后赤泥沉降的规律基本一致。
              
    3　浸出赤泥沉降过程的机理研究
    赤泥的沉降过程受矿石粒度的影响和矿石的矿物组成和化学成分的影响。
    矿石在焙烧过程中,其中的矿物晶体发生破碎、离解而使矿石的粒度变小。由于赤泥在沉降过程中,需要有细的赤泥粒子聚结成能够克服液体阻力的大颗粒,矿石粒度越细,溶出后赤泥的细化现象越严重,对赤泥的沉降性能越不利。同时,铝土矿的矿物组成和化学成分也影响赤泥浆液沉降性能。经X射线分析,矿石中的大部分针铁矿经高温加热发生脱水氧化反应生成具有憎水性能的赤铁矿,这又改善了赤泥的沉降性能。但粒度对赤泥沉降速度的影响要大于赤铁矿,因此焙烧后铝土矿的溶出赤泥沉降速度有所下降,但由于赤铁矿的憎水性,使焙烧矿溶出赤泥的压缩性能明显改善。较马弗炉焙烧矿,微波焙烧矿的颜色更红,可以推断出微波焙烧矿中针铁矿向赤铁矿的晶型转变更完全,故经过微波焙烧预处理的铝土矿的赤泥沉降性能要优于马弗炉焙烧矿。但无论是何种焙烧方式,过高的焙烧温度都使赤泥沉降性能恶化。
    4　结论
    (1)焙烧预处理对浸出赤泥的沉降性能有很大影响,焙烧预处理使赤泥的表观形貌更加疏松多孔,微波焙烧矿的溶出赤泥的矿物结晶最不完善,疏松度最大;
    (2)焙烧预处理使浸出矿浆的沉降速度略有降低,焙烧使矿物的颗粒细化,影响了赤泥的沉降性能。焙烧过程中针铁矿向赤铁矿的转化使得赤泥的压缩液固比降低很大;
    (3)高温焙烧后,赤泥的沉降性能恶化,为不影响赤泥的沉降性能,要在适宜的温度下进行焙烧预处理;
    (4)微波焙烧矿浸出矿浆的沉降性能要好于马弗炉焙烧矿,虽然与原矿浸出矿浆比,沉降速度略有降低,但赤泥浆液的压缩性提高很大,因此微波焙烧预处理不会对赤泥沉降过程产生不利影响。
微波预处理絮凝剂