低温拜耳法赤泥回收铝、钠工艺研究

郑秀芳

（中国铝业山东分公司研究院，山东淄博255052）

低温拜耳法赤泥回收铝、钠工艺研究

郑秀芳

（中国铝业山东分公司研究院，山东淄博255052）

介绍了低温拜耳法赤泥及拜耳法赤泥与烧结法硅渣掺配料中铝、钠的回收工艺，着重研究了配料及烧结方法，试验发现，赤泥与硅渣掺配料中的铝、钠溶出率均可达95%以上，实现了低温拜耳法赤泥中铝、钠的再回收利用，溶出赤泥中氧化钠含量低于1%，可用来生产水泥，从而实现了资源的综合利用，消除了赤泥对环境的危害。

低温拜耳法；赤泥；硅渣；脱铝；脱钠；溶出率

1 前言

赤泥是氧化铝生产过程中排出的工业含碱废渣，一般情况下每生产1 t氧化铝产出0.5～1.5 t赤泥，据统计，我国每年排出的赤泥达到1 000多万t，近几年，随着拜耳法氧化铝产量的提高和矿石品位的逐年下降，赤泥量大幅增长。目前国内外对赤泥的处置大都采用筑坝堆放处理，该方法不仅占用大量土地，还需耗用大量资金兴建庞大的赤泥堆场和支付高额的维护费用［1］。为了从根本上消除赤泥的危害，适应氧化铝工业可持续发展的需要，国内外对赤泥中的有价元素进行了综合回收利用，尤其是回收氧化钠和氧化铝方面做了大量的研究工作，本研究就如何回收氧化铝、氧化钠进行了试验探讨。

2 试验原料与试验方法

试验原料：取中铝山东分公司第二氧化铝厂低温拜耳法外排赤泥和第一氧化铝厂烧结法脱硅硅渣，其化学成分见表1。拜耳法赤泥物相为钠硅渣、赤铁矿、铝针铁矿、锐钛矿和石英硅；硅渣主要物相为钙硅渣和钠硅渣。

表1 硅渣、赤泥的化学成分%

试验方法：把拜耳赤泥分为单拜耳赤泥、拜耳赤泥与硅渣掺配两种方式来进行试验，其中拜耳法赤泥又分洗涤赤泥与不洗涤赤泥两种情况。对拜耳法赤泥，在不补碱的情况下，配钙烧结，根据赤泥加氧化钙反应生成的钙硅渣能被碳分母液苛化分解的原理［2］，用碳分母液溶出熟料，可使其中的氧化铝、氧化钠溶解出来，从而使氧化钠和氧化铝得以回收；对拜耳赤泥与硅渣掺配，按碱石灰烧结法工艺配料烧结溶出，进行氧化铝和氧化钠的回收。

3 试验结果与讨论

3.1 单拜耳赤泥的烧成溶出试验

对赤泥中的氧化铝和二氧化硅配入氧化钙，即石灰烧结法，该试验进行了正常钙、高钙、低钙及不同烧结温度的烧成溶出试验。

配料正常钙量计算方法为：正常钙=（2×SiO2量/60+1.71×Al2O3量/102）×56，即添加钙量同时满足CaO/Al2O3分子比为1.71（以氧化铝全部生成12CaO·7Al2O3计算）和CaO/SiO2分子比为2.0。

3.1.1 洗涤赤泥的烧结、溶出试验

将洗涤赤泥按不同钙比配成生料后在1 100℃烧成，烧成熟料的成分见表2。熟料在50℃下用60 g/L的纯碳酸钠溶液溶出，溶出时间为15 min，L/S为6，钙比对氧化铝、氧化钠溶出率的影响曲线见图1。

表2 熟料成分及配比

由图1可以看出，随钙比的升高，熟料中氧化铝与氧化钠的溶出率也升高。因此，为获得较高的溶出率需保证熟料的钙比。

3.1.2 未洗涤赤泥的烧结溶出试验

将未洗涤的赤泥配成不同钙比的生料，然后分别在1 100、1 150和1 200℃下烧成，烧成熟料成分见表3。熟料用碳酸钠溶液溶出，烧结温度对熟料氧化铝和氧化钠溶出率的影响分别见图2和图3。

图1 钙比对氧化铝、氧化钠溶出率的影响

表3 未洗涤赤泥的熟料成分及配比

图2 烧结温度对氧化铝溶出率的影响

图3 烧结温度对氧化钠溶出率的影响

由图2、图3可以看出，随熟料烧结温度的升高，氧化铝的溶出率有所降低，氧化钠的溶出率则先随烧结温度的升高而升至最大值，然后又随烧结温度的升高而降低，因此，熟料的烧结温度对氧化铝和氧化钠的溶出率影响较大，且影响趋势不同。

洗涤赤泥烧制熟料的氧化铝溶出率不太高，一般在50%左右；未洗涤赤泥烧制的熟料的溶出率比洗涤赤泥有明显的提高，一般在75%～80%。分析原因是未洗涤赤泥附液碱间接地提高了熟料的碱比，从而提高了溶出率；低钙配方与正常和高钙配方相比，溶出率相对较低；烧成温度不易过高，应控制在1 100～1 150℃，溶出赤泥中的氧化铝在4.7%～6.5%，氧化钠在1.5%以下，可以进行综合利用。

3.2 拜耳法赤泥与烧结法硅渣掺配烧成溶出试验

3.2.1 烧结温度对熟料溶出率的影响

把硅渣与拜耳法赤泥按2∶1的比例配好后，按碱石灰烧结法生料配碱，配钙配制生料，分别在1 050、1 100和1 150℃下保温45 min烧制成熟料，生、熟料成分见表4。

表4 生、熟料成分及配比

以上3种熟料用NT=18 k/L、NC=4 k/L（NT指调整液中的全碱即氢氧化钠与碳酸钠之和，折合成氧化钠表示溶液全碱浓度；NC指调整液中的碳酸钠折合成氧化钠表示溶液浓度）的调整液在90℃、L/S=15、溶出时间为30 min的条件下进行标溶溶出，赤泥成分及标溶结果见表5。

表5 赤泥成分及熟料标溶溶出率

从烧成熟料的表观看，与烧结法生产的正常熟料相比较，1 050℃是欠烧，1 100℃是正烧，1 150℃是过烧；从表5的熟料溶出结果看，氧化铝与氧化钠的标溶溶出率随着烧成温度的升高而升高。

3.2.2 碱比对溶出率的影响

表4中的生料碱比与正常烧结法的碱比（0.95± 0.2）相比偏低。为了找出碱比对溶出率的影响规律，进行了不同碱比的烧成溶出试验，生料钙比按正常烧结法钙比2.03±0.2，碱比按1、1.05、1.1进行配料，由于碱比的升高，烧成温度有所下降，烧成温度定为1 050℃，不同碱比烧成熟料的标溶赤泥成分及标溶溶出率见表6，生料、熟料成分列于表7。

表6 不同碱比烧成熟料的标溶赤泥成分及标溶溶出率

由表6和表7可以看出，提高熟料碱比，氧化铝的溶出率大幅度提高，当熟料碱比在0.93（生料目标1.05）时，氧化铝溶出率为95%左右，氧化钠溶出率为97%左右，溶出赤泥中的氧化铝和氧化钠都比较低，可作为烧制水泥的原料。

4 结论

4.1 用拜耳法洗涤赤泥与石灰配料烧成熟料的氧化铝溶出率一般在50%左右，未洗涤赤泥烧成熟料的氧化铝溶出率一般在75%～80%。

4.2 拜耳赤泥与烧结法硅渣掺配正烧结温度为1 050～1 100℃，熟料适宜碱比为0.93±0.2、钙比为2.01±0.2，在此配比下的熟料可得到较好的溶出结果，氧化铝溶出率＞95%，氧化钠溶出率＞97%。

表7 1 050℃下烧成的生、熟料成分及配比

4.3 将拜耳法赤泥和烧结法硅渣混合后用碱—石灰法处理，可获得较高的氧化铝和氧化钠溶出率，使拜耳法赤泥中的铝、钠得到回收，溶出赤泥中碱的含量低于1%，可用来生产水泥，从而实现了资源的综合利用，消除了赤泥对环境的危害。

［1］姜怡娇，宁平.氧化铝厂赤泥的综合利用现状［J］.环境科学与技术，2003（1）：40.

［2］刘桂华，张亚莉，彭志宏，等.钠硅渣中的氧化铝回收工艺［J］.中国有色金属学报，2004，14（3）：500.

［3］杨重愚.氧化铝生产工艺学［M］.北京：冶金工业出版社，1993：75-76.

Study on Retrieving Aluminum and Sodium from Red Mud Produced by Low Temperature Bayer Process

ZHENG Xiu-fang
（The Research Institute of Shandong Corporation of China Aluminum Co.,Ltd.,Zibo 255052,China）

The process about retrieving aluminum and sodium from the red mud and the mixture of red mud and silica slag was introduced，the way of blending and sintering were focused.The result showed that the dissolution rate of sodium and aluminum in the mixture of red mud and silica slag was up to 95%,and the sodium and aluminum were recovered.The content of Na2O in red mud was less than 1%,and the cement can be made by the red mud.In a word,the comprehensive utilization of red mud was realized,and the dangers of red mud to environmental were canceled.

low temperature Bayer process;red mud;silica slag;aluminum removal;sodium removal;extraction rate

X758

A

1004-4620（2010）01-0016-03

2009-08-19

郑秀芳，女，1978年生，2003年毕业于济南大学机械工程及自动化专业。现为中国铝业股份有限公司山东分公司研究院助理工程师，从事氧化铝生产工艺研究工作。