霞石正长岩预脱硅渣烧结-溶出试验研究

刘 巍，范艳青，蒋训雄，张登高，汪胜东，冯林永，蒋 伟

（矿冶科技集团有限公司，北京 100160）

霞石正长岩是一种全晶质侵入岩、深成岩的代表岩石，属中性碱性岩类。矿物组合含有80%～95%长石和（或）类长石矿物，以此区别花岗岩、正长岩。世界霞石正长岩主要产于加拿大、挪威和俄罗斯等地，中国霞石主要分布在四川、河南、广东与云南等地，已开发利用的仅有四川南江及云南个旧两处。霞石正长岩应用领域很广，85%以上用于玻璃、陶瓷工业，少量用于玻璃纤维，但又因其含有铝、钾而作为炼铝、钾的原料，高铝霞石正长岩被认为是与铝土矿竞争的潜在资源。

国内外利用霞石正长岩提铝、钾的方法有烧结法、高压水化法和酸法等。碱石灰烧结法可以利用矿物中有用组分生产氧化铝、碳酸钾、水泥等产品，综合利用水平高，但是存在能耗高、渣量大且污染环境等问题。本研究提出了霞石正长岩湿法预脱硅-石灰石烧结从霞石正长岩中综合回收铝、钾的工艺，湿法预脱硅在优化工艺条件下可以脱除约34%的二氧化硅，此部分脱除的二氧化硅可以生产白炭黑，丰富硅的产品形式，减少硅钙渣量并副产水泥。本文针对预脱硅后的渣采用烧结-溶出工艺，考察KO、AlO、NaO 溶出情况。

1 试验原料

试验采用霞石正长岩预脱硅渣，主要成分AlO、SiO、KO、NaO、CaO、Fe 含量分别为25.06%、37.36%、4.74%、13.29%、6.50%、3.02%。

2 试验方法

钙硅比为（CaO）/（SiO），碱比为（NaO+KO）/（AlO+FeO），控制不同的配比、温度、时间进行烧结。烧结后的熟料在一定条件下进行溶出、过滤和洗涤，干燥后送样分析AlO、KO、NaO 的含量，计算AlO、KO、NaO 的溶出率。

3 试验结果及讨论

3.1 钙硅比条件试验

烧结温度为1 300 ℃，时间为0.5 h，碱比为1.0时，进行不同钙硅比的试验研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、温度80 ℃、时间40 min 的条件下进行，溶出渣按液固比2 ∶1，浆化洗涤2 次，进行不同钙硅比溶出的试验研究。钙硅比与溶出率的关系如图1 所示。由图1 可知，钙硅比为2.0 时，AlO的溶出效果最好。此时，AlO溶出率为86.86%，NaO 溶出率为87.07%，KO 溶出率为95.44%。因此，建议选取钙硅比2.0。

图1 钙硅比与溶出率的关系

3.2 碱比条件试验

烧结温度为1 250 ℃，时间为1 h，钙硅比为2.0时，进行不同碱比的试验研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、温度80 ℃、时间40 min 的条件下进行，溶出渣按液固比2 ∶1，浆化洗涤2 次，进行不同碱比溶出的试验研究。碱比与溶出率的关系如图2所示。由图2可知，碱比为1.05 时，AlO、NaO 的溶出效果最好。此时，AlO溶出率为83.45 %，NaO 溶出率为79.57%，KO 溶出率为92.31%。随着碱比增加，KO 溶出率呈现下降趋势。因此，根据试验结果，生料配比碱比为1.05，考虑碱工业生产的可回收因素，建议选取实际生产碱比1.0。

图2 碱比与溶出率的关系

3.3 烧结温度条件试验

烧结时间为0.5 h，碱比为1.0，钙硅比为2.0 时，进行不同烧结温度的试验研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、温度80 ℃、时间40 min 的条件下进行，溶出渣按液固比2 ∶1，浆化洗涤2 次，进行不同烧结温度溶出的试验研究。烧结温度与溶出率的关系如图3 所示。由图3 可知，KO、AlO、NaO 的溶出率随着烧结温度的升高而升高。因此，根据试验结果，建议选取烧结温度1 300 ℃。

图3 烧结温度与溶出率的关系

3.4 烧结时间条件试验

烧结温度为1 300 ℃，碱比为1.0，钙硅比为2.0时，进行不同烧结时间的试验研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、温度80 ℃、时间40 min 的条件下进行，溶出渣按液固比2 ∶1，浆化洗涤2 次，进行不同烧结时间溶出的试验研究。烧结时间与溶出率的关系如图4 所示。由图4 可知，随着烧结时间的增加，AlO、NaO、KO 的溶出率略有增加，但是增加不明显。因此，建议选取烧结时间0.5 h。

图4 烧结时间与溶出率的关系

3.5 磨矿时间条件试验

烧结温度为1 300 ℃，碱比为1.0，钙硅比为2.0时，进行不同磨矿时间的试验研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、温度80 ℃、时间40 min 的条件下进行，溶出渣按液固比2 ∶1，浆化洗涤2 次，进行不同磨矿时间溶出的试验研究。磨矿时间与溶出率的关系如图5 所示。

图5 磨矿时间与溶出率的关系

由图5 可知，随着时间增加，熟料粒度变细，KO、AlO、NaO 的溶出率略有增加，因为粒度过大时，熟料与溶出液的接触面积偏小，影响了溶出反应的快速进行；相反，粒度过小，则熟料在搅拌溶出过程中容易出现底部团聚凝结现象，阻碍了反应的进一步进行。综合考虑，建议选取熟料磨矿时间（棒磨）20 s，粒度控制在60 目左右。

3.6 溶出时间条件试验

烧结温度为1 300 ℃，碱比为1.0，钙硅比为2.0，烧结时间为0.5 h，熟料棒磨20 s，粒度约为60 目。熟料溶出在液固比2 ∶1、温度80 ℃的条件下进行，溶出时间分别取20 min、30 min 和40 min，溶出渣按液固比2 ∶1，浆化洗涤2 次，进行不同溶出时间溶出的试验研究。溶出时间与溶出率的关系如图6 所示。由图6 可知，随着溶出时间增加，KO、AlO、NaO的溶出率略有增加，综合考虑，建议选取熟料溶出时间40 min。

图6 溶出时间与溶出率的关系

3.7 综合条件试验

在钙硅比（CaO）/（SiO）=2，碱比（NaO+KO）/（AlO+FeO）=1，烧结温度1 300 ℃，时间0.5 h的条件下，进行碱石灰烧结。烧结后的熟料磨至粒度60 目左右，然后在液固比2 ∶1、温度80 ℃、时间40 min 的条件下进行溶出，溶出渣按液固比2 ∶1，浆化洗涤2 次。综合条件下试验结果如表1 所示。

表1 制备硅灰石的分析测试结果

4 结论

本文对霞石正长岩预脱硅渣进行烧结-溶出，在钙硅比（CaO）/（SiO）=2，碱比（NaO+KO）/（AlO+FeO）=1，烧结温度1 300 ℃，时间0.5 h的综合条件下进行碱石灰烧结。烧结后的熟料磨至粒度60 目左右，然后在液固比2 ∶1、温度80 ℃、时间40 min 的条件下进行溶出，KO、AlO、NaO 的溶出率分别为97.63%、86.94%、91.01%，实现了霞石正长岩预脱硅渣中钾、铝、钠的高效溶出，为进一步从溶出液中综合回收钾、铝、钠奠定了基础。