从低品位的铝土矿中提取硅和氧化铝外文翻译资料

Extracting Silica and Alumina from Low-Grade Bauxite

Viktor L. Rayzman, Ilya Z. Pevzner, Viktor M. Sizyakov,

Leonid P. Ni, Igor K. Filipovich, and Andrei V. Aturin

Deposits of bauxite ores near alumi-num smelters often possess an exces-sively high percentage of silica. Develop-ment of such high-silica ores would be beneficial to alumina producers. There-fore, unique industrial and operational experience in the field of high-silica bauxite processing was gained at the Russian National Aluminium - Magnesium Institute, St. Petersburg, pilot plant with the consecutive extrac-tion of silica and alumina from low-grade ores. This article describes the chemistry, processing-unit operations, and results obtained from this process.

INTRODUCTION

improving bauxite quality is called thermochemical alkaline conditioning (TCAC) and it involves the roasting of bauxite and alkaline treatment of calcined material.

CONVERSION OF MINERALS

IN BAUXITE CONDITIONING

Consider the two most important silicon-containing minerals of bauxite: kaolinite (Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O) and quartz (SiO₂).⁵ Quartz converts into tridimite at a temperature approaching 870°C and then transfers into crysto-balite. Both of the formed compositions have had the same formula (SiO₂) and

can be dissolved in alkali solution by Reaction 2:

SiO_{2 (s)} 2NaOH_(aq) = NaH₂SiO_4(aq) (2)

At 800–1,000°C, kaolinite converts into difficult-to-decompose mullite (3Al₂O₃sdot;2SiO₂) and crystobalite. Heating of alumina-forming hydrates such as gibbsite (Al₂O₃sdot;3H₂O), boehmite, and diaspore (Al₂O₃sdot;H₂O) at 900–1,000°C leads to the formation of gamma;minus;Al₂O₃ that can be dissolved in caustic solution at 240–280°C. Crystobalite is separated from mullite and gamma;-alumina by treatment of the calcined bauxite with caustic solution containing 100–200 g NaOH/L

Due to increasing demand by alumina refineries, bauxite mining capacity is increasing at the rate of 2 million tonnes per year.¹ Low-grade, high-silica deposits, which are located throughout the world, could be used to meet the growing demand. Examples of associ-ated bauxite compositions are shown in Table I. Silica-bearing minerals of bauxite interact with aluminate solution according to Equation 1.

2SiO_{2 (s)} 2NaAl(OH)_4(aq) 2H₂O_(l)

Table I. Composition of Low-Grade Bauxite of Some World Deposits (%)

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从低品位的铝土矿中提取硅和氧化铝

Viktor L. Rayzman, Ilya Z. Pevzner, Viktor M. Sizyakov,Leonid P. Ni, Igor K. Filipovich, and Andrei V. Aturin

摘要

在铝冶炼厂附近的铝土矿石堆积物中总是含有高百分比的硅，这种含高硅的铝土矿石的开发利用将有利于氧化铝的生产。因此，通过对低品位铝土矿进行连续提取硅铝的试验性的计划，俄罗斯圣彼得堡的国际铝镁研究所研发出了一种适用于含高硅的铝土矿石的独特工艺。这篇文章叙述了该工艺流程的化学现象，加工单元操作及结果。

介绍

2008 年全球探明铝土矿储量283亿吨，基础储量380亿吨，与1998 年相比，储量增加20亿吨，基础储量增加30亿吨，储量极为丰富。全球铝土矿总资源储量约550亿吨～750亿吨，主要分布在南美洲33%，非洲27%，亚洲17%，大洋洲13%，其他地区( 含北美洲、欧洲) 10%。世界铝土矿分布集中，几内亚、澳大利亚、印度、越南、牙买加、巴西的储量居世界前六位，储量合计约占世界总储量的76.0%。几内亚的铝土矿储量最大，约74亿吨，澳大利亚铝土矿储量约57亿吨，排名第二。几内亚、澳大利亚两国的储量占世界总储量的46.33% 。

随着氧化铝产量增长，铝土矿的开采量也不断增加。按2008年全球铝土矿生产量2.11亿吨计算，全球现有铝土矿储量按静态计算，可满足世界铝工业约133年的需求，铝土矿资源的保证程度很高。

世界主要的铝土矿生产国有20 多个，规模型矿山80 多座。主要生产国有澳大利亚、中国、巴西、印度、几内亚和牙买加等国。2008 年世界铝土矿产量为2.11亿吨。其中: 澳大利亚6381.80万吨( 占30.25%) ，中国2517.69万吨( 占11. 93%) ，巴西2166．40万吨( 占10.27%) 、印度2121.02万吨( 占10.05%) 、几内亚1929.60万吨( 占9.15%) 、牙买加1463.61万吨( 占6.94%) ，以上六国铝土矿总产

量占全球铝土矿总产量的78.59%。

2005年之前，A/S小于6的低品位矿石，拜耳法氧化铝厂基本是拒绝使用的，随着铝土矿供不应求，品位急剧下降，拜耳法生产不得不用中低品位矿石，目前矿石A/S只能维持在5左右。

传统的氧化铝的冶炼工艺主要有拜耳法，碱石灰烧结法，拜耳-烧结联合法等，拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，产量约占世界总产量的95%左右。70年代来，对酸法的研究也有较大的进展，但尚未在工业上应用。拜耳法的经济效益由几点决定，一是铝土矿中所含三水铝石的比例，所含三水铝石越多，能源的消耗就越小；二是铝土矿中的铝硅比例，拜耳法将二氧化硅转化为水合铝硅酸钠，这一过程中损失了氧化铝和氢氧化钠，随着铝硅含量高的铝土矿储量逐渐匮乏，这一过程中损失的氧化铝和氢氧化钠也逐渐升高。因此针对低品位的铝土矿进行的开发研究应用日益重要。

由于炼铝厂需求的持续增长导致铝土矿的挖掘采集量正在以每年200万吨的速率增长，位于全世界的低品位高硅的铝土矿已经可以用来满足日益增长的需求。世界各处的低品位铝土矿组成如下（表一）。

铝土矿中的二氧化硅矿物和铝酸盐之间的转化方法如下。

2SiO_{2 (s)} 2NaAl(OH)_4(aq) 2H₂O_(l)= 2NaOH.Al₂O₃.2SiO₂.H₂O_(s)

表一. 世界部分地区的低品位铝土矿组成 (%)

表一

所形成水合铝硅酸钠固体残留物中每1molSiO₂有1mol的NaOH以及0.5mol的Al₂O₃。总之，每除掉1kg的硅就会有0.666kg的NaOH和0.85kg的Al₂O₃不可逆转的被消耗掉。就像表一所展现出来的一样，低品位的铝土矿包含了5-20%硅，因此，每吨的铝土矿损失的有用的成分到达了132kg的NaOH和170kg的Al₂O₃。因此，铝土矿部分消化的硅在将矿转化Al₂O₃之前导致铝硅酸盐沉淀减少，在拜耳法中氧化铝的产量将增加。这种提高铝土矿的品位的方法被称为热碱处理并且它涉及到了铝土矿的焙烧和煅烧材料的碱性处理。

铝土矿的矿物转换

考虑铝土矿的两种最重要的含硅矿物：高岭石（Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O)和石英（SiO₂）。石英在到达870^oC时转换成鳞石英然后再转换成白石英。两种组合物都有同样的成分（SiO₂）并且可以溶解在碱中通过下述反应：

SiO_2（s） 2NaOH_（aq）=NaH₂SiO_4（aq）

在800-1000^oC，高岭石转换成难以分解的莫来石（3Al₂O₃.2SiO₂)和白石英。氧化铝水合物比如三水铝石（Al₂O₃.3H₂O),拟薄水铝石和一水硬铝石在900—1000^oC的升温将导致gamma;minus;氧化铝的形成物可以在240-280^oC溶解在碱溶液。白石英是从莫白石和gamma;minus;氧化铝通过煅烧铝土矿和用含有NaOH100-200g/L碱液溶解来分离出来。

在85-95^oC，所获得的固体物，被称作氧化铝精矿，是通过拜耳法加工出来的。而硅酸钠溶液，则是从初步脱硅中分离出来的。示意图图一中表示出来的该系列热碱处理拜耳法的过程，在俄罗斯国家铝镁研究所（VAMI）的氧化铝铝试验厂进行了测试。

图一：一种俄罗斯国家铝镁院试验厂采用热碱处理拜耳法实施流程图

焙烧

粉碎

铝土矿

氧化铝集

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