一种铝土矿高效快速脱硅方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铝土矿脱硅技术领域，特别是涉及一种铝土矿高效快速脱硅方法。
【背景技术】
[0002] 铝土矿生产氧化铝传统的生产工艺主要是拜耳法、烧结法等。现今为止，世界上 90%的铝业公司都在使用拜耳法生产。拜耳法包括两个主要的过程，也就是拜耳提出的两 项专利，一项是他发现氧化钠与氧化铝摩尔比为1.8的铝酸钠溶液在常温下，只要添加氢氧 化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中的氧化铝便可以呈氢氧化铝徐徐析出，直到其中氧化钠与 氧化铝的摩尔比提高到6,已经析出了大部分氢氧化铝，剩余的溶液在加热时，又可以溶出 铝土矿中的氧化铝水合物，这也是利用种分母液溶出铝土矿的过程，交替使用这两个过程 就能够一批批处理铝土矿，从中得到纯的氢氧化铝产品，构成拜耳法循环。铝土矿矿石在和 氢氧化钠反应时，矿石中的铁氧化物、氧化钙、二氧化钛基本不会和氢氧化钠发生反应，而 是形成固体沉淀留在反应釜底部，但矿石中的二氧化硅则会和氢氧化钠反应，生成同样溶 于水的硅酸钠。拜耳法通过缓慢加热溶液，促使溶液中的二氧化硅、氧化铝和氢氧化钠生成 方钠石结构的水合铝硅酸钠沉淀，与留在反应釜底部的固体沉淀如矿石中的铁氧化物、氧 化钙、二氧化钛等一起作为赤泥直接排放，从而达到除硅的目的。烧结法生产氧化铝工艺为 碱-石灰烧结法，将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石)配成炉料在高温下进行烧结， 使氧化硅与石灰化合成不溶于水的硅酸二钙，氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，而 氧化铝与纯碱化合成可溶于水的铝酸钠;之后将烧结产物(熟料）用水溶出时，铝酸钠进入 水，铁酸钠水解形成氧化铁。氧化铁和硅酸二钙一起进入赤泥，而后用二氧化碳分解铝酸 钠溶液便可析出氢氧化铝。
[0003] 从以上氧化铝的生产工艺来看，拜耳法和烧结法工艺都是将硅一起排入了赤泥 中，这样就造成赤泥量大，赤泥中的有效元素如有价稀有元素、放射性元素的含量低，因此 不能有效回收利用。目前国内外都采用堆积填埋的方法来处理赤泥，同时堆放场所需要进 行防渗处理，以防止对环境造成污染，投资大;赤泥中Al 2〇3含量高达20%~25%，A/S为1.2 ~2.0，同时含有大量的稀有稀土元素，资源浪费严重。因此，二氧化硅在铝土矿溶出过程中 的行为和影响成为氧化铝生产的关注点，尤其是随着铝土矿品位的下降，高硅矿物进入氧 化铝生产流程，吨氧化铝产出赤泥量急剧增加，氧化铝生产成本显著增加。
[0004] 针对高硅矿物，需要先脱硅，以提高铝硅比A/S，之后再用于生产氧化铝。目前普遍 采用的脱硅方法为铝土矿选矿脱硅，而后以选出的高铝硅比的精矿作为原料来生产氧化 铝，即"选矿-拜耳法"。该方法已经被广泛产业化应用，但是存在工艺流程长，设备投资大， 氧化铝回收率低等缺点，对氧化铝生产的效益贡献不明显。最终因资源回收率损失大，成本 增加两方面抵消了提高A/S带来的微弱优势，也停止不前。另一种脱硅方法为焙烧-氢氧化 钠溶出脱硅技术，其工艺主要包括焙烧、溶出、固液分离和碱液再生等作业，例如采用焙烧-氢氧化钠溶出脱硅技术，将原矿在1000 °C下焙烧60min，然后用10 %的苛性钠溶液浸取2h， 可使77 %的Si〇2脱除，而铝的回收率可达96 %~98 %，铝硅比从2.4提高到8.9~9.8;此方 法流程复杂，能耗高。也有采用生物选矿脱硅技术，即以微生物分解硅酸盐和铝硅酸盐矿 物，此方法虽然浸出条件温和，但是浸出时间长，效率低，无法满足生产需要。
[0005] 目前，也出现了新的低品位铝土矿生产氧化铝方法的报道。其中公开号为CN 101289207A的专利申请中公开了一种铝土矿生产氧化铝的方法，将铝土矿直接用高浓度苛 性碱液浸出其中的铝硅酸盐矿物，原理基于苛性碱液在一定的浓度和温度下能够分解高岭 石和伊利石等脉石矿物，不经过焙烧铝土矿达到大部分Si0 2进入溶液而分离的脱硅目的。 其缺点是使用的碱液浓度较高，溶出时间长，需要5~10小时。
[0006] 回顾氧化铝的全工艺及发展历程，可以看出氧化铝生产主要分为:溶出过程、分解 过程及蒸发过程，其成本大约各占1/3,而分解过程及蒸发过程的工艺已基本稳定成熟，但 是溶出过程及赤泥性质一直随矿石的性质变动及加工方式而变动，并且为了降低硅矿物的 影响，一直未停止过研究。
【发明内容】
[0007] 本发明主要解决的技术问题是提供一种铝土矿高效快速脱硅方法。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种铝土矿高效快速脱硅方法， 所述脱硅方法包括步骤：
[0009] 硅溶出步骤:铝土矿与碱液混合，配制成反应料浆，所述碱液中氧化钠的含量为20 ~280g/L，所述反应料浆的液固比为2~50，反应料浆在微波反应器中反应溶出硅，反应温 度10~130°C，反应时间2~220min，反应结束后反应液进行固液分离，所得液相为含硅溶 液，含硅溶液中Si0 2含量为0.3~50g/L。
[0010] 铝土矿高效快速脱硅方法，还包括以下步骤:所述含硅溶液进行脱硅处理，之后沉 降、过滤，得到含铁量小于0.5 %的含硅渣和脱硅后溶液；
[0011] 或者，所述含硅溶液至少循环使用一次，之后再进行脱硅处理，之后沉降、过滤，得 到含铁量小于〇. 5 %的含硅渣和脱硅后溶液；
[0012] 其中，所述含硅溶液循环使用是指:所述含硅溶液返回用于所述硅溶出步骤，具体 包括:含硅溶液与所述碱液混合，用于配制反应料浆。
[0013] 所述反应料浆中铝土矿的磨矿细度为-200目含量60%~100%。
[0014] 所述微波反应器的频率为300MHz~300GHz。
[0015]优选的，所述反应料浆的液固比为2~20。
[0016] 所述反应料浆在微波反应器中反应溶出硅，反应温度50~105°C，反应时间3~ 120min〇
[0017] 所述铝土矿可以为一水硬铝石型铝土矿或三水铝石型铝土矿或一水软铝石型铝 土矿。
[0018] 所述铝土矿为一水硬铝石型铝土矿或一水软铝石型铝土矿时，在硅溶出步骤中， 固液分离所得的液相含硅溶液再经脱硅处理后得到的脱硅后溶液为氢氧化钠溶液，所述氢 氧化钠溶液返回用于配制反应料浆；
[0019] 在硅溶出步骤中，固液分离所得的固相直接用于生产氧化铝;或者，固液分离所得 的固相再经硅溶出步骤处理，之后用于生产氧化铝。
[0020] 所述铝土矿为三水铝石型铝土矿时，在硅溶出步骤中，所得液相含硅溶液再经脱 硅处理后得到的脱硅后溶液为铝酸钠溶液，所述铝酸钠溶液进行分解反应制备氢氧化铝， 分解反应后剩余的反应液经蒸发浓缩，返回用于配制反应料浆；
[0021 ]在硅溶出步骤中，固液分离所得的固相用50~100°C的热水洗涤，得到固相渣。 [0022]进一步的，所述固相渣直接作为赤泥排放；
[0023] 或者，所述固相渣再经硅溶出步骤处理，之后用50~100°C的热水洗涤，再作为赤 泥排放。
[0024]通过试验研究发现，硅矿物在不同能量密度条件及不同的总能量状态时，矿物形 态可以变换，例如发现高岭石在接受了足够的能量，越过能皇时，硅元素将以可溶性的离子 状态而在溶液中稳定较长时间，从而可以通过固液分离的方法将硅与其他元素实现分离。 因此，通过改变和控制铝土矿中硅矿物的性质及形态，从而可以达到以最少的能源消耗及 原材料消耗来实现资源利用率不断提高的目的。
[0025]本发明提供的铝土矿高效快速脱硅方法，正是在对硅矿物结构研究的基础上，发 现硅矿物在微波作用下，尤其是较低温度下硅矿物分子即产生高频振动，这种高频振动在 不同矿物之间会存在差异，同时在同一矿物分子间的不同分子键也存在差