一种钾钙耦合处理铝土矿联产钾硅肥的方法及装置

技术领域

本发明属于氧化铝清洁生产领域，具体涉及一种钾钙耦合处理铝土矿联产钾硅肥的方法及装置。

背景技术

我国的铝土矿资源相对匮乏，基础储量约为10亿t，占全球总量的3％左右。同时，我国98％以上铝土矿以一水硬铝石型铝土矿为主，矿相组成复杂，中低品位铝土矿(铝硅比＜7)占总量的70％以上，硅、硫和铁等有害杂质含量高。

目前，世界上90％以上的氧化铝是由拜耳法生产。赤泥是铝土矿拜耳法生产氧化铝过程中产生的含碱固体废渣。随着我国氧化铝行业的高速发展，我国赤泥累计堆存量已经超过13亿吨，并以每年约1亿吨的数量增加，而筑坝堆存是赤泥目前主要的处理方式。大量赤泥排放不仅会造成氧化钠和氧化铝的损失，而且还会严重浪费土地资源，对环境构成严重威胁。因此，大量含碱赤泥排放已经成为制约氧化铝行业可持续发展的世界性难题。

针对我国铝土矿资源现状，国内氧化铝相关企业进行了大量研究工作，专利202111242450.8公开了一种三水铝石型高铁铝土矿原产地除杂提质的方法，将三水铝石型高铁铝土矿按预设分级粒径进行干式预先分级，得到粗粒级铝土矿和细粒级铝土矿；将粗粒级铝土矿进行破碎，后进行干磨，得到干磨铝土矿；将干磨铝土矿进行第一磁选，得到第一铝精矿和高铁尾矿；将高铁尾矿和细粒级铝土矿进行混合，后进行湿磨，得到湿磨铝土矿；将湿磨铝土矿进行第二磁选，得到湿铝精矿和湿总尾矿；将湿铝精矿进行沉降、压滤和晾干，得到第二铝精矿；将第一铝精矿和第二铝精矿进行混合，得到产品铝精矿。上述方法采用对破碎后的矿物直接分选的方式回收其中的铁，但因为铝土矿中的铁主要以针铁矿或赤铁矿等弱磁性矿物形式存在，直接磁选回收效率较低，难以实现多种组分的高效回收。

专利CN201310130769.0公开了一种利用KOH溶液处理中低品位铝土矿生产氧化铝的方法，包括步骤：1)将铝土矿加入氢氧化钾溶液中进行溶出反应，过滤得到含铝酸钾的溶出液和赤泥；2)将步骤1)的含铝酸钾的溶出液进行结晶，过滤得到水合铝酸钾粗晶及其结晶母液；水合铝酸钾粗晶用稀碱液溶解，经脱硅、种分后得到氢氧化铝，煅烧后便制得氧化铝产品；3)将步骤1)的赤泥和石灰混合后加入稀氢氧化钾溶液中进行反应以回收氧化铝和氧化钾，反应料浆经液固分离后，得到滤液和终赤泥；还包括将步骤2)的结晶母液循环用于步骤1)的铝土矿的溶出反应；还包括将步骤3)的滤液循环用于步骤2)中溶解水合铝酸钾粗晶；该方法氧化铝的实际溶出率在90％以上，终赤泥可直接用作制备建筑材料产品的原料。但是该专利未涉及添加石灰和生物质还原剂，因此无法利用低品位铝土矿资源，且赤泥中的铁得不到有效利用，同时并未提出赤泥中钾的利用途径，无法实现了氧化铝无渣化清洁生产以及铝、硅、铁、钾等元素的综合利用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种钾钙耦合处理铝土矿联产钾硅肥的方法及装置。

一种钾钙耦合处理铝土矿联产钾硅肥的方法，具体步骤包括：

(1)将循环铝酸钾母液，钙质化合物，生物质，铝土矿进行混合，得到矿浆；

(2)将矿浆输送至高压溶出反应器中进行溶出反应得到溶出矿浆；

(3)将溶出矿浆经换热器预热步骤(1)中的矿浆，加入絮凝剂进行固液分离，得到溶出液和磁性赤泥；

(4)将步骤(3)中的磁性赤泥进行磁选除铁，获得磁铁精矿粉和磁选余渣；

(5)将步骤(3)中的溶出液在种分槽内分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝焙烧烧得到氧化铝产品。

步骤(1)中所述的循环铝酸钾母液中K

步骤(1)中所述的钙质化合物包括CaO，石灰，电石渣中的一种或几种；

步骤(1)中所述的生物质包括粗木薯粉、马铃薯粉、玉米淀粉、蔗渣、麦麸和稻秆中的一种或几种，生物质添加量占矿浆中固体质量的0.4～2％；

步骤(1)中所述的铝土矿为三水铝土矿、一水硬铝石矿和一水软铝石矿中的一种或几种；

步骤(1)中所述钙质化合物与铝土矿中的氧化硅的质量比为(0.5～3)：1；

步骤(1)中所述矿浆中液固比为：(2～6)：1；

步骤(1)中所述进行混合为在涡流式矿浆化槽内进行混合；

步骤(1)中所述的利用涡流式矿浆化槽通过涡流搅拌轴，固液均混速度提高60～300％；

步骤(2)中所述高压溶出反应器为管道化反应装置、外搅拌管式反应釜、内搅拌管式反应釜中的一种，所述高压溶出反应器的工作温度不高于350℃，搅拌转速0～1000r/min，工作压力为0～60MPa；

步骤(2)中所述的溶出反应温度为140～290℃，反应时间为30～120min；

步骤(2)中所述的溶出矿浆中固相为硅铝酸钾和铝硅钙赋存相；溶出矿浆的固相中Al

步骤(3)中所述预热为从常温预热到100～140℃；

步骤(3)中所述进行固液分离为采用涡流快速沉降槽进行；

步骤(4)中所述进行磁选除铁的磁选强度为0.1～1T；

步骤(4)中所述磁铁精矿粉的TFe＞60％，铁收率>80％；

步骤(4)中所述磁选余渣中K

一种钾钙耦合处理铝土矿联产钾硅肥的装置为涡流快速沉降槽；

所述的涡流快速沉降槽包括搅拌轴，矿浆进料管道，沉降槽体，清液溢流槽，螺旋导流桶，磁感应线圈，耙泥机，底流出口；其中，矿浆进料管道设置在沉降槽体顶部，矿浆进料管道口与螺旋导流桶切线方向水平相连；螺旋导流桶设置在沉降槽体内，固定在沉降槽体上部，螺旋导流桶内部带有螺旋向下的纹路；螺旋导流桶外部加装磁感应线圈；搅拌轴深入沉降槽体，搅拌轴底部通过连接杆与耙泥机相连，磁性赤泥从底流出口离开沉降槽体；溶出液由沉降槽体顶部通过清液溢流槽排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)利用钾碱代替钠碱，转型渣中Al

(2)利用钙化生物质转型，可在铝土矿溶出过程中将赤泥中的氧化铁转化为四氧化三铁，可以使抑制铁相与氧化铝和钾碱的结合，与不添加生物质相比氧化铝的溶出效率提高5％以上；氧化钙与铝硅钾赋存相发生反应转化为铝硅钙赋存相，调节溶出固相中氧化钾含量；将得到磁性赤泥磁选获得磁铁精矿粉的TFe＞60％，铁收率>80％。经过配料调整制备含钠碱小于0.5％的碱性球团，全铁含量不低于常规碱性球团，可直接制成碱性球团或作为烧结配矿使用，实现铝土矿中铁的高效磁选回收；

(3)利用涡流式矿浆化槽通过加入涡流搅拌器形成方向向下的涡流，快速卷吸生物质及其他物料，实现矿浆的快速均匀混合，固液均混速度可提高60％-300％；涡流快速沉降槽顶部带有旋转磁性机构，可带动转型渣中磁性含铁相旋转，形成涡流提升沉降效果，同时卷入沉降所需的絮凝剂，提高沉降速度大约60-300％，抑制料浆二次反应。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为涡流式矿浆化槽示意图；

附图标记：1、皮带输送机，2、固体进料管道，3、液体进料管道，4、涡流搅拌轴，5、槽体，6、矿浆出料管道；

图3为涡流快速沉降槽示意图；

附图标记：1、搅拌轴，2、矿浆进料管道，3、沉降槽体，4、清液溢流槽，5、螺旋导流桶，6、磁感应线圈，7、耙泥机，8、底流出口。

具体的实施方式

本发明所举实施例中所采用的铝土矿成分按质量百分比为：Al

本发明所举实施例中所采用的钙质化合物成分按质量百分比为：CaO-82.44％，SiO

一种钾钙耦合处理铝土矿联产钾硅肥的方法，包括如下步骤：

(1)将循环铝酸钾母液，钙质化合物，生物质，铝土矿进行混合，得到矿浆；

(2)将矿浆输送至高压溶出反应器中进行溶出反应，得到溶出矿浆；

(3)将溶出矿浆经换热器预热步骤(1)中矿浆，加入絮凝剂进行固液分离，得到溶出液和磁性赤泥；

(4)将磁性赤泥进行磁选除铁，获得磁铁精矿粉和磁选余渣；

(5)将步骤(3)中的溶出液在种分槽内分解，得到氢氧化铝，氢氧化铝焙烧得到氧化铝产品。

步骤(2)中所述的钾钙化-生物质耦合作用为：溶出过程中，铝土矿中铝硅相与钾碱发生反应生成硅铝酸钾，生物质在碱性溶液中析出游离氢，可将矿物中的含铁相转化为磁性铁相，铝硅钾赋存相与氧化钙发生反应转化为铝硅钙赋存相，调节溶出固相中氧化钾含量，上述转型过程为同步完成；所述的生物质，将铝土矿中铁的赋存相转型为磁性铁相，抑制铁铝钾复合硅酸盐相的生成；

实施例1

涡流式矿浆化槽由皮带输送机1、固体进料管道2、液体进料管道3、涡流搅拌轴4、槽体5、矿浆出料管道6组成；皮带输送机1将固体原料由固体进料管道2输送入槽体5中，固体进料管道2与槽体5的倾角为45～60°，循环母液由液体进料管道3输送进入槽体5，在槽体5内完成固液混合，混合均匀后由矿浆出料管道6送至步骤(2)的高压溶出反应器；如图2所示；

实施例2

涡流快速沉降槽包括搅拌轴1，矿浆进料管道2，沉降槽体3，清液溢流槽4，螺旋导流桶5，磁感应线圈6，耙泥机7，底流出口8；其中，矿浆进料管道2设置在沉降槽体3顶部，矿浆进料管道2与螺旋导流桶5切线方向水平相连；螺旋导流桶5设置在沉降槽体3内，固定在沉降槽体3上部，螺旋导流桶5内部带有螺旋向下的纹路；螺旋导流桶5外部加装磁感应线圈6；搅拌轴1深入沉降槽体3，搅拌轴1底部通过连接杆与耙泥机7相连，磁性赤泥从底流出口8离开沉降槽体3；溶出液由沉降槽体3顶部通过清液溢流槽4排出；如图3所示。

实施例3

流程图如图1所示，将铝土矿与碱浓度240g/L的偏铝酸钾循环母液在涡流式矿浆化槽内快速混合，溶液中K

实施例4

将铝土矿与碱浓度280g/L的偏铝酸钾循环母液在涡流式矿浆化槽内快速混合，溶液中K

实施例5

将铝土矿与碱浓度180g/L的偏铝酸钾循环母液在涡流式矿浆化槽内快速混合，溶液中K

实施例6

将铝土矿与碱浓度300g/L的偏铝酸钾循环母液在涡流式矿浆化槽内快速混合，溶液中K

实施例7

将铝土矿与碱浓度320g/L的偏铝酸钾循环母液在涡流式矿浆化槽内快速混合，溶液中K

实施例8

将铝土矿与碱浓度300g/L的偏铝酸钾循环母液在涡流式矿浆化槽内快速混合，溶液中K