劉 巍，范艷青，蔣訓(xùn)雄，張登高，汪勝東，馮林永，蔣 偉

（礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

霞石正長巖是一種全晶質(zhì)侵入巖、深成巖的代表巖石，屬中性堿性巖類。礦物組合含有80%～95%長石和（或）類長石礦物，以此區(qū)別花崗巖、正長巖。世界霞石正長巖主要產(chǎn)于加拿大、挪威和俄羅斯等地，中國霞石主要分布在四川、河南、廣東與云南等地，已開發(fā)利用的僅有四川南江及云南個(gè)舊兩處。霞石正長巖應(yīng)用領(lǐng)域很廣，85%以上用于玻璃、陶瓷工業(yè)，少量用于玻璃纖維，但又因其含有鋁、鉀而作為煉鋁、鉀的原料，高鋁霞石正長巖被認(rèn)為是與鋁土礦競爭的潛在資源。

國內(nèi)外利用霞石正長巖提鋁、鉀的方法有燒結(jié)法、高壓水化法和酸法等。堿石灰燒結(jié)法可以利用礦物中有用組分生產(chǎn)氧化鋁、碳酸鉀、水泥等產(chǎn)品，綜合利用水平高，但是存在能耗高、渣量大且污染環(huán)境等問題。本研究提出了霞石正長巖濕法預(yù)脫硅-石灰石燒結(jié)從霞石正長巖中綜合回收鋁、鉀的工藝，濕法預(yù)脫硅在優(yōu)化工藝條件下可以脫除約34%的二氧化硅，此部分脫除的二氧化硅可以生產(chǎn)白炭黑，豐富硅的產(chǎn)品形式，減少硅鈣渣量并副產(chǎn)水泥。本文針對(duì)預(yù)脫硅后的渣采用燒結(jié)-溶出工藝，考察KO、AlO、NaO 溶出情況。

1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)采用霞石正長巖預(yù)脫硅渣，主要成分AlO、SiO、KO、NaO、CaO、Fe 含量分別為25.06%、37.36%、4.74%、13.29%、6.50%、3.02%。

2 試驗(yàn)方法

鈣硅比為（CaO）/（SiO），堿比為（NaO+KO）/（AlO+FeO），控制不同的配比、溫度、時(shí)間進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)后的熟料在一定條件下進(jìn)行溶出、過濾和洗滌，干燥后送樣分析AlO、KO、NaO 的含量，計(jì)算AlO、KO、NaO 的溶出率。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 鈣硅比條件試驗(yàn)

燒結(jié)溫度為1 300 ℃，時(shí)間為0.5 h，堿比為1.0時(shí)，進(jìn)行不同鈣硅比的試驗(yàn)研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時(shí)間40 min 的條件下進(jìn)行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進(jìn)行不同鈣硅比溶出的試驗(yàn)研究。鈣硅比與溶出率的關(guān)系如圖1 所示。由圖1 可知，鈣硅比為2.0 時(shí)，AlO的溶出效果最好。此時(shí)，AlO溶出率為86.86%，NaO 溶出率為87.07%，KO 溶出率為95.44%。因此，建議選取鈣硅比2.0。

圖1 鈣硅比與溶出率的關(guān)系

3.2 堿比條件試驗(yàn)

燒結(jié)溫度為1 250 ℃，時(shí)間為1 h，鈣硅比為2.0時(shí)，進(jìn)行不同堿比的試驗(yàn)研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時(shí)間40 min 的條件下進(jìn)行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進(jìn)行不同堿比溶出的試驗(yàn)研究。堿比與溶出率的關(guān)系如圖2所示。由圖2可知，堿比為1.05 時(shí)，AlO、NaO 的溶出效果最好。此時(shí)，AlO溶出率為83.45 %，NaO 溶出率為79.57%，KO 溶出率為92.31%。隨著堿比增加，KO 溶出率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，生料配比堿比為1.05，考慮堿工業(yè)生產(chǎn)的可回收因素，建議選取實(shí)際生產(chǎn)堿比1.0。

圖2 堿比與溶出率的關(guān)系

3.3 燒結(jié)溫度條件試驗(yàn)

燒結(jié)時(shí)間為0.5 h，堿比為1.0，鈣硅比為2.0 時(shí)，進(jìn)行不同燒結(jié)溫度的試驗(yàn)研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時(shí)間40 min 的條件下進(jìn)行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進(jìn)行不同燒結(jié)溫度溶出的試驗(yàn)研究。燒結(jié)溫度與溶出率的關(guān)系如圖3 所示。由圖3 可知，KO、AlO、NaO 的溶出率隨著燒結(jié)溫度的升高而升高。因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議選取燒結(jié)溫度1 300 ℃。

圖3 燒結(jié)溫度與溶出率的關(guān)系

3.4 燒結(jié)時(shí)間條件試驗(yàn)

燒結(jié)溫度為1 300 ℃，堿比為1.0，鈣硅比為2.0時(shí)，進(jìn)行不同燒結(jié)時(shí)間的試驗(yàn)研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時(shí)間40 min 的條件下進(jìn)行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進(jìn)行不同燒結(jié)時(shí)間溶出的試驗(yàn)研究。燒結(jié)時(shí)間與溶出率的關(guān)系如圖4 所示。由圖4 可知，隨著燒結(jié)時(shí)間的增加，AlO、NaO、KO 的溶出率略有增加，但是增加不明顯。因此，建議選取燒結(jié)時(shí)間0.5 h。

圖4 燒結(jié)時(shí)間與溶出率的關(guān)系

3.5 磨礦時(shí)間條件試驗(yàn)

燒結(jié)溫度為1 300 ℃，堿比為1.0，鈣硅比為2.0時(shí)，進(jìn)行不同磨礦時(shí)間的試驗(yàn)研究；熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時(shí)間40 min 的條件下進(jìn)行，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進(jìn)行不同磨礦時(shí)間溶出的試驗(yàn)研究。磨礦時(shí)間與溶出率的關(guān)系如圖5 所示。

圖5 磨礦時(shí)間與溶出率的關(guān)系

由圖5 可知，隨著時(shí)間增加，熟料粒度變細(xì)，KO、AlO、NaO 的溶出率略有增加，因?yàn)榱６冗^大時(shí)，熟料與溶出液的接觸面積偏小，影響了溶出反應(yīng)的快速進(jìn)行；相反，粒度過小，則熟料在攪拌溶出過程中容易出現(xiàn)底部團(tuán)聚凝結(jié)現(xiàn)象，阻礙了反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。綜合考慮，建議選取熟料磨礦時(shí)間（棒磨）20 s，粒度控制在60 目左右。

3.6 溶出時(shí)間條件試驗(yàn)

燒結(jié)溫度為1 300 ℃，堿比為1.0，鈣硅比為2.0，燒結(jié)時(shí)間為0.5 h，熟料棒磨20 s，粒度約為60 目。熟料溶出在液固比2 ∶1、溫度80 ℃的條件下進(jìn)行，溶出時(shí)間分別取20 min、30 min 和40 min，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次，進(jìn)行不同溶出時(shí)間溶出的試驗(yàn)研究。溶出時(shí)間與溶出率的關(guān)系如圖6 所示。由圖6 可知，隨著溶出時(shí)間增加，KO、AlO、NaO的溶出率略有增加，綜合考慮，建議選取熟料溶出時(shí)間40 min。

圖6 溶出時(shí)間與溶出率的關(guān)系

3.7 綜合條件試驗(yàn)

在鈣硅比（CaO）/（SiO）=2，堿比（NaO+KO）/（AlO+FeO）=1，燒結(jié)溫度1 300 ℃，時(shí)間0.5 h的條件下，進(jìn)行堿石灰燒結(jié)。燒結(jié)后的熟料磨至粒度60 目左右，然后在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時(shí)間40 min 的條件下進(jìn)行溶出，溶出渣按液固比2 ∶1，漿化洗滌2 次。綜合條件下試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 制備硅灰石的分析測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

本文對(duì)霞石正長巖預(yù)脫硅渣進(jìn)行燒結(jié)-溶出，在鈣硅比（CaO）/（SiO）=2，堿比（NaO+KO）/（AlO+FeO）=1，燒結(jié)溫度1 300 ℃，時(shí)間0.5 h的綜合條件下進(jìn)行堿石灰燒結(jié)。燒結(jié)后的熟料磨至粒度60 目左右，然后在液固比2 ∶1、溫度80 ℃、時(shí)間40 min 的條件下進(jìn)行溶出，KO、AlO、NaO 的溶出率分別為97.63%、86.94%、91.01%，實(shí)現(xiàn)了霞石正長巖預(yù)脫硅渣中鉀、鋁、鈉的高效溶出，為進(jìn)一步從溶出液中綜合回收鉀、鋁、鈉奠定了基礎(chǔ)。