本發明屬于氧化鋁生產的技術領域，具體涉及一種鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產冶金級氧化鋁的方法。
背景技術：
我國鋁土礦資源較為豐富，但是絕大多數為中低品位鋁土礦，具有高鋁，高硅，低鋁硅比(a/s)等特點，此外，我國還有一些含鋁資源，比如粉煤灰等。隨著礦石品位的降低，各氧化鋁生產工藝成本均在逐漸增加，其中拜耳法工藝增幅最大。根據拜耳法的基本工藝和原理，當鋁土礦a/s下降到5以下時，將很難再用拜耳法處理。針對于低品位鋁土礦，近年來氧化鋁工業界主要采用如下幾種方法。
中低品位鋁土礦處理方法主要有強化拜耳法、燒結法、拜耳-燒結聯合法等。強化拜耳法是在拜耳法基礎上進行改進以適應處理中低品位鋁土礦的方法，主要包括選礦拜耳法和石灰拜耳法。其中，選礦拜耳法采用選冶聯合處理中低品位鋁土礦，流程相對簡單，但存在物理選礦難度大、原礦消耗量大、氧化鋁回收率低、浮選藥劑影響拜耳法流程等問題，同時選礦過程產生大量鋁硅比低于2的尾礦無法利用，造成資源的極大浪費；石灰拜耳法是在拜耳法基礎上通過添加過量石灰以達到降低堿耗等作用，但石灰添加量大導致氧化鋁溶出率大幅降低、赤泥排出量增加、赤泥沉降負荷增大等問題。燒結法主要包括堿石灰燒結法和石灰燒結法，但能耗高、生產成本高是其發展的主要短板。堿石灰燒結法屬于濕法配料、濕法燒結，在燒結過程生料漿中40％左右的水分蒸發極大增加了生產總能耗，且燒結熟料中2cao·sio2穩定性較低，二次反應嚴重；石灰燒結法存在石灰配比高、棄渣量大、熟料氧化鋁浸出率低等問題。拜耳-燒結聯合法包括串聯法、并聯法和混聯法，能夠處理中低品位鋁土礦，但存在流程復雜、能耗高等問題，目前已基本被拜耳法所取代。其它如酸法和酸堿聯合法等工藝目前主要停留在實驗室研究階段，存在氧化鋁產品質量差、設備腐蝕嚴重等諸多問題。
縱觀以上處理中低品位鋁土礦的方法，燒結法和拜耳-燒結聯合法由于其能耗和成本問題已基本被棄用，石灰拜耳法是特定歷史時期為解決堿耗問題而研發的，目前只有選礦拜耳法在個別企業應用。然而，經過近些年的工業實踐，選礦拜耳法日益暴露出的問題已經嚴重阻礙了生產過程的正常運行，成為其繼續推廣發展的瓶頸。因此，依托我國獨有的中低品位一水硬鋁石型鋁土礦，開發高效經濟處理的新方法勢在必行。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產冶金級氧化鋁的方法，在高溫溶出過程中添加鐵酸鈉(鐵酸鈣)及活性石灰的方法，高溫溶出過程中鋁以鋁酸鈉形式進入溶液，而硅以鈣鐵榴石的形式留在溶出渣中。本發明的方法能夠大幅度提高冶金級氧化鋁的溶出率，同時使溶出渣中幾乎不含堿，具有流程短效率高的特點，整個流程中物料實現了零排放。
(二)技術方案
為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：
一種鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產冶金級氧化鋁的方法，包括下述步驟，
s1：將中低品位鋁土礦破碎磨細成礦粉；
s2：將礦粉、鐵酸鈉或鐵酸鈣、活性石灰及循環母液混合制備成原料礦漿；
s3：將原料礦漿進行堿熱溶出反應，反應結束后得到溶出礦漿；
s4：將溶出礦漿進行稀釋得到稀釋液，將稀釋液進行液固分離，得到溶出渣和溶出液，其中溶出液為鋁酸鈉溶液；
s5：向所述鋁酸鈉溶液中通入二氧化碳氣體進行碳分，得到粗氫氧化鋁和碳分母液；
s6：將所述粗氫氧化鋁進行拜耳法處理，得到冶金級氧化鋁；
s7：將步驟s5中得到的碳分母液采用氧化鈣進行苛化，得到苛化料漿，將苛化料漿進行液固分離，得到高分子比鋁酸鈉溶液和碳酸鈣，將高分子比鋁酸鈉溶液進行調制，作為步驟s2中的循環母液。
優選地，所述中低品位鋁土礦的硅鋁比為2～6。
優選地，在鋁土礦、鐵酸鈉或鐵酸鈣、活性石灰組成的原料礦漿中，各形態存在的鐵、鋁、鈣、硅總量分別以氧化物計，配料配方如下：：
氧化鐵的總量與氧化鋁的總量的質量比為0.2～0.6：1；
氧化鈣的總量與氧化鐵的總量的摩爾比為3～6：1。
優選地，步驟s1中，原料礦漿的液固比為2～5：1。
優選地，步驟s2中循環母液中的苛堿濃度為150～250g/l，分子比為5～25。
優選地，步驟s3中溶出反應的溫度為150～250℃，反應時間為0.5～2h。
優選地，步驟s5中，向溶出后得到的鋁酸鈉內通入二氧化碳氣體并加入晶種進行碳分，得到粗氫氧化鋁料漿后進行液固分離，得到碳分母液和粗氫氧化鋁，
步驟s5中碳分溫度為60～90℃，碳分終點為分解率在90％以上，晶種添加系數為0～1.0。
優選地，所述方法還包括：
步驟s8：將步驟s4中的溶出渣進行洗滌并固液分離，得到鈣鐵榴石型渣和洗滌液；
步驟s9：將所述洗滌液用于步驟s4中稀釋所述溶出礦漿。
優選地，所述方法還包括步驟s10：將步驟s7中得到的碳酸鈣進行煅燒分解，得到二氧化碳氣體和氧化鈣，得到的二氧化碳氣體用于步驟s5中碳分處理，得到的氧化鈣用于步驟s7中苛化處理。
優選地，步驟s1中的鐵酸鈉是含鐵原料與工業碳堿燒結而成；鐵酸鈣是含鐵原料與石灰燒結而成。
(三)有益效果
(1)與常規拜耳法相比，本發明的方法產生的冶金級氧化鋁實際溶出率提高了15％以上，大幅度地提高了氧化鋁的溶出率；
(2)與常規拜耳法相比，本發明的方法產生的溶出渣堿含量在0.5％以下，渣中幾乎不含堿；
(3)本發明的方法具有流程短效率高的特點，整個流程中物料實現了零排放。
附圖說明
圖1是本發明鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產冶金級氧化鋁的方法的工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明，而不用于限制本發明的范圍。
本發明實施例中的中低品位鋁土礦，硅鋁比(以下簡稱a/s)為2～6。在鋁土礦、鐵酸鈉(或鐵酸鈣)、活性石灰組成的原料礦中，氧化鐵的總量與氧化鋁的總量的質量比以下簡寫為f/a；氧化鈣的總量與氧化鐵的總量的摩爾比為簡寫為c/f。原料礦漿液固質量比以下簡寫為l/s。
鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產冶金級氧化鋁的方法，是指溶出渣為鈣鐵榴石型渣，一步堿熱法是指利用堿液(循環母液)對氧化鋁進行一步水熱溶出處理的方法，生產的產品為冶金級氧化鋁。
實施例1
本實施例采用中低品位鋁土礦，主要化學成分(質量百分比，wt％)為：氧化鋁(al2o3)60.60％，二氧化硅(sio2)17.5％，其它為雜質，其鋁硅比為3.5；
鐵酸鈣為含鐵原料與石灰燒結而成；
循環母液中的苛堿濃度為200g/l，分子比為25；
f/a＝0.5：1；
c/f＝4.5：1。
按照本圖1所示的本發明鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產冶金級氧化鋁的方法：
s1：將中低品位鋁土礦破碎磨細成礦粉；
s2：將礦粉、鐵酸鈣、活性石灰混合后，按照l/s＝4:1的比例與循環母液混合制備成原料礦漿；
s3：將原料礦漿進行堿熱溶出反應，溶出反應溫度為250℃，溶出反應時間為2h，反應結束后得到溶出礦漿；
經過本步驟的溶出反應處理，氧化鋁的提取率能夠達到83％；
s4：將溶出礦漿進行稀釋得到稀釋液，將稀釋液進行液固分離，得到溶出渣和溶出液，其中：溶出液為鋁酸鈉溶液；
s5：將鋁酸鈉在80℃、晶種添加系數為0.8的條件下，通二氧化碳并加入晶種進行碳分(碳酸化分解)至分解率達到95％，得到粗氫氧化鋁料漿，并進行液固分離，得到碳分母液和粗氫氧化鋁；
s6：將步驟s5中得到的粗氫氧化鋁進行拜耳法處理，得到冶金級氧化鋁；
s7：將步驟s5中得到的碳分母液采用石灰乳進行苛化，得到苛化料漿，將苛化料漿進行液固分離，得到高分子比鋁酸鈉溶液和碳酸鈣，將高分子比鋁酸鈉溶液進行調制，作為步驟s2中的循環母液；
本步驟中，將碳分母液進行處理，得到的高分子比鋁酸鈉溶液調整后能夠作為循環母液參與其他工藝流程，使得工藝流程無外排無污染；
s8：將步驟s4中的溶出渣進行洗滌并固液分離，得到鈣鐵榴石型渣和洗滌液；
本步驟中，經過處理得到了無堿鈣鐵榴石型渣，使硅與加入的鐵和鈣以鈣鐵榴石的形式留在溶出渣中，降低了渣中的堿含量；
s9：將洗滌液用于步驟s4中稀釋所述溶出礦漿；
本步驟中，產生的洗滌液為廢液，但將洗滌液返回到步驟s4中用于稀釋溶出礦漿，既減少了廢液的處理和排放，又達到了重復利用的效果，達到了物料的回收再利用；
s10：將步驟s7中得到的碳酸鈣在1000℃下進行煅燒分解，得到二氧化碳氣體和氧化鈣，得到的二氧化碳氣體用于步驟s5中碳分處理，得到的氧化鈣用于步驟s7中苛化處理；
本步驟中，碳酸鈣的分解再利用，實現了資源的回收利用，避免了資源的浪費，節約了成本。
得到的冶金級氧化鋁即為產品。
實施例2
本實施例采用中低品位鋁土礦，主要化學成分(質量百分比，wt％)為：氧化鋁(al2o3)65.22％，二氧化硅(sio2)12.66％，其它為雜質，其鋁硅比為5.15；
鐵酸鈉為含鐵原料與工業碳堿燒結而成；
循環母液中的苛堿濃度為230g/l，分子比為20。
f/a＝0.6：1；
c/f＝4：1。
按照本圖1所示的本發明鈣鐵榴石一步堿熱法處理中低品位鋁土礦生產冶金級氧化鋁的方法：
s1：將中低品位鋁土礦破碎磨細成礦粉；
s2：將礦粉、鐵酸鈉、活性石灰混合后，按照l/s＝4:1的比例與循環母液混合制備成原料礦漿；
s3：將原料礦漿在反應釜中進行溶出反應，溶出反應溫度為250℃，溶出反應時間為1h，反應結束后得到溶出礦漿；
經過本步驟的溶出反應處理，氧化鋁的提取率能夠達到83.7％；
s4：將溶出礦漿進行稀釋得到稀釋液，將稀釋液進行液固分離，得到溶出渣和溶出液，其中溶出液為鋁酸鈉溶液；
s5：將低分子比鋁酸鈉在80℃、晶種添加系數為0.8的條件下，通二氧化碳并加入晶種進行碳分，碳分終點為分解率95％以上。碳分得到粗氫氧化鋁料漿后進行液固分離，得到碳分母液和粗氫氧化鋁；
s6：將步驟s5中得到的粗氫氧化鋁進行拜耳法處理，得到冶金級氧化鋁；
s7：將步驟s5中得到的碳分母液采用氧化鈣進行苛化，得到苛化料漿，將苛化料漿進行液固分離，得到高分子比鋁酸鈉溶液和碳酸鈣，將高分子比鋁酸鈉溶液進行調制，作為步驟s2中的循環母液；
本步驟中，將碳分母液進行處理，得到的高分子比鋁酸鈉溶液調整后能夠作為循環母液參與其他工藝流程，使得工藝流程無外排無污染；
s8：將步驟s4中的溶出渣進行洗滌并固液分離，得到鈣鐵榴石型渣和洗滌液；
本步驟中，經過處理得到了無堿鈣鐵榴石型渣，使硅與加入的鐵和鈣以鈣鐵榴石的形式留在溶出渣中，降低了渣中的堿含量；
s9：將洗滌液用于步驟s4中稀釋所述溶出礦漿；
本步驟中，產生的洗滌液為廢液，但將洗滌液返回到步驟s4中用于稀釋溶出礦漿，既減少了廢液的處理和排放，又達到了重復利用的效果，達到了物料的回收再利用；
s10：將步驟s7中得到的碳酸鈣在1000℃下進行煅燒分解，得到二氧化碳氣體和氧化鈣，得到的二氧化碳氣體用于步驟s5中碳分處理，得到的氧化鈣用于步驟s7中苛化處理；
本步驟中，碳酸鈣的分解再利用，實現了資源的回收利用，避免了資源的浪費，節約了成本。
得到的冶金級氧化鋁即為產品。
本發明的方法具有流程短、效率高的特點，全流程的最終產物為冶金級氧化鋁和無堿鈣鐵榴石型渣，其余物料均實現了循環利用，整個流程中物料實現了零排放。這種無堿鈣鐵榴石型渣因堿含量的降低得到了有效利用，如用于煉鋼過程的鐵酸鈣添加劑、做自應力、高強度、速凝硅酸鹽水泥和高速公路、機場跑道等高強度混凝土的理想骨料，以及作為微晶玻璃、硅肥等附加值較高產品的潛在原料。
最后應說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。