本研究中填充系数为013时,其溶出率最高。球磨机转速对溶出性能影响转速与溶出效果关系如所示,由可知,球磨机转速较低时,球和物料沿筒体上升至自然坡角,然后滚下(泻落)。这时物料的粉碎主要通过球与筒壁之间的摩擦来完成,因此,随着转速的增加,氧化铝的溶出率逐渐增加,当转速增至100r/min时,达到临界转速,此时的溶出率最佳。继续增加转速,当离心力超过球的重力时,钢球紧靠筒壁和筒体一起回转,此时球对物料的粉碎作用将停止,因此溶出率有所降低,但转速增加到较高值时,钢球又在离心力的作用下,随着筒体上升的高度较大,然后在重力作用下落(抛落)。这时物料不仅通过球与球及球壁之间的摩擦作用,还可以受球落下时的冲击作用而粉碎,溶出率又有所增加。
最佳料球比的确定本文球料比是指钢球的堆积体积与矿浆(母液)的体积之比,料球比对溶出效果的影响如所示,由可知,当料球比较低时,由于加入的母液较少,球与矿浆接触的机会更多,磨细作用很明显,溶出率较高。进一步增加料球比,其溶出率快速降低,当增加到112B1时,溶出率反而上升,这是由于球料密度不一样,其运动规律也不一样,当球和料总体在钢弹内的装载率小于80%时,球料的回旋余地高,当过了80%后,回旋余地小,磨矿效果更好了,当进一步增大料球比,料球在很有限的空间里无法作抛落式运动,溶出率降低也是很显然的。有资料证明,球磨机内磨筒的装载率在80%左右最好。
料球比低,磨矿和溶出效果好,但是利用率低,在工业上一般固液反应球磨也不采用,且溶出液太少不够作赤泥沉降和后续分析用,所以本文后续都采用料球比112B1进行溶出试验。配矿量对溶出效果的影响由于该矿石是石英较多的三水铝石矿,以石英形态存在的二氧化硅会与母液中的碱反应,所以配矿时必须考虑,以使原矿的溶出率高并且有较低的溶出分子比。配矿量以90mL母液加入原矿量来表示,试验结果如所示。
配矿量对溶出的影响可知,当矿石加入量是2215g时,其溶出率最高,溶出液的分子比也已经降到了11254.所以对于90mL母液加入2215g原矿是最佳的。在加入少量的矿时,必然保证溶出率高但是没有发挥母液的最大溶出能力,赤泥量较小沉降速率较小,过多的配矿量必然会造成矿石不会充分溶出而浪费。
溶出温度对球磨溶出效果的影响溶出温度对球磨溶出效果的影响如所示。可看出,当温度由75e上升到150e时,该矿的溶出率快速上升,到了150e后,溶出率基本稳定,所以150e对于溶出该矿已经足够了。甚至可以在球磨的条件下适当降低温度,延长溶出时间来达到最大溶出率,同时还能降低能耗。文献指出<3>,二氧化硅的活性在150e是很小的,当溶出温度高于150e时,其活性增大会消耗掉矿石的苛碱和氧化铝形成钠硅渣,造成碱耗的增大和矿石的浪费。
可以看出:该矿在125e反应40min还不能充分溶出,赤泥中还有三水铝石相,但是此时的主峰是石英相了,在150e溶出后,三水铝石相基本消失,且钠硅渣相都是玛瑙,此时主峰是石英相;当在175e溶出后,石英相被削弱,说明其反应活性增大并与溶出液反应了,且生成了复杂形式的钠硅渣,铝硅分子比为1115B0185,此时会有更多的铝形成钠硅渣并进入赤泥,造成铝的损失。综上所述,该三水铝石矿在150e左右为最佳溶出温度。
结论(1)球磨溶出可强化三水铝石矿的溶出过程,可将磨矿和溶出工艺在同一反应器中进行;(2)球磨溶出的最佳工艺参数:转速100r/min,填充系数013,料球比112B1,磨球采用混合球,给矿量为100mL母液25g;(3)在150e的溶出温度下,球磨溶出达到了较好的溶出效果,溶出温度过高会增加氧化铝的损失。