矿产资源为不可再生资源,是人类生存和发展的重要物质基础。随着工业的飞速发展,人类对矿产资源的需求量不断增加,尾矿产量也随之日益增多。尾矿作为矿产选别的一种产物,不仅占用大量土地,而且污染环境;同时尾矿中含有共生有价资源,综合回收潜力巨大。福建紫金山铜矿是我国大型低品位铜矿,其中铜品位0.4%以上通过浮选处理的矿石量约为1.25亿吨,尾矿产率为90%,因此紫金山铜尾矿量将达到1亿吨以上,这些尾矿中明矾石含量约为13%,具有很高的回收利用价值。明矾石作为一种碱式钾铝硫酸盐类矿物,是具有综合利用价值的多元素矿产资源。传统明矾石综合利用生产工艺落后,至今仍沿用传统的“焙烧-浸出”技术路线,不仅工艺流程复杂,能耗高,环境污染严重,而且产品单一、附加值低,因而一直存在大规模产业化过程复杂、高成本等难题。鉴于此,本课题以紫金山铜尾矿浮选得到明矾石为研究对象,首次提出在明矾石未经过煅烧情况下,直接加压酸浸处理明矾石。本综合利用技术路线具有如下特点:①明矾石不经过高温煆烧直接浸取利用,使传统火法冶炼明矾石中焙烧、烟气收尘、烟气制酸、溶剂浸出等工序集中在高压釜中一步实现,工艺简单,投资少,能耗低;②浸取过程过量添加的硫酸可通过结晶母液返还浸取利用,实际浸取过程的硫酸消耗可接近理论消耗,原料消耗低;③浸取液通过钾明矾结晶,再进一步分离获得硫酸钾、氢氧化铝及副产品石膏,浸取渣主要成分为二氧化硅,可应用到建材行业,全面综合利用了明矾石中富含的钾、铝、硫、硅等多种元素。本文首先对紫金山铜尾矿浮选得到的明矾石进行矿物学分析,然后重点探究明矾石与硫酸直接加压浸取的反应条件,确立了最优的工艺条件为:温度220℃、酸矿质量比为3:1、酸浓度为25%、反应时间120 min、搅拌速率为600 r/min,在此条件下,铝、钾的浸出率可分别达到98.54%、95.73%;加压浸取后酸浸液中钾、铝结晶分离过程的研究表明:成矾结晶提取钾、铝的适宜温度为5℃,酸浸液中钾、铝的摩尔比为0.5时,钾、铝的收率可分别达到74.36%、62.56%,且通过添加铵离子可增加铝的收率;钾明矾固体中钾、铝分离的调浆工艺最佳条件为pH 6-7,液固比5:1,调浆时间20 min,调浆温度70℃;钾明矾经石灰处理固液分离后,含铝石膏渣可溶出制取氢氧化铝,含钾滤液可浓缩结晶制得硫酸钾。综上所述,本研究提出的明矾石直接加压酸工艺过程简单,能耗低,资源综合利用率高,而且设备投资少,过程环保。使明矾石的大规模产业化开发利用成为可能,为类似体系的尾矿综合利用开辟了新的途径。