高硫鋁土礦脫硫精礦拜耳法溶出氧化鋁試驗(yàn)研究

王鴻雁

(山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 256414)

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用高硫鋁土礦脫硫精礦的主要化學(xué)成分和物相組成見表1、2。

表1 高硫鋁土礦脫硫精礦主要化學(xué)成分 %

表2 高硫鋁土礦脫硫精礦物相組成 %

由表1看出：脫硫精礦中，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64.52%，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.85%，氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比(A/S)為9.42；硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.47%，高于氧化鋁生產(chǎn)要求的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.3%的要求。

由表2看出：脫硫精礦的主要物相為一水硬鋁石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.8%，主要雜質(zhì)為綠泥石，其次為銳鈦礦、石英、黃鐵礦、金紅石、方解石和黃鐵礦。其中，黃鐵礦為主要含硫礦物。

循環(huán)母液：由分析純氫氧化鈉和取自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的氫氧化鋁用去離子水按一定濃度配制而成。

石灰：取自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，研磨至±100目，經(jīng)高溫爐燒制后密封保存。其中有效氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%左右。

1.2 試驗(yàn)方法

高硫鋁土礦脫硫精礦溶出試驗(yàn)在以熔鹽為加熱介質(zhì)的熔鹽爐中進(jìn)行。將脫硫精礦、循環(huán)母液和石灰按一定比例裝入鋼彈內(nèi)，攪拌均勻并密封后放入達(dá)到設(shè)定溫度的熔鹽爐中，加熱攪拌，反應(yīng)一定時(shí)間后取出鋼彈。冷卻后打開鋼彈，取出漿液，對(duì)漿液進(jìn)行液固分離，所得赤泥濾餅用熱水充分洗滌后烘干，測(cè)定其中Al2O3和SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算Al2O3相對(duì)溶出率；測(cè)定濾液中硫質(zhì)量濃度，計(jì)算硫溶出率。

脫硫精礦溶出性能評(píng)價(jià)指標(biāo)是氧化鋁溶出率和硫溶出率，氧化鋁溶出率宜高不宜低，而硫溶出率宜低不宜高[5]。

氧化鋁溶出率用相對(duì)溶出率表示，計(jì)算公式為[6]

式中：(A/S)礦石—礦石中氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比；(A/S)赤泥—赤泥中氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比。

高壓溶出時(shí)，硫溶出率計(jì)算公式為[5]

式中：Δr(S)—高壓溶出液與原液中硫酸鈉質(zhì)量濃度之差，g/L；m礦石—礦石質(zhì)量，g；w(S)—礦石中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

在拜耳工藝溶出鋁土礦過(guò)程中，含硫礦物全部或部分被分解，使得溶液受到硫的污染。硫溶出率與以下因素有關(guān)：硫化物和硫酸鹽的形態(tài)，溶出溫度和時(shí)間，堿濃度，石灰加入量及礦石中其他雜質(zhì)(包括硫)含量等[7]。

2.1 溶出分子比對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

母液體積100 mL，石灰加入量為礦石質(zhì)量的8%，在265 ℃、循環(huán)母液Na2Ok質(zhì)量濃度235 g/L、溶出時(shí)間60 min條件下，溶出分子比對(duì)脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 溶出分子比對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

由圖1看出：溶出分子比αk在1.35～1.45范圍內(nèi)，隨αk增大，脫硫精礦氧化鋁溶出率升高明顯；αk大于1.45后，氧化鋁溶出率基本穩(wěn)定在98%左右；隨αk增大，硫溶出率呈逐漸降低趨勢(shì)。為得到較高氧化鋁溶出率和較低硫溶出率，綜合考慮循環(huán)效率等問(wèn)題，確定適宜的溶出分子比為1.45左右。

2.2 石灰加入量對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

循環(huán)母液Na2Ok質(zhì)量濃度235 g/L，溶出分子比αk=1.45，溶出溫度265 ℃，溶出時(shí)間60 min，石灰加入量對(duì)脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 石灰加入量對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

2.3 溶出溫度對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

循環(huán)母液Na2Ok質(zhì)量濃度235 g/L，溶出分子比αk=1.45，石灰加入量為礦石質(zhì)量的7.5%，溶出時(shí)間60 min，溶出溫度對(duì)脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 溶出溫度對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

由圖3看出：溫度低于265 ℃時(shí)，隨溫度升高，氧化鋁溶出率及硫溶出率均提高，氧化鋁溶出率提高速度稍快；溫度升至265 ℃時(shí)，氧化鋁溶出率為97.5%，硫溶出率為19.5%；繼續(xù)升溫，氧化鋁溶出率變化不大，硫溶出率有明顯升高。綜合考慮，確定溶出溫度以不高于265 ℃為宜。

2.4 溶出時(shí)間對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

循環(huán)母液Na2Ok質(zhì)量235 g/L，溶出分子比αk=1.45，石灰加入量為礦石質(zhì)量的7.5%，溶出溫度265 ℃，溶出時(shí)間對(duì)脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 溶出時(shí)間對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

由圖4看出：隨溶出時(shí)間延長(zhǎng)，氧化鋁和硫溶出率均提高；溶出60 min時(shí)，氧化鋁溶出率達(dá)97.5%，之后基本保持不變，而硫溶出率有所提高。為得到較高氧化鋁溶出率及較低硫溶出率，降低硫化物在母液中的溶解，確定適宜的溶出時(shí)間為60 min。

2.5 循環(huán)母液苛性堿質(zhì)量濃度對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

溶出溫度265 ℃，溶出時(shí)間60 min，溶出分子比αk=1.45，石灰加入量為礦石質(zhì)量的7.5%，循環(huán)母液苛性堿質(zhì)量濃度對(duì)對(duì)脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 循環(huán)母液苛性堿質(zhì)量濃度對(duì)脫硫精礦溶出性能的影響

由圖5看出：隨循環(huán)母液Na2Ok質(zhì)量濃度增大，氧化鋁溶出率逐漸提高，而硫溶出率逐漸降低；當(dāng)循環(huán)母液Na2Ok質(zhì)量濃度為235 g/L時(shí)，氧化鋁溶出率為97.5%，之后隨Na2Ok質(zhì)量濃度增大，氧化鋁溶出率提高不明顯。進(jìn)一步提高母液Na2Ok質(zhì)量濃度雖可降低硫溶出率，但卻會(huì)增加蒸發(fā)能耗，綜合考慮，確定循環(huán)母液Na2Ok質(zhì)量濃度以不低于235 g/L為宜，此條件下，氧化鋁溶出率為97.5%，硫溶出率為19.5%。

3 結(jié)論

高硫鋁土礦脫硫精礦中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，硫以黃鐵礦形式存在，在拜耳法溶出氧化鋁過(guò)程中，黃鐵礦溶解進(jìn)入母液，對(duì)后續(xù)溶液處理有影響。適宜條件下，鋁土礦脫硫精礦中氧化鋁相對(duì)溶出率為97.5%，硫溶出率為19.5%，所得溶液中硫質(zhì)量濃度可滿足要求。