高硫铝土矿生产过程粗液脱硫的研究

车 蓉，徐树涛，金 刚

(贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州贵阳550081)

高硫铝土矿生产过程粗液脱硫的研究

车 蓉，徐树涛，金 刚

(贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州贵阳550081)

采用贵州某地的一水硬铝石高硫铝土矿为原料，进行了氧化铝生产过程粗液脱硫试验研究，考察了反应温度、反应时间及脱硫剂用量对脱硫效果的影响程度，并通过单因素及正交设计确定了粗液脱硫的试验条件，试验结果表明:利用铝酸钡进行粗液脱硫仅在溶液中碳酸钠浓度较低的情况下适用。

高硫铝土矿;氧化铝生产;粗液脱硫

0 引 言

我国的铝土矿资源储量丰富，目前已探明储量达23亿t[1]，按类型可分为三水铝石低铁低硫型和一水硬铝石高硫型，其中一水硬铝石高硫型铝土矿储量1.5亿t，占总储量的11.0%。主要分布在贵州务川瓦厂坪、清镇猫场和山东中部淄博、枣庄一带[2]。随着国内氧化铝产业的迅速发展，高品位优质铝土矿储量日趋减少，如何在现有工艺中有效利用高硫型铝土矿成为一个急需解决的重要问题。

目前对应用高硫铝土矿的研究主要集中在铝土矿预脱硫和生产过程脱硫两部分:①铝土矿预脱硫采用的是选矿和预焙烧方法，这些方法可有效降低矿石中的硫含量并提升矿石品位，但存在着物料过于细化、处理能耗高及设备投资大的缺点。虽然从源头上减少了硫进入生产系统的程度，但进入系统中循环累积的硫最终还是会对生产过程造成影响，不能从根本上解决硫对生产过程的危害。②生产过程脱硫主要是在某一生产环节中加入添加剂使硫沉出与溶液分离，这一方法由于溶液成分复杂而存在着添加剂种类少、影响因素多及脱硫渣回收利用的问题，但却具有可有效控制溶液中硫含量，设备投入少和对矿石的适应性强的优点。从经济实用的角度而言，生产过程脱硫有着较大的应用前景，该文针对高硫铝土矿溶出后的粗液脱硫进行了试验研究。

1 实验

1.1 实验原料

实验所用铝土矿为贵州某地的一水硬铝石高硫铝土矿，其化学成分如表1。

表1 铝土矿成分表Tab.1 Bauxite Composition

对矿石进行了X－射线物相分析，图1及表2 为衍射图谱及半定量分析结果:

图1 铝土矿XRD分析图谱Fig.1 XRD Analyis Atlas of Bauxite

表2 铝土矿物相半定量分析结果Tab.2 Semiquantitative Phase Analytic Result of Bauxite

对矿石的物相分析结果表明，该矿石主要以一水硬铝石为主，铝含量为±66%，其中含有±5%的一水软铝石;硅主要为鲕绿泥石形态，含量为±8%，另含有一定量石英，约为±5%;硫主要以黄铁矿形态存在，含量为±3.5%。

脱硫剂采用自制铝酸钡(BaAl2O4≥97%)。循环母液取自贵州铝厂，母液及溶出粗液成份如表3所示.

表3 循环母液成份Tab.3 Composition of Circulating Mother Liquor

1.2 主要仪器、设备

XYF－Φ44×6高压釜溶出器、恒温水浴装置、马弗炉。

1.3 试验方法

1.3.1 试验原理及方案

铝酸钡是较好的脱硫剂，铝酸钡可溶解于铝酸钠溶液中，Ba2+与溶液中SO42－反应生成BaSO4沉淀，铝酸根离子与溶液中的钠离子结合形成铝酸钠，由于铝酸根进入溶液，使得溶液苛性比值降低，有利于后期晶种分解。铝酸钡脱硫的原理如下:

可能影响脱硫效果的因素有:脱硫温度、脱硫时间和脱硫剂用量，试验中以脱硫率ηS考察指标:

式中:ηS——粗液中硫的脱除率%;

S前——粗液脱硫前溶液中的硫含量g/L;

S后——粗液脱硫后溶液中的硫含量g/L。

首先进行单因素试验，以此来获得基本工艺条件，在此基础上设计正交试验作进一步工艺优化，根据因素数量拟采用L9(34)正交表[3]，因素及水平取值以单因素试验结果为基础选取。

1.3.2 试验操作

(1)称取一定量矿样置于溶出钢弹中，加入循环母液，石灰添加量为12%，钢弹密封后装入高压釜中，在260℃下溶出65 min。溶出结束后对所得矿浆采用一次赤泥洗水对其进行稀释，沉降过滤后制备得到试验用粗液;

(2)取一定量粗液加热升温并搅拌，到达反应温度后加入定量脱硫剂，按反应时间要求进行保温搅拌反应。反应结束后进行过滤洗涤，滤液测量体积并分析S后计算脱硫率。

2 试验结果及分析

2.1 单因素试验结果及分析

2.1.1 反应温度对脱硫率的影响

在固定其它试验条件的情况下，在不同反应温度下进行脱硫反应，以确定合适的反应温度，试验条件及结果见表4、图2。

表4 反应温度对脱硫率影响试验结果Tab.4 Testing Results for Effect of Reacting Temperature on Desulfurization Degree

图2 反应温度对脱硫率影响曲线Fig.2 Curve for Effect of Reacting Temperature on Desulfurization Degree

从表4和图2中可以看出，随着温度的增加粗液脱硫率降低，这是由于随着温度升高，溶液中形成的碳酸钠浓度上升，碳酸根与铝酸钡反应导致脱硫率下降。在实际生产中粗液温度约为95～105℃，因而选择反应温度95℃进行后序试验。

2.1.2 反应时间对脱硫率的影响

在确定了反应温度后，进行了反应时间对脱硫率的单因素试验，以确定较佳的反应时间，试验条件及结果见表5及图3所示。

表5 反应时间对脱硫率影响试验结果Tab.5 Testing Results of Effect of Reacting Time on Desulfurization Degree

图3 反应时间对脱硫率影响曲线Fig.3 Curve for Effect of Reacting time On Desulfurization Degree

从表5及图3中可以看出，随着反应时间的增加，脱硫率逐渐增加，但反应时间延长到25 min后，脱硫率上升趋势变缓，从节约能耗考虑故选择25 min较为合理。

2.1.3 脱硫剂添加量对脱硫率的影响

在较佳反应温度及时间条件下，对脱硫剂用量进行了单因素试验，以确定较佳的脱硫剂用量，试验条件及结果见表6及图4。

表6 脱硫剂用量对脱硫率影响试验结果Tab.6 Testing Results of Effect of Desulfurizing Additive Dosage on Desulfurization Degree

图4 脱硫剂用量对脱硫率影响曲线Fig.4 Curve for Effect of Desulfurizing Additive Dosage on Desulfurization Degree

从表6和图4中可以看出，脱硫剂添加量对脱硫率的影响较大，随添加量增加脱硫率逐步上升，但并未按理论脱除率的直线形式上升，其原因是:虽然BaSO4的Ksp远小于 BaCO3，理论上是先于与Ba2+结合形成沉淀析出，但粗液中碳酸钠浓度远大于硫酸钠浓度，因而先与Ba2+结合形成沉淀，直至降至一定浓度时才开始与Ba2+结合，因此粗液中碳酸钠消耗部份脱硫剂导致了脱硫效果下降，所以为保证有效的脱硫率则需加大脱硫剂的用量，但同时也增加了成本。

2.2 正交试验结果及分析

为考察多个因素对脱硫反应的综合影响，进行了正交试验来确定最佳反应条件，正交试验考虑的因素及水平见表7。

表7 正交试验因素水平表Tab.7 Factor Level of Orthogonal Test

根据所列的因素和水平，按L9(3)4正交表安排试验，试验的表头、试验结果及结果分析见表8。

表8 正交试验安排及试验结果Tab.8 Orthogonal Test Arrangement and Testing Results

由正交试验结果得出因素的主次为:脱硫剂用量——反应时间——反应温度，脱硫剂用量影响最大，应取三水平即100%。时间因素对脱硫率影响也很大，取三水平即30 min，反应温度次之取一水平95℃，由此得出理论最佳试验条件，见表9。

表9 最佳试验条件表Tab.9 Optimum Test Conditions

对上述正交试验结果进行了正交回归分析，所得回归方程如下式:

式中:(T:℃，τ:min，B%:脱硫剂添加量)，将理论最佳试验条件代入回归方程，计算得出理论最佳脱硫率为62.02%，同时采用理论最佳试验条件进行了复查验证试验，复查试验结果表明，在此条件下粗液脱硫率为61.06%，复查结果与理论值相接近，拟合程度较好。

3 结 语

(1)采用贵州某地的一水硬铝石高硫铝土矿为原料，进行了氧化铝生产过程粗液脱硫试验研究，分别考察了反应温度、反应时间及脱硫剂用量对脱硫效果的影响，通过单因素及正交试验确定了粗液脱硫的试验条件，实验表明:在脱硫剂用量为100%，反应时间30 min，反应温度95℃的条件下，采用铝酸钡进行粗液脱硫的脱硫率为61.06%。

(2)试验结果表明:采用铝酸钡作为脱硫剂进行粗液脱硫具有一定的效果，但存在着脱硫剂利用率不高的缺点，主要是因为溶液中含有一定浓度的碳酸钠，碳酸钠的存在一方面消耗了脱硫剂，导致脱硫效果降低，而且增加了成本;另一方面还影响了脱硫渣的纯度，增加了脱硫渣的回收利用难度。因而利用铝酸钡进行粗液脱硫仅在溶液中碳酸钠浓度较低的情况下适用。

[1]张风林.高硫铝土矿脱硫研究现状与进展[J].山西科技，2011，26(1):94－95.

[2]兰军.铝土矿生产氧化铝过程脱硫方法的研究进展[J].应用化工，2008，37(4):446－455.

[3]高允彦.正交及回归试验设计方法[M].北京:冶金工业出版社，1991.

Research on Coarse Solution Desulfurizing of Sulfur－Containing Bauxite in Production Process

CHE Rong，XU Shu－tao，JING Gang
(Guiyang Aluminium－Magnesium Design and Research Institute Corporation，Guiyang 550081，China)

Using high sulfur－ containing diaspore in somewhere of Guizhou as raw material，research on coarse solution desulfurizing test in alumina production process was carried out.The effect of reacting temperature，reacting time and dosage of desulfurizing additive on desulfurizing degree was investigated，and testing conditions for coarse solution desulfurizing were determined through signle factor and orthogonal design.The testing results shows that it is suitable for use that coarse solution desulfurizing was conducted by using barium aluminate only under lower concentration of sodium carbonate in solution.

Sulfur－containing bauxite;alumina production;coarse solution desulfurizing

TF821

A

1004－2660(2012)01－0013－05

2012－02－17.

车蓉(1975－)，女，山东人，工程师.主要研究方向:氧化铝生产设计.E－mail:crgami@yahoo.cn