胡占明
摘 要:本文論述了氧化鋁生產中硫元素的來源,濃度變化,對生產設備的危害,及晉北地區(qū)氧化鋁生產中硫元素的處理方法。
關鍵詞:硫元素;來源;危害;處理方法
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.217
1 引言
在氧化鋁生產中,硫元素會逐步富集,若不處理,將抑制主要經濟技術指標,造成設備腐蝕,甚至事故。本文論述了硫元素的來源、危害,探討了處理方法。
2 正文
2.1 硫元素的來源
(1)礦石中,主要是黃鐵礦及其異構體白鐵礦和膠黃鐵礦,也可能存在少量的硫酸鹽,山東、廣西鋁土礦中硫含量較高。鋁土礦中硫轉入溶液的程度與許多因素有關,礦物形態(tài)、溶出溫度和時間、堿濃度及其它雜質含量等。黃鐵礦在180度開始被分解,白鐵礦、磁黃鐵礦更易被分解,并隨著溫度的升高、溶出時間的延長和溶液中堿濃度增加而提高。氧化劑和還原劑都能影響硫化物的分解,用空氣氧化處理礦漿可降低硫向溶液的轉化率。
(2)煤中,在燒結法生產中,從原料及燒成煤中帶進生產過程中的硫,在燒結時與堿作用生成硫酸鈉,溶出時進入溶液,并在生產中循環(huán)積累,使硫酸鈉含量增高。
(3)化學酸洗,溶出機組套管每年酸洗一次,蒸發(fā)器每六個月酸洗一次。每組溶出機組酸洗每次用酸二十噸,每組蒸發(fā)器酸洗每次用酸三十噸,其余換熱設備化學清洗用酸量較少。
2.2 硫元素的危害
(1)燒結法生產中,因硫酸鈉熔點低,僅為884℃,當熟料中含量超過5%時,熟料窯結圈頻繁,操作困難;并造成堿耗的增加。硫酸鈉的熔點低,且不易分解和揮發(fā),在1300至1350℃時才開始分解,但還原劑的存在,可以促進硫酸鈉分解,如碳存在時,可以在750至800℃下開始分解,當還原劑、氧化物及碳酸鈣同時存在時,其可以完全分解,因為硫化鈉和硫化亞鐵結合生產復鹽,熟料溶出時進入溶液,碳酸化分解時發(fā)生分解,使氫氧化鋁被硫化亞鐵所污染。
(2)在拜爾法溶液中,硫不僅造成堿損失,而且硫離子含量提高后會使鋼材受到腐蝕,增加溶液中的鐵含量,降低氧化鋁的溶出率;一定條件下它以復鹽碳鈉礬析出,這種復鹽在蒸發(fā)器和溶出機組內結疤,降低傳熱系數(shù)。硫代硫酸鈉對鐵的溶解度無影響,但有氧化劑時,會加劇鋼的腐蝕。二硫化鈉是更強的氧化劑,對蒸發(fā)器有強烈的腐蝕作用:硫化鈉與鐵反應生成可溶的硫代配合物,提高了鐵的溶解度,破壞了鋼表面的鈍化膜,使其轉變?yōu)榛罨癄顟B(tài),硫代硫酸鈉、二硫化鈉與金屬鐵相互反應,把鐵氧化成二價態(tài),促進了硫代鐵配合物生成。這些溶液中的硫綜合起作用,強化了鋼在腐蝕過程。
氧化鋁的溶出率隨著鋁土礦硫含量提高而降低,隨硫含量從0.32%提高到4.68%,溶出率下降0.97%;隨著溶液中硫化鈉和硫代硫酸鈉濃度增大,硫代硫酸鈉濃度高于3克/升、硫化物濃度高于5克/升時,可以生成一種水鋁代硅酸鈉的物質,造成氧化鋁和氧化鋁的損失。硫酸鈉可使分解速度降低,濃度低時不明顯,當硫酸根離子超過30至40克/升時,分解速度開始顯著降低。
2.3 硫元素促進作用
溶液中的鈉鹽,尤其是硫酸鈉能加速針鐵礦變成赤鐵礦,在235℃下,溶液中含3至5克/升硫酸鈉,并添加干礦量3%的氧化鈣,可以使90%的針鐵礦在50至60分鐘內變成赤鐵礦,增加赤泥的沉降性能 。
2.4 硫元素的消除
(1)在工業(yè)上,鋁酸鈉溶液脫硫的方法:一是鼓入空氣使硫氧化成硫酸鈉,在蒸發(fā)時析出;二是添加除硫劑,如氧化鋅和氧化鋇,鐵也得到清除。添加氧化鋅可使負二價硫離子完全脫除,缺點是含鋅材料較貴;三是采用特殊方法。
(2)在燒結法中主要是采用生料漿加煤的方法排除硫酸鈉的積累。生料漿加煤使熟料中硫大部分成二價硫化物及二氧化硫狀態(tài),從棄赤泥中排除,使生產過程中硫酸鈉積累緩慢,降低了硫酸鈉的平衡濃度。
2.5 晉北地區(qū)某廠硫元素的處理
此廠一期為串聯(lián)法,二期為拜爾法,根據(jù)化驗檢測表明,一期串聯(lián)法溶液中硫元素長期維持在0.8克/升左右,短時間會增加到1.5克/升;二期拜爾法溶液中硫元素長期維持在0.5克/升波動,短時間會增加到1g/l。
此廠硫元素來源,一是礦石成分和燒結法物料造成硫元素濃度變化,逐步富集;二是酸洗造成硫元素濃度的增長。在氧化鋁工廠設計中,一般酸洗的廢酸由石灰乳中和,送入雨排,但是由于硫酸鈣微溶,為白色粘稠渾濁液,處理困難,影響環(huán)保,一般是送入沉降槽。通過計算,溶出機組套管酸洗周期為一年,每次需要使用92.5%濃硫酸20噸;蒸發(fā)器酸洗周期為六個月,每次需要使用92.5%濃硫酸30噸,通過酸洗,可使系統(tǒng)升高1.5克/升。
根據(jù)此廠硫元素檢測報告來看,一是系統(tǒng)硫含量未超出工藝要求范圍;二是礦石成分中硫含量較低;三是系統(tǒng)中某種工藝在持續(xù)的除硫,在沒有外來因素的情況下,生產系統(tǒng)的硫會維持在一個較低的水平;四是硫元素在一二期系統(tǒng)中存在一個平衡,一期為0.7至0.9克/升,二期為0.4至0.6克/升。
處理方法。分析表明,在此廠設計中存在三種工藝可以起到持續(xù)除硫作用:一是鼓入壓縮空氣,在分解槽系統(tǒng)中,設計有壓縮風提料,提料過程中,通入系統(tǒng)的壓縮空氣,使之氧化成硫酸鈉,一部分在蒸發(fā)器和溶出機組析出;二是系統(tǒng)中加入的石灰乳和石灰,部分石灰和石灰乳與硫酸鈉反應生成硫酸鈣進入赤泥,送入尾礦庫;三是生料漿加煤,使熟料中硫大部分成二價硫化物及二氧化硫狀態(tài),從棄赤泥中排除。
3 結論
從上述分析可以得出,在晉北地區(qū)工業(yè)生產中,存在硫元素進入生產系統(tǒng),因所用礦石成分中硫元素含量較低,且在生產工藝中,部分流程已經附帶著對硫元素進行了處理,并足以使系統(tǒng)中硫元素維持一個正常生產工藝指標范圍,所以不需要另外增加工藝流程進行硫元素處理。
參考文獻:
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