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        高硫鋁土礦脫硫精礦拜耳法溶出氧化鋁試驗研究

        2019-08-08 09:28:38王鴻雁
        濕法冶金 2019年4期
        關鍵詞:質(zhì)量

        王鴻雁

        (山東工業(yè)職業(yè)學院,山東 淄博 256414)

        1 試驗部分

        1.1 試驗原料

        試驗用高硫鋁土礦脫硫精礦的主要化學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)量分數(shù)為64.52%,SiO2質(zhì)量分數(shù)為6.85%,氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比(A/S)為9.42;硫質(zhì)量分數(shù)為0.47%,高于氧化鋁生產(chǎn)要求的硫質(zhì)量分數(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)量分數(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,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)量分數(shù)為90%左右。

        1.2 試驗方法

        高硫鋁土礦脫硫精礦溶出試驗在以熔鹽為加熱介質(zhì)的熔鹽爐中進行。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到設定溫度的熔鹽爐中,加熱攪拌,反應一定時間后取出鋼彈。冷卻后打開鋼彈,取出漿液,對漿液進行液固分離,所得赤泥濾餅用熱水充分洗滌后烘干,測定其中Al2O3和SiO2質(zhì)量分數(shù),計算Al2O3相對溶出率;測定濾液中硫質(zhì)量濃度,計算硫溶出率。

        脫硫精礦溶出性能評價指標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溶出率表示,計算公式為[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,硫溶出率計算公式為[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)量分數(shù),%。

        2 試驗結(jié)果與討論

        在拜耳工藝溶出鋁土礦過程中,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:硫化物和硫酸鹽的形態(tài),溶出溫度和時間,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、溶出時間60 min條件下,溶出分子比對脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗結(jié)果如圖1所示。

        圖1 溶出分子比對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。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)效率等問題,確定適宜的溶出分子比為1.45左右。

        2.2 石灰加入量對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 ℃,溶出時間60 min,石灰加入量對脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗結(jié)果如圖2所示。

        圖2 石灰加入量對脫硫精礦溶出性能的影響

        2.3 溶出溫度對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%,溶出時間60 min,溶出溫度對脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗結(jié)果如圖3所示。

        圖3 溶出溫度對脫硫精礦溶出性能的影響

        由圖3看出:溫度低于265 ℃時,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,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 溶出時間對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 ℃,溶出時間對脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗結(jié)果如圖4所示。

        圖4 溶出時間對脫硫精礦溶出性能的影響

        由圖4看出:隨溶出時間延長,氧化鋁和硫溶出率均提高;溶出60 min時,氧化鋁溶出率達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,確定適宜的溶出時間為60 min。

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

        溶出溫度265 ℃,溶出時間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)量濃度對對脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗結(jié)果如圖5所示。

        圖5 循環(huán)母液苛性堿質(zhì)量濃度對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;當循環(huán)母液Na2Ok質(zhì)量濃度為235 g/L時,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。進一步提高母液Na2Ok質(zhì)量濃度雖可降低硫溶出率,但卻會增加蒸發(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)量分數(shù)較高,硫以黃鐵礦形式存在,在拜耳法溶出氧化鋁過程中,黃鐵礦溶解進入母液,對后續(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。

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