粒度对高硫铝土矿焙烧脱硫的影响.pdf

2 0 1 5 年第5 期有色金属 冶炼部分 h t t p ；／妇s y l ．b g r i m m ．c n 3 3 d o i l o ．3 9 6 9 ／j ．i 辎n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 5 ．0 0 9 粒度对高硫铝土矿焙烧脱硫的影响 张曼，陈朝轶，李军旗，赵聪 贵州大学材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 2 5 摘要在不同矿石粒度下，探究焙烧预处理对矿石宏观形貌、粒度分布、硫含量、物相结构及矿物微观形 貌的影响。结果表明，较粗粒径的盘磨矿的焙烧效果优于较细粒径的球磨矿；焙烧后矿石粒度有细化的趋 势，其中盘磨矿中的黄铁矿被氧化成赤铁矿，颗粒变得较为疏松，球磨矿中含有微量的磁铁矿；在7 0 0 ℃、 3 01 1 1 i n 的焙烧条件下，矿石的硫含量从2 ．3 ％降低至o ．4 8 ％，满足工业生产要求。 关复词高硫铝土矿；焙烧；脱硫；粒度 中圈分类号T F 8 2 1文献标志码A文章缩号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 5 0 0 3 3 一0 4 E f f e c to fP a r t i c I eS i z eo nR o a s t i n gD e s u l f u r i z a t i o no fH i g I l - s u l f u rB a u x i t e Z H A N GM a n ，C H E NC h a o y i ，L IJ u n q i ，Z H A OC o n g s c h o o lo fM a t e r i a l s8 n dM e t a l l u r g y ，G u i z h o uU n i v e r s i t y ，G u i y a n g5 5 0 0 2 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fr o a s t i n gp r e t r e a t m e n to nm a c r om o r p h o l o g y ，p a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n ， s u l f u r c o n t e n t ，p h a s es t r u c t u r ea n dm i n e r a lm i c r o s t r u c t u r ew e r ei n v e s t i g a t e db a s e do nd i f f e r e n tp a r t i c l es i z eo f h i g h s u l f u rb a u x i t e ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt h er o a s t i n ge f f e c to fc o a r s ep a r t i c l es i z eo fm i l l s t o n e - m i l l i n gi s b e t t e rt h a nt h a to ff i n e rg r a i ns i z eo fb a l l m i l l i n g ．0 r ep a r t i c l es i z eh a sat e n d e n c yt ob er e f i n e da f t e r r o a s t i n g ．P y r i t ei nm i l l s t o n e - m i l l i n go r ei so x i d i z e dt oh e m a t i t e ，a n dp a r t i c l e sb e c o m er e l a t i V e l yl o o s e ． B a l l g r i n d i n go r ec o n t a i n st r a c em a g n e t i t e ． S u l f u rc o n t e n ti nc a l c i n i n gd e c l i n e sf r o m2 ．3 ％ t oO ．4 8 ％w i t h r o a s t i n ga t7 0 0 ℃f o r3 0m i nw h i c hs a t i s f i e di n d u s t r i a lp r o d u c t i o nr e q u i r e m e n t ． K e yw o r d s h i g h - s u l f u rb a u x i t e ；r o a s t i n g ；d e s u l f u r i z a t i o n ；p a r t i c l es i z e 我国现有铝土矿资源丰富n ] 。但随着我国铝工 业持续快速发展，优质铝土矿资源日渐减少[ 2 。5 ] ，因 此必须对高品位高硫铝土矿进行充分利用。但高硫 铝土矿中的硫对氧化铝生产过程产生苛性碱损失、 钢铁设备腐蚀、赤泥沉降性能变差等不良影响c 6 。7 ] 。 因此，要利用这部分高品位矿生产氧化铝，首先要解 决脱硫问题。一般的处理方法是先将铝土矿进行盘 磨和球磨，然后进行焙烧脱硫[ 8 ] ，矿石粒度较细，透 气性较差，往往出现“过烧”与“欠烧”的问题，生成的 含硫气体不能及时排出。本试验对此进行了改进和 创新，主要是将铝土矿先进行盘磨，然后焙烧，在焙 烧过程中控制焙烧温度和时间，最后进行细磨。这 种方法的创新之处在于，矿物细化，可磨性提高，活 性增强[ 6 ] 。将焙烧脱硫后的矿石再进行细磨，不仅 可以降低磨矿能耗，减少焙烧过程的粉尘污染，还产 生机械活化的作用，改善溶出性能。 1 试验原料与方法 1 ．1 试验原料 试验用高硫铝土矿取自贵州省清镇地区，化学成 收稿日期2 0 1 4 1 2 2 2 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 2 6 4 0 0 6 ，5 1 4 7 4 0 7 9 ；贵州省科技厅国际合作项目 G [ 2 0 1 3 ] 7 0 0 7 ；贵州省校合作项目 L H [ 2 0 1 4 ] 7 6 0 9 ；贵阳市科技局项目 [ 2 0 1 2 1 0 3 ] 6 9 ，2 0 1 2 2 0 5 6 4 ；贵州省教育厅项目 黔教合重大专项字[ 2 0 1 2 ] o 0 0 2 作者简介张曼 1 9 8 9 一 ，女，江苏人，硕士研究生；通信作者陈朝轶 1 9 7 7 一 ，男，贵州人，副教授． 万方数据 3 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第5 期 分 ％ S2 ．3 0 、A 1 20 36 9 ．2 8 、S i 0 28 ．6 5 、F e 20 33 ．1 4 、 T i 0 22 ．8 0 ，A ／S 一8 ．0 1 。该矿的Ⅺm 物相分析 图1 结果表明，硫主要以黄铁矿形式存在；含铝矿物主要 是一水硬铝石，其余的铝赋存在高岭石等铝硅酸盐矿 物中；另外还有一定量的黄铁矿、钛铁矿和石英。 1 02 03 4 05 6 0 7 0 8 09 0 2 们 。 图1原矿X R D 谱 F i g ．1 X R Dp a t t e r no fr a wo r es a m p l e 1 ．2 试验方法 样品矿石破碎，再经盘磨机及球磨机磨细至 一O ．8 3m m 占7 0 ％～8 0 ％及一O ．0 7 4 m m 占7 0 ％～ 8 0 ％两种粒度 以下简称盘磨矿及球磨矿 ，分别称 取5 0g 平铺于同种瓷盘中，同时放入电阻炉内进行 焙烧 7 0 0 ℃，6 0m i n ，空气流量6 0 0m L ／m i n 。探 讨焙烧预处理对矿石宏观形貌、可磨性、化学成分、 物相结构及微观形貌的影响。 2 试验结果与分析 2 ．1 宏观形貌分析 在高温焙烧的条件下，高硫铝土矿中的氧化铝、 a 原矿 黄铁矿等物质发生变化，转变为其他形态或新的物 质，同时，高温破坏了矿石的晶相结构，使得矿石表观 形貌发生变化。图2 为矿样焙烧前后的宏观形貌。 a 盘磨矿焙烧前； b 盘厝矿焙烧后； c 球磨矿焙烧前； d 球磨矿焙烧后 图2 矿石焙烧前后宏观形貌 F i g ．2T 订a c r o s c o p i cm o r p h O l o g ys a m p I e s b e f o r ea n da n e rr o a s t i n g 从图2 可以看出，盘磨矿焙烧后由灰色转变为 砖红色，还附有少量的褐红色颗粒 图2 b 方框所 示 ，球磨矿焙烧后为褐红色。盘磨矿焙烧后部分红 褐色的颗粒收集后检测为F e O 。。而球磨矿焙烧后 未见红褐色的颗粒物，可能是由于球磨矿粒度过细， 焙烧形成的F e O 。无法团聚，只能是微小的粉末状。 这是由于颗粒细小，透气性较差，部分黄铁矿未完全 氧化所致。除矿石颜色外，矿石粒度也发生变化，可 以用肉眼观察出明显的细化现象，球磨矿甚至出现了 严重的粉化。图3 为不同矿样的S E M 形貌。 b 盘磨矿焙烧 c 球磨矿焙烧 图3 矿样的S E M 形貌 F i g ．3 S E Mm i c r o s t r u c t u r eo fs a m p l e s 万方数据 2 0 1 5 年第5 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 5 从图3 可以看出，原矿的晶体结构较致密。当 高温焙烧后，矿石表面结构遭到不同程度的破坏，盘 磨焙烧矿的晶体表面出现了许多裂痕和细小的孔 洞，整体变得较为疏松，球磨焙烧矿晶体结构的变化 最大，高硫铝土矿中呈颗粒状的晶界消失，晶体表面 的裂纹明显增多，转变成一片一片的片层状。 2 ．2 粒度分析 称取焙烧前后的矿样各1 0 0g ，分析其粒度组 成，结果如表1 所示。 表1 矿样的粒径分布 T a b I e1P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fs a m p l eo r e ／％ 矿样 8 5 0p m 表l 结果表明，经高温焙烧后，矿石的颗粒产生 一定程度的细化。高硫铝土矿焙烧后的颗粒粒径小 于原矿，这是因为一水硬铝石型铝土矿具有矿石硬 度大、致密度高、矿石结晶完善等特点，只有在较高 的温度才能破坏这种致密的晶体结构，在高温焙烧 预处理后，矿粉表面因脱水而形成不同程度的孔隙 和裂纹，破坏了矿物颗粒间的共生体，提高矿物颗粒 表面的开裂程度，使矿石粒度有了一定程度的细化。 2 ．3 硫含量分析 将焙烧后的矿石磨细，分析其化学成分，并与原 矿对比分析。分析结果如表2 所示。 表2 焙烧矿的主要化学成分 T a b I e2C h e m i c a Ic o m p o s i t i o no fm 嬲t e do 他／％ 矿样 A 1 2 0 3S i 0 2F e 2 0 3T i 0 2 S 原矿 6 9 ．2 88 ．6 53 ．1 42 ．8 0 2 ．3 0 盘磨矿 7 4 ．6 48 ．6 34 ．5 54 ．4 91 ．0 3 球磨矿 7 2 ．5 99 ．o l4 ．6 74 ．0 51 ．1 9 由表2 可知，焙烧后的矿石中除硫含量降低外， 其它主要成分的含量均较原矿高，矿石铝硅比A ／S 有不同程度的提高，单从A ／S 角度而言，焙烧矿的 矿石品位升高。从理论层面讲，随着矿石粒度的减 小，矿石比表面积逐渐增大，有利于脱硫反应的进 行，脱硫效果会更好，但试验结果正好相反。 以上的焙烧条件为7 0 0 ℃、6 0m i n 、空气流量 6 0 0m L ／m i n ，虽然证实了盘磨矿的脱硫效果较好， 但表2 中硫含量大于1 ％。为了获得更好的脱硫效 果，在空气流量不变的情况下，改变焙烧条件，称取 盘磨、球磨矿各5 0g 平铺于同种瓷盘中，同时放入 电阻炉，并在以下3 组不同焙烧温度及时间的条件 下进行焙烧试验，测定焙烧后矿石的硫含量，并计算 矿石脱硫率，试验结果见表3 。 表3 矿石粒度对脱硫效果的影响 T a b I e3E f f e c to fp a r t i c I es i z eo n d e s u l f h r i z a t i o ne f f i c i e n c y ／％ 从表3 可看出，升高温度与缩短时间有利于硫 的脱除，较好的焙烧条件为7 0 0 ℃、3 0m i n 。在3 组 焙烧条件下，盘磨矿的焙烧效果均优于球磨矿。焙 烧过程中发生铝土矿颗粒磨损的现象，使铝土矿变 得疏松多孔，可以提高赤泥的沉降性能。但铝土矿 粉化造成矿石表面过于疏松反而不利于溶出，溶出 赤泥严重细化，使赤泥沉降性能大为降低[ 9 ] 。综上 所述，盘磨矿的焙烧效果优于球磨矿，在高硫铝土矿 焙烧脱硫工艺中，较粗粒度的盘磨矿更加适应工业 生产，可以在很大程度上节省磨矿过程中的能耗。 2 ．4 物相分析 对原矿及焙烧后的盘磨、球磨矿分别进行X R D 物相分析，结果如图3 所示。 1 0加3 0 4 05 06 07 08 0 2 鳅o 图3 焙烧前后矿样的X R D 谱 F i g ．3X R Dp a t t e r n so fs a m p l eb e f o r e a n da f t e rr o a s t i n g 将原矿与焙烧矿的X R D 图对比分析可知，在 7 0 0 ℃焙烧后，黄铁矿F e s 2 的衍射峰消失，产生了 赤铁矿F e 。0 。的衍射峰，说明焙烧过程中黄铁矿被 氧化生成了赤铁矿F e 0 。。同时，一水硬铝石几乎 万方数据 3 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第5 期 全部转化为a 一氧化铝，即刚玉。刚玉是一种非常 稳定的氧化铝形态，其与苛性碱的反应能力很差，溶 出条件非常苛刻。但有研究[ 1 妇表明，一水硬铝石 焙烧至5 0 0 ℃时开始脱水，其链状结构被切断， A l 0 ，O H 。一配位八面体处于悬空状态，这种结构 使得晶体的反应活性更强。同时，八面体顶角0 H 一 和0 2 一的脱除导致八面体中心的舢3 裸露出来，改善 了铝土矿的溶出性。只有当焙烧温度高于10 0 0 ℃ 时，氧化铝才能转变为稳定的无水刚玉。在5 0 0 ～ 1o o O ℃的焙烧温度范围内，氧化铝始终以较高活性 的中间过渡态存在，这对改善一水硬铝石矿的溶出 性能是极其有利的。 3结论 1 焙烧后矿石粒度有所细化，脆性增加。盘磨 矿焙烧后由灰色转变为砖红色，黄铁矿转变为赤铁 矿，球磨矿焙烧后产生微量的F e 。0 。，一水硬铝石转 化为结晶不完全的过渡形态氧化铝，溶出活性增强。 2 矿石焙烧后除硫含量降低外，主要成分的含 量均较原矿升高，矿石的品位 A ／S 也有所升高，焙 烧后矿石的晶体结构被破坏，颗粒变得较为疏松。 3 升高焙烧温度与缩短时间有利于硫的脱除， 粒径较粗的盘磨矿的焙烧脱硫效果优于粒径较细的 球磨矿，在7 0 0 ℃、3 0m i n 的焙烧条件下，矿石的硫 含量从2 ．3 ％降低至o ．4 8 ％，满足工业生产要求。 参考文献 [ 1 ] 刘巽峰，王庆生，陈有能，等．黔北铝土矿成矿地质特征 及成矿规律[ M ] ．贵阳贵州人民出版社，1 9 9 0 7 4 8 7 ． [ 2 ] 张念炳，黎志英，乔晓静，等．铝土矿低钙石灰烧结过程 热力学分析[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 1 0 1 6 1 9 ． [ 3 ] 王安建，王高尚，陈其慎，等．矿产资源需求与模型预测 [ J ] ．地球学报，2 0 1 0 ，3 1 2 1 3 7 1 4 7 ． [ 4 ] 罗建川．基于铝土矿资源全球化的我国铝工业发展战 略研究[ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 6 ． [ 5 ] 梁佰战，陈肖虎，冯鹤，等．高硫铝土矿微波脱硫溶出试 验研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 3 2 3 2 6 ． [ 6 ] 张念炳，白晨光，邓青宇．高硫铝土矿微波焙烧预处理 [ J ] ．重庆大学学报，2 0 1 2 ，3 5 1 8 1 8 5 ． [ 7 ] 陈文泪，谢巧玲，胡小莲，等．高硫铝土矿反浮选除硫加 工成合格产品试验研究[ J ] ．轻金属，2 0 0 8 9 8 1 1 ． [ 8 ] 吕国志．利用高硫铝土矿生产氧化铝的基础研究[ D ] ． 沈阳东北大学，2 0 1 0 ． [ 9 ] 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