钡盐脱硫渣合成铝酸钡及循环利用.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 1 7 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 8 ．0 0 5 钡盐脱硫渣合成铝酸钡及循环利用 韦钰，李军旗，陈朝轶，王家伟，赵平原 贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳5 5 0 0 0 3 摘要对钡盐脱硫渣火法合成铝酸钡进行了热力学分析，并探讨其合成的最优条件。试验结果表明在 焙烧时间8 0r a i n 、焙烧温度14 0 0 ℃、A h O ，／B a O 分子比1 ．1 的条件下，合成率可达9 6 ％，合成铝酸钡用 于脱硫剂循环利用。脱硫率可达8 0 ％。 关键词钡盐；脱硫渣；铝酸钡；合成；循环利用 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 - 7 5 4 5 1 2 0 1 1 0 8 - 0 0 1 7 - 0 4 S y n t h e s i so fB a r i u mA l u m i n a t eU s i n gB a r i u mS a l to f D e s u l f u r i z a t i o nS l a ga n dI t sC y c l i n g W E IY u ，L iJ u n q i ，C H E NC h a o y i ，W A N GJ I a w e i ，Z H A OP i n g - y u a n C o l l e g eo fM a t e r i a l sa 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 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h et h e r m o d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fs y n t h e s i z i n gb a r i u ma l u m i n a t eu s i n gb a r i u ms a l to fd e s u f f u r i z a t i o n s l a gw e r ea n a l y z e d ，a n dt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si nt h er e a c t i o np r o c e s sw e r ed i s c u s s e d ．T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h eo p t i m a ls y n t h e s i sc o n d i t i o n sf o rt h er o a s t i n gt i m eW S S8 0m i n 。t h er o a s t i n gt e m p e r a t u r ew 聃14 0 0 ℃a n dm o l e c - u l a rp r o p o r t i o no fA 1 20 3 ／B a Ow a s1 ．1 ．T h ee f f i c i e n c yo fs y n t h e s i sw 嬲9 6 ％，t h es y n t h e s i z e db a r i u ma l u m i n a t e c o u l db eu s e da 8d e s u l f u r a t i n g a g e n tf o rc y c l i n gu t i l i z a t i o n ．a n dt h er a t eo fd e s u l f u r i z a t i o nw a s8 0 ％． K e yw o r d s B a r i u ms a l t ；D e s u l f u r i z a t i o ns l a g ；B a r i u ma l u m i n a t e ；S y n t h e s i s ；C y c l i n gu t i l i z a t i o n 由于国内氧化铝产量大幅度增长导致对铝土 矿需求量的急剧增加，高品位铝土矿储量日渐减少， 有必要加大对高硫铝土矿的资源利用量⋯。我国 高硫铝土矿现有储量约1 ．5 亿吨，其中硫在溶出过 程中会以S O ，2 ‘、S O 。卜、S 一、S 0 ，卜等形态存在，造 成铝酸钠溶液的污染，进而影响溶出工艺口。。，脱硫 成为关键解决的问题。而在脱硫过程中产生的钡盐 废渣具有较高的附加值。对其综合回收利用具有一 定的现实意义。为此，对钡盐脱硫渣火法合成铝酸 钡进行热力学分析并优化合成工艺，合成的铝酸钡 作为脱硫剂循环利用，脱硫率可达8 0 ％左右，为其 工业化研究和生产提供了理论基础和指导。 基金项目贵州省科学技术基金项目 黔科合J 字[ 2 0 0 9 ] 2 2 2 5 号 作者简介韦钰 1 9 8 6 ． 。女。责州习水人，硕士． 1试验部分 1 ．1 试验原料 本试验以自制的钡盐脱硫渣为原料，通过对X 射线衍射图谱分析，种分母液中的脱硫渣主要以 B a C O ， 7 3 ％ 、B a S O 。 2 5 ％ 为主，此外还有很少量 的A 1 0 ，及F e 0 ，。种分母液和赤泥洗水都取自贵 州铝厂拜耳系统，采用贵州铝厂氢氧化铝粉。 1 ．2 试验设备和工艺流程 主要设备A R l l 4 0 ／C 型电子天平、S X 3 8 1 6 型硅钼棒箱式电炉、W R T 一3 P 型微量热天平、D ／m a x 一 3 A 型X 射线衍射仪、1 0 1 ．1 A B S 型电热恒温干燥箱 等。 种分母液脱硫渣合成铝酸钡的循环利用工艺如 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 图1 所示。 皋 申 图1 种分母液脱硫渣循环利用工艺图 F i g ．1 T h er e c y c l i n gp r o c e s so fp r e g n a n t s o l u t i o nw i t hd e s u l f u r a t i o nr e s i d u e 1 ．3 研究方法 通过计算出脱硫渣和氢氧化铝的配量，按一定 比例在研钵内充分混合均匀，用陶瓷盛器装入放于 马弗炉中焙烧，考查单因素条件的影响。试验分析 采用减重法H 1 ，即以反应物煅烧前后的酌减量为基 础对铝酸钡的合成率进行分析，根据试验原料的特 点及反应机理，反应物焙烧前后的酌减量是氢氧化 铝失去结晶水、碳酸钡分解产生的二氧化碳和硫酸 钡分解产生的三氧化硫，即为气体和水的失去量。 1 ．4 试验原理和理论分析 火法合成铝酸钡主要利用硫酸钡和碳酸钡在高 温下分解出氧化钡后，再与氢氧化铝反应生成铝酸 钡o “ B a C 0 3 2 A I O H 3 B a O A 1 2 0 3 C 0 2t 3 H Ot B a S 0 4 2 A 1 O H 3 B a O A 1 2 0 3 S 0 3t 3 H Ot 根据文献‘】，氧化钡与氧化铝在高温下主要发 生以下反应 B a O A 1 2 0 3 B a O A 1 2 0 3 3 B a O A 1 2 0 3 3 B a O A 1 2 0 3 在13 0 0o C 左右主要生成B a O A 1 O ，，常压下， 该反应的G i b b s 自由能为 A C ； A H ；一勉s ； △研 △砖8 L 8 A C p d T ‘衅瑙‰ I r 8 争r △砖。 泓睇，。 一 三△磁，。 。 △．s 笔。 三△| s 器。 一 三△．s ‰ ， A C ， 三C P 2 一 三C ， I 反应物及产物的标准摩尔定压容可表示为 c ．。 口 b T c T 。2 表1 为相关物质的热力学数据⋯。 表1 相关物质的热力学数据 T a b l e1 T h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r so fs o m em a t t e I S 物质 一△％s △s ‰一△G 9 I 竺 竺 墨 ／ I d m o l - 1 ／ J t o o l 一K 一1 ／ k J t o o l ‘1 B b 1 0 qc 1 0 ’ B a O 5 4 8 ．1 07 2 ．0 75 2 0 ．4 15 3 ．3 0 44 ．3 5 18 ．2 8 4 A 1 2 0 ， 16 7 5 ．7 05 0 ．9 215 8 2 ．2 81 2 0 ．5 1 69 ．1 9 24 8 ．3 6 0 B a O A 1 2 0 j 23 2 7 ．5 61 4 8 ．5 3 0 1 5 9 ．9 1 2 2 2 ．1 3 33 6 ．8 1 9 3 B a O A 1 2 0 ，35 2 2 ．5 13 0 1 ．2 502 6 6 ．5 2 13 0 ．8 3 65 3 ．4 3 0 通过计算可得 行，而且进行得很彻底‘“ 。 ．△置∽’ 9 ‘一9 1 9 ．x 1 0 4 ．- 8 8 ．2 0 1xrr28314．T139 0 8TXI nT0585 9X1 0 - 305 2试验结果与讨论 ．一．．r r 2 一． ⋯⋯⋯⋯ 1 ．9 8 3 1 0 4 T ～ 2 ．1 单因素试验 可知，13 9 8K 时的吉布斯自由能△c 1 3 9 8 单因素试验结果见表2 。 一7 9 3 ．5 4k J ／m o l ，远小于0 ，反应不仅能自发进 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 1 9 表2 表明，同等条件下，随着温度的升高，酌减 量逐渐增加，反应越完全，但是温度过高将有其他类 型分子比物质生成，使铝酸钡的有效合成含量减 少一1 ，14 0 0 ℃为较佳合成温度。随着时间增加，酌 减量也增加，又考虑能耗因素，8 0r a i n 为较佳时间。 而分子比在1 ．1 时，酌减量达到最大值，超过1 ．1 后 呈减少趋势，故分子比1 ．1 为较佳值。 2 ．2 正交试验结果 以铝酸钡合成率为考核指标，选用L 9 3 4 正交 试验进行试验。考察温度、A l O ，／B a O 分子比及时 间的影响们。因素及水平的选取为A 温度 12 0 0 ℃、l3 0 0 ℃、l4 0 0 ℃ 、B 时间 8 0r a i n 、1 0 0r a i n 、 1 2 0m i n 、C 分子比 1 ．0 、1 ．1 、1 ．2 。正交试验结果 见表3 。 表3 正交试验结果 T a b l e3T h er e s u l to fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t 牟号 A 温度B 时间c 分子合成率 ／℃／r a i n 比 ／％ ll2 0 08 01 ．09 0 ．6 7 2l2 0 01 0 01 ．19 2 ．7 4 3l2 0 01 2 01 ．29 3 ．2 2 413 ∞8 01 ．19 3 ．7 5 5l3 0 01 0 01 ．29 3 ．5 3 6l3 0 01 2 01 ．O9 4 ．0 7 7l4 0 08 01 ．29 6 ．4 7 8 ．14 0 01 0 01 ．0 9 5 ．8 3 9l4 0 01 2 01 ．19 6 ．7 8 I j 2 7 6 ．6 32 8 0 ．8 92 8 0 ．5 7 I q 2 8 1 ．3 52 8 2 ．1 02 8 3 - 2 7 ∑n 8 4 7 ．0 6 I I I j 2 8 9 ．0 82 8 4 ．0 72 8 3 ．2 21 12 9 4 1 1 8 墨 竺 从表3 可看出，对铝酸钡合成率影响最大的是 温度，其次是时间，影响最小的是分子比。根据极差 分析计算得出，最佳条件是A 3 8 3 C 3 ，考虑经济成本 和能耗，选取最佳合成条件为温度14 0 0 ℃、时间 8 0m i n 、分子比1 ．1 。得回归方程为 q 5 ．0 5 1 0 5 于一0 ．1 l T 9 ．5 1 0 一t 一 0 ．1 6 t 一4 5 ．5 t 0 2 1 0 4 ．5 t o 9 9 ．5 4 把最佳条件带入回归方程后得q 9 7 ．1 3 ％。 最终的铝酸钡产品送往中铝贵州分公司轻研所分析 表明，合成渣团物相主要为铝酸钡，合成率到达 9 6 ％。 2 ．3 脱硫试验 铝酸钡在铝酸钠溶液中进行脱硫，主要发生如 下化学反应‘⋯ B a A l 2 0 4 N a 2 S 0 4 4 H 2 0 B a S 0 4J ， 2 N a A I O H ． B a A l 2 0 4 N a 2 C 0 3 4 H 2 0 B a C 0 3 上4 - 2 N a A I O H ． 将试验合成的铝酸钡用于脱硫试验m3 ，结果表 明当铝酸钡的添加量为1 0 0 ％、时间2 0r a i n 、温度 6 5 ℃时，脱硫率达到8 0 ％。 3结论 1 热力学分析表明，在种分母液脱硫得到的脱 硫渣中加入氢氧化铝粉末合成铝酸钡是可行的，反 应进行的比较彻底； 2 合成铝酸钡的最佳合成条件焙烧时间8 0 r a i n 、温度14 0 0 ℃、A 1 2 0 3 ／B a O 分子比1 ．1 ，合成率 高达9 6 ％。并实现脱硫剂的循环利用，脱硫率为 8 0 ％。 参考文献 [ 1 ] 李吴．中国铝土矿资源产业可持续发展研究[ D ] ．北 京中国地质大学，2 0 1 0 ． [ 2 ] C a t h e r i n eB l o u n tM ，D o n gH y u nK i m ，J o h nLF M c o n e r ． T r a n s p a r e n tt h i n f i l mT i 0 2p h o t o e a t a l y s t aw i t hh i g l la c f i v i f f [ J ] ．E n v i r o nS c iT e c h n o l ，2 0 0 1 ，3 5 1 4 2 9 8 8 2 9 9 4 ． [ 3 】C A M 0 1 ∞U I E H K OBM ，马劳其．硫从铝土矿向铝酸盐溶 液的转移[ J ] ．轻金属，1 9 8 6 1 0 2 1 2 4 ． [ 4 ] 何润德，田忠良．铝酸钡的合成条件研究[ J ] ．贵州工 业大学学报．2 0 0 0 。2 9 4 3 3 3 6 ． [ 5 ] 何润德，曾国栋，胡四春．高硫高铝矿拜耳溶液除硫 剂铝酸钡的合成[ J ] ．有色金属。2 0 0 6 ，5 8 3 6 6 万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 6 9 ． [ 6 ] Z h o n gC h u n c h u n ，D u n c a nS ，C h a w l aKK ，e t a l ．C h a r a c t e r i z a t i o no fi n t e d a c i a lr e ∽t i o np r o d u c t si na l u m i n af i b e r ／ b a r i u mz i r ．c o n a t ec o a t i n g ／a I u m i n am a t r i xc o m p o s i t e [ J 】． M a t e r i a l sC h a r a c t e r i z a t i o n ，2 0 0 2 ，4 8 3 0 5 3 1 4 ． [ 7 ] 叶大伦，胡建华．实用无机物热力学数据手册[ M ] ．北 京冶金工业出版社，2 0 0 2 2 6 1 3 5 ． [ 8 ] 黎志英，张念炳，权变利．用碳酸钡和氢氧化铝合成铝 酸钡机制研究[ J ] ．中国稀土学报，2 0 0 8 ，2 6 s p o c ．i s - 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