高硫铝土矿微波脱硫溶出试验.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 2 3 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i m n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 3 ．0 0 7 高硫铝土矿微波脱硫溶出试验 梁佰战，陈肖虎，冯鹤，唐晓宁，韩涛 贵州大学材料与冶金学院，贵阳5 5 0 0 0 3 摘要采用微波焙烧脱硫工艺研究了微波加热温度、微波加热时间和矿物粒度对高硫铝土矿中硫含量的 影响及氧化铝溶出率的影响；并且依据原矿和微波处理后铝土矿的X R D 谱，探讨了高硫铝土矿的脱硫 机理。结果表明微波加热温度为6 5 0 “ C 、微波加热时间为5m i n 、矿物粒度为0 ．0 9 5 ～0 ．0 7 6m m 时，高 硫铝土矿的硫含量可以从4 ．1 5 ％降低到0 ．3 7 ％；在试验条件下，可以使氧化铝的溶出率从8 0 ．4 ％提高 到9 8 ．7 ％。 关键词高硫铝土矿；微波；脱硫；溶出率 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 2 0 1 1 0 3 0 0 2 3 0 4 T e s to fD e s u l f u r i z a t i o nb yM i c r o w a v ea n d D i g e s t i o no fH i g hS u l f u rB a u x i t e C H E NX i a o - h u ，L I A N GB a i z h a n ，F E N GH e ，T A N GX i a o - n i n g ，H A NT a o 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 yG 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 ee f f e c to fh e a t i n gt e m p e r a t u r e ，h e a t i n gt i m ea n dm i n e r a ls i z eo ns u l f u rc o n t e n ta d o p t i n gt h e p r o c e s so fm i c r o w a v ed e s u l f u r i z a t i o na n dd i g e s t i o np e r f o r m a n c eo fb a u x i t ea r es t u d i e d a n da c c o r d i n gt o X R Ds p e c t r ao fr a worea n do r ed e a l tw i t hm i c r o w a v e 。t h ed e s u l f u r i z a t i o nm e c h a n i s mo fh i g hs u l f u rb a u x i t e a r ea l s od i s c u s s e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a ts u l f u rc o n t e n to fh i g hs u l f u rb a u x i t ei Sd e c r e a s e df r o m4 ．150 At o 0 ．3 7 ％i nm i c r o w a v eh e a t i n gt e m p e r a t u r e6 5 0 ℃，m i c r o w a v eh e a t i n gt i m e5m i n ，m i n e r a ls i z e0 ．0 9 5 ～ 0 ．0 7 6m m ；u n d e re x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，d i g e s t i o no fa l u m i n ac a nb ep r o m o t e df r o m8 0 ．4 ％t o9 8 ．70 A ． K e y w o r d s H i g hs u l f u rb a u x i t e ；M i c r o w a v e ；D e s u l f u r i z a t i o n ；D i g e s t i o nr a t e 在铝土矿溶出过程中，含硫矿物被碱液分解，硫 以S 2 _ 、s 。0 。2 _ 、S O 。2 ．、S O 。2 l 、S 2 卜等形式进入铝 酸盐溶液。这样不仅造成碱液损失，降低氧化铝溶 出率 等‘1 。 作‘3 一 还会腐蚀钢制设备和在蒸发器、溶出器内结疤 2 1 。国内外针对铝土矿脱硫做了不少研究工 ] ，提出了不少脱硫的方法，但是这些方法不是 工艺流程长就是能耗高，进而导致生产成本较高。 微波作为一种电磁波，不仅可以传输信号，还可以传 输能量[ 8 ] 。在微波照射物体时，微波会被物体吸收， 物体吸收的微波会转化为热能，物质被加热。与常 规加热不同，微波加热具有速度快、加热均匀、选择 加热等优点哺] 。而有关利用微波加热高硫铝土矿脱 作者简介梁佰战 1 9 8 3 一 ，男，陕西富平人，硕士研究生． 硫的文献报道的很少。 本试验主要研究微波脱硫的效果和对氧化铝溶出 率的影响，并且对高硫铝土矿脱硫的机理进行讨论。 1试验 1 ．1 试验原料 试验所用的高硫铝土矿为重庆某矿区高硫铝土 矿，主要化学成分 ％ A 1 2 0 36 8 ．6 1 、S i 0 。7 ．8 1 、 F e 2 0 35 ．6 9 、S4 ．1 5 、T i 0 22 ．5 2 。 将高硫铝土矿破碎后，经盘磨、球磨，使其细磨 成不同的粒度。最后放入烘箱中，干燥备用。 用一定量的分析纯N a O H 和A 1 0 。配制溶出 万方数据 2 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 液，其中N a 。O k 为2 2 0g ／L 、A 1 2 0 。为1 0 0g ／L 。 1 ．2 试验方法 用电子天平称取干燥好的高硫铝土矿1 0g 于 1 0 0m L 的瓷坩埚中，然后将其置于A M P S 0 9 1 5 3 6 1 5 T 工业微波炉中，在微波频率2 ．4 5G H z 、功率 3 ．2k w 的条件下加热；加热完成后，用H C S - 1 4 0 红 外碳硫仪测定处理过的铝土矿中所含的硫，对原铝 土矿和微波处理铝土矿进行分析。 根据高硫铝土矿的组成特点 A ／S 8 ．8 。本 试验在相应提高碱液浓度和溶出温度的前提下，依 据拜耳法生产氧化铝的原理，对铝土矿进行溶出试 验。在溶出温度为2 3 0 ℃、N a 。O k 浓度2 2 0g ／L 、石 灰添加量7 ．6 ％、溶出时间9 0m i n 的溶出条件下， 使用盐浴加热的钢弹溶出器对原铝土矿和脱硫后的 铝土矿进行溶出试验。溶出过程结束后，把溶出液 与赤泥分离，然后测定赤泥中氧化铝含量。 2 结果与讨论 2 ．1 铝土矿预脱硫 2 ．1 ．1 微波加热温度和时间对硫含量的影响 微波加热温度和时间与硫含量之间的关系见图 1 。从图l 可看出，微波加热温度越高，脱硫量越大， 脱硫速率就越快；在o ～2r a i n ，随着温度的升高，脱 硫量比较大，硫含量的变化越来越明显；在2 ～4 r a i n ，硫含量的变化很缓慢，微波加热温度对铝土矿 中硫含量的影响不是很明显；6r a i n 后，硫含量变化 开始趋于平缓。这可能是因为微波加热是一种快 速、均匀、选择性的加热方法，它可以选择性地使被 加热的高硫铝土矿中含硫化合物在较短的时间升高 图1 微波加热温度与硫含量关系 F i g ．1R e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i c r o w a v eh e a t i n g t e m p e r a t u r ea n ds u l f u rc o n t e n t 到一定的温度，从而达到脱硫的目的。 2 ．1 ．2 矿物粒度对硫含量的影响 高硫铝土矿粒度与硫含量之间的关系见图2 。 从图2 可知，在微波加热温度及其他试验条件相同 的情况下，不同的高硫铝土矿粒度对应的硫含量变 化不同，但是高硫铝土矿粒度对硫含量变化的影响 不是很大。在O ～3r a i n ，粒度对硫含量变化的影响 相对比较明显，粒度越小，脱硫量就越大；从3r a i n 开始，硫含量对矿物粒度依附开始变得越来越弱了； 在3 ～5r a i n ，高硫铝土矿粒度对硫含量的影响非常 小。这主要是由于与传统的“由表及内”的加热方 式相比，微波可以使高硫铝土矿颗粒的表面和内部 同步受热，这就使得矿物粒度对升温速度的影响非 常小。 毋 、 蛔 把 嫱 图2 矿物粒度与硫含量关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i n e r a l s i z ea n ds u l f u rc o n t e n t 2 ．2 铝土矿溶出 影响铝土矿溶出的因素比较多，并且各种因素 对铝土矿溶出都有不同的影响。为了使试验结果具 有可比性，我们在控制相应试验条件不变的前提下， 在溶出温度为2 3 0 ℃，N a z O K 一2 2 0g ／L ，石灰添加 量7 ．6 ％，溶出时间6 0m i n 的条件下，对脱硫的高 硫铝土矿与原矿进行拜耳溶出试验。 2 ．2 ．1 微波加热温度对氧化铝溶出率的影响 氧化铝的溶出率与微波加热温度之间的关系见 图3 ，从图3 可看出在相同的溶出条件下，高硫铝 土矿经微波加热脱硫处理后，氧化铝的溶出率显著 提高；随着微波加热温度的升高，氧化铝的溶出率从 8 0 ．4 ％升高到9 6 ．7 ％，但当微波加热温度为5 0 0 ℃ 时，氧化铝的溶出率反而降低；并且在5 0 0 ℃以后， 随着微波加热温度的升高，氧化铝的溶出率变的越 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 来越小。这可能是因为随着微波加热温度的升高， 高硫铝土矿致密的组成结构发生变化，改善高硫铝 土矿的反应活性，使得其氧化铝溶出率大大提高；但 是当温度过高时，高硫铝土矿里面矿物成分之间发 生烧结团聚，使其组成结构更加致密，从而影响了氧 化铝的溶出率。 冰 、 甜 丑 缝 笨 篁 囊c 图3 微波加热温度与氧化铝溶出率的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i c r o w a v eh e a t i n g t e m p e r a t u r ea n dl e a c h i n gr a t eo fa l u m i n a 2 ．2 ．2 矿物粒度对氧化铝溶出率的影响 高硫铝土矿粒度对氧化铝溶出率的影响见图 4 。从图4 可看出，随着高硫铝土矿粒度的减小，氧 化铝溶出率增加。在矿物粒度为0 ．1 5 0 ～0 ．1 2 4 m m 和0 ．1 2 4 ～0 ．1 0 5 m m 时，矿物粒度对氧化铝的 溶出率影响非常小；当矿物粒度变为0 ．1 0 5 ～o ．0 9 5 m m 时，氧化铝率溶出率开始显著增加，并且在矿物 粒度为0 ．0 8 5 ～0 ．0 7 6m m 时，氧化铝溶出率达到 9 8 ．7 ％。其原因主要是矿物粒度越小，其比表面积 就越大，使得高硫铝土矿与碱液接触面积增大，从而 在一定程度上改善了氧化铝的溶出率。 术 、 哥 丑 靛 藤 篁 旃 o ．1 5 0 一O ．1 2 4 0 ．1 2 4 棚1 0 5 0 ．1 0 5 0 ．0 9 5 0 ．0 0 5 - 0 ．0 8 5 0 ．0 8 5 - 0 ．0 7 6 矿物粒度／n a n 图4 矿物粒度与氧化铝溶出率的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i n e r a ls i z ea n d l e a c h i n gr a t eo fa l u m i n a 2 ．3 脱硫机理 在微波频率2 ．4 5G H z 、功率3 ．2k w 的条件 下，对高硫铝土矿粒度都为0 ．0 9 5 ～0 ．0 7 6m m 的铝 土矿进行微波加热处理，然后对原矿和处理后的高 硫铝土矿进行物相分析，结果见图5 。 微波处理铝土矿．▲A I O O H 1 02 1 3 0 4 05 06 07 08 0 1 02 0“J4 f lj J“J 8 0 ．2 0 ／ 。 2 0 ／ 。 图5 原矿和微波处理铝土矿X R D 谱 F i g ．5 X R D p a t t e r no fr a w o r ea n db a u x i t et r e a t e db ym i c r o w a v e 从图5 可知，硫元素在高硫铝土矿中主要是以 黄铁矿的形式存在；除了黄铁矿等成分外，微波处理 铝土矿中其它矿物成分基本与原矿一样。这可能是 由于铝土矿是一种非同质的混合物，铝土矿中的不 同矿物成分吸收微波的能力存在差异。用微波照射 铝土矿时，铝土矿中的一些组分选择性地吸收，其中 黄铁矿等成分相对于的其它组分来说，能够优先吸 收微波，这就使得高硫铝土矿中的黄铁矿加热速度 较快。加热温度达到一定程度，黄铁矿分子就与铝 土矿颗粒表面吸附或夹杂的氧气分子、空气中的氧 气分子发生反应，生成气态化合物逸出铝土矿。脱 硫过程中可能涉及的反应[ 9 - - 1 0 ] 如下 2 F e S 2 2 F e S S 2 1 S 0 2 一S 0 2 2 万方数据 2 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年3 期 F e S 2 0 2 一S 0 2 F e S 4 F e S 7 0 2 4 S 0 2 2 F e 2 0 3 4 F e S 2 1 1 0 2 8 S 0 2 2 F e 2 0 3 3结论 3 4 5 1 微波加热温度和时间对铝土矿中硫含量的 影响比较大，特别是微波加热温度；而矿物粒度对硫 含量的影响很小。在矿物粒度为0 ．0 9 5 ～0 ．0 7 6 m m 、微波加热温度6 5 0 ℃、微波加热时间5r a i n 条 件下，可以使铝土矿中的硫含量降至0 ．3 7 ％； 2 微波加热温度、微波加热时间和矿物粒度都 对氧化铝的溶出率有一定程度的影响，其中微波加 热温度对氧化铝的溶出率影响较为明显，存在一个 最佳的微波加热温度点； 3 在微波加热脱硫的过程中，铝土矿的结构发 生了较大的改变。增大了铝土矿颗粒的孔隙率和溶 出反应的表面积，氧化铝的溶出率从8 0 ．4 ％提高到 9 8 ．7 ％。 参考文献 [ 1 ] 王延明，龙远志，杨重愚．氧化铝生产工艺学[ M ] ．修订 版，北京冶金工业出版社，1 9 9 3 6 3 6 5 ． [ 2 ] 毕诗文，杨毅宏，李殿峰，等．铝土矿的拜耳法溶出[ M ] ． 北京冶金工业出版社，1 9 9 6 6 2 ． [ 3 ] 吕国志，张延安，鲍丽，等．高硫铝土矿流化焙烧脱硫及 对溶出性能的影响[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 8 ，2 8 6 5 8 6 1 ． [ 4 ] 何润德，胡四春，黎志英，等．用高硫型铝土矿生产氧化 铝过程中湿法除硫方法讨论[ J ] ．湿法冶金，2 0 0 4 ，2 3 6 6 6 8 ． [ 5 ] P a d i l l aR ，V e g aD ，R u i zMC ．P r e s s u r el e a c h i n go fs u l f i d i n z e dc h a l c o p y r i t ei ns u l f u r i ca c i d o x y g e nm e d i a [ J ] ． H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 7 ，8 6 1 ／2 8 0 一8 8 ． [ 6 ] 戚立宽．低品位和高硫铝土矿的处理法[ J ] ．轻金属， 1 9 9 5 1 1 4 1 6 ． [ 7 ] 何璞睿，车蓉，田忠良，等．从工业铝酸钠溶液中湿法除 硫工艺研究[ J ] ．湿法冶金，2 0 0 1 4 1 8 6 1 9 0 ． [ 8 ] 周希朗．电磁场理论与微波技术基础 下册 [ M ] ．南 京东南大学出版社，2 0 0 5 1 5 ． [ 9 ] 张虹，张春生．黄铁矿自然机理及其预防[ J ] ．铜业工 程，2 0 0 4 3 5 3 5 4 ． [ 1 0 ] 易平贵，俞庆森，宗汉兴．黄铁矿化学脱硫的热力学分 析[ J ] ．煤炭转化，1 9 9 9 ，2 2 1 4 7 5 2 ． 万方数据