高硫铝土矿氧化钙焙烧及溶出性能试验研究胡勋冶金工程083.docx

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高硫铝土矿氧化钙焙烧及溶出性能试验研究胡勋冶金工程083

（2012届）

本科毕业论文资料

题目名称：

高硫铝土矿氧化钙焙烧

及溶出性能试验研究

学院（部）：

冶金工程学院

专业：

冶金工程

学生姓名：

胡勋

班级：

冶金工程083

学号08495200122

指导教师姓名：

王宇菲

职称教授

最终评定成绩：

中

湖南工业大学教务处

2012届

本科毕业论文资料

第一部分毕业论文

（2012届）

本科毕业论文

题目名称：

高硫铝土矿氧化钙焙烧

及溶出性能试验研究

学院（部）：

冶金工程学院

专业：

冶金工程

学生姓名：

胡勋

班级：

冶金工程083

学号08495200122

指导教师姓名：

王宇菲

职称教授

最终评定成绩：

中

2012年5月

摘要

本试验以一水硬铝石高硫型铝土矿为原料，先在SRJX-4-13型马弗炉中进行氧化钙焙烧脱硫，测定其脱硫率；然后在GCF-3型高压釜中对原矿和各焙烧矿进行高压溶出，研究溶出液中S2-含量的变化以及不同焙烧条件对溶出性能的影响。

课题考察了氧化钙在焙烧过程中的作用以及焙烧时间，焙烧温度对焙烧、溶出过程的影响，旨在使矿石相对溶出率达到96%以上，溶出液中S2–降低至0.20g/L以下。

研究结果表明：

焙烧温度对相对溶出率和脱硫率的影响最大，焙烧时间度次之，氧化钙添加量最小；脱硫率随焙烧温度升高而加大，在焙烧时间45min-60min范围内，随时间增加而加大，而随氧化钙添加量的增加而减小；最佳焙烧温度为600℃，最佳焙烧时间为45min，最佳氧化钙添加量为1%。

；铝土矿在最优组合条件下焙烧后，二价硫离子含量为0.18g/L，相对溶出率为96.11%。

焙烧后铝土矿中硫化物型硫含量降低，加CaO效果更好，CaO起到固硫的作用而降低焙烧过程散于空气中的SO2的含量；原矿经氧化钙焙烧后溶出液中S2-的含量显著降低，矿石的溶出性能得到有效改善。

关键词：

高硫铝土矿；脱硫；氧化钙焙烧

ABSTRACT

Theexperiment,theoxidationroastingprocessofthedesulfurationfromthediasporichighsulfurbauxite，isstudiedintheSRJX-4-13muffleroastertogetthedesulfurizationrate.ThenBasedonthese,thechangeofS2-concentrationinaluminatesolutionanddifferentroastingconditionsinfluencewerestudiedbyBayerprocesswiththeGCF-3Highpressurereactor.ThesubjectexaminestheactionofCaOaswellastheroastingtemperatureandroastingtime,andwhattheytaketotheroastingexperimentandautoclavingexperiment.Thepurposeoftheexperimentistomaketheextractionrateofaluminiumover96%andtheS2--concentrationinaluminatessolutionlowerthan0.20g/L.

Theresultsshowedthattheroastingtemperatureplaysthemostontherelativedissolutionrateandthedesulfurizationrate,theroastingtimefollowedandtheamouteofCaOplaysthelast;Desulfurizationrateincreaseswiththeincreasingofroastingtemperatureandincreaseswiththeincreasingofroastingtimewhentheroasringtimeisduring45min-60min,butitdecreaseswiththeincreasingofCaOaddition;Theoptimumroastingtemperatureis600℃whilethebesttoastingtimeis45minandthebestCaOadditionis1%;Undertheseconditions,theextractionrateofaluminiumbauxitecomesupto96.11%andtheS2-concentrationinaluminatessolutionis0.18g/L.Thecontentofsulfide（mainlypyrite）reducedanddidmorewiththeadditionofCaOafterbeingroasted;CaOplayedtheroleoffixingsulfurandloweredthecontentofsulfureseparatedintheair.ItcoulddramaticallylowerS2-concentrationinaluminatesolutionandimprovedigestibilitybyroasting.

Keywords：

highsulfurbauxite；desulfuration；CaOroasting

第1章绪论

1.1铝土矿概况及研究目的

我国铝土矿资源丰富，已探明的铝土矿储量达23亿吨，其中一水硬铝石高硫型铝土矿储量达1.5亿吨。

这类矿石中以中高铝、低中硅、高硫、中高铝硅比矿石为主，且此类矿石高品位所占比例大，需加工脱硫才能应用，因此研究经济合理的脱硫方法具有巨大的潜在工业意义[1]。

对于高硫铝土矿如何合理的投入氧化铝生产工艺，人们已经做了大量研究，包括对矿石进行脱硫预处理；在氧化铝生产工艺中加入脱硫剂进行脱硫；调整生产工艺条件，抑制硫进入铝酸钠溶液，使硫生成不溶物随赤泥排脱[2]。

本文的目的主要是探索预焙烧对高硫矿的脱硫效果，以及添加剂氧化钙在焙烧过程中的作用，并且通过溶出试验研究焙烧脱硫过程对矿石溶出性能的影响。

如果能通过氧化钙焙烧方法解决高硫铝土矿用于氧化铝生产中的脱硫问题，将大大缓解氧化铝生产矿石资源紧张的局面。

1.2硫的危害及脱硫方法

1.2.1硫在铝土矿中的赋存状态

一水硬铝石型为主的高硫铝土矿中的硫主要以黄铁矿（FeS2）及其异构体白铁矿和胶黄铁矿等矿物形式存在，还存在少量的硫酸盐。

硫元素分布较集中，天然黄铁矿存在三种晶型：

立方体、五角十二面体和八面体，并以大小不等的颗粒堆积成团状，被一水硬铝石完全包裹。

少量的硫以浸染状离散分布于矿石。

此外，还有少量黄铁矿沿脉石矿物的裂隙充填成脉状[3]。

1.2.2硫对氧化铝焙烧生产工艺的危害

在氧化铝生产流程中，铝土矿中的硫会与铝酸钠溶液和苛性碱溶液反应，以硫化物、硫代硫酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐的形态进入溶液，最终转变为硫酸钠。

硫的存在破坏铝土矿的溶出性能；硫的积累使碱耗增加；种分分解率下降；引起溶液中铁离子浓度增高，氢氧化铝被污染；赤泥沉降性能变差；硫化物和硫代硫酸盐也会加剧溶液对钢铁设备的腐蚀[3,4]。

1.2.3氧化铝生产中的主要脱硫方法

目前主要脱硫方法可分为湿法和干法。

湿法包括浮选脱硫和添加脱硫剂脱硫；干法包括生料加煤和焙烧脱硫[2,5,6]。

浮选脱硫即将矿石磨到很细的程度使黄铁矿的晶面暴露出来，适量加入黄药和松醇油浮选，经过两次脱硫分出硫粗精矿和铝精矿，然后两部分铝精矿合并成综合铝精矿。

这种方法具有操作简便、选矿药剂易购、综合成本低、脱硫率和氧化铝回收率高、可综合回收利用硫等特点。

但由于铝土矿矿物可磨性的差异较大，容易导致脉石等矿物过磨甚至泥化，这些都会对黄铁矿的浮选效率产生不利影响，并降低脱硫效率[6,7]。

添加脱硫剂脱硫是基于矿石和燃料带入流程中的硫主要以Na2SO4形式进入铝酸钠溶液中，然后在氧化铝生产的溶液（如种分母液）中加入脱硫剂，使硫形成硫酸盐沉淀，与铝酸钠溶液分开而被脱去。

脱硫剂主要有氢氧化钡、铝酸钡、氧化钙等[2,6]。

生料加煤：

我国氧化铝焙烧法生产中仍多采用生料加煤脱硫的传统方法。

它是将精煤还原剂添加到生料中，喷入焙烧炉后，在高温和还原气氛下，使Na2SO4还原成Na2S。

Na2S进一步与FeO反应生成FeS或Na2S·FeS复盐，在熟料溶出时进入赤泥中而被脱去。

但这种方法脱硫率偏低（只有30%左右），因为在窑的烧成带和冷却带，因过剩空气太多而形成强氧化性气氛，使得已经形成的Na2S和FeS又重新被氧化成Na2SO4和FeO[2,3]。

焙烧脱硫：

黄铁矿在含氧气氛下焙烧会发生如下一系列反应：

（1－x）FeS2＋（1-2x）O2＝Fe1-xS＋（1-2x）SO2（1.1）

2Fe1-xS＋（3-x）O2＝2（1-x）FeO＋2SO2（1.2）

3FeO＋1／2O2＝Fe3O4（1.3）

2FeS2＝2FeS＋S2（1.4）

S＋2O2＝2SO2（1.5）

4FeS＋7O2＝2Fe2O3＋4SO2（1.6）

物料中的硫在焙烧过程中的主反应为：

4FeS2＋11O2→2Fe2O3＋8SO2（1.7）

国内外的许多研究结果证明，将铝土矿在适当条件下加以焙烧是提高其中氧化物化学活性的有效办法。

矿石加热时，其中矿物发生脱水、分解、晶型转变等反应，结构破坏，新的结晶来不及形成或有序程度很低，矿石内空隙增大，会使其中各组分的反应能力明显提高[4]。

1.3国内外研究现状

1.3.1国外脱硫工艺现状

国外对关于含硫铝土矿的脱硫工艺进行了很多的研究工作，高硫铝土矿的脱硫前苏联研究最多。

原苏联采用浮选法对铝土矿脱硫及碳酸盐进行了从试验室研究到工业试验直至工业生产的一系列卓有成效的工作，并部分应用于工业生产。

如乌拉尔工学院轻金属冶炼教研室对高硫铝土矿进行浮选研究，借助于丁基黄原酸盐和松油可回收到泡沫产物中66%的硫。

南乌拉尔铝土矿采用浮选法脱脱硫化矿物和碳酸盐工业试验取得成功，硫化物经一次粗选、二次精选、二次扫选、分别得到硫化物精矿和尾矿，含硫由原矿的2.22%降到0.19%，并且硫化矿精矿作为氧化镍矿熔炼的硫化剂，矿石得到充分综合利用。

另外，俄罗斯、法国还研究了使用氢氧化钡净化铝酸钠溶液中的硫化物；美国研究了降低循环母液的温度（低于10℃）回收碳酸钠及硫酸钠等。

法国萨林德厂采用彼施涅铝业公司开发的钡盐苛化法对溶液进行净化，使其年生产能力由年产25万吨提高到年产28-30万吨[10]，希腊圣·尼古拉厂在投产初期，由于对一水硬铝石的认识不足，在投产两年处理了二百万吨铝土矿后才发现由于矿石中方解石在溶出过程中与苛性碱反应