高硫鋁土礦脫硫精礦拜耳法溶出氧化鋁試驗研究

王鴻雁

(山東工業職業學院，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質量分數為64.52%，SiO2質量分數為6.85%，氧化鋁與氧化硅質量比(A/S)為9.42；硫質量分數為0.47%，高于氧化鋁生產要求的硫質量分數低于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，質量分數為70.8%，主要雜質為綠泥石，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。

循環母液：由分析純氫氧化鈉和取自生產現場的氫氧化鋁用去離子水按一定濃度配制而成。

石灰：取自生產現場，研磨至±100目，經高溫爐燒制后密封保存。其中有效氧化鈣質量分數為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的熔鹽爐中進行。將脫硫精礦、循環母液和石灰按一定比例裝入鋼彈內，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質量分數，計算Al2O3相對溶出率；測定濾液中硫質量濃度，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量比；(A/S)赤泥—赤泥中氧化鋁與氧化硅質量比。

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量濃度之差，g/L；m礦石—礦石質量，g；w(S)—礦石中硫質量分數，%。

2 試驗結果與討論

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，溶出溫度和時間，堿濃度，石灰加入量及礦石中其他雜質(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量的8%，在265 ℃、循環母液Na2Ok質量濃度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，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

循環母液Na2Ok質量濃度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

循環母液Na2Ok質量濃度235 g/L，溶出分子比αk=1.45，石灰加入量為礦石質量的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

循環母液Na2Ok質量235 g/L，溶出分子比αk=1.45，石灰加入量為礦石質量的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 循環母液苛性堿質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量的7.5%，循環母液苛性堿質量濃度對對脫硫精礦中氧化鋁和硫溶出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 循環母液苛性堿質量濃度對脫硫精礦溶出性能的影響

由圖5看出：隨循環母液Na2Ok質量濃度增大，氧化鋁溶出率逐漸提高，而硫溶出率逐漸降低；當循環母液Na2Ok質量濃度為235 g/L時，氧化鋁溶出率為97.5%，之后隨Na2Ok質量濃度增大，氧化鋁溶出率提高不明顯。進一步提高母液Na2Ok質量濃度雖可降低硫溶出率，但卻會增加蒸發能耗，綜合考慮，確定循環母液Na2Ok質量濃度以不低于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 結論

高硫鋁土礦脫硫精礦中硫質量分數較高，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%，所得溶液中硫質量濃度可滿足要求。