（有色金属冶金专业论文）贵州高硫铝土矿溶出性能研究.pdf

贵州大学2 0 0 6 届硕士研究生毕业论文 摘要 我国具有较丰富的铝土矿资源。其中高硫铝土矿中高品位铝土矿占 5 7 2 “1 ，贵州高硫型铝土矿6 0 以上属于高品位铝土矿陆1 ，这种高硫型高 品位铝土矿适用于拜耳法处理。如能充分利用这部分铝土矿资源将会大 大的减轻资源的负担。 本文在一水硬铝石高温高压溶出理论的基础上，对贵州高硫高品位 铝土矿进行了溶出性能研究。就拜耳法工序环节来说，为了减轻溶出液 的脱硫负担，减少脱硫剂用量，降低除硫费用，就必须控制适宜的高压 溶出条件，在保证有较高氧化铝溶出率的前提下，使矿石中的硫尽可能 少地进入溶出液。因此很有必要对高硫型高品位铝土矿的溶出性能进行 深入地研究。 采用正交实验方法，考查了石灰添加量、溶出温度、苛性碱浓度和溶出时 间对贵州高硫铝土矿的氧化铝溶出率的影响以及铝土矿的硫向溶液中的转 化率( 即硫的溶出率) 的影响，并且对贵州高硫铝土矿的氧化铝、硫的 溶出率进行了最优分析，得到最佳溶出条件的数学模型及获得了适宜的 溶出工艺条件。实验结果表明。溶出高硫铝土矿较适宜的条件是：温度 2 6 0 1 2 ，碱浓度1 9 5g 1 ，石灰添加量c a 0 1 2 ，时间5 0 r a i n 。此时，高硫 铝土矿中的氧化铝溶出率高达8 8 、硫的溶出率仅为1 3 。从而为生产中有 效利用贵州高硫铝土矿提供参考。 同时还研究了给定条件下不同硫含量的铝土矿硫的溶出率和稀释溶 出矿浆沉降试验。 研究结果表明，溶出温度对溶出率的影响最大、石灰添加量次之、 溶出时间和苛性碱浓度的影响较小；铝土矿的硫在中等硫含量时，硫的 溶出率较低；稀释矿浆的沉降性能好，压缩液固比小。 【关键词】高硫型高品位铝土矿、高压溶出、脱硫、溶出性能、沉降性能 贵州高硫铝土矿溶出性能研究 贵州大学2 0 0 6 届硕士研究生毕业论文 r e s e a r c ho n l e a c h i n g f u n c t i o no f h i g h g r a d e b a u x i t ec o n t a i n i n gs u l f u ro fg u i z h o u t h e r ea r ea b u n d a n tr e s o u r c e so fb a u x i t eo r ei no u rc o u n t r y t h et o t a ls u mo fh i g h g r a d eb a u x i t ec o n t a i n i n gs u l f u ri s5 7 2 a n dm o r et h a n6 0 o fh i g hg r a d eb a u x i t e c o n t a i n i n gs u l f u ro fg u i z h o ub e l o n g st ot h i so r e ，t h eb a y e rp r e s s u r e i sa p p l i c a b l et o h a n d l et h i so r e i tw i l lr e d u c et h eb u r d e no fb a u x i t er e s o u r c ei fw ea r ea b l et o e x p l o i t u t i l i z et h i s k i n do fb a u x i t eo r ee f f i c i e n t l y s of i r s tw em u s t r e s o l v et h e d e s u l f u r i z i n gp r o b l e mo ft e c h n o l o g i c a lp r o c e s si np r o d u c i n ga l u m i n a t h i sp a p e rs t u d i e st h el e a c h i n gf u n c t i o no fh i g hg r a d eb a u x i t ec o n t a i n i n gs u l f u ro f g u i z h o ua c c o r d i n gt ot h eh i g h - p r e s s u r ed i g e s t i o nt h e o r yo ft h ed i a s p o r eb a u x i t e a sf a r a sw o r k i n gp r o c e d u r es e g m e n to fb a y e rm e t h o di sc o n c e r n e d ，i no r d e rt or e d u c et h e d e s u l f u r i z i n gb u r d e no fd i g e s t e ds l u r r y ，t h eq u a n t i t yo f d e s u l f u r i z a t i o na n dt h ec o s to f d e s u l f u r i z i n g ，w em u s tc o n t r o ls u i t a b l eh i g h p r e s s u r ed i g e s t i o nc o n d i t i o n u n d e rt h e p r e m i s eo fg a i n i n gt h eh i g hy i e l do fa 1 2 0 3 ，w es h o u l dt r yo u rb e s tt ok e e pt h es u l f u ro u t o f l i q u i d s oi ti sn e c e s s a r yf o ru st os t u d yt h el e a c h i n gf u n c t i o no fh i g hg r a d e b a u x i t ec o n t a i n i n gs u l f u rd e e p l y d i s c u s s i n gt h e e f f e c tp a r a m e t e r so fl e a c h i n g r a t i oa m o n gt h ef o u ri n f l u e n c i n g f a c t o r s ： a l k a l i c o n s i s t e n c y，l e a c h i n g - t e m p e r a t u r e ， a l k a l i c o n s i s t e n c y a n d l e a c h i n g t i m e ，t h eo p t i m a la n a l y s i sa b o u tt h ed i g e s t i o no fg u i z h o uh i g hg r a d eb a u x i t e c o n t a i n i n gs u l f u ra d o p t i n go r t h o g o n a l c r o s s c o u r s ea n a l y s i sh a v eb e e nm a d e ，t h e m a t h e m a t i cm o d e lo fo p t i m a ld i g e s t i o nc o n d i t i o nh a v eb e e nf o u n da n dt h es u i t a b l e c o n d i t i o no fl e a c h i n gt e c h n o l o g yh a v eb e e ng a i n e d i t so p t i m u mc o n d i t i o n sa r et h a t l e a c h i n g - t e m p e r a t u r e i s 2 6 0 c ，a l k a l i c o n s i s t e n c y 1 9 5 g l ，c a o 1 2 a n d l e a c h i n g t i m e5 0 m i n i nt h i so p t i m u mc o n d i t i o n ，t h ey i e l d o fa 1 2 0 3r e a c h e sn ol e s s t h a n8 8 4 - t h ey i e l do fs u l f u rr e a c h e sn om o r et h a n13 4 - t h u sa l lt h i sc a no f f e r r e f e r e n c et oe f f i c i e n t l yu s i n g h i g hg r a d eb a u x i t ec o n t a i n i n gs u l f u ro fg u i z h o ui n p r o d u c i n g a tt h es a m et i m e ，t h i sp a p e rs t u d i e st h el e a c h i n gf u n c t i o no fb a u x i t ec o n t a i n i n g d i f f e r e n ta m o u n to fs u l f u ru n d e rt h eg i v e nc o n d i t i o n sa n dt h ed e p o s i t i n ga b i l i t yo f d i l u t e db a y e rp r o c e s s sd i g e s t e ds l u r r y t h er e s u l tp o i n t so u t ：t h el e a c h i n g t e m p e r a t u r ea f f e c tt h ed i g e s t i o nr a t eg r e a t l y ， t h ef o l l o w i n gi st h eq u a n t i t yo fl i m e ，l e a c h i n g - t i m ea n da l k a l i - c o n s i s t e n c ya f f e c tt h e d i g e s t i o nr a t es m a l l e r ；s u l f u r e o u sl e a c h i n gr a t ei sl o w e rw h e ns u l f u ro fb a u x i t eo r ei s t h em i d d l ec o n t e n t ：t h ed e p o s i t i n ga b i l i t yo fd i l u t e dd i g e s t e ds l u r r yi sg o o da n d c o m p r e s s e dl si ss m a l l k e yw o r d s ：h i g hg r a d eb a u x i t ec o n t a i n i n gs u l f u r ；h i g h - p r e s s u r ed i g e s t i o n ： d e s u l f u r i z i n g ：l e a c h i n gf u n c t i o n ：d e p o s i t i n ga b i l i t y 贵州高硫铝土矿溶出性能研究 2 贵州大学2 0 6 届硕士研究生毕业论文 前言 我国氧化铝工业生产用的铝土矿( 除广西外) 都是高硅低铁的一水 硬铝石型矿石，而且优质矿储量少，a s ) i 0 的不到1 0 ，a s 7 的也只 占总储量的2 3 “1 ，其中广西优质矿就占优质矿总储量的4 5 以上。可见 其他各省a s ) 7 的优质铝土矿是不多的。一个年产4 0 万吨氧化铝的拜 耳法厂，其厂龄按2 5 年计，就需要优质铝土矿2 2 0 0 万吨。但是，我国 中等品位( a s = 3 5 7 ) 铝土矿的储量很大，占总储量的7 2 1 】。铝土矿 资源的特点不仅是选择生产方法的关键的因素，而且也是决定氧化铝生 产成本的最重要因素之一。 近十年来，我国铝工业发展迅速，但是电解铝和氧化铝工业发展并 不平衡，氧化铝产量比电解铝产量严重落后，今年前四个月电解铝的产 量已超过两百万吨。2 0 0 1 年我国进口氧化铝为3 3 5 万吨晗1 ，2 0 0 3 年进口 氧化铝已超过5 9 0 万吨。因电解铝工业客观需要和氧化铝价格一路升高， 氧化铝生产利润猛增，故其发展异常迅猛。今年在建的氧化铝生产能力 超过两百万吨，其中纯拜耳法的生产能力就达一百三十万吨以上，集中 在河南、山西、四川和贵州。氧化铝工业的另一特点是拜耳法生产发展 特快，1 9 9 0 年拜耳法产量( 联合法中的) 只占1 6 8 1 ，1 9 9 5 年增加到 5 3 2 7 ，2 0 0 3 年已达到7 2 7 。这些数据说明优质铝土矿的用量愈来愈 大。 我国具有较丰富的铝土矿资源，其中高硫铝土矿中高品位铝土矿占 5 7 2 n 1 ，贵州高硫型铝土矿6 0 以上属于高品位铝土矿哺1 ，这种高硫型高 品位铝土矿适用于拜耳法处理。如能充分利用这部分铝土矿资源将会大 大的减轻资源的负担。但是必须先解决硫对氧化铝工艺流程的危害问题。 由于高品位铝土矿的储量日益减少，开发高品位高硫铝土矿有着相当 可观的发展前景。但是在氧化铝生产中硫的含量过高会带来极大危害，甚 至使整个生产过程无法进行。在氧化铝的生产过程中，硫主要来自于生产 原料和燃料，例如我国烧结法和混联法氧化铝生产流程中，由铝土矿和燃 料带入的硫占整个流程中硫含量的8 9 8 。硫的不断积累会对生产带来极 大危害，甚至使整个生产过程无法进行；降低拜耳法氧化铝的溶出率；生 产实践还证明，以硫离子、羟基硫离子及配合物等形式溶解在铝酸钠溶液 中的硫还会使钢质设备、特别是蒸发器中的热交换管及过滤机筛网的腐蚀 速度加快。硫代硫酸钠使金属铁氧化，而氧化产物又与硫代硫酸钠反应形 成可溶性的含硫配合物进入铝酸钠溶液，反应生成的一部分f e ( o h ) ：与n a ：s 贵州高硫铝土矿溶出性能研究 贵州大学2 0 6 届硕士研究生毕业论文 反应生成羟基硫代硫酸n a 2 f e s ：( o h ) ： h ：0 进入溶液，使溶液中的氢氧化 铁的含量增加，从而溶液的粘度增加，使赤泥分离和沉降作业不能顺利进 行；还将造成蒸发器加热管和出料系统产生结垢甚至堵管，降低蒸发能力， 使种分母液蒸发浓缩过程困难；铝酸钠溶液的分解率降低；由于硫酸钠的 生成，在熟料烧结中，烧成带产生的液相增加，形成熟料窑结圈，使烧结 物料熔化呈沙浆状态，增大粘度，阻碍烧成反应的进行；硫酸钠在熟料含 量过高时，还将降低熟料中氧化铝的含量；含硫多的熟料在溶出时容易过 磨，增加二次反应的损失；过早产生盐析，造成蒸发器组加热管和出料系 统产生结疤，降低蒸发能力等等危害。所有这些危害都是众所周知的。为 减轻或消除硫在氧化铝生产中的危害，长期以来，国内外大量研究工作者， 积极从事净化工业铝酸钠溶液中杂质硫的研究，并提出了许多行之有效的 方法，如：l 、母液蒸发过程排硫；2 、在拜耳法循环碱液中添加氧化锌( 或 含1 0 的高炉灰) 净化排硫；3 、在铝酸钠溶液中添加氧化铜、氧化钡( 包 括有关的钡盐) 净化排硫；4 、熟料窑灰排硫：5 、分解母液冷冻结晶排硫； 6 、矿石预焙烧排硫；7 、鼓入空气使铝酸钠溶液脱硫；8 、生料浆浮选脱 硫；9 、煤的化学和物理脱硫：1 0 、熟料加煤脱硫：l l 、在烧结法中生料 加煤脱硫等等方法。这些方法有的已经在生产中得到应用，但还由于除硫 效率不高、生产成本昂贵、脱硫工艺复杂等原因，而大多数仍处于研究探 索阶段。 目前我国氧化铝厂仍采用除硫率很低( 只有3 3 左右) 的生料加煤 除硫的老方法，该方法对于烧结法或混联法处理低硫铝土矿效果较好， 但对于高硫铝土矿是无济于事的。如果解决了高硫铝土矿用于氧化铝生 产中的脱硫问题，将大大缓解贵州氧化铝生产的供矿危机。按贵州氧化 铝厂目前的生产规模计算，这些高硫型铝土矿至少可供使用6 0 年。因此 丌展贵州高硫型铝土矿用于生产氧化铝的研究，对于地处我国西部大开 发区域的贵州来说，有着十分重大的现实意义和战略意义。 目前，国内外氧化铝工业采用的生产方法，基本沿用工艺成熟的拜 耳法、烧结法以及这两种方法派生和组合的串联、并联、混联的联合法。 其采用方法依据，主要取决于铝土矿的质量和铝硅比a s ，矿中氧化铝存 在的矿物形态和有害杂质含量。一般拜耳法要求a s 7 ，烧结法要求a s d c b 3 a 3 d 3 c 3 4 2 2方差分析 方差分析以检验确定各因子对r i 的影响程度。 s 。= ( 8 8 4 2 8 6 1 1 ) 2 + ( 7 8 0 2 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 8 3 7 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 7 6 8 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 9 9 2 - 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 0 3 0 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 7 3 8 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 9 3 3 8 6 1 1 ) 2 + ( 9 1 0 8 8 6 1 1 ) 2 + ( 7 8 7 5 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 8 1 4 8 6 1 1 ) 2 + ( 9 0 1 2 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 8 9 1 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 2 5 8 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 8 2 1 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 5 1 3 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 8 5 7 8 6 1 1 ) + ( 7 9 1 3 8 6 1 1 ) 2 = 3 1 8 1 3 s = 3 ( 8 4 9 4 - 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 5 9 7 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 9 2 6 - 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 5 6 7 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 6 5 7 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 4 5 9 - 8 6 1 1 ) 2 = 4 2 0 7 9 8 s b = 6 ( 8 1 0 3 - 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 7 8 1 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 9 5 0 一8 6 1 1 ) 2 = 2 4 1 1 3 1 s c = 6 ( 8 6 0 5 - 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 6 0 9 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 6 2 0 8 6 1 1 ) 2 = 0 0 7 2 6 s d = 6 ( 8 5 3 9 - 8 6 1 1 ) 2 + ( 8 5 9 8 8 6 1 1 ) 2 + ( 9 6 9 8 8 6 1 1 ) 2 = 7 7 5 3 2 s e = 3 1 8 1 3 - ( 4 2 0 8 + 2 4 1 1 3 + 0 0 7 + 7 7 6 ) = 2 7 0 7 贵州高硫铝土矿溶出性能研究 贵州大学2 0 0 6 届硕士研究生毕业论文 表4 - 3方差分析表 方差来源变动平方和s自由度f平均变动s 统计量 显著水平 a4 2 0 85 8 4 21 7 9 显著 b2 4 1 1 321 2 0 5 6 1 0 9 2 高度显著 co 0 720 0 4 1 7 6 影响甚微 d7 7 5