高硫鋁土礦脫硫技術(shù)的研究現(xiàn)狀

谷立軒

（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

1 概述

伴隨我國(guó)氧化鋁工業(yè)的飛速發(fā)展，行業(yè)對(duì)高品位鋁土礦的需求逐步增大，致使現(xiàn)有鋁土礦品位越來(lái)越低，這對(duì)我國(guó)鋁工業(yè)未來(lái)的生存與發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)峻威脅，但國(guó)內(nèi)大量高硫鋁土礦資源卻沒(méi)有受到應(yīng)有的重視。通常將硫含量大于0.7%的鋁土礦稱為高硫鋁土礦，高硫鋁土礦中的硫以硫化物，也就是黃鐵礦的形態(tài)存在[1，2]。

2 高硫鋁土礦中硫?qū)ρ趸X生產(chǎn)過(guò)程的危害

鋁土礦中的硫占比偏高會(huì)嚴(yán)重影響氧化鋁生產(chǎn)的順利進(jìn)行，特別是對(duì)溶出、沉降和蒸發(fā)等工序產(chǎn)生的危害較大，主要影響如下：

（1）加大堿的損失。硫鐵礦在溶出工序中被堿分解，消耗掉一部分堿。

（2）對(duì)鋼制設(shè)備造成腐蝕。氧化鋁生產(chǎn)中各種槽罐、蒸發(fā)器等鋼制設(shè)備偏多，而溶液中S2-含量增加會(huì)使鐵以膠體狀態(tài)進(jìn)入溶液。

（3）使蒸發(fā)器等換熱設(shè)備的傳熱系數(shù)下降。隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，母液濃度逐漸增大，硫酸鹽及其復(fù)鹽結(jié)晶析出附著在設(shè)備的表面形成結(jié)疤，結(jié)疤的傳熱系數(shù)很小，阻礙了傳熱的過(guò)程，使生產(chǎn)中汽耗增加，生產(chǎn)成本上升。

（4）生產(chǎn)過(guò)程中硫進(jìn)入溶液，使赤泥分散為及細(xì)小的顆粒，影響固液分離的進(jìn)行，降低赤泥的沉降性能[6]。

（5）氧化鋁成品鐵含量超標(biāo)，降低了產(chǎn)品質(zhì)量[7]。

3 高硫鋁土礦脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

隨著世界氧化鋁行業(yè)體系不斷的壯大，國(guó)內(nèi)外學(xué)者為消除高硫鋁土礦中硫?qū)ιa(chǎn)各過(guò)程的影響，進(jìn)行了大量研究和實(shí)驗(yàn)工作?，F(xiàn)階段有生產(chǎn)應(yīng)用的脫硫工藝主要有：浮選法脫硫技術(shù)、生產(chǎn)過(guò)程中添加除硫劑脫硫技術(shù)及鋁土礦焙燒脫硫技術(shù)。

3.1 浮選法脫硫

浮選法是根據(jù)礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)分離礦物的目的，通過(guò)添加一定量的浮選藥劑可以改變和控制這種差異，從而對(duì)礦物進(jìn)行更有效的分選，因此浮選法對(duì)各種礦物都具有適用性[9]。

鋁土礦中硫礦物一般以黃鐵礦的形態(tài)存在，而黃藥類捕收劑對(duì)此礦物具有較好的捕收效果。含鋁礦物在礦石中存在行態(tài)主要是氫氧化物和氧化物，黃藥類捕收劑對(duì)這兩種礦物沒(méi)有作用，根據(jù)上述原理去除鋁土礦中的含硫礦物。

3.2 氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程脫硫

氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，鋁土礦中的含硫礦物黃鐵礦被堿分解，硫進(jìn)入到鋁酸鈉溶液。氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程脫硫的本質(zhì)就是除去鋁酸鈉溶液中的硫。

3.2.1 添加BaO脫硫

在鋁酸鈉溶液中添加氧化劑，使S2-氧化成SO42-，再將氧化鋇加入到鋁酸鈉溶液中，鋁酸鈉溶液中游離的SO42-與Ba2+反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，通過(guò)固液分離排出硫酸鋇，使鋁酸鈉溶液得到凈化，從而消除硫?qū)ιa(chǎn)的影響。

3.2.2 添加ZnO脫硫

氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，添加氧化鋅到母液中，溶液中硫與氧化鋅反應(yīng)生成ZnS沉淀，通過(guò)分離沉淀物，使溶液中的硫脫除。

3.3 鋁土礦焙燒脫硫

在鋁土礦焙燒過(guò)程中，礦石中的硫轉(zhuǎn)化為SO2隨尾氣排出，從源頭上阻止了硫進(jìn)入后序生產(chǎn)系統(tǒng)。鋁土礦中的黃鐵礦和空氣中的氧氣結(jié)合，產(chǎn)生下列反應(yīng)：

硫元素在焙燒過(guò)程中主反應(yīng)為：

焙燒過(guò)程中一水硬鋁石的物相同時(shí)也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，焙燒礦中氧化鋁相幾乎全部轉(zhuǎn)為過(guò)渡態(tài)氧化鋁，相變過(guò)程如下：

3.4 各種脫硫工藝的優(yōu)劣

浮選脫硫：浮選法工藝簡(jiǎn)單，對(duì)空氣無(wú)污染。缺點(diǎn)是在浮選工序有較多的廢水產(chǎn)出，增加能耗。另外由于精礦表面吸附較多的藥劑，給系統(tǒng)帶入有機(jī)物，需要用水清洗，處理量較大，使氧化鋁生產(chǎn)藝流程更加復(fù)雜化，而且各地高硫鋁土礦浮選效果參差不齊，適應(yīng)性較差。

氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程脫硫，特別是添加氧化鋅，脫硫效果好，也能減少溶液中鐵的含量，氧化鋇脫硫不但除去了流程中的硫，還提高了苛性堿溶液的濃度，對(duì)溶液中CO32-濃度降低也起到一定作用。但含鋅材料和氧化鋇的價(jià)格較貴，使得脫硫費(fèi)用上升，且脫硫后的脫硫渣不能回收利用[10-13]。

鋁土礦焙燒脫硫：鋁土礦經(jīng)過(guò)焙燒處理，改良了礦石表面結(jié)構(gòu)，使礦石內(nèi)部孔隙增大，裂紋較未焙燒前也明顯增加，這會(huì)加快礦石溶出過(guò)程的進(jìn)行。另外焙燒礦的赤泥表觀松散多孔，加快了赤泥顆粒的團(tuán)聚，加強(qiáng)了其對(duì)絮凝劑的吸附能力，優(yōu)化了沉降性能。缺點(diǎn)是尾氣需要進(jìn)行脫硫處理，粉塵治理要求較高，另外增設(shè)煙氣脫硫裝置。

4 鋁土礦焙燒脫硫工藝

綜合各種脫硫工藝考慮，焙燒脫硫目前是相對(duì)較優(yōu)的脫硫方法，不但能從根本上消除硫的影響，而且對(duì)后序的溶出、沉降及分解等工序都有一定的改善作用，因而有較大的應(yīng)用前景。而且目前在建的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)中，已經(jīng)出現(xiàn)了運(yùn)用鋁土礦焙燒來(lái)進(jìn)行脫硫的工藝。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 焙燒脫硫流程圖

鋁土礦經(jīng)過(guò)破碎制粉后由喂料裝置將鋁土礦粉料送至預(yù)熱系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)多級(jí)換熱后；物料進(jìn)入氣態(tài)懸浮焙燒爐底部，在爐中發(fā)生一系列反應(yīng)，最后進(jìn)入分離器完成氣固分離。在焙燒溫度500℃左右，停留時(shí)間約15min，就能完成礦石的脫硫過(guò)程,脫硫后鋁土礦滿足拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的要求。鋁土礦焙燒脫硫的工藝參數(shù)及能耗見表1。

表1 脫硫工藝條件及能耗表

經(jīng)過(guò)焙燒處理的鋁土礦，其氧化鋁的相對(duì)溶出率由95.8%提升到96.5%，預(yù)脫硅、脫鈦率較高，分別為68%、29%左右。焙燒后鋁土礦赤泥的沉降性能較未焙燒礦的赤泥也有較大改善，其絮凝劑添加量?jī)H為原礦絮凝劑添加量的1/3，也減少了有機(jī)物對(duì)分解工序的影響。所以鋁土礦焙燒脫硫，不但可以除去硫?qū)ιa(chǎn)的影響，還能優(yōu)化其它的生產(chǎn)指標(biāo)，在現(xiàn)階段是較為成熟經(jīng)濟(jì)的脫硫技術(shù)。

5 鋁土礦脫硫技術(shù)展望

雖然現(xiàn)階段高硫鋁土礦的脫硫技術(shù)已經(jīng)取得了部分成績(jī)，但仍有很多待細(xì)節(jié)問(wèn)題小改善。尋求更加經(jīng)濟(jì)的脫硫劑，采用化學(xué)鈍化的方法對(duì)氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改良，降低焙燒脫硫能耗等問(wèn)題需要進(jìn)一步探索和研究。對(duì)于其它學(xué)科在礦石脫硫中的應(yīng)用也值得借鑒，比如微生物脫硫等。