低品位高硫鋁土礦靜態(tài)焙燒脫硫及溶出性能

吳鴻飛，夏飛龍，李軍旗，陳朝軼

(1.貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院，貴州貴陽(yáng)，550025；2.貴州省冶金工程與過(guò)程節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州貴陽(yáng)，550025)

隨著我國(guó)氧化鋁工業(yè)和電解鋁工業(yè)的大力發(fā)展，對(duì)優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源需求日益增加，優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源儲(chǔ)量逐漸下降，鋁土礦的對(duì)外依存度高達(dá)56%[1]，鋁土礦資源成為制約我國(guó)鋁工業(yè)發(fā)展的瓶頸。我國(guó)近90%鋁土礦資源屬于一水硬鋁石型，在復(fù)雜難處理鋁土礦中高硫鋁土礦儲(chǔ)量豐富，約占一水硬鋁石型總資源的14%[2-3]，該類(lèi)礦物由于與煤礦共生或礦層較深從而導(dǎo)致礦物中硫含量過(guò)高而無(wú)法應(yīng)用于氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)之中[4]。因此，開(kāi)展此類(lèi)礦石的開(kāi)發(fā)與利用，有利于緩解我國(guó)鋁資源緊缺的現(xiàn)狀，是保障我國(guó)鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。高硫鋁土礦中硫在溶出過(guò)程中以S2-，SO42-，SO32-和S2O32-等形態(tài)存在，對(duì)溶出工藝產(chǎn)生很大影響并造成設(shè)備腐蝕等問(wèn)題[5-7]。國(guó)內(nèi)外針對(duì)金屬硫化物的處理、鋁土礦焙燒以及鋁土礦脫硫進(jìn)行了很多研究工作，呂國(guó)志等[8]采用馬弗爐、旋轉(zhuǎn)管式爐和流化床對(duì)我國(guó)高硫鋁土礦進(jìn)行焙燒預(yù)處理，考察焙燒溫度、焙燒時(shí)間對(duì)硫含量以及焙燒礦溶出性能的影響。GONG等[9]研究了鋁土礦水泥漿電解脫硫動(dòng)力學(xué)和礦物相的演化，并得出了電解脫硫的表觀(guān)活化能；HU等[10]采用X線(xiàn)衍射分析和化學(xué)物相定量法研究高硫鋁土礦中硫的賦存狀態(tài)，并對(duì)不同形態(tài)的硫的脫除方法進(jìn)行研究。低品位高硫鋁土礦，由于其礦石特性復(fù)雜，溶出性能較差，需要同時(shí)兼顧脫硫與溶出問(wèn)題，而無(wú)法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。目前對(duì)于高硫鋁土礦的研究，主要集中于中高品位礦石脫硫效果及方式，在現(xiàn)有的研究方法中焙燒脫硫效果顯著，能夠活化氧化鋁利于后續(xù)溶出。因此，本文作者以低品位高硫鋁土礦為原料，對(duì)其低溫靜態(tài)焙燒脫硫后，根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)探討溶出溫度、時(shí)間、CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)、苛堿質(zhì)量濃度對(duì)焙燒礦溶出性能的影響，并通過(guò)正交試驗(yàn)判斷影響氧化鋁溶出率的主次因素。通過(guò)對(duì)比原礦與焙燒礦溶出性能深入了解高壓溶出工藝的內(nèi)在規(guī)律，探究高硫高硅鋁土礦溶出動(dòng)力學(xué)，并得出特定條件下礦物表觀(guān)活化能和溫度與氧化鋁相對(duì)溶出率的關(guān)系式，為后續(xù)高硫高硅鋁土礦的工業(yè)應(yīng)用，提供可參考的理論依據(jù)及技術(shù)方案。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用鋁土礦取自貴州省某地區(qū)，表1所示為原礦礦石化學(xué)成分，圖1所示為原礦XRD物相圖譜。溶出實(shí)驗(yàn)所用母液取自貴州某氧化鋁工廠(chǎng)，其化學(xué)組成如表2所示。實(shí)驗(yàn)分析用水為去離子水，化學(xué)試劑均為國(guó)藥集團(tuán)分析純?cè)噭?。由?可知：該礦石為低品位高硫鋁土礦。其物相分析表明該類(lèi)礦石為一水硬鋁石鋁土礦。礦石中含有高嶺石、二氧化硅、二氧化鈦及黃鐵礦物相，其物相相對(duì)比較復(fù)雜。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

鋁土礦焙燒實(shí)驗(yàn)所用儀器為MXQ1100型馬弗爐，每次稱(chēng)取300 g鋁土礦，以瓷舟為載體將焙燒原礦石放入馬弗爐爐膛中升溫(升溫速率為5℃/min)。達(dá)到保溫溫度，嚴(yán)格控制時(shí)間并立即打開(kāi)降溫。并在100℃時(shí)取出，放置于干燥皿中冷卻至室溫裝袋。溶出實(shí)驗(yàn)所用儀器為XYF-Φ44×6威海正威公司生產(chǎn)的鋼彈式高壓釜，溶出實(shí)驗(yàn)采取80m L溶出液計(jì)算。將計(jì)算好礦石及石灰加入到鋼彈中，放入高壓釜中待溫度升溫到設(shè)定溫度后并計(jì)時(shí)。溶出結(jié)束后迅速取出，放入水中強(qiáng)制冷卻，并將鋼彈取出迅速將礦漿洗出過(guò)濾。得到的赤泥放入干燥箱中烘干，用于后續(xù)分析。分別采用重量法和EDTA絡(luò)合法測(cè)試固相中中硫和鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。固相烘干后分別進(jìn)行XRD(島津XRD-7000，Cu Kα靶)和SEM(JSM-6700F)分析。利用High Score plus(荷蘭飛利浦)對(duì)焙燒后的鋁土礦樣品進(jìn)行XRD分析，得到氧化鋁晶格參數(shù)。以計(jì)算得到的氧化鋁晶格參數(shù)為參數(shù)，通過(guò)MaterialStudio 8.1建立Al2O3晶體模型，利用CASTP計(jì)算Al2O3晶體的布居分析。

表1 高硫鋁土礦化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table1 Main chemical composition of high sulfur bauxite %

2 結(jié)果與討論

靜態(tài)焙燒脫硫?qū)嶒?yàn)考察焙燒溫度及時(shí)間對(duì)脫硫的影響，溫度范圍為550～700℃，時(shí)間為30～180 s。焙燒過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)如式(1)～(4)所示。圖2所示為溫度及時(shí)間對(duì)脫硫效果的影響。由圖2(a)可知：焙燒溫度為550℃時(shí)礦石中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.34%，焙燒溫度為600℃時(shí)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.29%，脫硫率從71.6%增加到75.83%，焙燒溫度越高對(duì)硫的脫除越有利。由圖2(b)可知：在焙燒溫度為600℃條件下，考察焙燒時(shí)間從30～180 s對(duì)脫硫效果的影響，隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，脫硫率從54.17%增加到75.83%，180 s時(shí)脫硫效果最優(yōu)，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.29%。

表2 溶出母液液化學(xué)組成(質(zhì)量濃度)Table2 Main chemical composition of digestion solution g/L

圖1 高硫鋁土礦XRD圖譜Fig.1 X-ray diffraction spectrum of high sulfur bauxite

2.1 焙燒脫硫

圖2 靜態(tài)焙燒對(duì)脫硫的影響Fig.2 Effect of static roasting on desulfurization

2.2 焙燒過(guò)程一水硬鋁石及氧化鋁晶體轉(zhuǎn)變

焙燒過(guò)程鋁土礦含鋁物相發(fā)生分解，向氧化鋁轉(zhuǎn)變?？刂票簾龝r(shí)間為90 s，分別采用550，600和650℃焙燒溫度，分析焙燒過(guò)程中一水硬鋁石轉(zhuǎn)變規(guī)律。通過(guò)物相檢索后進(jìn)行精修計(jì)算，結(jié)果如表3和表4所示。由表3可知：隨著焙燒溫度的升高，一水硬鋁石晶胞體積先增加后減小，當(dāng)焙燒溫度為600℃時(shí)一水硬鋁石晶胞體積達(dá)到最大。焙燒過(guò)程中一水硬鋁石脫水向氧化鋁轉(zhuǎn)變，因此一水硬鋁石晶胞體積隨著溫度升高而減小。由表4可知：氧化鋁晶體在焙燒過(guò)程中，其晶格參數(shù)a，b和c呈先增加后減小的趨勢(shì)，在600℃達(dá)到最大，與一水硬鋁石晶胞體積在600℃達(dá)到最大相一致。因此，綜合考慮焙燒溫度對(duì)脫硫效果影響以及一水硬鋁石脫水產(chǎn)物形成結(jié)晶不完整的過(guò)渡形態(tài)氧化鋁，同時(shí)滿(mǎn)足高嶺石發(fā)生熱分解生成活性的非晶態(tài)二氧化硅[11-13]，選取焙燒溫度為600℃和焙燒時(shí)間為90 s，焙燒礦作為溶出實(shí)驗(yàn)原料。焙燒礦XRD圖譜如圖3所示。由圖3可知：焙燒礦物相為一水硬鋁石、氧化鋁、高嶺石及偏高嶺石。

表3 焙燒溫度對(duì)一水硬鋁石晶胞體積影響(精修)Table3 Effect of roasting temperatureon cellvolume of diaspore(refined)

表4 精修后氧化鋁晶體參數(shù)(α=β=90°，γ=120°)Table4 Parameters of alumina crystalsafter refinement(α=β=90°,γ=120°)

圖3 焙燒礦XRD圖譜Fig.3 X-ray diffraction spectrum of roasting ore

根據(jù)精修得到的參數(shù)，通過(guò)Materials Studio8.1建立氧化鋁晶體模型，計(jì)算得到電荷布居數(shù)，結(jié)果如表5所示。由表5可知：原礦及焙燒礦Al2O3晶體中均含有2種不同的Al—O鍵[14-15]，這是由于剛玉型結(jié)構(gòu)中[AlO6]八面體存在一定的畸變，這種變形結(jié)構(gòu)會(huì)降低晶體的對(duì)稱(chēng)性導(dǎo)致原子鍵長(zhǎng)及原子的電荷量發(fā)生變化。O—O鍵之間的布居數(shù)為負(fù)值，這表明O—O鍵存在較大排斥力，O離子有向八面體外移動(dòng)的趨勢(shì)。焙燒礦Al—O鍵長(zhǎng)大于原礦Al—O鍵長(zhǎng)，因此，在反應(yīng)過(guò)程中Al—O極易被破壞重組參與反應(yīng)。由于原礦與焙燒礦Al—O鍵長(zhǎng)不同，因此溶出過(guò)程中氧化鋁與苛堿結(jié)合需要能量有差別，并且原礦與苛堿的結(jié)合能高于焙燒礦，這與焙燒礦Al—O鍵長(zhǎng)大于原礦Al—O鍵長(zhǎng)容易被破壞相一致。正是由于鍵長(zhǎng)與結(jié)合能的不同，可能導(dǎo)致相同條件下氧化鋁溶出過(guò)程中表觀(guān)活化能有所差別。

表5 電荷布居分布Table5 Charge populations in Al2O3 cell

2.3 焙燒礦溶出性能

2.3.1 苛堿質(zhì)量濃度對(duì)溶出效果的影響

圖4所示為苛堿質(zhì)量濃度對(duì)焙燒礦溶出性能的影響。實(shí)驗(yàn)條件如下：溶出時(shí)間為70min，CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，溶出溫度為280℃，配料Rp(Rp為Al2O3與Na2Ok的質(zhì)量比)為1.2。由圖4可知：當(dāng)苛堿質(zhì)量濃度為235 g/L時(shí)氧化鋁相對(duì)溶出率為88.07%，苛堿質(zhì)量濃度增加到245 g/L時(shí)相對(duì)溶出率達(dá)到最優(yōu)值94.08%，苛堿質(zhì)量濃度為250 g/L時(shí)相對(duì)溶出率小幅下降。堿液質(zhì)量濃度提高，OH-離子濃度增加，溶液未飽和度增加，增加了與鋁土礦的接觸面積[16]。當(dāng)苛堿質(zhì)量濃度增加到一定值時(shí)，溶液的黏度增加，其擴(kuò)散過(guò)程受到限制，氧化鋁溶出性能受到影響，所以，當(dāng)苛堿質(zhì)量濃度增加到250 g/L時(shí)，氧化鋁相對(duì)溶出率下降。

圖4 苛堿質(zhì)量濃度對(duì)溶出效果的影響Fig.4 Effect of causticmass concentration on digestion performance

2.3.2 CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)溶出效果的影響

拜耳法溶出過(guò)程中，添加適量石灰能夠有效提高氧化鋁溶出率及溶出速度。圖5所示為CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)溶出性能的影響。實(shí)驗(yàn)條件如下：溶出時(shí)間為70min，苛堿質(zhì)量濃度為245 g/L，溶出溫度為280℃，配料Rp為1.2。由圖5可知：隨著CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，氧化鋁相對(duì)溶出率呈現(xiàn)先增加后下降趨勢(shì)。CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，焙燒礦氧化鋁相對(duì)溶出率為94.01%；當(dāng)CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，氧化鋁相對(duì)溶出率下降4.5%。CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高，加速水和鋁硅酸鈣的生成，導(dǎo)致氧化鋁損失[17]。

2.3.3 溶出溫度及時(shí)間對(duì)氧化鋁溶出率的影響

圖5 CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)溶出效果的影響Fig.5 Effect of CaO mass fraction on digestion performance

圖6所示為溶出溫度及時(shí)間對(duì)溶出性能的影響，實(shí)驗(yàn)條件如下：苛堿質(zhì)量濃度為245 g/L，CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，配料Rp為1.2。由圖6可知：在同等溫度條件下，延長(zhǎng)時(shí)間有利于提高溶出率。同時(shí)固定時(shí)間并改變?nèi)艹鰷囟?，其?shí)驗(yàn)結(jié)果表明升高溫度能促進(jìn)氧化鋁的有效溶出。當(dāng)其他條件不變時(shí)，理論上，延長(zhǎng)時(shí)間有利于氧化鋁溶出。時(shí)間延長(zhǎng)有利于氧化鈣向氫氧化鈣轉(zhuǎn)變，促進(jìn)氧化鋁溶出反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)固定溶出時(shí)間，升高溶出溫度時(shí)，氧化鋁相對(duì)溶出率升高，溫度升高對(duì)于氧化鋁溶出率有很大的促進(jìn)作用，其主要原因是提高溫度使液固反應(yīng)過(guò)程中傳質(zhì)傳熱過(guò)程加快[18-19]。

圖6 溶出溫度及時(shí)間對(duì)氧化鋁溶出率的影響Fig.6 Effect of digestion temperature and time on digestion performance

2.3.4 正交實(shí)驗(yàn)

采用L9(34)正交表，考察苛堿質(zhì)量濃度、CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溶出時(shí)間及溫度對(duì)氧化鋁溶出率的影響程度，其正交實(shí)驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 正交實(shí)驗(yàn)條件及結(jié)果Table6 Orthogonal experimental conditions and results

由表6可知：影響氧化鋁溶出率的主次因素排序?yàn)闇囟?、CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)、時(shí)間、苛堿質(zhì)量濃度。綜合分析得出最佳溶出工藝條件為A3B3C2D3，即溶出時(shí)間為70 min、溶出溫度為280℃、苛堿質(zhì)量濃度為245 g/L、CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。在此條件下進(jìn)行溶出實(shí)驗(yàn)得到氧化鋁相對(duì)溶出率達(dá)到94.8%。

2.3.5 溶出過(guò)程中硫及赤泥分析

循環(huán)母液中硫質(zhì)量濃度直接影響后續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)及設(shè)備使用壽命。在最佳溶出條件下，高壓溶液中硫質(zhì)量濃度如表7所示。原礦未經(jīng)焙燒脫硫處理，其全硫溶出率達(dá)到25.35%，溶液硫質(zhì)量濃度達(dá)到0.750 g/L，并未達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求。經(jīng)過(guò)焙燒脫硫后焙燒礦在高壓溶出后溶出液全硫質(zhì)量濃度降低，為0.185 g/L，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求。

圖7所示為最優(yōu)溶出條件下原礦赤泥及焙燒礦赤泥XRD圖譜。圖8所示為最優(yōu)溶出條件下原礦赤泥及焙燒礦赤泥掃描電鏡照片。由圖7可知：原礦和焙燒礦赤泥物相差別不大，都含有硅酸鈣與水合硅鐵鋁酸鈣物相，但含硫物相卻有較大差別，可能與礦物中含硫量有關(guān)。原礦赤泥出現(xiàn)氫氧化鈣物相，說(shuō)明在溶出過(guò)程中石灰并未被有效利用。而焙燒礦赤泥并無(wú)此物相，石灰得到有效利用，因此焙燒礦溶出性能得到提升。由圖8可知：原礦溶出赤泥結(jié)構(gòu)比較松散，沒(méi)有固定形態(tài)，而焙燒礦溶出赤泥結(jié)構(gòu)致密，多成聚集態(tài)。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因是焙燒處理使鋁土礦比表面積增大，溶出過(guò)程中鋁土礦與堿液接觸面積增大[18]，使其溶出動(dòng)力學(xué)反應(yīng)更加充分。

表7 硫溶出率Table7 Sulfur digestion ratio

2.4 溶出過(guò)程動(dòng)力學(xué)分析

氧化鋁溶出反應(yīng)過(guò)程符合未反應(yīng)收縮模型[20]，其溶出過(guò)程基本分為3步：第1步對(duì)應(yīng)于液體反應(yīng)物向液-固反應(yīng)表面的擴(kuò)散，即外部擴(kuò)散；第2步是溶出物質(zhì)從界面向液體的擴(kuò)散，即內(nèi)部擴(kuò)散；第3步是界面上化學(xué)反應(yīng)；判定其溶出控制過(guò)程的計(jì)算公式為：

式中：α為反應(yīng)物溶出速率；k為表面反應(yīng)速率；t為反應(yīng)時(shí)間。

圖7 原礦與焙燒礦赤泥XRD圖譜Fig.7 X-ray diffraction spectra of red mud from raw ore and roasted ore

圖8 赤泥的掃面電鏡圖片F(xiàn)ig.8 SEM imagesof redmud

文獻(xiàn)[20]中表明鋁土礦除一水硬鋁石以外還包含赤鐵礦、鈦礦物、石英等物相，一水硬鋁石的溶出速率可能受到雜質(zhì)礦物的影響，其限制環(huán)節(jié)為內(nèi)擴(kuò)散。

將原礦和焙燒礦的溫度及時(shí)間對(duì)氧化鋁相對(duì)溶出率影響的結(jié)果分別代入式(5)和(6)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，以時(shí)間t對(duì)式(5)和(6)作圖，分別如圖9和圖10所示。由圖9和圖10可知：原礦和焙燒礦中1-2/3α-(1-α)2/3與t的線(xiàn)性關(guān)系擬合度高于1-(1-α)1/3與t的線(xiàn)性關(guān)系擬合度，說(shuō)明原礦與焙燒礦氧化鋁溶出主要由內(nèi)擴(kuò)散控制。

圖11和圖12所示分別為lnk對(duì)1/T作圖得到氧化鋁溶出過(guò)程的原礦及焙燒礦阿侖尼烏斯方程曲線(xiàn)。阿侖尼烏斯公式為lnk=-E/(RT)+B，其中，B為頻率因子，E為活化能，T為熱力學(xué)溫度，R為摩爾氣體常數(shù)。

由圖11及圖12可知：相同溶出條件下原礦、焙燒礦氧化鋁溶出過(guò)程表觀(guān)活化能分別為48.89 kJ/mol和63.99 kJ/mol。焙燒礦氧化鋁溶出表觀(guān)活化能明顯高于原礦表觀(guān)活化能，這與2.2節(jié)分析結(jié)果相一致，鋁土礦經(jīng)過(guò)焙燒后一水硬鋁石以及氧化鋁晶體結(jié)晶度增加，晶體尺寸更加完整，從而使氧化鋁溶出表觀(guān)活化能增加。溶出過(guò)程中一水硬鋁石與苛堿結(jié)合能大于焙燒礦氧化鋁的結(jié)合能，因此，在相同條件下焙燒礦Al—O鍵的破壞與重組合更容易發(fā)生，焙燒礦的溶出性能較優(yōu)。將原礦、焙燒礦溶出數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建立氧化鋁相對(duì)溶出率與溶出溫度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，根據(jù)焙燒礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果，溶出條件參數(shù)如下：溶出時(shí)間為70min，苛堿質(zhì)量濃度為245 g/L，CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

圖9 原礦氧化鋁溶出速率與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.9 Relation curves of digestion efficiency and time for raw ore

圖10 焙燒礦氧化鋁溶出速率與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.10 Relation curves of digestion efficiency and time for roasting ore

圖11 原礦阿侖尼烏斯方程曲線(xiàn)Fig.11 Arrhenius curves of raw ore

圖12 焙燒礦阿侖尼烏斯方程曲線(xiàn)Fig.12 Arrhenius curves of roasting ore

表8 氧化鋁相對(duì)溶出率與溶出溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table8 Experimental results of relative digestion efficiency of alumina and temperature

根據(jù)表8的數(shù)據(jù)，采用最小二乘法進(jìn)行線(xiàn)性擬合。假設(shè)原礦、焙燒礦相對(duì)溶出率與溶出溫度之間的關(guān)系式為

則u(x)可用m階多項(xiàng)式來(lái)逼近，通常采用3階多項(xiàng)式逼近完全可以滿(mǎn)足。即：

然后，求解出a，a0和a1。

原礦和焙燒礦氧化鋁相對(duì)溶出率與溶出溫度的擬合結(jié)果見(jiàn)圖13。

由圖13可知：焙燒礦a=-372.59，a0=2.800 53，a1=-0.004 06，原礦a=-563.42，a0=4.324 69，a1=-0.007 14，由此可得焙燒礦與原礦氧化鋁相對(duì)溶出率(y)與溫度(T)之間的關(guān)系式分別為：

圖13 氧化鋁相對(duì)溶出率與溶出溫度的擬合結(jié)果Fig.13 Fitting results of alumina relative digestion efficiency and temperature

為了驗(yàn)證公式的可靠性，采用關(guān)系式計(jì)算不同溫度下氧化鋁相對(duì)溶出率預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)值的對(duì)比結(jié)果，如表9和表10所示。

表9 焙燒礦氧化鋁相對(duì)溶出率擬合值與實(shí)驗(yàn)誤差分析Table9 Erroranalysisof fitting data and experimental data of relative digestion ratio of alumina for roasting ore

表10 原礦氧化鋁相對(duì)溶出率擬合值與實(shí)驗(yàn)值誤差分析Table10 Erroranalysis of fitting data and experimental data of relative digestion ratio of alumina for raw ore

由表9和10可知：焙燒礦和原礦氧化鋁相對(duì)溶出率預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的偏差最大值分別為1.17%與0.81%。原礦與焙燒礦中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為62.83%和64.66%，焙燒礦中氧化鋁相對(duì)溶出率1.17%的偏差相當(dāng)于原礦中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.735%，焙燒礦中氧化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.756%。根據(jù)YS/T 575.3—2007，在鋁土礦中氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%～80%之間其化學(xué)分析的允許誤差范圍為0.7%。焙燒礦與原礦氧化鋁相對(duì)溶出率擬合的偏差與該范圍幾乎吻合。由此可見(jiàn)，從線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)和允許誤差兩方面來(lái)看，該經(jīng)驗(yàn)式都是合理的。當(dāng)焙燒礦在溶出溫度為285℃時(shí)，氧化鋁相對(duì)溶出率為95.63%，而實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)值為95.79%，偏差為0.16%，說(shuō)明該類(lèi)型鋁土礦，經(jīng)過(guò)焙燒脫硫后建立的溶出經(jīng)驗(yàn)公式可作為后續(xù)工藝優(yōu)化理論依據(jù)，同時(shí)能夠在建立多元模型的基礎(chǔ)上為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供更合理的工業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)。

3 結(jié)論

1)當(dāng)靜態(tài)焙燒溫度為600℃和時(shí)間為180 s時(shí)，脫硫率為75.83%，鋁土礦中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.29%,達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)要求，焙燒促使一水硬鋁石晶體減小，氧化鋁晶體變大，結(jié)晶更加完整。

2)當(dāng)焙燒溫度為600℃和時(shí)間為90 s時(shí)，焙燒礦最佳溶出條件如下：溶出溫度為280℃、溶出時(shí)間為70min、苛堿質(zhì)量濃度為245 g/L、CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，此時(shí)氧化鋁相對(duì)溶出率為94.8%，正交實(shí)驗(yàn)表明影響氧化鋁溶出率的主次因素排序?yàn)闇囟?、CaO添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)、時(shí)間、苛堿質(zhì)量濃度。動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明原礦與焙燒礦在溶出過(guò)程中受內(nèi)擴(kuò)散控制，其表觀(guān)活化能為分別為48.89和63.99 kJ/mol。

3)焙燒礦和原礦在特定溶出條件下氧化鋁相對(duì)溶出率與溶出溫度之間滿(mǎn)足關(guān)系：y=u(T)=-372.59+2.800 53T-0.004 06T2和y=u(T)=-563.42+4.324 69T-0.007 14T2。