高硫铝土矿焙烧脱硫及其溶出动力学研究

摘要

目前，关于高硫铝土矿脱硫方法有三种：浮选脱硫、湿法脱硫及焙烧脱硫。浮选脱硫能够获得硫含量较高的硫产品,有利于资源的综合利用，但是由于操作复杂、效率较低而无法带来较高的经济价值；湿法脱硫操作简单，效率较高，但是容易导致高硫铝土矿在溶出过程中对设备进行腐蚀；焙烧脱硫不仅能有效的脱硫，而且还能改善溶出性能、消除有机物的负面影响及矿石脆性变强等优点，但是容易导致粉尘污染、能耗较大的缺点；铝土矿经过焙烧后矿石粒径有所变细，颗粒明显变脆，在溶出过程中，随着矿石之间的碰撞，焙烧矿赤泥粒度发生较大变化，因此，本文提出粗粒径矿石焙烧——直接溶出的新工艺，从而解决焙烧过程中粉尘污染及能耗问题。
　　通过对焙烧条件对高硫铝土矿溶出性能的影响，焙烧矿溶出后赤泥粒径变化等研究，确定适合高硫铝土矿的焙烧脱硫及拜耳法溶出工艺条件，并对其溶出动力学进行理论分析。主要结论如下：
　　高硫铝土矿主要为一水硬铝石型铝土矿，其中硫主要以黄铁矿形式存在，硅主要以石英存在，少量以高岭石存在；经过高温焙烧后，矿石中一水硬铝石转化为中间过渡形态的α-氧化铝，黄铁矿被氧化，生成赤铁矿。
　　焙烧实验：通过对粒度分别为20、40、60目(筛过率为70-80％)矿石对焙烧脱硫的考察，得出粒度为40目高硫铝土矿焙烧脱硫效果较佳；焙烧温度升高，焙烧矿脱硫效果增加；焙烧时间延长，焙烧脱硫效果先上升后降低；原矿硫含量增加，脱硫率逐渐增大；当粒度为40目(筛过率为70-80%)时，硫含量为2.03%、1.0%、1.5%、2.0%、2.46%、3.08%六种矿石经过750℃、30min后分别降至0.541%、0.4%、0.43%、0.54%、0.6%、0.67%，脱硫率为73.35%、60%、71.3%、73%、75.6%、78.2%；
　　溶出实验：随着溶出温度、时间的增加，氧化铝溶出率和硫溶出率均逐渐增大；当粒度分别为20、40、60目焙烧矿在苛碱浓度245g/l、石灰添加量6%、配料分子比1.4、温度260℃、时间60min溶出条件下，氧化铝相对溶出率由原矿的78.96%、80.25%、81.46%增加至92.43%、95.31%、95.51%，硫溶出率分别为28.4%、23.5%、25.4%。
　　溶出赤泥粒度变化：矿石经过高温焙烧后，矿石脆性增强，且随着溶出时间的延长，焙烧矿溶出后赤泥粒经变细。当粒度为40目(筛过率为70-80%)矿石经过焙烧后，粒径为500μm比重从3.75%降至1.75%，经260℃、60min溶出后，该比重继续降至为0。
　　焙烧矿溶出过程动力学分析：焙烧矿中氧化铝溶出过程符合未反应核收缩模型，其溶出动力学方程为(1-η)-2/3-1=K′t，粒度为20、40及60目焙烧矿氧化铝溶出活化能分别为162.6KJ/mol、150.4KJ/mol及149.8KJ/mol，为化学反应控制；根据所得焙烧溶出反应常数，对粒度为40目焙烧矿在260℃、270℃温度下，对该方程进行验证，证明该方程具有一定的准确性。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2 氧化铝生产方法及我国氧化铝生产现状

1.3 国内外铝土矿资源分布及特点

1.4 我国高硫铝土矿资源及利用

1.5 铝土矿脱硫工艺研究现状

1.6 本课题研究意义与内容

第二章 实验研究方法

2.1 实验原料

2.2 实验设备及方法

2.3 分析及计算方法

第三章 焙烧脱硫实验结果与分析

3.1 粒度对焙烧脱硫的影响

3.2 温度对焙烧脱硫影响

3.3 时间对焙烧脱硫的影响

3.4 矿石硫含量对焙烧脱硫的影响

3.5 本章小结

第四章 焙烧矿的溶出实验结果与分析

4.1 各因素对焙烧矿溶出性能的影响

4.2 焙烧矿溶出动力学分析

4.3 本章小结

第五章结论

参考文献

致谢

附录