高硫铝土矿微波焙烧预处理.pdf

第 卷第期重 庆 大 学 学 报 年月 文章编号 高硫铝土矿微波焙烧预处理 张念炳 白晨光 邓青宇 重庆大学 材料科学与工程学院 重庆 贵州师范大学 材料与建筑工程学院 贵阳 收稿日期 基金项目 贵州省科学技术基金项目 黔科合字 贵州师范大学博士基金资助项目 贵阳市科技计划项目 筑科合同 作者简介 张念炳 男 博士 主要从事铝土矿脱硫及铝土矿烧结新方法的研究 摘要 为了解决高硫铝土矿马弗炉焙烧脱硫效率不高问题 采用微波加热方式对高硫铝土矿 进行焙烧 考察了焙烧温度和焙烧时间对矿物中硫含量的影响用 技术对焙烧矿物晶型结构 进行了分析 结果表明 微波焙烧温度 焙烧时间 时 焙烧矿中硫元素含量已低于 微波焙烧温度 焙烧时间 时 焙烧矿中硫元素含量为 微波使黄铁矿分 离出 并促使向表面扩散与氧反应生成 气体 加速硫的逸出 提高了脱硫效率 关键词 微波 焙烧 脱硫 高硫铝土矿 中图分类号 文献标志码 我国目前探明的一水硬铝石高硫型铝土矿储量 约为 亿 随着探矿力度的加大 其储量会进 一步增加在探明的高硫铝土矿中 有 是 高品位铝土矿铝硅比大于的高硫铝土矿 可用 于拜耳法生产氧化铝 但硫会对拜耳流程产生一定 影响 如 钢质设备 热交换管及筛网的腐蚀速度加 快 使蒸发浓缩困难 降低蒸发能力 溶液黏度增加 影响赤泥分离和沉降等低品位高硫铝土矿可用于 烧结法生产氧化铝 但硫会对烧结流程产生一定影 响 如 硫酸钠在流程中循环积累 熟料的硫酸钠含 量超过 回转窑的作业便会出现严重困难 当熟 料中硫酸钠含量达到以后便出现一定的可塑 性 容易在烧结带后部生成 后结圈 高硫铝土矿 脱硫问题的解决 将有助于缓解氧化铝生产矿石资 源供应压力 国内外对高硫铝土矿脱硫做了很多研究工作 脱硫方法可分为 浮选脱硫 预焙烧脱硫及湿法 脱硫 等目前浮选研究存在药剂和水分影响氧 化铝流程 细粒矿物恶化沉降性能等问题湿法脱 硫方法对铝酸钠溶液起到净化作用 脱硫效果好 仍 无法避免高硫铝土矿中的硫元素在溶出过程中的一 些危害 如对设备的腐蚀作用铝土矿焙烧脱硫不 仅能降低矿石中硫含量 而且焙烧预处理后矿石的 溶出性能有显著提高 但仍存在脱硫效率不高问题 由于矿物中各种物质吸波性能存在差异 微波 加热正逐渐发展成为一种有潜力的焙烧方法 高硫铝土矿中硫以黄铁矿 形式存在 解决了 黄铁矿从铝土矿基体中脱除就解决了高硫铝土矿的 脱硫问题由于硫化物吸收微波的特性较好 而一 水硬铝石的吸波特性较差 利用这种吸收微波性能 的差异 将高硫铝土矿进行微波加热 应能使黄铁矿 快速加 热 提 高 硫 的 逸 出 速 率 有 助 于 脱 硫 率 的 提高 笔者拟对微波焙烧高硫铝土矿的脱硫效果进行 研究 并对高硫铝土矿微波焙烧脱硫机理进行了初 步探讨 实验材料及方法 实验原料 高硫铝土矿来自贵州某矿区 其化学成分如表 所示矿物磨后粒度如表所示 表高硫铝土矿化学成分表 表高硫铝土矿粒度分布表 目 目 目 目 实验方法 称取 样品于 瓷坩埚中 放入马弗炉中 焙烧 加热达到指定温度后 开始计时 当时间达到 指定时间后 停止加热 并对焙烧后的样品进行称 量 测定样品焙烧前后的全硫变化同样称取 样品于 瓷坩埚中 如图中所示方法放置 在 微波功率为 条件下加热 达到指定温度 后 调整功率使温度恒定 当时间达到指定时间后 停止加热 并对焙烧后的样品进行称量 测定样品焙 烧前后的全硫变化 并对马弗炉和微波炉焙烧样品 用 射线衍射分析仪 进行分析 图微波加热炉装置图 分析方法 全硫测定 称取 样品于 瓷坩埚 中 加入艾氏试剂 充分混匀 上面再覆盖艾 氏试剂 放入马弗炉中升温至 在此温度下焙 烧 取出坩埚冷却 将坩埚中的残渣用热水洗 入 烧杯中 加入煮沸的热水 在 电炉上微沸 用中速滤纸过滤 烧杯中的 残渣用热水洗涤次 将沉淀转入漏斗中 继续以热 水洗涤次往滤液中滴加滴甲基橙指示剂 然 后加入 盐酸中和 使溶液显弱酸性 再过量 盐酸 将溶液煮沸 在搅拌下缓慢加入 的氯化钡溶液 在电炉上微沸 并保温 放置以上 用致密慢速定量滤纸过滤 用热水洗至无氯离子为止 将沉淀及滤纸移入已恒 重的坩埚中低温灰化 然后再 焙烧 取 出 冷却后称重 在操作的同时进行空白试验 硫含量计算 式中 为焙烧后硫酸钡的重量为空白重 量 为硫酸钡对硫的转换系数为称取 试样的重量 焙烧脱硫率计算 式中 为焙烧前矿样的重量为焙烧后矿 样的重量 为原矿中硫含量为矿样焙烧 重 庆 大 学 学 报第 卷 后硫含量 结果与讨论 马弗炉焙烧温度和时间对脱硫效果的影响 将高硫铝土矿放入马弗炉中 在指定温度和时 间条件下进行焙烧 高硫铝土矿焙烧后硫含量如图 所示 图不同焙烧温度和时间焙烧矿样硫含量 由图可以看出 随着焙烧温度的增加 焙烧后 铝土矿中硫含量也随着焙烧温度的升高而降低 同 时随着焙烧时间的延长 焙烧后铝土矿中硫含量也 有降低的趋势焙烧前 铝土矿中硫含量变 化较大 焙烧时间超过 后 焙烧矿中硫含量 变化 趋 于 平 稳在 焙 烧 温 度 焙 烧 时 间 时 焙烧矿中硫元素含量低于 高硫铝土矿焙烧脱硫的变化趋势与硫的赋存状 态有很大关系 高硫铝土矿中硫主要以黄铁矿存在 而且硫元素分布较集中 少量的硫会以浸染状态离 散分布于基体中张念炳等 对高硫铝土矿中黄 铁矿粒径统计结果表明 小于 的颗粒数占 总颗粒数的 大于 的颗粒数占总 颗粒数的 对高硫铝土矿中黄铁矿解离度 进行了预测 磨后粒度大于 部分的解离 度仅为 左右 未解离的黄铁矿与一水硬铝石以 连生体或包裹体形式存在 在焙烧脱硫的初期 由于黄铁矿表面与空气接 触部分发生氧化反应 硫以二氧化硫气体排出 此时 硫含量降低很快 随着焙烧的继续进行 黄铁矿氧化 后形成的 附着在黄铁矿的表面 其厚度不断 增加 再在一水硬铝石连生或包裹作用阻力的共同 作用下 氧化反应的阻力不断增大 使得脱硫趋势逐 渐趋于平稳 脱硫效率较低 微波焙烧温度和时间对脱硫效果的影响 将高硫铝土矿放入微波加热装置中 在指定温 度和时间条件下进行焙烧 高硫铝土矿焙烧后硫含 量如图所示 图不同脱硫温度和时间微波焙烧矿样硫含量 由图可以看出 随着微波焙烧温度的增加 微 波焙烧后铝土矿中硫含量也随着焙烧温度的升高而 降低 同时随着微波焙烧时间的延长 微波焙烧后铝 土矿中硫含量也有降低的趋势在微波焙烧温度 焙烧时间 时 焙烧矿中硫元素含量已 低于 微波焙烧温度 焙烧时间 时 焙烧矿中硫元素含量为 微波焙烧与马 弗炉焙烧脱硫的趋势大体一致 脱硫初期硫含量变 化较快 随着反应的进行 硫含量减少趋势趋于平 缓 但微波焙烧脱硫效果更好 焙烧温度更低 焙烧 时间更短 结合王一雍等 的研究结果 微波焙烧在微波 辐射温度为 辐射时间为 时能显著提 高氧化铝的浸出率故选择微波脱硫温度为 时较适宜 焙烧产物 分析 由图可以得出 高硫铝土矿主相是一水硬铝 石 在图谱中未见 的衍射峰 这主 要是因为 含量较少的缘故微波焙烧与马弗 炉焙烧后的 图谱相似从图谱中看出 一水硬 铝石 经焙烧后转变成 转变过 程可用式 表示 同时 出现了 的衍射峰 这主要是 氧化 焙烧后的产物 微波焙烧机理初探 铝土矿中黄铁矿在含氧气氛下焙烧会发生如下 第期张念炳 等 高硫铝土矿微波焙烧预处理 图氧化焙烧脱硫及微波焙烧脱硫后的 图谱 一系列反应 马弗炉焙烧脱硫后产物中铁元素的形态变化推 断 含硫铝土矿焙烧主反应可以确定为下式 与吕国志等 的研究结论一致由微波焙烧后 的 图谱与常规焙烧后的 图谱相似 说明 两种脱硫方式的产物是一致的 目前 对煤的微波脱硫研究较多 其中也有关于 微波脱硫机理的研究煤中的硫通常分为有机硫和 无机硫有机硫包含硫醇类 硫醚类 含噻吩环的芳香体系 硫醌类和二硫化合物或 硫蒽等 无机硫由硫铁矿 硫酸盐硫及少量元素硫组 成由 程荣 和赵庆玲 的研究结果 在微波照射期间 微波有选择的介电加热引起局部 高温 使煤中黄铁矿硫与周围的活化物如 和 吸收的水分等发生热脱硫反应 在反应过程中 由于 微波电磁场的极化 黄铁矿分子中的 键破裂 在黄铁矿晶体中 由于 键的破裂分离出大量的 这些离子不断地向表面扩散 硫连续地以稳定 的气态产物如 羰基硫 或 释放出来 与煤比较 高硫铝土矿中硫元素以无机硫为主 而无机硫又以黄铁矿为主 因此高硫铝土矿中硫的 形态相对单一在煤微波脱硫机理的基础上 推断 出高硫铝土矿的微波脱硫机理可能为 在微波照射 期间 微波有选择的介电加热引起局部高温 由于微 波电磁场的极化 黄铁矿分子中的 键破裂 分 离出大量的 这些离子不断地向表面扩散 以 释放出来 马弗炉焙烧脱硫是黄铁矿与氧气直接接触 才 能使脱硫反应得以发生 但随着反应的不断进行 产物层不断增厚 使得黄铁矿与氧气的接触 越来越难 致使其脱硫效率不高而微波焙烧脱硫 能使黄铁矿 键破裂 并能使 不断向表面扩 散与氧气接触 使得脱硫反应不断的发生 致使其脱 硫效率较高 结论 在焙烧温度 焙烧时间 时 焙 烧矿中硫元素含量低于 而微波焙烧温度 焙烧时间 时 焙烧矿中硫元素含量已 低于 与马弗炉焙烧脱硫相比 微波焙烧脱硫具有 温度低 时间短和脱硫率高等优点 是一种较好的焙 烧脱硫方法 脱硫机理可能为 微波照射使黄铁矿 键 破裂 分离出大量的 这些离子不断地向表面扩 散 以 释放出来 参考文献 何伯泉 罗琳试论我国高硫铝土矿脱硫新方案轻 金属 吴荣庆我国矿产资源总体形式及主要短缺矿产的发 展趋势中国通报 陈文汨谢巧玲 胡小莲 等高硫铝土矿反浮选除硫 试验研究矿冶工程 吕国志 张廷安 鲍丽 等高硫铝土矿的焙烧预处理及 焙烧 矿 的 溶 出 性 能 中 国 有 色 金 属 学 报 重 庆 大 学 学 报第 卷 袁华 俊 李 琴 琴 净 化 工 业 铝 酸 钠 溶 液 工 艺 选 择 轻金属 何润德 谭希发 张念炳 等铝酸钡净化拜耳赤泥洗液 除硫试验研究贵州大学学报 自然科学版 王一雍张廷安陈霞等微波焙烧对一水硬铝石矿 浸出 性 能 的 影 响 过 程 工 程 学 报 张念炳 白晨光 黎志英 等高硫铝土矿中含硫矿物赋 存状态 及 脱 硫 效 率 研 究 电 子 显 微 学 报 程荣丘纪华穆斯堡尔谱在煤粉微波脱硫试验分析 中的应用环境工程 赵庆玲郑晋梅 段滋华煤的微波脱硫煤炭转 化 编辑王维朗 第期张念炳 等 高硫铝土矿微波焙烧预处理