贵州某高硫铝土矿溶出性能试验研究

贵州某高硫铝土矿溶出性能试验研究
任少峰;张永康;刘金海;况顺达;周丰
【摘要】To eliminate the adverse effect in Bayer pocess result from high sulfur content in bauxite. The digestion per-formance of Al2 O3 and S in high-sulfur diasporic bauxite concentrate from Guizhou was studied by Bayer process. The results showed that the optimum conditions were leaching temperature of 260 ℃,leaching time of 60 minutes,lime dosage of 7% to bauxite,caustic ratio of 1. 45,caustic alkali concentration of 230 g/L. Under the optimum conditions,Al2 O3 content in red mud was 17. 13%,the sulfur in the red mud is 0. 12%,the relative leaching rate of Al2 O3 was 97. 24%,the leaching rate of sulfur was 17. 72%. The high-sulfur bauxite was of good digestion performance.%为消除贵州某高硫铝土精矿中硫含量过高对拜耳法生产的不利影响,研究了该高硫铝土矿精矿拜耳法溶出过程中氧化铝和硫的可溶性.试验结果显示:最优溶出试验条件为溶出温度260℃、溶出时间60 min、石灰加入量7%、配料分子比1.45、Na2 O浓度230 g/L,在此试验条件下,赤泥中氧化铝含量为17.13%,硫含量为0.12%,氧化铝的相对溶出率达到97.24%,硫的溶出率为17.72%,说明该试样溶出性能良好.
【期刊名称】《金属矿山》
【年(卷),期】2017(000)002
【总页数】5页(P66-70)
【关键词】高硫铝土矿;溶出性能;氧化铝;硫;溶出率
【作者】任少峰;张永康;刘金海;况顺达;周丰
【作者单位】西南能矿集团股份有限公司,贵州贵阳550004;遵义能矿投资股份有限公司,贵州遵义563000;中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所,河南郑州450006;国家非金属矿产资源综合利用工程技术研究中心,河南郑州450006;遵义能矿投资股份有限公司,贵州遵义563000;西南能矿集团股份有限公司,贵州贵阳550004;遵义能矿投资股份有限公司,贵州遵义563000
【正文语种】中文
【中图分类】TD925.6
据统计，目前我国铝土矿资源储量达23亿t[1]，其中约有5.6亿t高硫一水硬铝石型铝土矿，高硫铝土矿远景储量高达20亿t[2]。

高硫铝土矿中的硫主要以硫化物(黄铁矿)和硫酸盐形式存在，不同区域的含硫铝土矿，主要含硫物存在形式不同[3]。

铝土矿中硫含量过高，对氧化铝生产过程产生极大的危害[4]：硫化物与碱反应，使碱耗增加；溶液中的等含硫离子与铁反应，腐蚀设备，并导致溶液中铁含量升高，降低氧化铝产品质量；硫酸盐及其复盐在蒸发和溶出设备上结疤、析出，严重降低蒸发器和溶出管道的传热系数。

目前，由于这些问题得不到有效解决，我国很多高硫铝土矿资源仍未得到大规模的开发利用。

为了消除铝土矿中硫含量过高对拜耳法生产带来的不利影响，科研工作者开展了大量研究工作，开发出许多脱硫方法，主要有火法脱硫、浮选法脱硫、添加氧化剂脱硫等。

火法脱硫是针对我国高硫一水硬铝石型铝土矿脱硫的主要手段，吕国志等[5]对高硫铝土矿进行了流态化焙烧脱硫预处理，在焙烧温度800 ℃、焙烧时间10 min条件下，硫含量由2.08%降低到0.7%以下。

蔡振波等[6]采用浮选法处理广西某高硫铝土矿，获得铝土矿精矿氧化铝品位为63.31%，含硫0.35%，铝回收率
为78.52%的指标。

胡小莲等[7]采用通入氧气的湿式氧化法脱除拜耳液中的S2-，在适宜的条件下，S2-的脱出率达到99%。

本文以贵州某高硫铝土矿精矿为研究对象，考察该铝土矿的溶出性能，探究硫的溶出行为及硫溶出对氧化铝溶出率的影响，为高硫铝土矿脱硫提供技术支持。

贵州某高硫铝土矿精矿主要化学组成和矿物组成分析结果见表1和表2，XRD分
析结果见图1。

由表1可知，试样氧化铝含量为64.84%，二氧化硅含量为6.51%，铝硅比为
9.96，硫含量达到0.45%。

一般氧化铝工业采用的铝土矿硫含量小于0.3%，该试样硫含量较高。

由表2和图1可知，试样主要成分为一水硬铝石，主要杂质为绿泥石、锐钛矿、
石英、金红石和方解石，主要含硫矿物为黄铁矿。

试验用铝酸钠循环母液由氢氧化钠(分析纯)、氢氧化铝(分析纯)和去离子水配制而成。

试验用石灰由石灰(分析纯)在650 ℃下煅烧2 h，冷却后密封保存制得，其有效成分CaO含量在试验中均以100%计。

高硫铝土矿溶出试验在以熔盐为加热介质的盐浴炉(yy-150/6 山东威海景达化工机械有限公司生产)中进行，如图2所示。

固定循环母液体积为100 mL，将高硫铝
土矿精矿、石灰和循环母液按一定配比混合均匀后装入钢弹内(钢制高压釜体，反
应压力30 MPa)，钢弹密封后在盐浴炉中加热搅拌。

在设定温度和压力(30 MPa)
下反应一定时间后，取出钢弹。

冷却后，将钢弹内的浆液过滤，所得滤饼用热水洗涤3～4次。

洗涤后的滤饼(赤泥)放置于烘箱内于100± 5 ℃下干燥24 h，称量、研磨后密封送固相分析，计算试样中氧化铝和硫的溶出率。

评价铝土矿的溶出性能一般有2个指标：绝对溶出率和相对溶出率。

在本试验中，绝对溶出率(按赤泥计算溶出率)是根据浸渣(赤泥)的质量和赤泥中氧化铝的质量分
数来进行计算的：
式中，W渣为赤泥的质量，W矿为高硫铝土矿精矿的质量，A渣为赤泥中Al2O3的质量分数，A矿为高硫铝土矿精矿中Al2O3的质量分数。

相对溶出率是按绝对溶出率与理论溶出率来计算的，工业上常用相对溶出率比较溶出制度的效果：
%.
理论溶出率是指在铝土矿溶出过程中，不考虑其他因素造成氧化铝损失的情况下氧化铝的溶出率，其计算公式如下：
式中,A/S为铝土矿的铝硅比。

在铝酸钠循环母液Na2O浓度为230 g/L、石灰加入量为7%(以石灰质量占干矿量的百分比计，下同)、配料分子比(指循环母液中氧化钠和氧化铝的摩尔比，氧化铝工业生产配料分子比一般为1.4～1.6)为1.45的条件下反应60 min，考察温度对氧化铝和硫溶出率的影响，试验结果如图3所示。

由图3可知：升高温度可以促进矿石中氧化铝的溶出，同时硫的溶出率也增加；当溶出温度为260 ℃时，氧化铝的溶出率达到97.89%，硫的溶出率为18.65%，此后继续升高温度对氧化铝溶出率影响很小，而硫的溶出率提高幅度较大。

为保证较高的氧化铝溶出率和较低的硫溶出率，选择溶出温度为260 ℃。

在溶出温度为260 ℃、铝酸钠循环母液Na2O浓度为230 g/L、石灰添加量为7%、配料分子比为1.45的条件下，考察溶出时间对氧化铝和硫溶出率的影响，试验结果见图4。

由图4可知，延长溶出时间，氧化铝和硫的溶出率均随之提高，溶出时间为60 min时，氧化铝的相对溶出率就可达到97.84%，此后继续延长时间对提高氧化铝的溶出率影响不明显，而硫的溶出率继续升高。

为了得到较高的氧化铝溶出率，且减少硫化物在母液中溶解，选择溶出时间为60 min。

在溶出温度为260 ℃、铝酸钠循环母液Na2O浓度为230 g/L、配料分子比为
1.45的条件下反应60 min，考察石灰加入量对氧化铝和硫溶出率的影响，试验结果见图5。

由图5可知：石灰加入量为5%时，氧化铝溶出率只有87.90%，增大石灰加入量，氧化铝溶出率先升高后降低；硫的溶出率则随石灰用量增加持续降低。

石灰添加量过大后，石灰与溶液中的氧化铝反应形成水化石榴石进入赤泥，导致氧化铝溶出率下降，造成氧化铝损失[8-9]；溶液中多余的石灰结合形成硫铝酸钙化合物是硫溶
出率降低的原因[10]。

综合考虑，选择石灰加入量为7%，此时氧化铝溶出率为97.78%、硫溶出率为18.01%。

在溶出温度为260 ℃、铝酸钠循环母液Na2O浓度为230 g/L、石灰加入量为7%的条件下溶出60 min，考察不同配料分子比对氧化铝和硫溶出率的影响，结果如图6所示。

从图6可知：配料分子比增大，氧化铝溶出率升高，硫溶出率降低；配料分子比
大于1.45后，氧化铝溶出率增加不明显，维持在97%～99%，硫的溶出率略有下降。

为保证较高的氧化铝溶出率和较低的硫溶出率，选择配料分子比为1.45。

在溶出温度为260 ℃、石灰加入量为7%、配料分子比为1.45的条件下溶出60 min，考察不同母液Na2O浓度对氧化铝和硫溶出率的影响，试验结果见图7。

从图7可看出：随着循环母液Na2O浓度的增大，氧化铝溶出率逐渐增大；当
Na2O浓度大于230 g/L后，Na2O浓度对氧化铝溶出率影响不大。

随着Na2O
浓度增大，硫的溶出率不断降低。

Na2O浓度越大，循环母液中氧化铝不饱和度
越高，因而氧化铝溶出率越高。

但实际生产中，过高的Na2O浓度会增加后续蒸
发流程的负担。

综合考虑，选择循环母液Na2O浓度为230 g/L，此时氧化铝溶
出率为97.78%、硫的溶出率为18.01%。

在溶出温度260 ℃，溶出时间60 min、石灰加入量7%、配料分子比1.45、铝酸
钠循环母液Na2O浓度230 g/L的高硫铝土矿最优溶出条件下进行验证试验，结
果见表3。

由表3可以看出，高硫铝土矿在最优溶出条件下，氧化铝相对溶出率达到97.24%，硫的溶出率为17.72%，可见在拜耳法高压溶出过程中硫的溶出并未显著影响氧化铝的溶出，说明试样溶出性能良好。

为了探究高硫铝土矿精矿在溶出过程的反应行为，将验证试验得到的3个赤泥样
混合均匀，进行化学成分、矿物组成和XRD分析，结果分别见表4、表5和图8。

由表4可知，赤泥中氧化铝含量为17.13%，二氧化硅含量为11.60%，硫含量为0.12%，拜耳法溶出过程中尚有部分硫未进入母液。

由表5和图8可以看出，赤泥中的矿物主要为绿泥石、钙霞石、水化石榴石、钙
钛矿、Ca(OH)2和极少量未溶解完全的一水硬铝石。

图8中未发现黄铁矿的特征
衍射峰，对比图1可知，在高硫铝土矿溶出过程中黄铁矿溶解完全，黄铁矿中的
硫进入了母液。

(1)贵州某高硫铝土矿在溶出温度260 ℃、石灰加入量7%、配料分子比1.45、铝酸钠循环母液Na2O浓度230 g/L条件下溶出60 min，氧化铝的相对溶出率达到97.24%。

溶出过程中，黄铁矿溶解进入了母液，硫的溶出率为17.72%。

(2)硫的溶出对高硫铝土矿氧化铝的溶出率影响不明显，该高硫铝土矿溶出性能良好。