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高硫铝土矿的焙烧预处理及焙烧矿的溶出性能.pdf

高硫铝土矿的焙烧预处理及焙烧矿的溶出性能

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2013-06-11 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《高硫铝土矿的焙烧预处理及焙烧矿的溶出性能pdf》,可适用于工程科技领域

第卷第期中国有色金属学报年月VolNoTheChineseJournalofNonferrousMetalsSep文章编号:()高硫铝土矿的焙烧预处理及焙烧矿的溶出性能吕国志张廷安鲍丽豆志河赵爱春曲海翠倪培远(东北大学材料与冶金学院沈阳)摘要:采用马弗炉、旋转管式炉和流化床对我国高硫铝土矿进行焙烧预处理。考察焙烧温度、焙烧时间对硫含量以及焙烧矿溶出性能的影响利用SEM和XRD技术对焙烧矿的微观形貌及晶型结构进行表征探讨高硫矿焙烧脱硫机理。结果表明:焙烧脱硫处理我国高硫铝土矿是可行的焙烧预处理矿可满足我国氧化铝生产的工业要求马弗炉、旋转管式炉焙烧预处理的合适工艺条件为:焙烧温度℃焙烧时间min流化床焙烧预处理的合适工艺条件为:焙烧温度℃焙烧时间min流态化焙烧矿溶出效果最好该焙烧矿在溶出温度℃、溶出配料分子比、苛性碱浓度gL的溶出条件下矿石中氧化铝的相对溶出率可达到。关键词:高硫铝土矿焙烧预处理脱硫溶出性能中图分类号:TF文献标识码:ARoastingpretreatmentofhighsulfurbauxiteanddigestionperformanceofroastedoreLÜGuozhi,ZHANGTingan,BAOLi,DOUZhihe,ZHAOAichun,QUHaicui,NIPeiyuan(SchoolofMaterialsandMetallurgy,NortheasternUniversity,Shenyang,China)Abstract:Thehighsulfurbauxitewaspretreatedinmufflefurnace,rotarytubefurnaceandfluidizedbedTheeffectsofroastingtemperatureandroastingtimeonthedesulfurizationperformanceanddigestionratewerestudiedThechangesinmicromorphologyandphasecompositionwereanalyzedanddiscussedbySEMandXRD,andthechangingmechanismofdesulfurizationbyroastingwastestedDigestionrateofroastedorewasalsotestedTheexperimentalresultsindicatethatthesulfurelementissuccessfullydischargedasgasformandthesulfurcontentofroastedoremeetstheindustrialstandardThereasonableconditionsofroastingpretreatmentbyusingmufflefurnaceandrotarytubefurnaceare℃formin,and℃forminbyusingfluidizedbedTheroastedorebyusingfluidizedbedhasthebestdigestionperformanceThealuminadigestionrateofroastedorebyusingfluidizedbedreachesatdigestiontemperatureof℃,digestionmoleculeratioofandcausticconcentrationofgLKeywords:highsulfurbauxiteroastingpretreatmentdesulfurizationdigestionperformance我国高硫铝土矿现有储量约为亿t目前都没有在氧化铝工业生产中得以应用。其原因是直接使用高硫铝土矿作为原料在拜耳法溶出时的设备腐蚀及蒸发段结疤加剧的问题没有得到解决。如果解决了高硫铝土矿用于氧化铝生产中的脱硫问题将大大缓解我国氧化铝生产的矿石资源紧张的问题。国内外针对金属硫化物的处理、铝土矿焙烧以及铝土矿脱硫问题做了不少研究工作−而目前关于焙烧预处理对矿石脱硫效果以及矿石溶出等后续工序的影响报道很少。本文作者主要研究焙烧预处理对铝土矿脱硫效基金项目:国家自然科学基金资助项目()国家重点基础研究发展规划资助项目(CB)教育部高校博士点基金项目()辽宁省优秀青年科技人才基金项目()收稿日期:修订日期:通信作者:吕国志博士电话:Email:jiaojiesinacom第卷第期吕国志等:高硫铝土矿的焙烧预处理及焙烧矿的溶出性能果、焙烧矿溶出情况及焙烧机理进行研究为我国高硫铝土矿的工业化应用提供理论依据。实验原料铝土矿为国内某煤矿共生高硫型一水硬铝石矿其化学成分及物相组成如表和所示。表铝土矿的主要化学成分TableChemicalcompositionsofbauxite(massfraction,)AlOSiOFeOTiOCaOMgOSLOI表原矿的物相组成TableMineralogicalcompositionsofrawore(massfraction,)DiasporePyriteAnataseKaolinite矿石的XRD谱如图所示。由图可知铝土矿矿相中主要成分为一水硬铝石另外还有一定量的针铁矿、高岭石和黄铁矿其中硫主要以黄铁矿(FeS)形式存在。溶出实验采用的循环母液为国内某铝厂的种分母液和氢氧化钠(分析纯)及氢氧化铝(分析纯)配制而成。图铝土矿样的XRD谱FigXRDpatternofbauxiteoresample焙烧脱硫实验使用SX型马弗炉、SZK型旋转管式炉和SK−−型流化床进行焙烧脱硫预处理实验考察不同的焙烧温度、焙烧时间等工艺条件对铝土矿中的硫含量与硫存在形态的影响。其中旋转管式炉转速为rmin流态化焙烧实验使用空气作为流化气体气体流速为ms流化数约为临界流化速度计算公式如下:spmf)(ρμρρμ−=d()式中:mfμ为临界流化速度msμ为气体黏度Pa·ssρ为矿粉密度kgmρ为气体密度kgmpd为矿石的粒径m。拜耳法溶出实验使用WHFS−型反应釜进行溶出实验溶出时间为min石灰添加量为。分别对溶出液和赤泥进行化学分析确定溶出液中的AlO和NaOk含量以及赤泥中的AlO和SiO含量考察苛碱浓度、溶出温度和配料分子比α对溶出液分子比kα和相对溶出率的影响。溶出液分子比计算公式如下:kkk(NaO)(NaO)(AlO)(AlO)cmcmα==×()氧化铝相对溶出率计算公式如下:)SiO()OAl()SiO()OAl()SiO()OAl(oremudredore×−⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡−⎥⎦⎤⎢⎣⎡=mmmmmmη()物相及表面结构分析原矿及焙烧矿物相分析使用荷兰帕纳克公司PW型X射线衍射仪(铜靶)衍射角范围˚<θ<˚扫描速率为(˚)s。矿石微观结构使用SSX−型扫描电子显微镜进行观测。结果与讨论焙烧脱硫实验使用SX型马弗炉、SZK型旋转管式炉和SK−−型流化床进行焙烧脱硫预处理时在不同中国有色金属学报年月焙烧温度和焙烧时间下对焙烧矿中硫含量的影响如图~所示。图马弗炉焙烧时间对焙烧矿脱硫的影响FigEffectsofroastingtimeonsulfurcontentofroastedorebymufflefurnace图旋转管式炉焙烧时间对焙烧矿脱硫的影响FigEffectsofroastingtimeonsulfurcontentofroastedorebyrotarytubefurnace图流态化焙烧时间对焙烧矿脱硫的影响FigEffectsofroastingtimeonsulfurcontentofroastedorebyfluidizedbed铝土矿中硫含量低于时才符合拜耳法工业生产要求。从图中结果可知当焙烧温度为℃、焙烧时间为min时旋转管式炉与马弗炉焙烧矿中硫元素含量已低于的工业生产要求但相同焙烧条件下旋转管式炉焙烧矿中硫含量略低于马弗炉焙烧矿。相同条件下流态化焙烧脱硫速度明显高于马弗炉和旋转管式炉焙烧脱硫速度但是流态化焙烧脱硫预处理所需温度要略高于马弗炉和旋转管式炉焙烧脱硫温度。当焙烧温度为℃、焙烧时间为min时焙烧矿中硫元素含量已低于的工业生产要求。铝土矿在焙烧预处理脱硫时硫元素转化为SO气体该尾气直接排出会对环境造成污染。结合氧化铝生产工艺特点本研究中采用氧化铝生产过程中的副产物赤泥作为吸收介质回收SO气体。溶出性能实验溶出温度对矿石溶出率的影响不同溶出温度对原矿及焙烧矿的溶出率影响结果如图所示。由图可知溶出温度对矿石的溶出率有较大影响溶出温度从℃升高到℃原矿中氧化铝的相对溶出率从增加到了℃时马弗炉和旋转管式炉焙烧矿的氧化铝溶出率达到左右而流态化焙烧矿在℃的溶出温度下氧化铝相对溶出率达到左右而马弗炉和旋转管式炉焙烧矿在该条件下氧化铝的溶出率不到。图溶出温度对原矿及焙烧矿溶出性能的影响FigEffectofdigestiontemperatureondigestionperformanceofraworeandroastedore配料分子比对矿石溶出率的影响原矿及焙烧矿溶出率与配料分子比变化情况如图第卷第期吕国志等:高硫铝土矿的焙烧预处理及焙烧矿的溶出性能所示。由图可知在℃的溶出温度下当配料分子比为~时原矿氧化铝相对溶出率均在以下。溶出配料分子比高于时马弗炉与旋转管式炉焙烧矿氧化铝相对溶出率在以上分别为和在配料分子比低于时矿石中氧化铝相对溶出率均不到。配料分子比为时流态化焙烧矿中氧化铝相对溶出率可达当配料分子比高于时矿石中氧化铝溶出率在以上。图配料分子比对矿石溶出性能的影响FigEffectofmolecularratioondigestionrateofraworeandroastedore母液苛碱浓度对矿石溶出率的影响循环母液中苛碱浓度(Nk)对原矿及流态化焙烧矿氧化铝溶出率的影响如图所示。原矿氧化铝相对溶出率随苛碱浓度的下降而显著下降。苛碱浓度为gL时流态化焙烧矿氧化铝相对溶出率达以上图苛碱浓度对矿石溶出性能的影响FigEffectofcausticconcentration(Nk)ondigestionrateofalumina母液苛碱浓度为gL时氧化铝相对溶出率达。根据焙烧矿与原矿溶出性能的对比可以看出焙烧预处理后矿石的溶出温度、溶出配料分子比与循环母液苛碱浓度要求较原矿均有所下降这可以有效降低吨氧化铝生产的平均能耗对工业化生产十分有利。焙烧机制铝土矿中含有黄铁矿等含硫物质黄铁矿在含氧气氛下焙烧会发生如下一系列反应:(−x)FeS(−x)O=Fe−xS(−x)SO()Fe−xS(−x)O=(−x)FeOSO()FeOO=FeO()FeS=FeSS()SO=SO()FeSO=FeOSO()图所示为焙烧矿的XRD谱。由焙烧矿的XRD谱中铁的存在形态可以推测铝土矿中的硫元素在焙烧过程中的反应如式()所示:FeSO=FeOSO()焙烧过程中矿石中一水硬铝石的物相同时发生转变在焙烧温度℃、保温时间min的流态化时焙烧矿中氧化铝相几乎全部转化为过渡态氧化铝相变过程如下:AlO(OH)=AlOHO()焙烧预处理后焙烧矿中一水硬铝石点阵常数发生了变化晶胞参数ca从变化为说明一水硬铝石的结构已经发生畸变。研究表明−一水硬铝石在高于℃的焙烧条件下开始脱水导致一水硬铝石晶体的链状结构被切断−OH)Al(O,配位八面体处于悬空状态显然这种结构反应活性更强另外八面体顶角的OH−和O−的脱除导致八面体中心的Al裸露出来此时一水硬铝石矿晶体结构遭到了严重破坏因此铝土矿的溶出性能显著改善。而一水硬铝石转化为纯刚玉需要大量能量未达到一定的焙烧条件时即晶体没有获得足够的能量时焙烧矿中始终存在着高活性的中间态氧化铝这对于改善一中国有色金属学报年月水硬铝石矿的溶出性能极其有利。在焙烧温度℃、保温时间min的流态化焙烧条件下矿石中氧化铝相晶胞由正交晶系Pbnm的−OH)Al(O,八面体转变成了三方晶系Rc的−AlO八面体。由于纯刚玉的活性要低于一水硬铝石所以其溶出条件较一水硬铝石更加苛刻。而本研究中焙烧矿溶出性能均比原矿好从而可以推断焙烧矿中氧化铝相并非纯刚玉而是结晶形图流态化焙烧矿的XRD谱FigXRDpatternofroastingorebyfluidizedbed态不完整的过渡态氧化铝。铝土矿焙烧脱硫预处理属于气固反应在流态化焙烧过程中矿石与空气接触比较充分从而导致脱硫速率较其他两种焙烧方式提高很多缩短了焙烧预处理时间也缩短了矿石中一水硬铝石相向纯刚玉相转变的时间因而焙烧矿中氧化铝相晶体结晶更不完整焙烧矿中氧化铝相拥有相对较高活性因此其溶出性能较其他两种焙烧矿更高一些。原矿与焙烧矿的SEM像如图所示。由图可以看出原矿的结晶比较致密界面纹理很明显需要较高的温度才能破坏这种致密的晶体结构因此一水硬铝石矿溶出条件要求较高。铝土矿经焙烧预处理后矿粉在焙烧过程中因脱水而导致颗粒表面均形成不同程度的孔隙和裂纹这种空隙和裂纹的存在使得矿石在溶出过程中与母液的接触面积增大促进了溶出反应这也是焙烧矿氧化铝溶出率高的原因之一。当马弗炉、旋转管式炉焙烧温度为℃、流态化焙烧温度为℃时焙烧预处理后焙烧矿中硫含量达到我国氧化铝生产的工艺要求同时焙烧矿溶出活性也得到改善不同焙烧方式下焙烧矿的溶出性能均较原矿有所提高其中流态化焙烧矿中氧化铝溶出性能的改善最为明显。图原矿与焙烧矿的SEM像FigSEMimagesofraworeandroastedore:(a)Rawore(b)Roastedorebymufflefurnace(℃,min)(c)Roastedorebyrotarytubefurnace(℃,min)(d)Roastedorebyfluidizedbed(℃,min)第卷第期吕国志等:高硫铝土矿的焙烧预处理及焙烧矿的溶出性能结论)采用焙烧脱硫处理我国高硫型铝土矿在技术上是可行的焙烧脱硫预处理后焙烧矿中的硫含量均达到我国氧化铝工业的要求。马弗炉与旋转管式炉焙烧条件为:焙烧温度℃焙烧时间min。流态化条件为:焙烧温度℃焙烧时间min。)焙烧预处理对矿石的微观结构和物相组成有很大的影响。焙烧预处理使得矿石表面出现孔隙和裂纹同时矿石的一水硬铝石晶体结构被破坏形成一种活性很高的过渡态结构更适宜氧化铝拜耳法溶出。)所有焙烧矿的溶出性能均较原矿有所提高流态化焙烧矿溶出性能比马弗炉和旋转管式炉焙烧矿的溶出性能好当溶出温度为℃、苛碱浓度为gL及配料分子比时焙烧矿中氧化铝溶出率达到以上。REFERENCES陈万坤,彭关才一水硬铝石型铝土矿的强化溶出技术M北京:冶金工业出版社,:−CHENWankun,PENGGuancaiStrengtheningdigestiontechnologyofdiasporicbauxiteMBeijing:MetallurgicalIndustryPress,:−杨重愚氧化铝生产工艺学M北京:冶金工业出版社,:−,−YANGZhongyuAluminaproductiontechnologyMBeijing:MetallurgicalIndustryPress,:−王一雍,张廷安,陈霞,鲍丽微波焙烧对一水硬铝石矿浸出性能的影响J过程工程学报,,():−WANGYiyong,ZHANGTingan,CHENXia,BAOLiEffectsofmicrowaveroastingonleachingbehaviorofdiasporeoreJTheChineseJournalofProcessEngineering,,():−赵恒勤,杨重愚,刘航博铝土矿预焙烧强化溶出的动力学研究J矿产保护与利用,,():−ZHAOHengqin,YANGZhongyu,LIUHangboInvestigationonkineticsofbauxite’sdigestionimprovedbypreroastingprocessJConservationandUtilizationofMineralResources,,():−PADILLAR,VEGAD,RUIZMCPressureleachingofsulfidizedchalcopyriteinsulfuricacidoxygenmediaJHydrometallurgy,,():−何润德,胡四春,黎志英,张念炳,车蓉用高硫型铝土矿生产氧化铝过程中湿法除硫方法讨论J湿法冶金,,():−HERunde,HUSichun,LIZhiying,ZHANGNianbing,CHERongDiscussiononthemethodofhydrometallurgicaldesulfurizingduringproducingaluminawithhighgradebauxitecontainingsulfurJHydrometallurgyofChina,,():−刘丕,吕子剑,韩中岭我国铝土矿预焙烧对拜耳法生产的影响及工业应用的分析J轻金属,():−LIUPi,LÜZijian,HANZhonglingAnalysisofpreroastingoneffectofBayerprocessofChinesebauxiteJLightMetals,():−ANDREWRH,SURESHKB,STEPHENCGThesurfacechemistryofBayerprocesssolids:AreviewJColloidsSurf,A:PhysicochemEngAspects,,():−李小斌,周秋生,彭志宏,刘业翔活化焙烧一水硬铝石矿增浓溶出过程动力学J中南工业大学学报:自然科学版,,():−LIXiaobin,ZHOUQiusheng,PENGZhihong,LIUYexiangStudyonthekineticsofdigestingroasteddiasporeinthesweeteningprocessJJournalofCentralSouthUniversityofTechnology:NaturalScience,,():−黄芳,袁华俊,李海波贵州黑铝土矿溶出性能研究J轻金属,():−HUANGFang,YUANHuajun,LIHaiboResearchondigestionperformanceofGuizhoublackbauxiteJLightMetals,():−何伯泉,罗琳试论我国高硫铝土矿脱硫新方案J轻金属,():−HEBoquan,LUOLinDiscussionondesulphurizationnewschemeofhighsulfurbauxiteJLightMetals,():−吕国志,张廷安,鲍丽,豆志河,张伟光高硫铝土矿的焙烧预处理J过程工程学报,,():−LÜGuozhi,ZHANGTingan,BAOLi,DOUZhihe,ZHANGWeiguangRoastingpretreatmentofhighsulfurbauxiteJTheChineseJournalofProcessEngineering,,():−QIYQ,LIW,CHENHK,LIBQDesulfurizationofcoalthroughpyrolysisinafluidizedbedreactorundernitrogenandONatmosphereJFuelandEnergyAbstracts,,():−戚立宽低品位和高硫铝土矿的处理法J轻金属,():−QILikuanTreatmentmethodoflowgradeandhighsulfurbauxiteJLightMetals,():−王一雍一水硬铝石强化溶出过程的基础研究D沈阳:东北大学,:−WANGYiyongBasicresearchonintensifieddigestionofdiasporeDShenyang:NortheasternUniversity,:−陈霞焙烧预处理对一水硬铝石矿微观结构和溶出性能D沈阳:东北大学,:−CHENXiaEffectsofroastingpretreatmentondiasporemicrostructureanddigestingbehaviorDShenyang:NortheasternUniversity,:−(编辑李向群)

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