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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。