高硫铝土矿悬浮态焙烧脱硫

陈延信，赵博，酒少武，吴锋，韩丁



高硫铝土矿悬浮态焙烧脱硫

陈延信，赵博，酒少武，吴锋，韩丁

(西安建筑科技大学 材料与矿资学院，陕西 西安，710055)

采用自主开发的高固气比悬浮焙烧−快速冷却装置对贵州地区硫质量分数为1.35%的高硫铝土矿进行850 kg/h规模的焙烧脱硫实验。探讨悬浮态焙烧对脱硫过程和焙烧矿的影响规律。对硫物相和XRD谱进行分析。研究结果表明：悬浮态低温焙烧可实现高硫铝土矿的快速脱硫，升高焙烧温度有利于提高脱硫率；硫化物型硫的残留量降至0.08%(质量分数)之后，脱硫过程趋于完成；FeS2脱硫反应伴随着金属氧化物吸收SO2的反应，细颗粒对SO2具有更强的吸收能力；高硫铝土矿粉料在悬浮炉内的有效停留时间约2 s，焙烧炉内温度控制在610~640 ℃，焙烧矿中硫化物型硫质量分数可以降低到0.16%以下。低温闪速焙烧−冷却使得偏高领土呈高度无序的非晶相结构，相对于原料中的一水硬铝石，焙烧矿中的α-Al2O3晶体得到细化，有利于Al2O3的溶出。

高硫铝土矿；悬浮态焙烧；脱硫率；硫物相

我国铝土矿储量中高硫型铝土矿约占资源储量的11%，约5.6亿t[1]。高硫铝土矿是指硫质量分数大于0.7%的铝土矿，其中硫主要以黄铁矿(FeS2)形式存在。黄铁矿在铝酸钠溶液中会转化成为SO32−，S2O32−和S22−等形态，不仅造成Na2O的损失，而且溶液中的S22−质量分数提高后会使钢材受到腐蚀，增加溶液中铁的质量分数，使得Al2O3溶出率和品位因为铁的污染而下降，降低氧化铝的产能和产品质量；生成的硫酸盐在适宜条件下与碳酸钠形成复盐析出，造成蒸发和分解工序的结疤，降低了反应器的传热系数[2−5]。因此，在拜耳法生产氧化铝工艺中，对矿石中的硫质量分数要求低于0.7%。目前国内外针对高硫铝土矿的脱硫研究主要有湿法和火法2类，湿法研究主要是浮选除硫，每吨氧化铝脱硫成本为160~180元。火法脱硫研究主要是通过对高硫铝土矿的焙烧脱硫和添加剂焙烧展开的，焙烧还可以提高铝土矿的溶出活性；国内学者对回转炉焙烧、沸腾炉焙烧和流化床焙烧等密相焙烧方法在实验室中进行了较多的研究，但需在750~850 ℃焙烧10~30 min，所得焙烧矿才能够满足后续工段对硫质量分数的要求[6−10]。相对于密相床，在稀相悬浮态气−固系统中，气固两相接触面积大，传热、传质和反应速率高。本文作者在实验室焙烧实验和中试探索性实验的基础上，开展高硫铝土矿的悬浮态焙烧脱硫中试研究，以期得到优化的焙烧条件，在较短的焙烧时间和最低焙烧能耗下实现良好的脱硫效果，为高硫铝土矿悬浮态焙烧连续性扩大实验提供主要的工艺操作参数。

1 实验

1.1 原料与燃料

高硫铝土矿取自贵州某地，矿石经破碎粉磨后，水分质量分数为2.6%，筛分结果显示粒径75 μm筛下量占45.2%，125 μm筛上量占20.5%。表1所示为原料的化学元素分析结果，所用仪器为德国布鲁克公司S4−Pioneer型X线荧光光谱仪，S质量分数采用硫酸钡重量法测定。物相分析所用仪器为日本理学(RIGAKU)生产的D/MAX2200型X线衍射仪(Cu靶，扫描速率为10 (°)/min，2为5°~70°)，图1所示为该高硫铝土矿的XRD谱，结合化学元素分析结果对原料进行矿物相定量分析，各矿物相质量分数如表2所示。实验所用燃料为神府煤田粉煤，表3所示为煤粉的工业分析结果。