论晋北地区氧化铝生产中硫元素的处理方法

胡占明

摘 要：本文论述了氧化铝生产中硫元素的来源，浓度变化，对生产设备的危害，及晋北地区氧化铝生产中硫元素的处理方法。

关键词：硫元素；来源；危害；处理方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.217

1 引言

在氧化铝生产中，硫元素会逐步富集，若不处理，将抑制主要经济技术指标，造成设备腐蚀，甚至事故。本文论述了硫元素的来源、危害，探讨了处理方法。

2 正文

2.1 硫元素的来源

（1）矿石中，主要是黄铁矿及其异构体白铁矿和胶黄铁矿，也可能存在少量的硫酸盐，山东、广西铝土矿中硫含量较高。铝土矿中硫转入溶液的程度与许多因素有关，矿物形态、溶出温度和时间、碱浓度及其它杂质含量等。黄铁矿在180度开始被分解，白铁矿、磁黄铁矿更易被分解，并随着温度的升高、溶出时间的延长和溶液中碱浓度增加而提高。氧化剂和还原剂都能影响硫化物的分解，用空气氧化处理矿浆可降低硫向溶液的转化率。

（2）煤中，在烧结法生产中，从原料及烧成煤中带进生产过程中的硫，在烧结时与碱作用生成硫酸钠，溶出时进入溶液，并在生产中循环积累，使硫酸钠含量增高。

（3）化学酸洗，溶出机组套管每年酸洗一次，蒸发器每六个月酸洗一次。每组溶出机组酸洗每次用酸二十吨，每组蒸发器酸洗每次用酸三十吨，其余换热设备化学清洗用酸量较少。

2.2 硫元素的危害

（1）烧结法生产中，因硫酸钠熔点低，仅为884℃，当熟料中含量超过5%时，熟料窑结圈频繁，操作困难；并造成碱耗的增加。硫酸钠的熔点低，且不易分解和挥发，在1300至1350℃时才开始分解，但还原剂的存在，可以促进硫酸钠分解，如碳存在时，可以在750至800℃下开始分解，当还原剂、氧化物及碳酸钙同时存在时，其可以完全分解，因为硫化钠和硫化亚铁结合生产复盐，熟料溶出时进入溶液，碳酸化分解时发生分解，使氢氧化铝被硫化亚铁所污染。

（2）在拜尔法溶液中，硫不仅造成碱损失，而且硫离子含量提高后会使钢材受到腐蚀，增加溶液中的铁含量，降低氧化铝的溶出率；一定条件下它以复盐碳钠矾析出，这种复盐在蒸发器和溶出机组内结疤，降低传热系数。硫代硫酸钠对铁的溶解度无影响，但有氧化剂时，会加剧钢的腐蚀。二硫化钠是更强的氧化剂，对蒸发器有强烈的腐蚀作用：硫化钠与铁反应生成可溶的硫代配合物，提高了铁的溶解度，破坏了钢表面的钝化膜，使其转变为活化状态，硫代硫酸钠、二硫化钠与金属铁相互反应，把铁氧化成二价态，促进了硫代铁配合物生成。这些溶液中的硫综合起作用，强化了钢在腐蚀过程。

氧化铝的溶出率随着铝土矿硫含量提高而降低，随硫含量从0.32%提高到4.68%，溶出率下降0.97%；随着溶液中硫化钠和硫代硫酸钠浓度增大，硫代硫酸钠浓度高于3克/升、硫化物浓度高于5克/升时，可以生成一种水铝代硅酸钠的物质，造成氧化铝和氧化铝的损失。硫酸钠可使分解速度降低，浓度低时不明显，当硫酸根离子超过30至40克/升时，分解速度开始显著降低。

2.3 硫元素促进作用

溶液中的钠盐，尤其是硫酸钠能加速针铁矿变成赤铁矿，在235℃下，溶液中含3至5克/升硫酸钠，并添加干矿量3%的氧化钙，可以使90%的针铁矿在50至60分钟内变成赤铁矿，增加赤泥的沉降性能 。

2.4 硫元素的消除

（1）在工业上，铝酸钠溶液脱硫的方法：一是鼓入空气使硫氧化成硫酸钠，在蒸发时析出；二是添加除硫剂，如氧化锌和氧化钡，铁也得到清除。添加氧化锌可使负二价硫离子完全脱除，缺点是含锌材料较贵；三是采用特殊方法。

（2）在烧结法中主要是采用生料浆加煤的方法排除硫酸钠的积累。生料浆加煤使熟料中硫大部分成二价硫化物及二氧化硫状态，从弃赤泥中排除，使生产过程中硫酸钠积累缓慢，降低了硫酸钠的平衡浓度。

2.5 晋北地区某厂硫元素的处理

此厂一期为串联法，二期为拜尔法，根据化验检测表明，一期串联法溶液中硫元素长期维持在0.8克/升左右，短时间会增加到1.5克/升；二期拜尔法溶液中硫元素长期维持在0.5克/升波动，短时间会增加到1g/l。

此厂硫元素来源，一是矿石成分和烧结法物料造成硫元素浓度变化，逐步富集；二是酸洗造成硫元素浓度的增长。在氧化铝工厂设计中，一般酸洗的废酸由石灰乳中和，送入雨排，但是由于硫酸钙微溶，为白色粘稠浑浊液，处理困难，影响环保，一般是送入沉降槽。通过计算，溶出机组套管酸洗周期为一年，每次需要使用92.5%浓硫酸20吨；蒸发器酸洗周期为六个月，每次需要使用92.5%浓硫酸30吨，通过酸洗，可使系统升高1.5克/升。

根据此厂硫元素检测报告来看，一是系统硫含量未超出工艺要求范围；二是矿石成分中硫含量较低；三是系统中某种工艺在持续的除硫，在没有外来因素的情况下，生產系统的硫会维持在一个较低的水平；四是硫元素在一二期系统中存在一个平衡，一期为0.7至0.9克/升，二期为0.4至0.6克/升。

处理方法。分析表明，在此厂设计中存在三种工艺可以起到持续除硫作用：一是鼓入压缩空气，在分解槽系统中，设计有压缩风提料，提料过程中，通入系统的压缩空气，使之氧化成硫酸钠，一部分在蒸发器和溶出机组析出；二是系统中加入的石灰乳和石灰，部分石灰和石灰乳与硫酸钠反应生成硫酸钙进入赤泥，送入尾矿库；三是生料浆加煤，使熟料中硫大部分成二价硫化物及二氧化硫状态，从弃赤泥中排除。

3 结论

从上述分析可以得出，在晋北地区工业生产中，存在硫元素进入生产系统，因所用矿石成分中硫元素含量较低，且在生产工艺中，部分流程已经附带着对硫元素进行了处理，并足以使系统中硫元素维持一个正常生产工艺指标范围，所以不需要另外增加工艺流程进行硫元素处理。

参考文献：

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