DOC《高硫铝土矿分散态焙烧脱硫试验》

高硫铝土矿分散态焙烧脱硫试验 陈延信,李骏,赵博,丁松雄 (西安建筑科技大学 粉体工程研究所,西安 710055) 摘要:采用自制的分散态焙烧炉,对硫含量1.

61%的高硫铝土矿进行焙烧脱硫.考察脱硫效果随焙烧温度和时间的变化规律,并探讨了焙烧脱硫的机理.结果表明,在650 ℃焙烧120 s时,分散态焙烧可以实现76.98%的脱硫率,焙烧矿残硫为0.07%,延长焙烧时间或升高温度对提高脱硫率帮助不大. 关键词:高硫铝土矿;

分散态焙烧;

脱硫率;

脱硫速率 中图分类号:TF821 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2016)03-0000-00 Experiment of Dispersion Roasting Desulfurization of High-Sulfur Bauxite CHEN Yan-xin, LI Jun, ZHAO Bo, DING Song-xiong (Institute of Powder Engineering,Xi'

an University of Architecture and Technology,Xi'

an 710055,China) Abstract:High-sulfur bauxite bearing 1.61% S was desulfured by roasting in self-made dispersion state roasting furnace. Effects of roasting time and temperature on desulfurization efficiency were investigated, and desulfurization mechanism was discussed. The results show that desulfurization efficiency is 76.98% with 0.07% sulfur residue in roasted bauxite after dispersion roasting at

650 ℃ for

120 s. Higher temperature or longer time have few effects on improvement of desulfurization efficiency. Key words: high-sulfur bauxite;

dispersion roasting;

desulfurization efficiency;

desulfurization rate 高硫铝土矿中的硫主要以黄铁矿形式存在[1-2].这类高硫铝土矿用于拜耳法生产氧化铝时,黄铁矿与碱液反应生成S2-和S2O32-,导致生产设备的腐蚀速度加快[3-5].因此,应积极探索高硫铝土矿预脱硫工艺,以满足生产需要.目前,高硫铝土矿主要的脱硫方法可分为浮选脱硫[6]、湿法脱硫[7]及预焙烧脱硫[8-10]等.浮选方法可选出部分黄铁矿,但浮选药剂成本高,对生产流程有不利影响,脱硫率较低.湿法脱硫有较好的脱硫效果,但对氧化铝生产设备有腐蚀.预焙烧脱硫可提高铝土矿的溶出效果,但存在焙烧时间长、焙烧温度高等问题.因此本文探索高硫铝土矿分散态焙烧的脱硫特性,以便在较短时间和较低焙烧温度下获得最佳脱硫效果.

1 原料 高硫铝土矿取自河南某地,将矿样缩分混匀后在(105±5)℃烘干,利用球磨机粉磨至75 μm筛余为24%左右.原料的化学组成(%):Al2O3 59.

18、SiO2 15.

08、Fe2O3 3.

93、CaO 0.

42、TiO2 2.

88、ST 1.61,矿物组成(%):一水铝石56.

14、高岭土25.

11、黄铁矿2.

08、锐钛矿2.

88、石英2.

50、菱铁矿3.

56、其它4.74.该高硫铝土矿的主要含铝矿物是一水硬铝石和高岭石.粉矿样品中的总硫含量为1.61%,硫的物相分析表明,硫酸盐型硫含量为0.50%,其余的硫元素以黄铁矿形式存在,样品中未检出单质硫.700 ℃下灼烧至恒重,测得铝土矿样品的灼减量为14.55%,灼减量包括脱除矿物结晶水、黄铁矿氧化反应及有机质挥发等造成的质量损失.

2 分散态焙烧试验装置及方法 在自制的粉体物料分散态焙烧装置[2]中进行高硫铝土矿的焙烧试验,分散态是介于堆积态与悬浮态之间的一种气固两相的接触状态,其理想状态是参与气固两相运动的所有粉体颗粒处于同一个水平面上,足够分散,近于悬浮态,气体能够与每一个颗粒实现快速良好的接触.为此制作了装料斗,该料斗内置多层筛网,而且耐高温及腐蚀. 首先设定好目标温度和升温速率(10 ℃/min),当炉内温度稳定在目标温度时,打开通气阀门,调节气体流量,将装有物料的多层筛网装料斗置入刚玉管内,并开始计时,装料斗共4层筛网,在每层筛网上铺上足够薄的粉料,使矿样在充分分散的状态下按预定时间完成焙烧.焙烧完成后将物料从装料斗中倒出,完全冷却后装入密封袋备用. 收稿日期:2015-09-25 基金项目:国家科技支撑计划项目(2012BAA08B00) 作者简介:陈延信(1974-),男,安徽庐江人,博士,副教授. 考虑到半工业化试验焙烧气氛的条件,调节气氛中含氧量为8%,气体流量为2.1 m3/h,并按照温度600~700 ℃、时间30~120 s设计氧化焙烧的正交试验,焙烧设计3个温度点,每个温度设定4个焙烧时间段.

3 结果分析 焙烧矿的硫含量采用《硫酸钡重量法》测定,脱硫率(η)和脱硫速率(η?)的计算公式见文献[2],结果见表1. 表1 分散态焙烧脱硫结果 Table

1 Results of dispersion state roasting desulfurization 焙烧条件 硫酸盐型硫/% 硫化物型硫/% 硫化物型硫的脱硫率/% Al2O3/% η/% η?/(%・s-1)

600 ℃/30 s 0.42 0.74

34 65.25 28.19 0.94

600 ℃/60 s 0.35 0.13

89 66.72 70.94 1.42

600 ℃/90 s 0.35 0.09

93 71.74 75.23 0.14

600 ℃/120 s 0.32 0.09

93 73.35 77.42 0.07

650 ℃/30 s 0.43 0.51

55 66.15 42.60 1.42

650 ℃/60 s 0.36 0.11

91 70.47 73.06 1.02

650 ℃/90 s 0.35 0.09

93 72.54 75.50 0.08

650 ℃/120 s 0.35 0.07

94 73.69 76.98 0.05

700 ℃/30 s 0.30 0.17

85 66.76 71.56 2.39

700 ℃/60 s 0.28 0.14

89 73.49 76.92 0.18

700 ℃/90 s 0.29 0.11

91 73.66 78.07 0.04

700 ℃/120 s 0.30 0.07

95 75.83 80.29 0.07 3.1 焙烧时间对脱硫率的影响 图1为不同温度下脱硫时间对脱硫率的影响曲线以及各时间段内的脱硫速率. 图1 脱硫率随焙烧时间的变化曲线(a)和各时间段内的脱硫速率(b) Fig.1 Desulfurization efficiency curves vs. roasting time (a) and desulfurization rate (b) in each roasting period 如图1a所示,在反应前期,延长焙烧时间,脱硫率明显增大;

而在焙烧60 s后,更长的焙烧时间并没有大幅度提高脱硫率,在图示时间段内,焙烧后期的脱硫率逐渐稳定在80%左右.图1b的结果表明,脱硫速率呈现出反应初期大、后期逐步减小的过程;

而且焙烧温度越高,焙烧初期的脱硫速率越大,当脱硫率接近70%以后,脱硫速率明显减小.这就说明,高硫铝土矿中的大部分硫是在焙烧反应前期脱除的,在一定范围内,焙烧时间越短脱硫效率越高. 在进行分散态焙烧试验时,我们期望粉体颗粒在气相中能够趋近于理想的分散态,具有足够大的接触面积.在实际情况中,气固两相的接触面积虽然较堆积态下的接触面积增大不少,但比理想悬浮态下的两相接触面积小.所以悬浮态焙烧时,相同焙烧温度下达到相同的脱硫率所需的焙烧时间肯定比分散态下的焙烧时间更短. 3.2 焙烧温度对脱硫率的影响 图2所示为不同焙烧温度下焙烧矿脱硫率曲线.结合图1b可以发现,在焙烧时间较短时(30 s),焙烧温度越高脱硫率越大;

而当焙烧时间在60~120 s之间时,脱硫率在600~700 ℃范围内基本没有特别明显的变化,而且脱硫率均达到70%以上,说明在一定的焙烧时间下,或者在脱硫率达到70%以后,提高焙烧温度不能明显提高脱硫率. 图2 焙烧温度对脱硫率的影响 Fig.2 Effect of roast temperature on desulfurization efficiency 3.3 高硫铝土矿焙烧脱硫的反应特性 从分析结果可以看出,3个温度下焙烧60 s后,焙烧矿中硫化物型硫的脱硫率已经达到90%.原料中以硫酸盐形式存在的硫含量为0.50%,在原料烧减完全、无外界硫侵入的情况下,焙烧矿中硫酸盐型硫含量在0.28%~0.42%,说明焙烧过程中存在硫酸盐分解的过程,即原料中的硫酸盐在上述温度范围内易于分解,从这一分析结果可知,该高硫铝土矿存在黄铁矿氧化脱硫和硫酸盐分解两个脱硫反应,且两个反应发生的温度区间交叉.两个脱硫反应分别是: 在600~650 ℃之间进行焙烧时,随着焙烧时间的延长,焙烧矿中的硫酸盐含量趋于0.35%,焙烧温度为700 ℃时,在4个焙烧时间段内得到的焙烧矿中的硫酸盐基本维持在0.28%~0.30%.从这一现象可以分析出,原料中的硫酸盐可能不止一种,大致可分为两类,一类是在650 ℃以下会发生分解的硫酸盐,一类是在700 ℃左右(可能是650 ℃以上)发生分解的硫酸盐. 从高硫铝土矿分散态焙烧试验结果可知,分散态焙烧高硫铝土矿时,焙烧时间对脱硫率的影........