拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中高硫鋁土礦的危害及防范措施

摘 要：隨著我國(guó)氧化鋁工業(yè)的快速發(fā)展，鋁土礦的需求量急劇增加，礦石資源的品位下降與供應(yīng)短缺，已成為我國(guó)氧化鋁工業(yè)發(fā)展的瓶頸。在礦石來(lái)源上，一部分高硫、高鋁硅比礦石就會(huì)不加選擇地進(jìn)入系統(tǒng)。文章就高硫礦的危害與預(yù)防結(jié)合我公司實(shí)際做一闡述。

關(guān)鍵詞：高硫礦石；化學(xué)組成；危害；防范措施

1 引言

高硫礦石一般外觀呈黑灰色且A/S較高，如果對(duì)它產(chǎn)生的危害不能引起高度的重視，這種礦石一旦進(jìn)入溶出系統(tǒng)，不但造成氧化鋁的溶出率下降，腐蝕管道，抑制溶液脫硅，嚴(yán)重者還會(huì)造成赤泥分離洗滌困難，甚至影響到產(chǎn)品質(zhì)量。

2 進(jìn)入系統(tǒng)后的表觀現(xiàn)象

2.1 溶出礦漿由正常的咖啡色，變成粘度較大的墨綠色。

2.2 粗精液降溫后，十幾分鐘內(nèi)迅速變成綠色。

2.3 嚴(yán)重時(shí)，分解槽內(nèi)料漿呈現(xiàn)綠色。

3 原因分析

由于礦石中的S和Fe在系統(tǒng)內(nèi)存在如下反應(yīng)：

2NaS+Fe2O3+5H2O=Na2[FeS2（OH）2]·2H2O+Fe（OH）2+2NaOH

上述反應(yīng)在25℃鋁酸鈉溶液中，S2-離子起分散劑作用，使鐵以膠體狀態(tài)進(jìn)入溶液。在100℃鋁酸鈉溶液中，鐵以羥基硫代鐵酸鈉的形式存在。它在鋁酸鈉溶液中的溶解度大于羥基鐵酸鈉以及硫化鐵和多硫化鐵。溶液中S2-離子濃度越高，越能促使羥基硫代鐵酸鈉生成，并增大其穩(wěn)定性。

由于該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，在高溫下，該反應(yīng)向右進(jìn)行，即溶液中大量的硫和鐵以羥基硫代鐵酸鈉的形式存在，溶液無(wú)顏色變化。當(dāng)鋁酸鈉溶液冷卻后，該反應(yīng)向左進(jìn)行，NaS和Fe（OH）2形成FeS的黑褐色沉淀，造成溶液冷卻變色。

4 在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的危害

鋁土礦中的硫主要以黃鐵礦（FeS2）形態(tài)存在。在拜耳法溶出過(guò)程中生成可溶的、介穩(wěn)的和穩(wěn)定的二價(jià)和三價(jià)鐵的羥基硫化物的復(fù)雜配合物。硫主要以S2-進(jìn)入溶液，其余為S2O32-、SO32-、SO42-等。這些離子被氧化后，最終將轉(zhuǎn)化為SO42-。

4.1 對(duì)氧化鋁溶出率的影響

據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，高硫礦石進(jìn)行高壓溶出時(shí)，氧化鋁溶出率指標(biāo)較差，即使在較高溫度、較高堿濃度及較高石灰添加量下，取得的較好溶出率也僅為92.5%，且其隨硫含量的升高溶出率降低，究其原因主要是該礦石中含有約4%的鮞綠泥石，它是一種很穩(wěn)定在260℃條件下也難溶解的礦物類型。

4.2 抑制溶液脫硅

4.3 眾所周知，脫硅深度取決于所生成的各種變態(tài)結(jié)構(gòu)的水合鋁硅酸鈉的溶解度。當(dāng)溶液中的硫大量以SO32-存在時(shí)，就會(huì)生成一種類似方鈉石的水合鋁硅酸鈉。這種水合鋁硅酸鈉具有很大的溶解度，而且濃度增大時(shí)，也不會(huì)引起水合鋁硅酸鈉的結(jié)構(gòu)改變。

4.4 對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

當(dāng)鋁土礦中硫的含量超過(guò)0.7%～0.8%時(shí)，就能導(dǎo)致氧化鋁品位因鐵的污染而下降。氧化鋁之所以被鐵污染，主要是由于硫化物型的硫造成的，提高苛減濃度及溶液溫度，硫化鈉和二硫化鈉都能生成比普通硫化鐵更易溶解的水合硫代鐵酸鈉。隨著鋁酸鈉溶液的稀釋，鐵的硫代配合物變得不穩(wěn)定，鐵最終從溶液中轉(zhuǎn)入到AL（OH）3中。

4.5 對(duì)分解率的影響

鋁酸鈉溶液中的硫酸鈉對(duì)種子分解不利，會(huì)導(dǎo)致分解率降低。某公司高硫礦石進(jìn)入系統(tǒng)后，種子分解產(chǎn)出率在分解溫度、固含、種子比表面積、溶液過(guò)飽和度等分解制度非常穩(wěn)定的情況下，分解產(chǎn)出率持續(xù)下降。

4.6 對(duì)鋼制管道容器的影響

5 預(yù)防措施

目前，學(xué)術(shù)研究上，提出了不少脫硫的方法和觀點(diǎn)。有浮選法、沉淀法、硝酸鈉氧化法、空氣氧化法等，可以說(shuō)是百家爭(zhēng)鳴，仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智，但是都不同程度的存在著這樣或那樣的問(wèn)題，有的能耗高，有的效果不明顯，有的成本高，總之，都很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

筆者認(rèn)為，在目前尚不能進(jìn)行工業(yè)化脫硫的情況下，關(guān)鍵還是在預(yù)防。

（1）把好礦石進(jìn)廠關(guān)，按照含硫高、中、低（0.3%以下的為低硫礦，0.3%-0.7%之間的為中硫礦，0.7%以上的為高硫礦）的分類，分別單獨(dú)存放，并做好明顯標(biāo)記。

（2）把好礦石均化關(guān)，配礦前，認(rèn)真測(cè)算，將高硫礦合理配入無(wú)硫或低硫礦石中，達(dá)到氧化鋁生產(chǎn)的要求值。

（3）把好礦石進(jìn)入磨機(jī)的關(guān)口。

從取料機(jī)開(kāi)始到進(jìn)入磨機(jī)皮帶秤，4小時(shí)取樣一次，及時(shí)分析化驗(yàn)。

6 治理措施

一旦發(fā)現(xiàn)大批高硫礦石進(jìn)入系統(tǒng)，采取措施要當(dāng)機(jī)立斷，不可猶豫。措施越及時(shí)，對(duì)后面工序造成的影響就越小。結(jié)合我公司生產(chǎn)實(shí)踐，一般按先后順序采取如下措施：

（1）從源頭上切斷高硫礦，選用無(wú)硫或低硫礦石重新磨制礦漿送入系統(tǒng)。

（2）投用備用槽罐，在系統(tǒng)中，打通一條新通道，同時(shí)將已受污染的礦漿或溶液隔離出來(lái)，單獨(dú)存放，待生產(chǎn)完全恢復(fù)后，再有計(jì)劃地少量多次加入系統(tǒng)。

（3）若在進(jìn)入管道化機(jī)組之前發(fā)現(xiàn)，可以將礦漿在預(yù)脫硅槽內(nèi)多保溫停留6～8h，硫的轉(zhuǎn)化率可降低36%到39%，能有效減輕硫在后續(xù)工序中的危害。

7 未來(lái)展望

隨著鋁土礦資源的日益貧乏，品位高而含硫也高的礦石的研究開(kāi)發(fā)利用，也顯得越發(fā)緊迫，筆者相信，在廣大科技工作者和鋁行業(yè)專家及有志之士的不懈努力下，不久的將來(lái)，這一難題一定會(huì)攻克。

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