論晉北地區氧化鋁生產中硫元素的處理方法

胡占明

摘 要：本文論述了氧化鋁生產中硫元素的來源，濃度變化，對生產設備的危害，及晉北地區氧化鋁生產中硫元素的處理方法。

關鍵詞：硫元素；來源；危害；處理方法

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

1 引言

在氧化鋁生產中，硫元素會逐步富集，若不處理，將抑制主要經濟技術指標，造成設備腐蝕，甚至事故。本文論述了硫元素的來源、危害，探討了處理方法。

2 正文

2.1 硫元素的來源

（1）礦石中，主要是黃鐵礦及其異構體白鐵礦和膠黃鐵礦，也可能存在少量的硫酸鹽，山東、廣西鋁土礦中硫含量較高。鋁土礦中硫轉入溶液的程度與許多因素有關，礦物形態、溶出溫度和時間、堿濃度及其它雜質含量等。黃鐵礦在180度開始被分解，白鐵礦、磁黃鐵礦更易被分解，并隨著溫度的升高、溶出時間的延長和溶液中堿濃度增加而提高。氧化劑和還原劑都能影響硫化物的分解，用空氣氧化處理礦漿可降低硫向溶液的轉化率。

（2）煤中，在燒結法生產中，從原料及燒成煤中帶進生產過程中的硫，在燒結時與堿作用生成硫酸鈉，溶出時進入溶液，并在生產中循環積累，使硫酸鈉含量增高。

（3）化學酸洗，溶出機組套管每年酸洗一次，蒸發器每六個月酸洗一次。每組溶出機組酸洗每次用酸二十噸，每組蒸發器酸洗每次用酸三十噸，其余換熱設備化學清洗用酸量較少。

2.2 硫元素的危害

（1）燒結法生產中，因硫酸鈉熔點低，僅為884℃，當熟料中含量超過5%時，熟料窯結圈頻繁，操作困難；并造成堿耗的增加。硫酸鈉的熔點低，且不易分解和揮發，在1300至1350℃時才開始分解，但還原劑的存在，可以促進硫酸鈉分解，如碳存在時，可以在750至800℃下開始分解，當還原劑、氧化物及碳酸鈣同時存在時，其可以完全分解，因為硫化鈉和硫化亞鐵結合生產復鹽，熟料溶出時進入溶液，碳酸化分解時發生分解，使氫氧化鋁被硫化亞鐵所污染。

（2）在拜爾法溶液中，硫不僅造成堿損失，而且硫離子含量提高后會使鋼材受到腐蝕，增加溶液中的鐵含量，降低氧化鋁的溶出率；一定條件下它以復鹽碳鈉礬析出，這種復鹽在蒸發器和溶出機組內結疤，降低傳熱系數。硫代硫酸鈉對鐵的溶解度無影響，但有氧化劑時，會加劇鋼的腐蝕。二硫化鈉是更強的氧化劑，對蒸發器有強烈的腐蝕作用：硫化鈉與鐵反應生成可溶的硫代配合物，提高了鐵的溶解度，破壞了鋼表面的鈍化膜，使其轉變為活化狀態，硫代硫酸鈉、二硫化鈉與金屬鐵相互反應，把鐵氧化成二價態，促進了硫代鐵配合物生成。這些溶液中的硫綜合起作用，強化了鋼在腐蝕過程。

氧化鋁的溶出率隨著鋁土礦硫含量提高而降低，隨硫含量從0.32%提高到4.68%，溶出率下降0.97%；隨著溶液中硫化鈉和硫代硫酸鈉濃度增大，硫代硫酸鈉濃度高于3克/升、硫化物濃度高于5克/升時，可以生成一種水鋁代硅酸鈉的物質，造成氧化鋁和氧化鋁的損失。硫酸鈉可使分解速度降低，濃度低時不明顯，當硫酸根離子超過30至40克/升時，分解速度開始顯著降低。

2.3 硫元素促進作用

溶液中的鈉鹽，尤其是硫酸鈉能加速針鐵礦變成赤鐵礦，在235℃下，溶液中含3至5克/升硫酸鈉，并添加干礦量3%的氧化鈣，可以使90%的針鐵礦在50至60分鐘內變成赤鐵礦，增加赤泥的沉降性能 。

2.4 硫元素的消除

（1）在工業上，鋁酸鈉溶液脫硫的方法：一是鼓入空氣使硫氧化成硫酸鈉，在蒸發時析出；二是添加除硫劑，如氧化鋅和氧化鋇，鐵也得到清除。添加氧化鋅可使負二價硫離子完全脫除，缺點是含鋅材料較貴；三是采用特殊方法。

（2）在燒結法中主要是采用生料漿加煤的方法排除硫酸鈉的積累。生料漿加煤使熟料中硫大部分成二價硫化物及二氧化硫狀態，從棄赤泥中排除，使生產過程中硫酸鈉積累緩慢，降低了硫酸鈉的平衡濃度。

2.5 晉北地區某廠硫元素的處理

此廠一期為串聯法，二期為拜爾法，根據化驗檢測表明，一期串聯法溶液中硫元素長期維持在0.8克/升左右，短時間會增加到1.5克/升；二期拜爾法溶液中硫元素長期維持在0.5克/升波動，短時間會增加到1g/l。

此廠硫元素來源，一是礦石成分和燒結法物料造成硫元素濃度變化，逐步富集；二是酸洗造成硫元素濃度的增長。在氧化鋁工廠設計中，一般酸洗的廢酸由石灰乳中和，送入雨排，但是由于硫酸鈣微溶，為白色粘稠渾濁液，處理困難，影響環保，一般是送入沉降槽。通過計算，溶出機組套管酸洗周期為一年，每次需要使用92.5%濃硫酸20噸；蒸發器酸洗周期為六個月，每次需要使用92.5%濃硫酸30噸，通過酸洗，可使系統升高1.5克/升。

根據此廠硫元素檢測報告來看，一是系統硫含量未超出工藝要求范圍；二是礦石成分中硫含量較低；三是系統中某種工藝在持續的除硫，在沒有外來因素的情況下，生產系統的硫會維持在一個較低的水平；四是硫元素在一二期系統中存在一個平衡，一期為0.7至0.9克/升，二期為0.4至0.6克/升。

處理方法。分析表明，在此廠設計中存在三種工藝可以起到持續除硫作用：一是鼓入壓縮空氣，在分解槽系統中，設計有壓縮風提料，提料過程中，通入系統的壓縮空氣，使之氧化成硫酸鈉，一部分在蒸發器和溶出機組析出；二是系統中加入的石灰乳和石灰，部分石灰和石灰乳與硫酸鈉反應生成硫酸鈣進入赤泥，送入尾礦庫；三是生料漿加煤，使熟料中硫大部分成二價硫化物及二氧化硫狀態，從棄赤泥中排除。

3 結論

從上述分析可以得出，在晉北地區工業生產中，存在硫元素進入生產系統，因所用礦石成分中硫元素含量較低，且在生產工藝中，部分流程已經附帶著對硫元素進行了處理，并足以使系統中硫元素維持一個正常生產工藝指標范圍，所以不需要另外增加工藝流程進行硫元素處理。

參考文獻：

[1]畢詩文，于海燕等.氧化鋁生產工藝[J].化學工業出版社，2005.

[2]John T.Mzlito.拜耳法溶液中硫酸鈉的平衡溶解度[J].國外氧化鋁新技術文集，1985.

[3]程立.鋁酸鈉溶液脫硫條件極其熱力學研究[D].第二輕金屬冶金學術議論文集.西寧，1990.