高硫鋁土礦脫硫技術的研究現狀

谷立軒

（貴陽鋁鎂設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

1 概述

伴隨我國氧化鋁工業的飛速發展，行業對高品位鋁土礦的需求逐步增大，致使現有鋁土礦品位越來越低，這對我國鋁工業未來的生存與發展構成了嚴峻威脅，但國內大量高硫鋁土礦資源卻沒有受到應有的重視。通常將硫含量大于0.7%的鋁土礦稱為高硫鋁土礦，高硫鋁土礦中的硫以硫化物，也就是黃鐵礦的形態存在[1，2]。

2 高硫鋁土礦中硫對氧化鋁生產過程的危害

鋁土礦中的硫占比偏高會嚴重影響氧化鋁生產的順利進行，特別是對溶出、沉降和蒸發等工序產生的危害較大，主要影響如下：

（1）加大堿的損失。硫鐵礦在溶出工序中被堿分解，消耗掉一部分堿。

（2）對鋼制設備造成腐蝕。氧化鋁生產中各種槽罐、蒸發器等鋼制設備偏多，而溶液中S2-含量增加會使鐵以膠體狀態進入溶液。

（3）使蒸發器等換熱設備的傳熱系數下降。隨著蒸發的進行，母液濃度逐漸增大，硫酸鹽及其復鹽結晶析出附著在設備的表面形成結疤，結疤的傳熱系數很小，阻礙了傳熱的過程，使生產中汽耗增加，生產成本上升。

（4）生產過程中硫進入溶液，使赤泥分散為及細小的顆粒，影響固液分離的進行，降低赤泥的沉降性能[6]。

（5）氧化鋁成品鐵含量超標，降低了產品質量[7]。

3 高硫鋁土礦脫硫技術現狀

隨著世界氧化鋁行業體系不斷的壯大，國內外學者為消除高硫鋁土礦中硫對生產各過程的影響，進行了大量研究和實驗工作。現階段有生產應用的脫硫工藝主要有：浮選法脫硫技術、生產過程中添加除硫劑脫硫技術及鋁土礦焙燒脫硫技術。

3.1 浮選法脫硫

浮選法是根據礦物表面物理化學性質的差異來實現分離礦物的目的，通過添加一定量的浮選藥劑可以改變和控制這種差異，從而對礦物進行更有效的分選，因此浮選法對各種礦物都具有適用性[9]。

鋁土礦中硫礦物一般以黃鐵礦的形態存在，而黃藥類捕收劑對此礦物具有較好的捕收效果。含鋁礦物在礦石中存在行態主要是氫氧化物和氧化物，黃藥類捕收劑對這兩種礦物沒有作用，根據上述原理去除鋁土礦中的含硫礦物。

3.2 氧化鋁生產過程脫硫

氧化鋁生產過程中，鋁土礦中的含硫礦物黃鐵礦被堿分解，硫進入到鋁酸鈉溶液。氧化鋁生產過程脫硫的本質就是除去鋁酸鈉溶液中的硫。

3.2.1 添加BaO脫硫

在鋁酸鈉溶液中添加氧化劑，使S2-氧化成SO42-，再將氧化鋇加入到鋁酸鈉溶液中，鋁酸鈉溶液中游離的SO42-與Ba2+反應生成硫酸鋇沉淀，通過固液分離排出硫酸鋇，使鋁酸鈉溶液得到凈化，從而消除硫對生產的影響。

3.2.2 添加ZnO脫硫

氧化鋁生產過程中，添加氧化鋅到母液中，溶液中硫與氧化鋅反應生成ZnS沉淀，通過分離沉淀物，使溶液中的硫脫除。

3.3 鋁土礦焙燒脫硫

在鋁土礦焙燒過程中，礦石中的硫轉化為SO2隨尾氣排出，從源頭上阻止了硫進入后序生產系統。鋁土礦中的黃鐵礦和空氣中的氧氣結合，產生下列反應：

硫元素在焙燒過程中主反應為：

焙燒過程中一水硬鋁石的物相同時也發生了轉變，焙燒礦中氧化鋁相幾乎全部轉為過渡態氧化鋁，相變過程如下：

3.4 各種脫硫工藝的優劣

浮選脫硫：浮選法工藝簡單，對空氣無污染。缺點是在浮選工序有較多的廢水產出，增加能耗。另外由于精礦表面吸附較多的藥劑，給系統帶入有機物，需要用水清洗，處理量較大，使氧化鋁生產藝流程更加復雜化，而且各地高硫鋁土礦浮選效果參差不齊，適應性較差。

氧化鋁生產過程脫硫，特別是添加氧化鋅，脫硫效果好，也能減少溶液中鐵的含量，氧化鋇脫硫不但除去了流程中的硫，還提高了苛性堿溶液的濃度，對溶液中CO32-濃度降低也起到一定作用。但含鋅材料和氧化鋇的價格較貴，使得脫硫費用上升，且脫硫后的脫硫渣不能回收利用[10-13]。

鋁土礦焙燒脫硫：鋁土礦經過焙燒處理，改良了礦石表面結構，使礦石內部孔隙增大，裂紋較未焙燒前也明顯增加，這會加快礦石溶出過程的進行。另外焙燒礦的赤泥表觀松散多孔，加快了赤泥顆粒的團聚，加強了其對絮凝劑的吸附能力，優化了沉降性能。缺點是尾氣需要進行脫硫處理，粉塵治理要求較高，另外增設煙氣脫硫裝置。

4 鋁土礦焙燒脫硫工藝

綜合各種脫硫工藝考慮，焙燒脫硫目前是相對較優的脫硫方法，不但能從根本上消除硫的影響，而且對后序的溶出、沉降及分解等工序都有一定的改善作用，因而有較大的應用前景。而且目前在建的氧化鋁生產企業中，已經出現了運用鋁土礦焙燒來進行脫硫的工藝。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 焙燒脫硫流程圖

鋁土礦經過破碎制粉后由喂料裝置將鋁土礦粉料送至預熱系統中，經過多級換熱后；物料進入氣態懸浮焙燒爐底部，在爐中發生一系列反應，最后進入分離器完成氣固分離。在焙燒溫度500℃左右，停留時間約15min，就能完成礦石的脫硫過程,脫硫后鋁土礦滿足拜耳法生產氧化鋁的要求。鋁土礦焙燒脫硫的工藝參數及能耗見表1。

表1 脫硫工藝條件及能耗表

經過焙燒處理的鋁土礦，其氧化鋁的相對溶出率由95.8%提升到96.5%，預脫硅、脫鈦率較高，分別為68%、29%左右。焙燒后鋁土礦赤泥的沉降性能較未焙燒礦的赤泥也有較大改善，其絮凝劑添加量僅為原礦絮凝劑添加量的1/3，也減少了有機物對分解工序的影響。所以鋁土礦焙燒脫硫，不但可以除去硫對生產的影響，還能優化其它的生產指標，在現階段是較為成熟經濟的脫硫技術。

5 鋁土礦脫硫技術展望

雖然現階段高硫鋁土礦的脫硫技術已經取得了部分成績，但仍有很多待細節問題小改善。尋求更加經濟的脫硫劑，采用化學鈍化的方法對氧化鋁生產設備進行改良，降低焙燒脫硫能耗等問題需要進一步探索和研究。對于其它學科在礦石脫硫中的應用也值得借鑒，比如微生物脫硫等。