利用高硫铝土矿生产氧化铝的基础研究

【摘要】：近年来,国内对铝需求量的日益增大促使我国氧化铝生产规模和技术水平不断提高,但是我国的铝土矿资源,特别是高品位资源已逐渐减少,其平均保证程度少于15年。我国现有近5亿吨铝土矿因含硫量过高(0.7%)而无法用于氧化铝工业生产,其中品位较高的高硫一水硬铝石型铝土矿储量占我国高品位铝土矿总储量的50%以上。寻找适合的高硫铝土矿生产氧化铝的方法,是解决我国氧化铝工业中矿石储量不足这一问题的有效途径。 本文在查阅和分析国内外大量有关硫化矿及铝土矿预处理的文献资料基础上,采用预焙烧手段进行铝土矿脱硫性能研究,并提出了焙烧脱硫活化预处理-低温溶出-赤泥吸收焙烧尾气S02的高硫矿生产氧化铝新工艺。本论文对该工艺的关键技术步骤进行了系统研究,并取得了如下的创新性成果： 首先,对溶出过程中硫元素可能发生的反应和预焙烧脱硫工艺段中可能发生的反应进行了热力学分析,从而初步论证了焙烧预处理的可行性及预焙烧脱硫工艺的实验操作参数范围。 其次,以国内某煤矿共生的高硫一水硬铝石型铝土矿为对象,研究了使用马弗炉、旋转管式炉和流化床三种焙烧装置时不同焙烧工艺条件对铝土矿脱硫效果的影响规律。结果表明：经过焙烧预处理,矿石中的硫元素以802气体的形式去除。在马弗炉、旋转管式炉焙烧温度750℃、焙烧时间30min以及流态化焙烧温度800℃、焙烧时间10min的条件下,矿石中硫含量达到我国氧化铝生产的工业标准。 第三,对原矿和焙烧矿进行了拜耳法溶出实验。结果表明：三种焙烧矿的溶出性能均高于原矿。在石灰添加量15%、溶出温度220℃、溶出时间60min、配料分子比1.5、母液苛碱浓度240g·L-1的溶出条件下,原矿中氧化铝溶出率为82.79%；马弗炉、旋转管式炉焙烧温度750℃、焙烧时间30min的焙烧矿在该条件下矿石中氧化铝溶出率分别为95.35%和94.40%,流态化焙烧温度800℃、焙烧时间10min的焙烧矿在该条件下矿石中氧化铝的溶出率为94.15%。 第四,考察了不同条件下原矿和焙烧矿的赤泥沉降性能。结果表明：三种焙烧矿溶出赤泥的沉降速度、压缩液固比和浮游物指标均较原矿有不同程度的提高,其中以旋转管式炉焙烧矿的溶出赤泥沉降性能最好,流态化焙烧矿溶出赤泥的粒度小于原矿和其它两种焙烧矿从而导致其沉降性能较旋转管式炉焙烧矿有所下降。 第五,计算了原矿、旋转管式炉和流态化焙烧矿在拜耳法生产氧化铝过程中各主要工序段的物料流量,计算结果表明：降低溶出配料分子比可以有效的降低各主要工艺段物料流量,其中流态化焙烧矿在石灰添加量15%,溶出温度220℃、溶出配料分子比1.3、母液苛性碱浓度240g·L-1的溶出条件下每生产一吨氧化铝在溶出、沉降、分解物料流量和蒸发工艺段的蒸水量分别较原矿溶出下降了19.98%、5.38%、8.86%和24.48%。 第六,估算了使用回转窑和流态化焙烧矿在不同氧化铝生产工艺段的能耗。估算结果表明：流态化焙烧适宜的工艺条件为焙烧温度800℃、焙烧时间10min,该焙烧矿适宜的溶出条件为溶出温度220℃、溶出配料分子比1.3、母液苛性碱浓度240 g·L-1,在该条件下焙烧矿中氧化铝的溶出率为94.15%,该工艺的综合能耗比同品位一水硬铝石型铝土矿直接使用拜耳法生产一吨氧化铝的能耗下降14kg标准煤左右,综合成本降低11元RMB左右。