高硫铝土矿脱硫机理及微波预培烧脱硫研究
  • 【摘要】

    目前,由于国内氧化铝产量大幅增长导致铝土矿需求量的急剧增加,铝土矿资源瓶颈制约加剧。开发和完善其它类型铝土矿利用技术,扩大铝土矿可用资源量,提高资源利用率就显得尤为重要。而我国有大量的高硫铝土矿仍未工业应用,如能解决此类铝土矿的脱硫技术难题就能使该类铝土矿进行工业应用。在这种情况下,开展高硫铝土矿脱硫方面的研究无疑是亟需的。
       本文围绕高硫铝土矿脱硫这一研究目标,分别就铝酸钡微波合成、... 展开>>
    目前,由于国内氧化铝产量大幅增长导致铝土矿需求量的急剧增加,铝土矿资源瓶颈制约加剧。开发和完善其它类型铝土矿利用技术,扩大铝土矿可用资源量,提高资源利用率就显得尤为重要。而我国有大量的高硫铝土矿仍未工业应用,如能解决此类铝土矿的脱硫技术难题就能使该类铝土矿进行工业应用。在这种情况下,开展高硫铝土矿脱硫方面的研究无疑是亟需的。
       本文围绕高硫铝土矿脱硫这一研究目标,分别就铝酸钡微波合成、脱硫热力学、脱硫试验及动力学、脱硫机理探讨和微波预焙烧脱硫进行了研究。
       在不同的合成温度和合成时间条件下进行铝酸钡的合成,并对合成铝酸钡进行XRD测试和光学显微镜观测。合成实验表明:烧结温度1300℃,烧结时间90min条件下合成铝酸钡较好。在常规合成的基础上,在不同配料分子比、微波合成温度和合成时间条件下进行铝酸钡的微波合成,并对合成铝酸钡进行XRD测试和光学显微镜观测,进一步对微波合成反应过程进行分析,得出铝酸钡合成过程的模型。微波合成实验表明:微波烧结温度900℃,烧结时间5min条件下合成铝酸钡较好。与传统固相烧结法相比,微波烧结法具有烧结温度低,烧结时间短和合成率高的优点,是一种较好的合成铝酸钡的方法。合成铝酸钡的反应机理可用未反应核模型解释,并有Ba2Al2O5·5H2O中间体的存在。
       借助于热力学计算,对不同条件下脱硫脱碳过程进行了较全面的热力学分析,确定不同条件下脱硫脱碳反应的自由能变化、反应的可能性和趋势。从热力学的角度来说,在脱硫反应的进行过程中,温度的增加有利于脱硫和脱碳反应的发生;尽量降低碳碱含量,才有利于硫的脱除;脱硫过程中不应追求过高的脱硫率,选择适当的脱硫率对脱硫效果更为有利;脱硫过程中不应将硫碱和碳碱浓度脱到很小,应选择一定的终了硫碱和碳碱浓度为宜;添加率增大有利于脱硫,但添加率过高也会使脱硫剂反应不完全。
       分别对铝酸钡在洗液和种分母液中、氢氧化钡在种分母液中的脱硫效果进行研究,考查脱硫剂浓度、脱硫温度、脱硫时间和搅拌速度等对脱硫效果的影响。针对脱硫反应后碳碱增大问题,研究了用“氧化铝浓度法”测定碳碱的变化,用脱硫率、脱碳率和氧化铝回收率来综合考查脱硫效果。并对常规合成铝酸钡在洗液和种分母液中,氢氧化钡在种分母液中的脱硫动力学进行研究,得出其动力学模型;在脱硫试验和脱硫动力学模型的基础上,分别对脱硫机理进行分析比较。铝酸钡脱硫过程是先与碱液反应先生成2BaO·Al2O3·5H2O,生成的2BaO·Al2O3·5H2O再与硫碱和碳碱反应。而氢氧化钡Ba(OH),·8H2O直接与硫碱和碳碱反应,均可用未反应核模型描述。
       用X-射线衍射分析、光线显微镜和扫描电镜对贵州高硫铝土矿中黄铁矿的赋存状态进行研究,统计了黄铁矿的粒度分布,应用高登模型和钦模型对高硫铝土矿磨矿后黄铁矿的解离度进行预测,为高硫铝土矿焙烧脱硫分析打下基础。再分别对常规焙烧和微波脱硫进行研究,考查焙烧温度和焙烧时间对脱硫效果的影响;同时考查不同硫含量铝土矿的微波脱硫效果;对焙烧后铝土矿进行XRD检测,并对微波焙烧脱硫机理进行探讨。实验结果表明:高硫铝土矿中黄铁矿解离度较低,焙烧脱硫的阻力大,在焙烧温度800℃、焙烧时间60min时,高硫铝土矿脱硫率为57.77%。与常规焙烧脱硫相比较,高硫铝土矿微波焙烧脱硫效果好,焙烧温度更低,焙烧时间更短。在微波焙烧温度550℃、微波焙烧时间15min时,高硫铝土矿脱硫率达到为88.72%。针对不同硫含量铝土矿而言,无论硫含量高低都能用微波焙烧来脱硫,且脱硫效果均较好,可见微波焙烧脱硫的适用范围较广。
       在结合微波焙烧和常规焙烧后的XRD图谱、煤的赋存状态、煤的微波脱硫机理和高硫铝土矿中硫的赋存状态研究的基础上,高硫铝土矿的微波脱硫机理可能为:在微波照射期间,微波有选择的介电加热引起局部高温,再由于微波电磁场的极化致使黄铁矿Fe-S键破裂,并分离出大量的S2-离子,这些离子不断地向表面扩散,以SO2释放出来。
       综上所述,本文将高硫铝土矿脱硫问题与微波技术相结合对脱硫问题进行了一系列研究,微波技术的引入使得高硫铝土矿脱硫的方法更加丰富,有利于脱硫问题的解决,值得深入研究。 收起<<

  • 【作者】

    张念炳 

  • 【学科专业】

    冶金工程

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    重庆大学

  • 【导师姓名】

    白晨光

  • 【学位年度】

    2011

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    高硫铝土矿  铝酸钡  微波预焙烧  脱硫热力学  脱硫剂