含硫铝酸钠溶液中铁浓度的变化规律及除铁探索

摘要

我国优质铝土矿资源日益匮乏，经济利用国内储量丰富的高硫铝土矿资源已成为当前的研究热点。采用拜耳法处理高硫铝土矿生产氧化铝时，矿石中的硫会在生产过程中不断积累，对氧化铝生产过程产生严重的不利影响，不但增加碱耗、腐蚀设备、结疤严重，而且会造成循环母液、溶出液颜色变深甚至变黑，最终得到铁含量超标的绿色甚至墨绿色的氢氧化铝产品。由于人们对铁污染铝酸钠溶液的机理缺乏系统充分的研究，目前针对工业高硫铝酸钠溶液中铁超标的问题，尚无简单的处理方法。因此，研究高硫铝酸钠溶液中铁浓度的变化规律对我国高硫铝土矿的开发利用具有十分重要的意义。
　　 铝酸钠溶液成份复杂，给研究各因素的影响带来困难。本文采用简化体系，重点研究了黄铁矿溶出之后溶液中铁浓度的变化规律，考察了S2-浓度、苛性碱浓度、溶液温度、保温时间、杂质以及溶液的苛性分子比(αk)对高温溶出液中铁浓度变化的影响。研究结果表明:(1)S2-浓度和苛性碱浓度的升高都能显著提高溶液中的铁浓度;(2)在拜耳法晶种分解的温度范围内，溶液中的铁浓度均很低;(3)αk为3.0左右时，溶液中的Na2C2O4和Na2SO4等杂质能显著提高溶液中的铁浓度，而随着Na2CO3浓度的升高，溶液中铁浓度略有升高;(4)在2.0＜αk＜2.5的范围内，αk升高对溶液铁浓度的提高有促进作用，铁浓度从20mg·L-1左右急剧升至80mg·L-1左右;(5)在αk较低(1.4～2.3)时，溶出液含有较多极不稳定的“滤过性铁”，随保温时间的延长，滤过性铁很快集聚沉降，使溶液中铁浓度急剧降低。而当αk较高(2.6～3.5)时，溶出液中的“滤过性铁”较少，铁浓度较高且随保温时间的延长稳定在80mg·L-1左右;(6)溶液中析出的含铁物质烘干之后，为无定形物质，无特定的晶型结构。
　　 此外，本文还对高硫铝土矿溶出后添加石灰、有机添加剂以及自制晶种除铁进行了探索。研究结果表明:在高硫铝土矿溶出浆液进行保温处理时，加入石灰和晶种均有一定的除铁效果，但并不明显;而所采用的有机添加剂的除铁效果不稳定;有机添加剂与石灰同时加入时，未见明显的协同除铁作用。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 氧化铝生产及资源现状

1．2 我国高硫铝土矿利用现状

1．2．1 杂质硫在溶出过程中的行为及危害

1．2．2 脱硫方法研究现状

1．3 黄铁矿在碱性体系的氧化反应

1．4 铁矿物在含硫铝酸钠溶出体系中的反应

1．5 铝酸钠溶液除铁研究现状

1．6 本课题研究的内容和目标

第二章 实验原料、设备及分析方法

2．1 实验原料和试剂

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验试剂

2．2 实验设备及仪器

2．3 实验分析方法

2．3．1 苛性碱浓度的分析

2．3．2 氧化铝浓度的分析

2．3．3 氧化铁浓度的分析

2．3．4 XRD分析

2．3．5 FTIR分析

第三章 黄铁矿的溶出热力学及溶出后铁浓度的变化

3．1 实验原料及方法

3．2 黄铁矿在铝酸钠溶液中的溶出热力学计算

3．2．1 热力学计算原理及方法

3．2．2 黄铁矿溶出热力学计算结果及反应机理分析

3．3 S2-浓度对铁浓度的影响

3．4 苛碱浓度对铁浓度的影响

3．5 溶液温度和保温时间对铁浓度的影响

3．6 杂质浓度对铁浓度的影响

3．6．1 Na2CO3对铁浓度的影响

3．6．2 Na2SO4对铁浓度的影响

3．6．3 Na2C2O4对铁浓度的影响

3．7 苛性比及保温时间对铁浓度的影响

3．8 固体析出物的分析检测

3．9 本章小结

第四章 高硫铝土矿溶出液除铁试验研究

4．1 实验原料及方法

4．2 添加石灰对铁浓度的影响

4．3 添加剂对铁浓度的影响

4．4 晶种对铁浓度的影响

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文