石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫研究

论文摘要

本文从铝土矿资源的可持续性发展、加快构建资源节约型社会角度出发，顺应竞争日趋激励的世界氧化铝工业发展的要求，寻求使用的高硫低铝硅比铝土矿研究简单的、经济的氧化铝生产方法，提出石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫研究的课题。本课题首先通过配制铝酸钠溶液，论述了NaOH与Al（OH）3摩尔比分别为1：1、1.5：1、2：1、2.5：1和3：1配制的铝酸钠溶液的稳定性和碱液浓度对脱硫效果的影响，实验证明：当配制铝酸钠溶液稀释3～4倍时，脱硫效果较好，脱硫率达75％左右；同时讨论石灰添加量对脱硫效果的影响，通过实验证明选择最佳的石灰添加量，是获得较好的脱硫效果的前提条件，当石灰的添加量达到8～8.5g左右，脱硫率最佳达到83％。通过对反应产物XRD分析发现，反应产物中均没有一元型含水硫铝酸钙和三元型含水硫铝酸钙，脱硫产物只有CaSO4。反应温度是铝酸钠溶液脱硫效果的主要影响因素，同时也是制约水合硫铝酸钙生成的影响因素，当反应温度为70～75℃左右时，脱硫率最佳达到85％，通过XRD衍射分析，反应产物中水合硫铝酸钙的含量为78％左右。反应时间也是影响脱硫效果的重要因素之一，当反应时间在40～50min左右时，脱硫效果最好，脱硫率达86％左右，通过XRD衍射分析，反应产物中一元型含水硫铝酸钙和三元型含水硫铝酸钙的含量为96.4％，脱硫效果显著。通过正交实验对铝酸钠溶液脱硫效果影响的因素进行研究，当铝酸钠溶液中SO42-浓度为24g／L，通过实验的极差分析给出最佳脱硫工艺条件：铝酸钠溶液中碱液浓度为30.40g／L，石灰添加量为8.5g、反应温度为70℃、反应时间为50min，其最佳脱硫率为87.42％。通过X射线衍射、差热分析、红外光谱分析等方法研究，证明了水合硫铝酸钙的存在，为石灰拜耳法高效脱硫提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 拜耳法
• 1.2.1 拜耳法原理
• 1.2.2 拜耳法的基本工艺流程
• 1.2.3 拜耳法的分类
• 1.2.3.1 常规拜耳法
• 1.2.3.2 石灰拜耳法
• 1.3 氧化铝生产中脱硫的研究
• 1.3.1 目前脱硫基本概况
• 1.3.2 国外脱硫工艺现状
• 1.3.3 国内脱硫工艺现状
• 1.3.4 高硫铝土矿脱硫现状
• 1.3.4.1 在碱性铝酸盐溶液中浮选铝土矿研究
• 1.3.4.2 电位调控浮选脱硫
• 1.3.4.3 拜耳法脱硫研究
• 1.4 本课题研究的意义及内容
• 1.4.1 本课题提出的思路
• 1.4.2 本课题研究的意义
• 1.4.3 本课题研究的主要内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验原理
• 2.2 水合硫铝酸钙生成的热力学分析
• 2.3 水合硫铝酸钙生成的动力学分析
• 2.4 实验原料的制备
• 2.4.1 铝酸钠溶液的制备
• 2.4.1.1 铝酸钠溶液的性质
• 2.4.1.2 反应原理
• 2.4.1.3 实验试剂与材料
• 2.4.1.4 仪器与设备
• 2.4.1.5 铝酸钠溶液的配制条件
• 2.4.1.6 实验步骤
• 2.4.2 标准溶液的配制与标定
• 2.4.3 氧化钙固体的制备
• 2.4.3.1 氧化钙添加剂的作用机理
• 2.4.3.2 实验试剂与材料
• 2.4.3.3 实验的设备
• 2.4.3.4 实验步骤
• 2.5 石灰拜耳法脱硫实验
• 2.5.1 实验试剂与材料
• 2.5.2 实验设备
• 2.5.3 实验步骤
• 2.5.4 化学分析
• 2.5.4.1 铝酸钠溶液中氧化铝及苛性碱的测定
• 2.5.4.2 滤液中硫酸根的测定
• 2.5.4.3 滤液中氧化铝及苛性碱的测定
• 2.5.4.4 脱硫效果的影响
• 2.5.4.5 分析测试
• 第三章 石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫工艺研究试验结果分析与讨论
• 3.1 铝酸钠溶液对脱硫效果的影响
• 3.1.1 铝酸钠溶液的配制
• 3.1.2 铝酸钠溶液稳定性对脱硫效果的影响
• 3.1.3 铝酸钠溶液碱液浓度对脱硫效果的影响
• 3.2 石灰添加量对脱硫效果的影响
• 3.3 反应温度对脱硫效果的影响
• 3.4 反应时间对脱硫效果的影响
• 4^2-浓度对脱硫效果的影响'>3.5 SO₄^2-浓度对脱硫效果的影响
• 3.6 搅拌强度对脱硫效果的影响
• 3.7 铝酸钠溶液脱硫效果的正交实验
• 3.7.1 实验因素及水平的选择
• 3.7.2 实验安排及分析
• 3.8 化学分析
• 3.8.1 X射线衍射分析
• 3.8.2 差热分析
• 3.8.3 IR分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录