基于形成铁硫化合物的高硫铝土矿拜耳法高效利用基础研究

High sulfur-containing bauxite resource is rich in China. However, the sulfides in the bauxite are detrimental to alumina production by Bayer process, which limits the utilization of these bauxite. Differing from previous studies of removing sulfur either from raw bauxite or from sodium aluminate solution, a novel idea was proposed to eliminate the extremely negative effects of sulfides by forming insoluble iron-sulfur compounds in Bayer process, which results from our recent discovery that some iron-sulfur compounds could be precipitated in sodium aluminate solution by adding iron compounds. In order to know the key scientific problem of the reaction and conversion behavior of iron-/sulfur-containing species and its regulation, the reaction behavior of pyrite, the precipitation rule of iron-sulfur compounds and the redox mechanism of iron-/sulfur-containing species in sodium aluminate solution will be investigated. After that, the correlation between the forms of iron-/sulfur-containing species and the formation process of iron-sulfur compounds will be clarified. Then, the regulation principle and method for the iron-/sulfur-containing species could be determined. Finally, the technological prototype for efficient utilization of high sulfur-containing bauxite by forming iron-sulfur compound in Bayer process will be established. This research will provide theoretical basis and technological support for efficient utilization of high sulfur-containing bauxite with short flowsheet, low consumption and cost-effective.

我国高硫铝土矿资源丰富，但硫对氧化铝生产过程会造成严重危害，限制了高硫铝土矿的经济高效利用。区别于以往从矿石中脱硫或从铝酸钠溶液中除硫的研究，本项目基于部分铁化合物能与含硫铝酸钠溶液反应形成铁硫化合物沉淀，可除去溶液中的硫和铁这一新发现，提出利用拜耳法生产系统中自身含有的铁矿物与进入铝酸钠溶液的硫反应，重新形成铁硫化合物沉淀以消除硫对氧化铝生产危害的新思路。项目拟围绕铝酸钠溶液中硫、铁组分的反应行为与调控这一科学问题，深入研究黄铁矿在铝酸钠溶液中的转化行为，铝酸钠溶液体系中铁硫化合物的沉淀析出规律，以及铁、硫组分在反应转化过程的氧化还原机制，明晰铁硫化合物的形成条件，调控硫、铁矿物反应行为，匹配硫、铁组分存在形态与硫铁化合物生成过程，提出基于在拜耳法生产氧化铝过程中形成铁硫化合物的高硫铝土矿经济利用技术原型。研究成果可为我国大量高硫铝土矿资源的短流程、低耗、经济利用提供理论和技术支撑。

我国高硫铝土矿资源丰富，但硫对氧化铝生产过程会造成严重危害，限制了高硫铝土矿的经济高效利用。本项目提出了调控高硫铝土矿拜耳法生产氧化铝系统中铁硫组分的反应行为，使体系中的硫形成铁硫化合物沉淀以消除硫对氧化铝生产危害的新思路。项目围绕铝酸钠溶液中硫、铁组分的反应行为与调控这一问题，深入研究了黄铁矿在铝酸钠溶液中的转化行为，铝酸钠溶液体系中铁硫化合物的沉淀析出规律，以及铁、硫组分在反应转化过程的氧化还原机制。在明晰铁硫化合物形成机理和条件的基础上，提出了基于还原溶出的高硫铝土矿经济高效利用技术原型。项目研究的主要结果及意义如下：. 1）明晰了黄铁矿在铝酸钠溶液中的反应转化机理。在高温铝酸钠溶液中，黄铁矿表面的二价铁优先与溶液中的OH-结合形成铁羟基化合，导致黄铁矿分解。控制反应体系处于还原性条件，可抑制黄铁矿的分解，有利于控制硫对氧化铝生产的危害。. 2）明确了铝酸钠溶液体系中铁、硫组分的相互作用规律，揭示了铝酸钠溶液体系中铁硫化合物形成机理。铝土矿中的含铁矿物在高温铝酸钠溶液中部分溶解形成含铁离子，在还原性条件下，低价铁离子与低价硫离子形成铁硫化合物。研究了还原条件下铝土矿中含铝、含铁和含硅等主要矿物的反应行为，提出了还原调控铁、硫组分形成铁硫化合物的方法。. 3）提出了基于还原溶出的高硫铝土矿高效利用技术原型。通过在溶出过程添加还原剂，控制溶出体系中的硫与含铁组分及钠硅渣形成铁硫化合物和含硫钠硅渣，实现了溶出过程同步沉淀硫的目的。通过还原溶出，氧化铝溶出率较传统溶出方法提高3~5%，赤泥中铁矿物主要以磁铁矿形式存在，利于铁的进一步分选和回收利用。. 本项目研究结果为我国大量高硫铝土矿资源的高效经济利用提供了理论和技术支撑，预期产业化应用前景广阔，社会和经济效益显著。