湿式还原法抑制铝酸钠溶液中S2-氧化的基础研究

In China, bauxite resources become increasingly scarce, so high effective development and utilization of abundant high-sulfur bauxite resources has become an emergent problem. Producing alumina with high-sulfur bauxite by Bayer process will make the content of S2- in sodium aluminate solution increase, especially the oxidation products of S2- in the liquor are very harmful. In this project, inhibiting oxidation of S2- by wet reduction method is studied, it will provide theoretical basis for removal of sulfur. The project mainly studies the following aspects: The laws of thermodynamics of inhibiting oxidation of S2- by wet reduction method are mastered through thermodynamic analysis of the reactions of reductant with O2, S2O32-, SO32-, SO42- and sodium aluminate solution, and the reaction mechanism is understood. The reaction mechanism is optimized by the study of relations of different reaction parameters of temperature, dosage of reductant and solution concentration to reaction kinetics, and kinetic equation is established by the reaction kinetics study of three-phase oxidation-reduction reaction of gas-liquid-solid. Appropriate reductant will be selected through the study of oxidation-reduction reaction behavior of different reductants in the process of inhibiting oxidation of S2-, and optimum reaction parameters are achieved by experiments. A new method of removal of sulfur by wet reduction will be found in this project, it provide theoretical and technical basises for high effective development and utilization of high-sulfur bauxite, and it has a great realistic significance to ensure stable and secure supply of Chinese bauxite resources.

我国铝土矿资源日趋匮乏，因此高效开发利用丰富的高硫铝土矿资源成为迫切需要解决的问题。高硫铝土矿在拜耳法生产中会使铝酸钠溶液中S2-含量升高，特别是S2-的氧化产物是非常有害的物质。本项目拟通过湿式还原法抑制S2-氧化的基础研究，为硫的脱除提供理论依据。具体内容包括：通过对还原剂与O2、S2O32-、SO32-、SO42-及铝酸钠溶液反应的热力学分析，明确湿式还原法抑制S2-氧化的热力学反应规律，阐明反应机理；通过研究温度、还原剂添加量及溶液浓度等反应参数与反应动力学的关系，优化反应机理，并通过气液固三相氧化还原反应动力学研究，建立动力学方程；通过研究不同还原剂抑制S2-氧化的氧化还原反应行为规律，筛选出优秀的还原剂，并通过实验选择最优的反应参数。本项目的开展将探索一种湿式还原法除硫的新方法，为高硫铝土矿高效的开发利用奠定理论和技术基础，对保证中国铝土矿资源的稳定和安全供给具有重大现实意义。

随着氧化铝工业的快速发展，铝土矿资源日趋匮乏，使用高硫铝土矿生产氧化铝成为一些企业必须面对的实际情况。在拜耳法生产过程中硫首先以S2-的形式进入溶液，并逐渐被氧化成各种形态的硫（S2O32-、SO32-、SO42-等）。拜耳法过程中硫的主要危害首先表现在不同价态的变价硫会加速矿浆加热及溶出系统以及蒸发系统设备的腐蚀，从而产生极大的安全隐患；其次会使得氧化铝产品中铁含量升高；再者拜耳法过程中硫的存在还会给赤泥沉降分离及母液蒸发过程的操作带来相应的困难；并且拜耳法过程中硫的存在会使碱耗增加。由于在氧化铝生产过程中没有恰当的除硫方法，所以使大量的高硫铝土矿不能得到充分地开发利用。.本项目主要针对氧化铝生产过程添加还原剂抑制铝酸钠溶液中S2-氧化的湿式还原法深度除硫部分进行了研究。通过黄铁矿溶出反应的热力学研究，以及铝土矿中硫在拜耳法溶出过程中的反应行为，掌握硫在拜耳法生产过程中的反应行为规律；通过高硫铝土矿溶出过程硫溶出动力学研究，建立动力学方程，优化反应机理；通过湿法还原高价硫的热力学研究，明确湿式还原法抑制S2-氧化的热力学反应规律；通过在溶出过程添加不同还原剂除硫的研究，发现在溶出温度下还原剂铝、活性炭、铁和锌能与高价硫（S2O32-、SO32-、SO42-）反应生成低价硫S2-，与热力学计算结果相符；作为还原剂，在溶出过程中添加铝可以将溶液中的硫去除, 溶液中的S2-以NaFeS2的形式进入赤泥；作为还原剂和过滤剂，在溶出过程中添加活性炭可以将溶液中的硫去除，溶液中的S2-以Na3FeS3和FeS的形式进入赤泥；作为还原剂和沉淀剂，在溶出过程中添加铁可以将溶液中的硫彻底去除，溶液中的S2-以Na3FeS3的形式进入赤泥；作为还原剂和沉淀剂，在溶出过程中添加锌可以将溶液中的硫彻底去除，溶液中的S2-以ZnS的形式进入赤泥。 .通过本项目的研究，构建了一套氧化铝生产过程中添加还原剂抑制S2-氧化的理论体系，为氧化铝生产过程中除硫技术的开发奠定理论基础，对利用我国丰富的高硫铝土矿生产氧化铝具有重要的指导意义。