拜耳法处理高硫铝土矿过程中硅矿物脱硫机理研究

Hundreds million tons of high-sulfur bauxite has not been effectively utilized up till now in China, owing to the detriment caused by sulfide in current process. A novel idea was proposed to remove sulfur by silicon-containing minerals in bauxite reacting with sulfur species in sodium aluminate solution to form sulfur-bearing desilication products (SDSP) for discharge with the red mud. In order to understand the oriented conversion mechanism of sulfur compounds and reaction behaviors between sulfur-bearing ions and silicon-containing minerals, the transformation behavior of sulfur species will be investigated in sodium aluminate solution to obtain the regulation mechanism during the Bayer process. After that, the reaction behavior of silicon-containing minerals and sulfur-bearing ions will be clarified to achieve the optimized formation condition of SDSP and the sulfur removal mechanism. Then, the regulation principle and method for desulfurization the silicon-containing minerals in bauxite could be determined in sodium aluminate solution by the Bayer process. Finally, the technological prototype for efficient utilization of high-sulfur bauxite by forming SDSP in the Bayer process will be established. This research will provide theoretical basis and technological support for efficient utilization of high-sulfur bauxite by short process.

我国有数亿吨高硫铝土矿资源，因现有的工艺难以解决硫在生产过程中导致的危害，使其未得到充分开发利用。本项目提出利用矿石中所含的硅矿物除硫的新思路，通过硅矿物与含硫组分反应生成含硫钠硅渣进入赤泥排出，从而实现“以杂治杂”高效除硫。项目拟围绕铝酸钠溶液中含硫组分的定向转化机制及其与含硅矿物的反应调控，重点研究含硫组分在铝酸钠溶液中的反应转化行为，揭示其转化规律和机理，以期实现拜耳法工艺条件下含硫组分形态的定向转化与调控；研究含硅矿物与含硫组分在铝酸钠溶液中的反应行为和规律，查明含硫钠硅渣的生成条件及脱硫调控机制，实现含硅矿物的高效脱硫；在实现含硫组分定向转化的基础上，研究高硫铝土矿中含硫组分和硅矿物在铝酸钠溶液中反应行为和演变规律，揭示杂质硅矿物高效脱硫的调控机制。在拜耳法处理高硫铝土矿过程中，形成利用含硅矿物高效脱硫的技术原型，为我国高硫铝土矿资源的短流程经济高效利用提供理论和技术支撑。

我国有储量丰富的高硫铝土矿资源，因现有的工艺难以解决硫在生产过程中导致的危害，使其未得到充分开发利用。本项目提出了在高硫铝土矿溶出过程中，利用矿石自身所含的硅矿物与含硫组分反应生成含硫钠硅渣除硫的新思路。项目围绕铝酸钠溶液中含硫离子与含硅物质的反应行为，深入研究了含硫离子的相互转化规律，含硫钠硅渣的定向生成机理，硅矿物深度脱硫的影响因素和调控机制。在明晰含硫钠硅渣生成规律的基础上，提出了基于高硫铝土矿利用自身所含硅矿物“以杂治杂”脱硫的短流程高效处理技术原型。项目研究的主要结果及意义如下：.（1）明晰了含硫离子在铝酸钠溶液中的反应转化机理。在高温溶出和不添加氧化剂的条件下，铝酸钠溶液中的S2-难以转化为高价态的含硫离子，而S2O32-可反应生成S2-和SO32-。添加适宜的氧化剂，可将S2-转化为S2O32-，从而实现含硫离子的定向转化调控。.（2）明确了铝酸钠溶液中硅矿物与含硫离子的相互作用规律，揭示了铝酸钠溶液中不同含硫离子与钠硅渣反应能力的差异性以及硫硅结合过程与钠硅渣物相转化的线性关系。高温溶出条件下，不同含硫离子参与合成的钠硅渣的硫含量和脱硫率均依Na2S2O3>Na2SO4>Na2SO3>Na2S变化，调控含硫离子形态至S2O32-有利于硫的脱除。含硫离子在竞争性嵌入钠硅渣的过程中占据优势。此外，含硫离子嵌入过程发生在含硅物相溶解、成核、长大的过程中，S2O32-和SO42-能够显著促进方钠石向钙霞石的转化。.（3）提出了基于含硫钠硅渣脱硫的高硫铝土矿高效利用技术原型。在高硫铝土矿溶出过程中添加非石灰添加剂，通过调控体系中的含硫离子类型，含硫1.1%的高硫铝土矿溶出后可得到硫含量超过2%的赤泥，同时氧化铝溶出率较传统方法可提高约5%。.本项目研究结果可为我国高硫铝土矿资源的短流程经济高效利用提供理论和技术支撑，预期具有较好的产业化应用前景以及社会和经济效益。