示。实验所用燃料为神府煤田粉煤，表 3 所示为煤粉 的工业分析结果。
1 实验
1.1 原料与燃料 高硫铝土矿取自贵州某地，矿石经破碎粉磨后， 水分质量分数为 2.6%， 筛分结果显示粒径 75 μm 筛下 量占 45.2%，125 μm 筛上量占 20.5%。表 1 所示为原 料的化学元素分析结果，所用仪器为德国布鲁克公司 S4−Pioneer 型 X 线荧光光谱仪，S 质量分数采用硫酸 钡重量法测定。物相分析所用仪器为日本理学 (RIGAKU)生产的 D/MAX2200 型 X 线衍射仪(Cu 靶， 扫描速率为 10 (°)/min，2θ 为 5°~70°)，图 1 所示为该 高硫铝土矿的 XRD 谱，结合化学元素分析结果对原 料进行矿物相定量分析，各矿物相质量分数如表 2 所
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中南大学学报(自然科学版)
第 47 卷
S22−等形态，不仅造成 Na2O 的损失，而且溶液中的 S22−质量分数提高后会使钢材受到腐蚀，增加溶液中 铁的质量分数，使得 Al2O3 溶出率和品位因为铁的污 染而下降，降低氧化铝的产能和产品质量；生成的硫 酸盐在适宜条件下与碳酸钠形成复盐析出，造成蒸发 因 和分解工序的结疤， 降低了反应器的传热系数[2−5]。 此，在拜耳法生产氧化铝工艺中，对矿石中的硫质量 分数要求低于 0.7%。 目前国内外针对高硫铝土矿的脱 硫研究主要有湿法和火法 2 类，湿法研究主要是浮选 除硫，每吨氧化铝脱硫成本为 160~180 元。火法脱硫 研究主要是通过对高硫铝土矿的焙烧脱硫和添加剂焙 烧展开的，焙烧还可以提高铝土矿的溶出活性；国内 学者对回转炉焙烧、沸腾炉焙烧和流化床焙烧等密相 焙 烧 方法 在实 验 室中 进行 了 较多 的研 究 ，但 需在 750~850 ℃焙烧 10~30 min， 所得焙烧矿才能够满足后 续工段对硫质量分数的要求[6−10]。相对于密相床，在 稀相悬浮态气−固系统中，气固两相接触面积大，传 热、传质和反应速率高。本文作者在实验室焙烧实验 和中试探索性实验的基础上，开展高硫铝土矿的悬浮 态焙烧脱硫中试研究，以期得到优化的焙烧条件，在 较短的焙烧时间和最低焙烧能耗下实现良好的脱硫效 果，为高硫铝土矿悬浮态焙烧连续性扩大实验提供主 要的工艺操作参数。
高硫铝土矿悬浮态焙烧脱硫
陈延信，赵博，酒少武，吴锋，韩丁 (西安建筑科技大学 材料与矿资学院，陕西 西安，710055)
摘要：采用自主开发的高固气比悬浮焙烧−快速冷却装置对贵州地区硫质量分数为 1.35%的高硫铝土矿进行 850 kg/h 规模的焙烧脱硫实验。探讨悬浮态焙烧对脱硫过程和焙烧矿的影响规律。对硫物相和 XRD 谱进行分析。研 究结果表明：悬浮态低温焙烧可实现高硫铝土矿的快速脱硫，升高焙烧温度有利于提高脱硫率；硫化物型硫的残 留量降至 0.08%(质量分数)之后，脱硫过程趋于完成；FeS2 脱硫反应伴随着金属氧化物吸收 SO2 的反应，细颗粒 高硫铝土矿粉料在悬浮炉内的有效停留时间约 2 s， 焙烧炉内温度控制在 610~640 ℃， 对 SO2 具有更强的吸收能力； 焙烧矿中硫化物型硫质量分数可以降低到 0.16%以下。低温闪速焙烧−冷却使得偏高领土呈高度无序的非晶相结 构，相对于原料中的一水硬铝石，焙烧矿中的 α-Al2O3 晶体得到细化，有利于 Al2O3 的溶出。 关键词：高硫铝土矿；悬浮态焙烧；脱硫率；硫物相 中图分类号：TF803.1 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2016)08−2577−07
表1 贵州高硫铝土矿化学组成及
表3 w(水分)/% 1.70 w(固定碳)/% 59.01
煤粉的工业分析结果(空气干燥基) w(灰分)/% 6.70 低位热值/(MJ·kg ) 27.16
−1
Table 3 Technical analysis of coal powder (ad) w(挥发分)/% 32.59 w(硫)/% 0.30
第 47 卷第 8 期 2016 年 8 月
中南大学学报(自然科学版) Journal of Central South University (Science and Technology)
Vol.47 No.8 Aug. 2016
DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2016.08.006
65.3 13.6 表2 贵州高硫铝土矿矿物组成(质量分数) high sulfur bauxite 一水铝石 高岭土 黄铁矿 金红石 2.6 2.9 鲕绿泥石 9.8 % 方解石 3.1 Table 2 Mineral composition of Guizhou 图1 贵州高硫铝土矿 XRD 图谱 Fig. 1 XRD pattern of Guizhou high sulfur bauxite
烧减量分析结果(质量分数) Table 1 Chemical composition and ignition loss of Guizhou high sulfur bauxite Al2O3 62.61 SiO2 9.14 Fe2O3 6.58 CaO 1.86 TiO2 S %
烧矢量 铝硅比 16.0 6.85
1.2 实验装置 自制的高硫铝土矿高固气比悬浮态焙烧实验装置 由喂料系统、悬浮预热系统、外循环式悬浮焙烧炉、 旋风冷却系统、收尘器、引风机、喂煤喂料系统和燃 煤热风炉等组成，引风机为系统提供运行动力，整个 系统在负压状态下运行。 悬浮焙烧炉直径×长度为 0.4 m×9 m， 喂料和喂煤装置均为自制的回转式变频微粉 给料机，喂料机的喂料量为 0~2 m3/h，喂煤机的喂煤 量为 0~0.5 m3/h。粉煤经气力输送装置进入燃煤热风 炉， 热风炉产生的高温烟气经沉降除尘后进入悬浮炉。 在悬浮焙烧炉进出口配以 TestoXL360 便携式烟气分 析仪、在各预热器出口和悬浮煅烧炉关键工艺控制点 安装 ABB 压力变送器与一体化温度变送器，通过 LabVIEW 数据采集系统实时监测整个系统的工况。 悬
Desulfurization roasting of high sulfur bauxite in suspended state
CHEN Yanxin, ZHAO Bo, JIU Shaowu, WU Feng, HAN Ding
(School of Materials and Mineral Resources, Xi′an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China) Abstract: Desulfurization roasting of high sulfur bauxite (S mass fraction of 1.35%) from Guizhou province was employed by high solid-gas roasting-cooling device, with feeding capacity of 850lfurization process and roasted ore in suspended state roasting was investigated. Sulfur phase analysis and X-ray diffraction analysis were carried out. The results show that the sulfur content in high sulfur bauxite is rapidly decreased through lowtemperature suspended state roasting, and the desulfurization efficiency is improved with higher temperature. The desulfurization reaction tends to be complete after sulfide sulfur mass fraction decreases to 0.08%. The reaction of metal-oxide absorbing SO2 is accompanied with the desulfurization of FeS2, and fine particles have better absorbing capacity of SO2. The best roasting temperature of high sulfur bauxite in suspended state is between 610 ℃ to 640 ℃ and the effective residence time in the flash calciner is about 2 s. The sulfide sulfur mass fraction decreases to less than 0.16%. The metakaolin forms a highly disordered amorphous structure during the flash roasting-cooling process. Relative to diaspora in raw ore, the crystal of α-Al2O3 is refined by roasting to the benefit of the leaching of Al2O3. Key words: high-sulfur bauxite; suspended roasting; desulfurization rate; sulfur phase
我国铝土矿储量中高硫型铝土矿约占资源储量的 11%，约 5.6 亿 t 。高硫铝土矿是指硫质量分数大于
收稿日期：2015−08−09；修回日期：2015−12−25
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0.7%的铝土矿，其中硫主要以黄铁矿(FeS2)形式存在。 黄铁矿在铝酸钠溶液中会转化成为 SO32−，S2O32−和
基金项目(Foundation item)： “十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAA08B00)(Project (2012BAA08B00) supported by the National Science and Technology Pillar Program during the 12th “Five-Year” Plan Period) 通信作者：陈延信，副教授，从事气固两相换热与反应工程研究；E-mail：lilolmln@