專利名稱：一種鋁酸鈉溶液除硫和鐵的方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁酸鈉溶液除硫和鐵方法，屬于冶金技術領域。
背景技術：
隨著我國優質鋁土礦資源的日漸枯竭和對鋁土礦資源的進一步勘察，高硫鋁土礦資源所占比例逐漸增大，目前我國已探明高硫鋁土礦儲量約5. 6億噸，遠景儲量高達20億噸。高硫鋁土礦用于拜耳法生產氧化鋁時，由于礦石中硫的存在會導致如下嚴重問題1) 在拜耳法高溫溶出過程中，硫與循環母液中的苛性堿反應后進入溶液，導致氧化鋁提取過程的堿耗大幅增加；2)進入到溶液中的硫還會與鐵形成復雜的配合物，使鐵在鋁酸鈉溶液中的溶解度升高，而在后續鋁酸鈉溶液的晶種分解過程中，鐵則從溶液中析出，影響產品質量；3)在適宜條件下，N%S04與Na2CO3以復鹽形式析出，導致母液蒸發器和溶出器加熱表面結疤，降低傳熱效率；4)溶液中￥_和S2 032_濃度提高后，還會使鋼制設備受到腐蝕。
為了消除硫對氧化鋁生產的危害，國內外對氧化鋁生產過程中排除硫雜質進行了大量研究，除了選礦(CN101767062A 和 CN101480633A)、礦石預焙燒(CN101289210A 和CN101456572A)等礦石預處理除硫方法外，還對從鋁酸鈉溶液中除硫進行了大量研究，主要包括1)脫除溶液中的硫酸根離子，包括添加鋇鹽以硫酸鋇的形式脫硫(CN 1458067)、添加石灰以水合硫鋁酸鈣形式脫硫，以及種分母液蒸發結晶以碳鈉礬形式脫硫 (CN101182026A)，但該法只能脫除溶液中的硫酸根，不能脫除對氧化鋁生產過程影響大的 S2- ；2)脫除溶液中的S2-和鐵，添加沉淀劑使溶液中的S2-形成難溶硫化物形式脫硫，由于脫硫后溶液中的硫鐵配合物被破壞，導致溶液中鐵的溶解度降低而析出，沉淀劑包括氧化鋅、 含鋅礦物以及含銅物料，但該法成本高。此外，還有加入氧化劑(如硝酸鈉、雙氧水、二氧化錳、氧氣/臭氧、次氯酸鈉等)使溶液中的S2-轉化成硫代硫酸根、亞硫酸根和硫酸根的方法，該法能脫除溶液中的鐵，但不能脫除溶液中的硫。因此，高硫鋁土礦至今尚無實質性的工業利用。發明內容
本發明的目的是提供一種經濟的同時脫除鋁酸鈉溶液中S2_和鐵的方法。
為了達到上述目的，本發明方法的技術方案包括以下步驟
I)在含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液中，按F/S比(即Fe與溶液中S2_的摩爾比)為 O. I 2. O加入鐵基添加劑，在溫度為30 130°C下反應10 600min。其中鐵基添加劑包括鐵粉、鐵鹽、鐵的氧化物或其氫氧化物，以及含有它們的礦石；含S2-和鐵的鋁酸鈉溶液的組成為=Na2Ok濃度為10 250g/L，溶液的苛性比值a k(即溶液中Na2Ok與Al2O3的分子比)為I. 2 4. 0，溶液中S2-濃度為O. 2 20g/L，溶液中Fe2O3濃度為30 200mg/L。
2)對反應后的漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液和渣。
優選地，所述鐵基添加劑為鐵粉、四氧化三鐵、氧化亞鐵、硝酸鐵、氫氧化亞鐵、氫氧化鐵、針鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、鐵酸鈉中的一種或者多種的混合物。
本發明具有如下優點1)鐵基添加劑便宜易得，可循環利用；2)除硫效率可高達 100% ；3)能同時脫除溶液中的硫和鐵，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3含量低于30mg/L ； 4)與現有氧化鋁生產過程結合緊密，簡單易行。
具體實施方式
實施例I
按F/S比為O. I，將氫氧化亞鐵與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為20. 00g/L, Fe2O3濃度為200mg/L ;Na20k濃度為250. 00g/L, a k為I. 2)置于反應容器中，在溫度為130°C 下攪拌反應600min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為21. 45%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為22mg/L。
實施例2
按F/S比為2. 0，將氫氧化鐵與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為0. 20g/L, Fe2O3 濃度為30mg/L ；Na2Ok濃度為10. 00g/L, a k為4. 0)置于反應容器中，在溫度為30°C下攪拌反應lOmin。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中 S2_的脫除率為100%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為7mg/L。
實施例3
按F/S比為I. 5，將鐵粉與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為I. 00g/L, Fe2O3濃度為78mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/L，a k為4. 0)置于反應容器中，在溫度為100°C下攪拌反應300min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中 S2_的脫除率為38. 14%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為28mg/L。
實施例4
按F/S比為I. 5，將四氧化三鐵與含S2-和鐵的鋁酸鈉溶液(S2—濃度為3.00g/L， Fe2O3濃度為98mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/L，a k為I. 4)置于反應容器中，在溫度為100°C 下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為53. 78%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為26mg/L。
實施例5
按F/S比為1.0，將氧化亞鐵與含S2-和鐵的鋁酸鈉溶液(S2—濃度為10.00g/L， Fe2O3濃度為138mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/L，a k為I. 4)置于反應容器中，在溫度為100°C 下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為96. 83%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為12mg/L。
實施例6
按F/S比為I. O,將硝酸鐵與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為5. 00g/L, Fe2O3 濃度為103mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/L，a k為I. 4)置于反應容器中，在溫度為90°C下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為83. 94%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為21mg/L。
實施例7
按F/S比為I. 0，將針鐵礦與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為15. 00g/L, Fe2O3 濃度為173mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/L，a k為I. 4)置于反應容器中，在溫度為100。。下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為86. 24%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為19mg/L。
實施例8
按F/S比為2. 0，將磁鐵礦與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為3. 00g/L, Fe2O3 濃度為92mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/L，a k為I. 4)置于反應容器中，在溫度為100°C下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為67. 52%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為22mg/L。
實施例9
按F/S比為2. 0，將褐鐵礦與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為5. 00g/L, Fe2O3 濃度為112mg/L;Na20k濃度為167. 45g/L, a k為I. 4)置于反應容器中，在溫度為100。。下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為49. 71%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為29mg/L。
實施例10
按F/S比為I. 5，將菱鐵礦與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為10. 00g/L, Fe2O3 濃度為132mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/L，a k為I. 4)置于反應容器中，在溫度為100。。下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為90. 38%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為17mg/L。
實施例11
按F/S比為I. O,將鐵酸鈉與含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為5. 00g/L, Fe2O3 濃度為89mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/L，a k為I. 4)置于反應容器中，在溫度為100°C下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2_的脫除率為80. 59%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為25mg/L。
實施例12
按F/S比為1.0，將鐵粉和硝酸鐵的混合物(鐵粉與硝酸鐵的摩爾比為I : I)與含s2_和鐵的鋁酸鈉溶液(S2_濃度為5. 00g/L，Fe2O3濃度為117mg/L ;Na20k濃度為167. 45g/ L，ak為1.4)置于反應容器中，在溫度為100°C下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2-的脫除率為98. 42%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為13mg/L。
實施例13
按F/S比為I. 5，將鐵粉和鐵酸鈉的混合物(鐵粉與鐵酸鈉的摩爾比為I : I)與含 S2-和鐵的鋁酸鈉溶液(S2—濃度為10. 00g/L, Fe2O3濃度為124mg/L ；Na20k濃度為167. 45g/ L，ak為1.4)置于反應容器中，在溫度為100°C下攪拌反應60min。對反應所得漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液。鋁酸鈉溶液中S2-的脫除率為100. 00%，除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液中Fe2O3濃度為9mg/L。
權利要求
1.一種鋁酸鈉溶液除硫和鐵的方法，其特征是，包括以下步驟1)在含S2-和鐵的鋁酸鈉溶液中，按F/S比(即Fe與溶液中S2_的摩爾比)為O. I 2. O加入鐵基添加劑，在溫度為30 130°C下反應10 600min。其中鐵基添加劑包括鐵粉、鐵鹽、鐵的氧化物或其氫氧化物，以及含有它們的礦石；含S2_和鐵的鋁酸鈉溶液的組成為=Na2Ok濃度為10 250g/L，溶液的苛性比值a k(即溶液中Na2Ok與Al2O3的分子比)為I. 2 4. 0，溶液中S2_濃度為O.2 20g/L，溶液中Fe2O3濃度為30 200mg/L。2)對反應后的漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液和渣。
2.根據權利要求I所述的一種鋁酸鈉溶液除硫和鐵的方法，其特征是，所述的鐵基添加劑為鐵粉、四氧化三鐵、氧化亞鐵、硝酸鐵、氫氧化亞鐵、氫氧化鐵、針鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦、鐵酸鈉中的一種或者多種的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種鋁酸鈉溶液除硫和鐵的方法，包括以下步驟1)在含S2-和鐵的鋁酸鈉溶液中，按F/S比(即Fe與溶液中S2-的摩爾比)為0.1～2.0加入鐵基添加劑，在溫度為30～130℃下反應10～600min。2)對反應后的漿液進行固液分離，得到除硫、鐵后的鋁酸鈉溶液和渣。應用本發明可經濟、高效地同時脫除鋁酸鈉溶液中的S2-和鐵，解決拜耳法處理高硫鋁土礦生產氧化鋁過程中堿耗增加、產品的鐵含量超標和設備腐蝕等問題。
文檔編號C01F7/47GK102976381SQ20121056640
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者李小斌, 李重洋, 劉桂華, 彭志宏, 周秋生, 齊天貴, 譚杰 申請人:中南大學