专利名称：一种铝酸钠溶液除硫和铁的方法
技术领域：
本发明涉及一种铝酸钠溶液除硫和铁方法，属于冶金技术领域。
背景技术：
随着我国优质铝土矿资源的日渐枯竭和对铝土矿资源的进一步勘察，高硫铝土矿资源所占比例逐渐增大，目前我国已探明高硫铝土矿储量约5. 6亿吨，远景储量高达20亿吨。高硫铝土矿用于拜耳法生产氧化铝时，由于矿石中硫的存在会导致如下严重问题1) 在拜耳法高温溶出过程中，硫与循环母液中的苛性碱反应后进入溶液，导致氧化铝提取过程的碱耗大幅增加；2)进入到溶液中的硫还会与铁形成复杂的配合物，使铁在铝酸钠溶液中的溶解度升高，而在后续铝酸钠溶液的晶种分解过程中，铁则从溶液中析出，影响产品质量；3)在适宜条件下，N%S04与Na2CO3以复盐形式析出，导致母液蒸发器和溶出器加热表面结疤，降低传热效率；4)溶液中￥_和S2 032_浓度提高后，还会使钢制设备受到腐蚀。
为了消除硫对氧化铝生产的危害，国内外对氧化铝生产过程中排除硫杂质进行了大量研究，除了选矿(CN101767062A 和 CN101480633A)、矿石预焙烧(CN101289210A 和CN101456572A)等矿石预处理除硫方法外，还对从铝酸钠溶液中除硫进行了大量研究，主要包括1)脱除溶液中的硫酸根离子，包括添加钡盐以硫酸钡的形式脱硫(CN 1458067)、添加石灰以水合硫铝酸钙形式脱硫，以及种分母液蒸发结晶以碳钠矾形式脱硫 (CN101182026A)，但该法只能脱除溶液中的硫酸根，不能脱除对氧化铝生产过程影响大的 S2- ；2)脱除溶液中的S2-和铁，添加沉淀剂使溶液中的S2-形成难溶硫化物形式脱硫，由于脱硫后溶液中的硫铁配合物被破坏，导致溶液中铁的溶解度降低而析出，沉淀剂包括氧化锌、 含锌矿物以及含铜物料，但该法成本高。此外，还有加入氧化剂(如硝酸钠、双氧水、二氧化锰、氧气/臭氧、次氯酸钠等)使溶液中的S2-转化成硫代硫酸根、亚硫酸根和硫酸根的方法，该法能脱除溶液中的铁，但不能脱除溶液中的硫。因此，高硫铝土矿至今尚无实质性的工业利用。发明内容
本发明的目的是提供一种经济的同时脱除铝酸钠溶液中S2_和铁的方法。
为了达到上述目的，本发明方法的技术方案包括以下步骤
I)在含S2_和铁的铝酸钠溶液中，按F/S比(即Fe与溶液中S2_的摩尔比)为 O. I 2. O加入铁基添加剂，在温度为30 130°C下反应10 600min。其中铁基添加剂包括铁粉、铁盐、铁的氧化物或其氢氧化物，以及含有它们的矿石；含S2-和铁的铝酸钠溶液的组成为=Na2Ok浓度为10 250g/L，溶液的苛性比值a k(即溶液中Na2Ok与Al2O3的分子比)为I. 2 4. 0，溶液中S2-浓度为O. 2 20g/L，溶液中Fe2O3浓度为30 200mg/L。
2)对反应后的浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液和渣。
优选地，所述铁基添加剂为铁粉、四氧化三铁、氧化亚铁、硝酸铁、氢氧化亚铁、氢氧化铁、针铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿、铁酸钠中的一种或者多种的混合物。
本发明具有如下优点1)铁基添加剂便宜易得，可循环利用；2)除硫效率可高达 100% ；3)能同时脱除溶液中的硫和铁，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3含量低于30mg/L ； 4)与现有氧化铝生产过程结合紧密，简单易行。
具体实施方式
实施例I
按F/S比为O. I，将氢氧化亚铁与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为20. 00g/L, Fe2O3浓度为200mg/L ;Na20k浓度为250. 00g/L, a k为I. 2)置于反应容器中，在温度为130°C 下搅拌反应600min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为21. 45%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为22mg/L。
实施例2
按F/S比为2. 0，将氢氧化铁与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为0. 20g/L, Fe2O3 浓度为30mg/L ；Na2Ok浓度为10. 00g/L, a k为4. 0)置于反应容器中，在温度为30°C下搅拌反应lOmin。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中 S2_的脱除率为100%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为7mg/L。
实施例3
按F/S比为I. 5，将铁粉与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为I. 00g/L, Fe2O3浓度为78mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/L，a k为4. 0)置于反应容器中，在温度为100°C下搅拌反应300min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中 S2_的脱除率为38. 14%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为28mg/L。
实施例4
按F/S比为I. 5，将四氧化三铁与含S2-和铁的铝酸钠溶液(S2—浓度为3.00g/L， Fe2O3浓度为98mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/L，a k为I. 4)置于反应容器中，在温度为100°C 下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为53. 78%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为26mg/L。
实施例5
按F/S比为1.0，将氧化亚铁与含S2-和铁的铝酸钠溶液(S2—浓度为10.00g/L， Fe2O3浓度为138mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/L，a k为I. 4)置于反应容器中，在温度为100°C 下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为96. 83%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为12mg/L。
实施例6
按F/S比为I. O,将硝酸铁与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为5. 00g/L, Fe2O3 浓度为103mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/L，a k为I. 4)置于反应容器中，在温度为90°C下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为83. 94%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为21mg/L。
实施例7
按F/S比为I. 0，将针铁矿与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为15. 00g/L, Fe2O3 浓度为173mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/L，a k为I. 4)置于反应容器中，在温度为100。。下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为86. 24%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为19mg/L。
实施例8
按F/S比为2. 0，将磁铁矿与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为3. 00g/L, Fe2O3 浓度为92mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/L，a k为I. 4)置于反应容器中，在温度为100°C下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为67. 52%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为22mg/L。
实施例9
按F/S比为2. 0，将褐铁矿与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为5. 00g/L, Fe2O3 浓度为112mg/L;Na20k浓度为167. 45g/L, a k为I. 4)置于反应容器中，在温度为100。。下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为49. 71%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为29mg/L。
实施例10
按F/S比为I. 5，将菱铁矿与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为10. 00g/L, Fe2O3 浓度为132mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/L，a k为I. 4)置于反应容器中，在温度为100。。下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为90. 38%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为17mg/L。
实施例11
按F/S比为I. O,将铁酸钠与含S2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为5. 00g/L, Fe2O3 浓度为89mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/L，a k为I. 4)置于反应容器中，在温度为100°C下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2_的脱除率为80. 59%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为25mg/L。
实施例12
按F/S比为1.0，将铁粉和硝酸铁的混合物(铁粉与硝酸铁的摩尔比为I : I)与含s2_和铁的铝酸钠溶液(S2_浓度为5. 00g/L，Fe2O3浓度为117mg/L ;Na20k浓度为167. 45g/ L，ak为1.4)置于反应容器中，在温度为100°C下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2-的脱除率为98. 42%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为13mg/L。
实施例13
按F/S比为I. 5，将铁粉和铁酸钠的混合物(铁粉与铁酸钠的摩尔比为I : I)与含 S2-和铁的铝酸钠溶液(S2—浓度为10. 00g/L, Fe2O3浓度为124mg/L ；Na20k浓度为167. 45g/ L，ak为1.4)置于反应容器中，在温度为100°C下搅拌反应60min。对反应所得浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液。铝酸钠溶液中S2-的脱除率为100. 00%，除硫、铁后的铝酸钠溶液中Fe2O3浓度为9mg/L。
权利要求
1.一种铝酸钠溶液除硫和铁的方法，其特征是，包括以下步骤1)在含S2-和铁的铝酸钠溶液中，按F/S比(即Fe与溶液中S2_的摩尔比)为O. I 2. O加入铁基添加剂，在温度为30 130°C下反应10 600min。其中铁基添加剂包括铁粉、铁盐、铁的氧化物或其氢氧化物，以及含有它们的矿石；含S2_和铁的铝酸钠溶液的组成为=Na2Ok浓度为10 250g/L，溶液的苛性比值a k(即溶液中Na2Ok与Al2O3的分子比)为I. 2 4. 0，溶液中S2_浓度为O.2 20g/L，溶液中Fe2O3浓度为30 200mg/L。2)对反应后的浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液和渣。
2.根据权利要求I所述的一种铝酸钠溶液除硫和铁的方法，其特征是，所述的铁基添加剂为铁粉、四氧化三铁、氧化亚铁、硝酸铁、氢氧化亚铁、氢氧化铁、针铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿、铁酸钠中的一种或者多种的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种铝酸钠溶液除硫和铁的方法，包括以下步骤1)在含S2-和铁的铝酸钠溶液中，按F/S比(即Fe与溶液中S2-的摩尔比)为0.1～2.0加入铁基添加剂，在温度为30～130℃下反应10～600min。2)对反应后的浆液进行固液分离，得到除硫、铁后的铝酸钠溶液和渣。应用本发明可经济、高效地同时脱除铝酸钠溶液中的S2-和铁，解决拜耳法处理高硫铝土矿生产氧化铝过程中碱耗增加、产品的铁含量超标和设备腐蚀等问题。
文档编号C01F7/47GK102976381SQ20121056640
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者李小斌, 李重洋, 刘桂华, 彭志宏, 周秋生, 齐天贵, 谭杰 申请人:中南大学