石灰—碳化法处理低品位铝土矿和赤泥的基础研究

论文摘要

我国是氧化铝生产大国,但我国高铝硅比的优质铝土矿资源储量并不大。目前我国的氧化铝厂大多采用铝硅比为3～5的中低品位矿作为生产原料,在使用拜耳法处理该类资源时由于矿物中硅含量过高会导致赤泥量大、氧化铝损失比例增高等一系列的问题。随着我国氧化铝产能的逐年增大以及生产技术的不断提高,如何合理高效的利用该类资源已成为了我国铝工业者主要的研究方向。针对以上问题,本文提出了采用石灰-碳化法处理低品位铝土矿以及拜耳法赤泥,并分别考察了石灰-碳碱碳化法和石灰-CO2碳化法对低品位铝土矿中氧化铝提取性能的影响。围绕上述两种工艺中的铝土矿转型、碳碱浸出、CO2处理以及低温碱溶等关键技术环节进行了以下几个方面的研究：首先,分别对铝土矿转型以及不同碳化过程的主要反应热力学进行了研究,得到了以下规律：反应温度的提高,更有利于水化石榴石与碳酸钠的反应,但不利于其与二氧化碳的反应；压力的增大有利于二氧化碳分解水化石榴石。其次,考察了石灰-碳碱碳化法处理铝土矿的实验,通过添加石灰合成水化石榴石、碳碱浸出等过程,得到了一系列规律并确定了最优的工艺参数。但使用该方法很难得到铝硅比较低的赤泥,在优选的碳碱碳化工艺条件下,赤泥中的铝硅比仅能降到1.07,且钠含量多在2%左右。第三,以纯物质合成水化石榴石的方式重点考察了石灰-CO2碳化法中各主要工艺对氧化铝提取效果的影响。实验结果表明：适宜的水化石榴石合成条件为温度240℃、石灰添加量为理论值的1倍、保温时间30min,该条件下形成的水化石榴石在120℃、CO2分压1.2Mpa、液固比10：1、搅拌速度400r/min、时间2h的CO2碳化分解条件以及60℃、液固比10：1、苛碱浓度100g/L、时间90min的碱溶条件下,水化石榴石中的氧化铝提取效率可达71.8%,最终产物的铝硅比可降至0.54,钠含量为0.76%,产物的铝硅比及钠含量远低于现有的氧化铝赤泥且完全可以用于水泥及建材的生产。最后,用石灰-CO2碳化法探索处理了低品位铝土矿和赤泥。结果表明：低品位铝土矿渣中的铝硅比降至0.44,铝的溶出率高达86.6%,钠为0.12%；赤泥的渣中铝硅比降至0.82,钠为0.73%,技术指标远高于现有的拜耳法生产过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 我国的铝土矿资源
• 1.3 氧化铝的生产方法
• 1.3.1 传统的氧化铝生产工艺
• 1.3.2 氧化铝生产代表性新技术
• 1.4 我国赤泥的现状及处理方法
• 1.4.1 我国赤泥的现状
• 1.4.2 赤泥作为矿物原料整体利用
• 1.4.3 赤泥中回收和提取有用成分
• 1.4.4 赤泥在环保领域中应用的研究
• 1.5 课题的提出
• 1.6 主要研究内容
• 第2章 实验研究方法
• 2.1 实验原料
• 2.1.1 矿物
• 2.1.2 实验药剂
• 2.2 溶液的配制
• 2.2.1 指示剂的配制
• 2.2.2 标液的配制与标定
• 2.2.3 溶出液的配制
• 2.3 实验设备及检测仪器
• 2.3.1 高压反应釜
• 2.3.2 全谱直读发射光谱仪（ICP）
• 2.3.3 X射线衍射仪（XRD）
• 2.3.4 差示扫描量热仪（DSC）
• 2.3.5 球磨机
• 2.3.6 其它设备
• 2.4 实验研究方法
• 2.4.1 研究思路及方案
• 2.4.2 检测方法
• 2.4.3 相关计算公式
• 第3章 热力学计算
• 3.1 水化石榴石与碳酸钠浸出过程的热力学分析
• 0计算'>3.1.1 简单离子、化合物的△G⁰计算
• 0计算'>3.1.2 水化石榴石的△G⁰计算
• 4的△G⁰计算'>3.1.3 NaAlSiO₄的△G⁰计算
• 0计算'>3.1.4 水化石榴石与碳酸钠总反应的△G⁰计算
• 2反应过程的热力学分析'>3.2 水化石榴石与CO₂反应过程的热力学分析
• 0'>3.2.1 水化石榴石与二氧化碳反应的△G⁰
• 3.2.2 随温度变化的△G
• 3.2.3 随分压变化的△G
• 第4章 石灰-碳碱碳化法的研究
• 4.1 添加石灰生成水化石榴石赤泥的研究
• 4.1.1 温度的影响
• 4.1.2 石灰添加量的影响
• 4.1.3 小结
• 4.2 水化石榴石赤泥的碳碱碳化反应研究
• 4.2.1 反应温度的影响
• 4.2.2 液固比的影响
• 4.2.3 碳酸钠浓度的影响
• 4.2.4 浸出时间的影响
• 4.2.5 小结
• 第5章 纯水化石榴石的合成规律研究
• 5.1 纯水化石榴石合成的差热分析
• 5.2 温度的影响
• 5.3 石灰添加量的影响
• 5.4 合成时间的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 纯水化石榴石的C02碳化反应研究
• 6.1 通气方式的影响
• 6.2 温度的影响
• 6.3 压力的影响
• 6.4 液固比的影响
• 6.5 反应时间的影响
• 6.6 搅拌速率的影响
• 6.7 本章小结
• 第7章 纯碳化渣溶铝的反应研究
• 7.1 温度的影响
• 7.2 液固比的影响
• 7.3 NaOH浓度的影响
• 7.4 溶铝时间的影响
• 7.5 本章小结
• 2碳化法处理低品位矿和赤泥的探索'>第8章 石灰-CO₂碳化法处理低品位矿和赤泥的探索
• 第9章 结论
• 参考文献
• 致谢