非传统铝资源—高硫铝土矿和粉煤灰的利用研究

论文摘要

随着国民经济的高速发展,我国已成为世界第一大氧化铝生产国和消费国,目前,我国氧化铝实际年产量已达3000万吨,占世界的36%。由于国内优质铝土矿资源日趋枯竭,氧化铝工业资源对外依存度已高达60%。资源短缺已成为制约我国氧化铝工业可持续发展的瓶颈。然而,我国还有约20亿吨难处理的高硫铝土矿资源尚未得到有效开发利用,开发利用我国大量的难处理高硫铝土矿资源已迫在眉睫,是解决氧化铝工业资源短缺危机、实现可持续发展的主要途径。另外我国每年还排放大量的高铝粉煤灰,随着我国火电装机容量近年来的爆炸式增长,我国每年排放的粉煤灰渣量已达3亿t以上粉煤灰已经成为我国工业固体废物的最大单一污染源。目前粉煤灰综合回收实际利用率不到30%,大量粉煤灰的堆存处置,会造成严重的环境污染,并存在巨大的安全隐患。粉煤灰中的主要成分为A1203和Si02,二者总含量可达80%以上,综合利用其中的氧化铝,不仅可减轻环境压力,还可拓展氧化铝的来源。因此,开展对我国大量的高硫铝土矿和粉煤灰的利用研究,具有重要的意义。论文首先对铝土矿中以黄铁矿形式存在的硫在铝酸钠溶液中的反应行为进行热力学分析及实验研究,结果表明,在373-573K的温度范围内,黄铁矿分解反应的吉布斯自由能都为负值而且随着温度的升高而减小,说明黄铁矿中的硫很容易与碱液反应,温度越高,分解反应进行的趋势越大；黄铁矿在铝土矿预脱硅过程中也会发生分解,预脱硅10h后,黄铁矿中55.84%的硫进入到溶液里；高压溶出时,黄铁矿与铝酸钠溶液反应在2h内即达到平衡,硫的反应率达到90%以上；溶出后进入溶液中的硫大部分以S2-形式存在；当温度降低（<85℃）时,硫会以墨绿色的氢氧基硫代铁酸钠（Na2[FeS2（OH）2]·2H2O）形态析出。围绕粉煤灰铝硅分离和综合利用进行了多种方法探索研究。采用焙烧方法来激发粉煤灰中SiO2, Al2O3的活性,结果表明,添加碳酸钠焙烧和氢氧化钠焙烧时,粉煤灰都生成了类似于霞石的物质,铝硅不能达到有效分离；采用高压水化法对粉煤灰进行处理,结果表明,当温度为260℃,碱浓度为300g/L时,三氧化铝溶出率可以达到90%以上,二氧化硅的溶出率仅为10%左右,铝硅能得到有效分离；采用浮选法对粉煤灰铝硅分离进行了探索试验,结果表明,采用正浮选时,精矿的A/S比最高只能达到1.98,采用反浮选时,精矿的A/S比最高仅为1.76,铝硅分离效果不明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 高硫铝土矿利用现状
• 1.2.1 硫对氧化铝生产的危害
• 1.2.2 氧化铝生产中的除硫概况
• 1.3 粉煤灰铝硅分离研究现状
• 1.3.1 粉煤灰简介
• 1.3.2 从粉煤灰中提取氧化铝研究现状
• 1.4 本课题研究的内容及思路
• 1.4.1 高硫铝土矿的研究内容及思路
• 1.4.2 粉煤灰的研究内容及思路
• 第二章 实验试剂、设备及分析方法
• 2.1 实验试剂及设备
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 氧化铝浓度的分析
• 2.2.2 氧化钠浓度的分析
• 2.2.3 氧化硅浓度的分析
• 第三章 黄铁矿在铝酸钠溶液中的反应行为研究
• 3.1 实验原料及方法
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 黄铁矿在铝酸钠溶液中反应热力学计算
• 3.2.1 热力学计算方法及数据
• 3.2.2 黄铁矿在铝酸钠溶液中发生的主要反应
• 3.2.3 热力学计算结果及讨论
• 3.3 黄铁矿在铝酸钠溶液中的反应行为试验研究
• 3.3.1 温度对硫反应率的影响
• 3.3.2 苛性碱浓度对硫反应率的影响
• 3.3.3 溶出时间对硫反应率的影响
• 3.3.4 铝酸根离子对硫反应率的影响
• 2-对硫反应率的影响'>3.3.5 S^2-对硫反应率的影响
• 3.3.6 黄铁矿加入量对硫反应率的影响
• 3.4 黄铁矿溶出过程中硫的存在形态及反应机理研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 处理粉煤灰的试验研究
• 4.1 实验原料及方法
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 焙烧法处理粉煤灰试验研究
• 2CO₃焙烧—沸水浸出处理粉煤灰试验研究'>4.2.1 Na₂CO₃焙烧—沸水浸出处理粉煤灰试验研究
• 4.2.2 NaOH焙烧—碱溶法处理粉煤灰试验研究
• 4.3 高压水化法处理粉煤灰试验研究
• 2O₃、SiO₂溶出率的影响'>4.3.1 苛性比对粉煤灰中Al₂O₃、SiO₂溶出率的影响
• 2O₃、SiO₂溶出率的影响'>4.3.2 溶出时间对粉煤灰中Al₂O₃、SiO₂溶出率的影响
• 2O₃、SiO₂溶出率的影响'>4.3.3 溶出温度对粉煤灰中Al₂O₃、SiO₂溶出率的影响
• 2O₃、SiO₂溶出率的影响'>4.3.4 苛性碱浓度对粉煤灰中Al₂O₃、SiO₂溶出率的影响
• 4.4 粉煤灰浮选试验研究
• 4.4.1 PH值对浮选性的影响
• 4.4.2 捕收剂对浮选性的影响
• 4.4.3 抑制剂对浮选性的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.1.1 黄铁矿在铝酸钠溶液中反应行为的试验研究
• 5.1.2 处理粉煤灰的试验研究
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文