铝酸钙与硅酸钙高温共熔反应烧结行为研究

摘要

采用石灰烧结法处理低品位含铝资源提取氧化铝工艺具有干法烧结、物料自粉化等优点，而石灰配入量大、烧结能耗高、溶出渣量大和氧化铝溶出性能差等制约着该工艺的应用和发展，因此降低石灰配入量和提高氧化铝溶出性能是强化石灰烧结法发展的主要方向。 本文通过XRD、SEM、FTIR和TG-DSC等检测手段系统研究了CaAl2O4(CA)-Ca2SiO4(C2S)、Ca12Al14O33(C12A7)-C2S高温共熔反应过程中物料的物相生成、物相转变和微观形貌；通过粒度分析和标准溶出研究了烧结物料的粉化性能和在Na2CO3-NaOH溶液中的化学稳定性；同时研究了钙铝黄长石的形成机理及其在Na2CO3-NaOH溶液中的化学稳定性。 研究了烧结温度为1300~1500℃时，CA-C2S共熔反应物料的物相转变机理及化学稳定性：烧结温度为1400~1450℃时将促进CA和C2S通过共熔反应转化成Ca2Al2SiO7(C2AS)和C12A7，而延长反应时间也将促进这一反应的进行，当烧结温度为1450℃、保温时间为2.0h时，烧结物料的主要物相为C2AS、C12A7和β-C2S，以及少量的CA和γ-C2S，C2AS的生成一方面降低了烧结物料的粉化性能，另一方面C2AS几乎不与Na2CO3反应，此时烧结物料的氧化铝的溶出率为56.17%；烧结温度为1500℃、保温时间为2.0h时，物料完全熔化，在冷却过程中将逐步析出CA和C2S；烧结物料的主要物相为CA和β-C2S，以及少量的C2AS、C12A7和γ-C2S，此时氧化铝溶出率为96.22%。 研究了烧结温度为1300~1500℃时，C12A7-C2S共熔反应物料的物相转变及化学稳定性；C12A7和C2S反应生成C2AS的温度为1498℃，烧结温度为1500℃时，烧结物料的主要物相为C12A7和C2S，以及少量的C2AS；随着烧结温度的升高，氧化铝溶出性能先升高后降低，1350℃时，氧化铝溶出性能最好，为99.47%。

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摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 石灰烧结法生产氧化铝

1.3 物相研究现状

1.3.1 铝酸钙与硅酸钙

1.3.2 钙铝黄长石

1.5.1 课题的提出

1.5.2 课题的研究内容

第2章 试验研究方法

2.1 试验原料及试剂

2.2 试验仪器

2.3 试验方法

2.3.1 烧结物料的制备

2.3.2 烧结物料的溶出

2.4 试验检测方法

第3章 CaAl2O4、Ca12Al14O33和Ca2SiO4的制备及表征

3.1 CaAl2O4、Ca12Al14O33和Ca2SiO4的制备

3.2 CaAl2O4、Ca12Al14O33和Ca2SiO4的表征

3.3 本章小结

第4章 CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料物相转变及化学稳定性

4.1 烧结温度对CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料烧结行为的影响

4.1.1 CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料的物相转变

4.1.2 CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料的粉化性能

4.1.3 CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料的化学稳定性

4.1.4 CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料的微观形貌

4.2 烧结时间对CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料烧结行为的影响

4.2.1 CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料的物相转变

4.2.2 CaAl2O4-Ca2SiO4共熔物料的化学稳定性

4.3 本章小结

第5章 Ca12Al14O33-Ca2SiO4共熔物料的物相转变及化学稳定性

5.1 烧结温度对Ca12Al14O33-Ca2SiO4共熔物料烧结行为的影响

5.2 Ca12Al14O33-Ca2SiO4共熔物料的物相转变

5.3 Ca12Al14O33-Ca2SiO4共熔物料的粉化性能

5.4 Ca12Al14O33-Ca2SiO4共熔物料的化学稳定性

5.5 本章小结

第6章 2CaO·Al2O3·SiO2的生成机理及化学稳定性

6.1 烧结温度对2CaO·Al2O3·SiO2物料烧结行为的影响

6.1.1 钙铝黄长石物料的物相转变

6.1.2 钙铝黄长石物料的粉化性能

6.1.3 钙铝黄长石物料的化学稳定性

6.2 烧结时间对2CaO·Al2O3·SiO2物料烧结行为的影响

6.2.1 钙铝黄长石物料的物相转变

6.2.2 钙铝黄长石物料的粉化性能

6.2.3 钙铝黄长石物料的化学稳定性

6.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致 谢