氧化铝熟料烧结过程硅、铁矿物反应行为的研究

摘要

我国铝土矿资源中低品位矿石居多，烧结法占有特殊地位，但由于系统中氧化铝含量偏低导致能耗过高，严重制约了烧结法优势的发挥。熟料烧成是烧结法生产氧化铝的关键环节，明晰烧成过程中硅、铁的分配规律，优化熟料烧结过程对我国氧化铝生产具有重要意义。 因此，本文首先对熟料体系主要物相间的反应进行了热力学计算，结果表明：钙量充足时，最可能生成含钙化合物顺序为：2CaO·SiO2＞3CaO·SiO2＞3CaO·2SiO2＞CaO·SiO2＞CaO·TiO2＞4CaO·Al2O3·Fe2O3＞2CaO·Fe2O3＞mCaO·nAl2O3＞CaO·Fe2O3；低钙比烧成时则优先生成CaO·SiO2、3CaO·2SiO2和CaO·TiO2，Fe2O3生成4CaO·Al2O3·Fe2O3的趋势减小。 其次，通过依次对CaO-SiO2二元系、Na2O-CaO-Al2O3-SiO2四元系、不同钙比熟料溶出渣相复杂体系的研究，得出了CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·2SiO2、3CaO·SiO2等硅酸钙物相在熟料烧成过程中的分布规律，结果表明：低温高钙时主要物相为2CaO·SiO2，高温低钙时主要物相为CaO·SiO2和3CaO·2SiO2。提出熟料低钙比烧结应在高温条件下控制钙硅比在1.2～1.6范围内。 最后以高铁中等品位铝土矿为原料研究了烧成条件(烧成温度、烧成时间、升温方式、冷却方式等)和炉料配方(钙比、碱比、铁铝比、)对熟料氧化铝溶出率及SiO2浓度的影响规律。结果表明：高铁中等品位矿石直接用烧结法处理，无论进行两成份或三成份烧结，均能取得较高的氧化铝溶出率，氧化铝溶出率可以达到97％；熟料Al2O3溶出率、溶出液SiO2浓度均随钙比增大而降低；炉料氧化铁含量增加，烧结温度降低，氧化铁含量达到18％，烧结无困难；提出氧化铝有效溶出率概念，确定高铁矿石最佳烧成条件为：烧成温度1250～1300℃，烧成时间20～30min，钙比1.5，NR=1.0 。

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第一章文献综述

1.1我国氧化铝工业现状

1.1.1我国铝土矿资源特点

1.1.2我国氧化铝产业规模

1.1.3我国氧化铝工业存在的问题

1.2氧化铝生产工艺概况

1.2.1酸法生产氧化铝

1.2.2碱法生产氧化铝

1.2.3酸碱联合法

1.2.4电热法

1.3烧结法基本原理

1.3.1概述

1.3.2氧化铝熟料烧结过程原理

1.3.3熟料烧结影响因素

1.4烧结法生产氧化铝过程中硅、铁行为研究进展

1.4.1课题的提出

1.4.2硅酸钙烧成研究进展

1.4.3高铁原料烧结研究进展

1.5研究目的和内容

1.5.1研究目的

1.5.2研究内容

第二章热力学分析

2.1热力学计算方法

2.2 CaO反应行为的热力学分析

2.3 Fe2O3反应行为热力学分析

2.3.1 Fe2O3-Na2O-Al2O3系

2.3.2铁酸钙与铝酸钠的反应

2.4硅酸钙稳定性热力学分析

2.4.1硅酸钙的分解反应

2.4.2硅酸钙与Fe2O3的反应

2.4.3硅酸钙与铁酸钠的反应

2.4.4硅酸钙与铝酸钠的反应

2.5小结

第三章实验方法及设备

3.1实验原料及设备

3.1.1实验原料

3.1.2实验设备

3.2实验方法

3.2.1烧成实验

3.2.2溶出实验

3.3分析方法

3.4数据处理

第四章低钙硅酸钙分布规律

4.1二元系中CaO与SiO2的反应

4.1.1烧成条件对CaO反应程度的影响

4.1.2烧成条件对产物物相的影响

4.1.3 CaO-SiO2系硅酸钙分布规律热力学的分析

4.2多元系中硅钙化合物的生成

4.2.1 Na2O-CaO-Al2O3-SiO2系

4.2.2高岭土烧结研究

4.2.3低钙比熟料溶出渣相分析

4.3小结

第五章高铁铝土矿烧成研究

5.1实验结果

5.1.1烧结时间对熟料烧成的影响

5.1.2温度对熟料烧成的影响

5.1.3钙比CR对熟料烧成的影响

5.1.4碱比对熟料烧成的影响

5.1.5铝硅比对熟料烧结的影响

5.1.6 F/A对熟料烧成的影响

5.1.7添加煤粉对高铁铝土矿烧成的影响

5.1.8钙比CR对高铁熟料沉降分离过程的影响

5.2小结

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文