铝硅矿物的热行为及铝土矿石的热化学活化脱硅

摘要

为了有效利用储量丰富的中低铝硅比铝土矿石,并为拜耳法氧化铝生产工艺提供优质原料, 该文采用热重分析、差热分析、红外光谱分析、X-射线粉晶衍射分析和高分辨率固体核磁共振分析技术,系统研究了铝土矿中的常见铝硅矿物的加热相变规律,以及铝土矿石的热化学活化脱硅行为,开发了铝土矿热化学活化脱硅新工艺,获得了以下一些主要结果:1)铝硅矿物的热行为;研究表明,热处理过程中铝硅矿物的结构、物相将产生一系列变化.在热作用下,铝硅酸盐矿物发生高温固相反应,层状结构中的硅被活化为具有较高活性的无定形SiO<,2>,这为热化学活化脱硅新工艺的开发提供了理论基础.同时,综合运用多种测试技术系统研究得到的,有关铝硅酸盐矿物从室温~1200℃下的结构、物相变化规律,也可为硅酸盐、耐火材料等行业领域,以及这些非金属矿物的深加工利用提供理论指导和借鉴.研究结果具有较大的学术价值和实际意义.2)铝土矿石的热化学活化脱硅;研究表明,在碱浸过程中,高岭石的钠硅渣沉淀反应最弱,生成的水合铝硅酸钠化学组成类似于沸石Na<,2>O·Al<,2>O<,3>·xSiO<,2>·nH<,2>O;伊利石的钠硅渣沉淀反应最为剧烈,生成的水合铝硅酸钠组成为Na<,96>Al<,96>Si<,96>O<,384>和0.95Na<,2>O·Al<,2>O<,3>·3.25SiO<,2>·4.79H<,2>O;叶蜡石的钠硅渣组成为0.95Na<,2>O·Al<,2>O<,3>·3.25SiO<,2>·4.79H<,2>O.因此,高岭石碱浸脱硅效果最好,而伊利石的脱硅效果最差.与纯矿物的热化学活化脱硅规律一样,经活化处理,铝土矿中的伊利石、叶蜡石和高岭石将转化成无定形SiO<,2>,而在1100℃以上的温度下,将有莫来石生成.在碱浸过程中,活化矿中的无定形SiO<,2>与NaOH反应生成Na<,2>SiO<,3>进入溶液被脱除,但在无定形SiO<,2>溶解的同时,伴随有钠硅渣的生成.对于含硅矿物以伊利石、叶蜡石为主的铝土矿,在热化学活化脱硅过程中生成的钠硅渣主要由Na<,96>Al<,96>Si<,96>O<,384>和0.95Na<,2>O·Al<,2>O<,3>·3.25SiO<,2>·4.79H<,2>O两者组成.对含伊利石12.5％、叶蜡石6.0％、高岭石3.2％,A/S=5.88的河南铝土矿热化学活化脱硅试验结果表明,其适宜的活化温度为1100℃~1150℃,活化时间为120min~60min.适宜的浸出工艺为:L/S=5~8,温度95℃~100℃左右,Na20K浓度为100g/L~150g/L.在上述条件下,可得到脱硅率大于50％、精矿A/S=11~15、Al<,2>O<,3>的回收率大于99％的优良结果.热化学活化脱硅新工艺具有脱硅效果好、氧化铝回收率高的优点.拜耳溶出试验结果表明,热化学活化脱硅获得的铝土矿精矿完全能够满足拜耳法工艺对原料的要求.

目录

文摘

英文文摘

前言

第一篇综合评述

1铝土矿与氧化铝生产综述

1.1国内外铝土矿资源的特点

1.2国内外氧化铝生产概况

1.3我国氧化铝工业发展展望

2铝土矿脱硅的研究综述

2.1正浮选脱硅

2.2反浮选脱硅

2.3化学选矿脱硅

3铝硅酸盐矿物高温热行为的研究综述

3.1 Al2O3-SiO2-K2O三元相图

3.2高岭石的高温热行为

3.3叶蜡石的高温热行为

3.4伊利石的高温热行为

4研究的目的和意义

第二篇原料与方法

5原料特性

5.1纯矿物

5.2铝土矿

6研究方法

6.1热化学活化脱硅试验研究方法

6.2分析测试方法

6.3脱水动力学研究方法

6.4拜耳溶出试验研究方法

第三篇铝硅矿物的热行为

7叶蜡石的热行为

7.1晶体结构特点

7.2热分析

7.3 红外光谱分析

7.4 X-射线粉晶衍射分析

7.5 29Si魔角旋转核磁共振研究

7.6 27A1魔角旋转核磁共振研究

7.7脱水动力学研究

7.8本章小结

8高岭石的热行为

8.1晶体结构特点

8.2热分析

8.3红外光谱分析

8.4 X-射线粉晶衍射分析

8.5 298i和27Al魔角旋转核磁共振研究

8.6脱水动力学研究

8.7本章小结

9伊利石的热行为

9.1晶体结构特点

9.2热分析

9.3红外光谱分析

9.4 X-射线粉晶衍射分析

9.5 29Si和27Al魔角旋转核磁共振研究

9.6本章小结

10一水硬铝石与α-石英的热行为

10.1一水硬铝石的热行为

10.2α-石英的热行为

第四篇铝土矿石的热化学活化脱硅

11叶蜡石的热化学活化脱硅

11.1试验研究结果

11.2 X-射线粉晶衍射分析

11.3红外光谱分析

11.4本章小结

12高岭石的热化学活化脱硅

12.1试验研究结果

12.2 X-射线粉晶衍射分析

12.3红外光谱分析

12.4本章小结

13伊利石的热化学活化脱硅

13.1试验研究结果

13.2 X-射线粉晶衍射分析

13.3红外光谱分析

13.4本章小结

14铝土矿石的热化学活化脱硅工艺研究

14.1铝土矿石的热活化

14.2活化矿的碱浸脱硅

14.3铝土矿精矿的拜耳溶出及工艺技术经济评价

14.4本章小结

结论

参考文献

致谢

附录