二水硫酸钙在铝酸钠溶液中的脱硅实验及动力学研究

摘要

工业上氧化铝的生产方法主要有三种:拜耳法,烧结法以及混联法(既有拜耳法又有烧结法)。在用拜耳法生产氧化铝时,脱硅是一个比较关键的步骤,目前工业生产上常用脱硅剂为氧化钙和氢氧化钙。由于氧化钙和氢氧化钙都是不可再生资源,而且价格较贵,因此,新型脱硅剂的开发与利用就成为一个重要的研究方向。
　　 二水硫酸钙是一种具有脱硅能力的新型脱硅剂,本论文对二水硫酸钙在铝酸钠溶液中的脱硅行为进行了实验及动力学研究。系统考察了脱硅反应温度,二氧化硅起始浓度,氢氧化钠溶度,氢氧化铝浓度,二水硫酸钙用量及粒度对脱硅实验的影响。结果发现,脱硅反应温度、二氧化硅起始浓度及二水硫酸钙用量是影响脱硅实验效果的主要因素,在最佳操作条件下,可以移除铝酸钠溶液中95％的二氧化硅。
　　 本论文用一个拟二级表面反应动力学模型关联了二水硫酸钙在操作条件下的脱硅实验数据,结果表明,此模型很好地关联了实验条件下的脱硅实验数据。通过该模型得出了二水硫酸钙在不同操作条件下的脱硅动力学参数,同时得到了二水硫酸钙在铝酸钠溶液中脱硅反应活化能为52 kJ／mol。
　　 二水硫酸钙在铝酸钠溶液中的脱硅反应产物用XRD和SEM进行分析和表征,脱硅产物主要为方蓝石(3Na2O·2CaSO4·3Al2O3·6SiO2)和天青石(3Na2O·CaSO4·0.5Na2SO4·3Al2O3·6SiO2)。二水硫酸钙脱硅后母液中硫酸根离子浓度大约为0.021 g／L。

目录

文摘

英文文摘

Contents

符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 铝土矿

1.2.1 铝土矿资源特征

1.2.2 铝土矿资源分布概况

1.2.3 我国铝土矿主要特征

1.3 氧化铝的生产方法

1.3.1 拜耳法

1.3.2 烧结法

1.3.3 拜耳-烧结联合法

1.4 我国处理一水硬铝石铝土矿研究进展

1.4.1 选矿拜耳法

1.4.2 石灰拜耳法

1.4.3 预脱硅拜耳法

1.4.4 串联法

1.4.5 高压水化学法

1.4.6 亚熔盐法

1.5 铝酸钠溶液脱硅的研究进展

1.5.1 硅在铝酸钠溶液中的存在形态

1.5.2 含硅铝酸钠溶液的脱硅方法

1.6 论文的研究内容

第二章 脱硅动力学模型

2.1 二水硫酸钙在铝酸钠溶液中的反应过程

2.2 二水硫酸钙在铝酸钠溶液中的脱硅推动力

2.3 二水硫酸钙在铝酸钠溶液中的脱硅动力学模型

第三章 脱硅实验部分

3.1 实验试剂

3.2 实验仪器

3.3 含硅铝酸钠溶液的配制

3.4 二水硫酸钙的分级

3.5 脱硅实验

3.5.1 不同反应温度下的脱硅实验

3.5.2 不同二水硫酸钙粒度下的脱硅实验

3.5.3 不同氢氧化钠下的脱硅实验

3.5.4 不同氧化铝浓度下的脱硅实验

3.5.5 不同二水硫酸钙用量的脱硅实验

3.5.6 不同二氧化硅浓度下的脱硅实验

3.6 分光光度法测定铝酸钠溶液中的硅含量

3.6.1 实验试剂

3.6.2 分析步骤

3.6.3 硅标准曲线的绘制

3.6.4 分析表征方法

第四章 实验结果与讨论

4.1 二水硫酸钙与脱硅产物的分析与表征

4.2 二水硫酸钙在铝酸钠溶液中的脱硅

4.2.1 脱硅反应温度的影响

4.2.2 氢氧化钠浓度对二水硫酸钙脱硅的影响

4.2.3 氧化铝浓度对二水硫酸钙脱硅的影响

4.2.4 二水硫酸钙的用量和粒度对脱硅的影响

4.2.5 二氧化硅起始浓度对脱硅的影响

4.2.6 铝酸钠溶液中硫酸根离子浓度的分析

4.3 二水硫酸钙脱硅反应动力学

第五章 结论与展望

5.1 本论文的主要结论

5.2 本论文的主要创新点

5.3 建议与展望

参考文献

作者和导师简介

攻读硕士学位期间发表论文及申请专利

致谢