氧化鋁熟料制備的基礎(chǔ)理論和工藝.pdf

1、理論上燒結(jié)法鋁硅分離徹底，氧化鋁回收率可達(dá)100％，是高效處理我國中低品位鋁土礦的主要方法。而熟料燒結(jié)工序是鋁酸鈉和硅酸鈣生成、鋁硅分離的關(guān)鍵工序，傳統(tǒng)熟料燒結(jié)因鈣比高、氧化鋁含量較低，導(dǎo)致其能耗和生產(chǎn)成本高。針對(duì)我國鋁土礦資源～80％屬中低品位鋁土礦的現(xiàn)狀，在熟料燒結(jié)過程中，通過設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性低鈣比硅酸鈣，提高熟料中氧化鋁含量，以降低燒結(jié)能耗和生產(chǎn)成本。因此，深入研究熟料燒結(jié)中組份反應(yīng)機(jī)理和相互間影響規(guī)律以及開發(fā)低鈣比熟料燒結(jié)工藝顯得尤

2、為重要。
　　 本文通過熱力學(xué)計(jì)算，借助于熱分析技術(shù)，結(jié)合物相分析，研究了熟料燒結(jié)過程中鋁、硅、鐵等反應(yīng)規(guī)律和相互影響規(guī)律，通過分析熟料中組份的溶出率，評(píng)價(jià)熟料燒結(jié)中各因素的影響規(guī)律，提出熟料燒結(jié)過程中生料漿配方和燒結(jié)工藝。結(jié)合工業(yè)實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)化，優(yōu)化了熟料燒結(jié)工藝。主要研究結(jié)論如下：
　　 1.熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明：無論Na2O·Al2O3、Na2O·Al2O3·2SiO2，還是Na2O·Fe2O3和2CaO·Fe2O3在

3、高溫度下均可生成。同時(shí)鐵酸鈉可與硅酸鈣反應(yīng)生成硅酸鈉鈣，但鐵酸鈣與鋁酸鈉難以反應(yīng)生成鐵鋁酸鈣。在CaO-SiO2系或Al2O3-CaO-SiO2系中，鈣量充足的條件下，各種硅酸鈣均可生成；鈣比和燒結(jié)溫度影響各硅酸鈣物相的生成。當(dāng)[CaO]：[SiO2]=3:2時(shí)，在CaO-SiO2系最可能生成的化合物為3CaO·2SiO2；在Na2O-Al2O3-CaO-SiO2系中可生成3CaO·2SiO2，同時(shí)3CAO·2SiO2和2CaO·SiO

4、2可與Na2O·Al2O3穩(wěn)定存在。
　　 2.在非等溫條件下，Na2CO3-Al2O3、Na2CO3-AlOOH、Na2CO3-Al2O3-2SiO2、Na2CO3-Al2O3·2SiO2·2H2O、Na2CO3-Fe2O3、Na2O-Al2O3-Fe2O3和Na2O·Al2O3·2SiO2-CaO系組份的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理均符合Jander模型，反應(yīng)由二維或三維擴(kuò)散控制，可表示為[1-(1-x)1/3]2=Ae-Ea/RTt或1

5、-(2/3)X-(1-x)2/3=Ae-Ea/RTt；Na2CO3與Al2O3在650～970℃溫度段間反應(yīng)活化能(268.0kJ/mol)大于Na2CO3與Fe2O3反應(yīng)活化能(99.20kJ/mol)，鋁硅酸鈉與氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鈣在780～800℃反應(yīng)活化能為189.29kJ/mol，Na2O·Fe2O3與Al2O3反應(yīng)的活化能為246.37kJ/mol。上述反應(yīng)模型均獲實(shí)驗(yàn)證明。
　　 3.實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，無論是二元體

6、系或多元體系，鈣比減小，燒結(jié)溫度升高，燒成時(shí)間延長，加入礦化劑等均可提高氧化鈣的反應(yīng)率，減少游離氧化鈣量，有利于低鈣比硅酸鈣的生成。同時(shí)，在較低燒結(jié)溫度下，Na2CO3與Fe2O3反應(yīng)生成Na2O·Fe2O3的反應(yīng)速率比Na2CO3與Al2O3反應(yīng)生成Na2O·Al2O3的反應(yīng)速率大。在高溫下，F(xiàn)e2O3的存在有利于促進(jìn)Na2CO3與Al2O3的反應(yīng)速率。同時(shí)，獲得了熟料燒結(jié)的爐料配方和燒結(jié)工藝條件：堿比為1，鈣比為1.5，鐵鋁比～0.

7、1，燒成溫度在1250～1300℃間，燒成時(shí)間30min左右。此時(shí)熟料中氧化鋁溶出率大于95％，堿溶出率大于98％。該工藝條件適用中低品位鋁土礦的熟料燒結(jié)。
　　 4.工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與小實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。優(yōu)化后的工藝指標(biāo)為：(1)生料漿制備：H2O<40％，堿比[N]/([A]+[F])1.02±0.04，鈣比[C]/[S]1.5±0.05，A/S7.5-7.8；(2)熟料燒結(jié)：A/S7.0-7.4，[N]/([A]+[

8、F])0.9-0.98，[C]/[S]1.3±0.05，容重0.9-1.15，りA標(biāo)>95％りN標(biāo)>97％。
　　 5.在工業(yè)應(yīng)用過程中，提出提高窯皮掛結(jié)溫度、縮短掛結(jié)時(shí)間掛窯皮方案，采用偏上限溫度控制的思路進(jìn)行窯皮維護(hù)，以長火焰操作、控制火焰落著點(diǎn)、控制窯尾溫度等控制窯內(nèi)溫度，調(diào)整噴煤管位置，始終保持火焰中心與料層距離1.5米的噴煤管調(diào)整方法，從而提出了適當(dāng)增強(qiáng)前風(fēng)、拉大后風(fēng)、長火焰操作以調(diào)整系統(tǒng)溫度制度，保證熟料窯作業(yè)穩(wěn)定高