亞熔鹽生產(chǎn)氧化鋁過程硅組份物理化學(xué)研究.pdf

1、針對(duì)亞熔鹽溶出一水硬鋁石型鋁土礦過程中SiO2溶出率過高，影響后續(xù)結(jié)晶和液固分離的瓶頸問題，對(duì)亞熔鹽法生產(chǎn)氧化鋁過程中的鋁硅分離問題進(jìn)行了應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工藝優(yōu)化，主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下：
　　 1、采用低鋁硅比鋁土礦進(jìn)行了亞熔鹽條件下硅酸鹽礦物溶出機(jī)理研究：研究表明采用亞熔鹽溶出一水硬鋁石礦物過程中影響最為重要因素為溶出溫度，隨著溶出溫度上升，一水硬鋁石等難溶出礦物均有效溶出；溶出溫度、溶液苛性比、氧化鈉裱度和SiO2濃度對(duì)溶出速率

2、均有促進(jìn)作用；
　　 2、采用低鋁硅比鋁土礦建立了亞熔鹽溶出鋁硅過程動(dòng)力學(xué)；研究表明反應(yīng)過程為反應(yīng)收縮核過程，亞熔鹽反應(yīng)過程中硅鋁溶出受化學(xué)反應(yīng)控制；硅溶出動(dòng)力學(xué)方程為dCsy—dt=1.262×e67740-RT×[Na2O]1.506×[Al2O3]-0.097，鋁溶出動(dòng)力學(xué)方程為dCAl-dt=1.287×e73460-RT×[Na2O]-0.100；
　　 3、針對(duì)中低品位一水硬鋁石鋁土礦處理和硅溶出抑制工藝要求

3、，研究采用溶出原液中添加一定量SiO2、采用低鋁硅比礦物進(jìn)行二次強(qiáng)化溶出和溶出后降溫脫硅的方法對(duì)河南鞏義礦的溶出脫硅工藝進(jìn)行了研究，研究表明這采用三種方式均可以有效降低溶出液中的SiO2濃度和SiO2溶出率；通過對(duì)比三種溶出脫硅方法，采用降溫制度調(diào)整對(duì)于處理中低品位的河南鞏義鋁土礦是較適合的方法，其最優(yōu)參數(shù)是：在453K下溶出兩小時(shí)后，采用4K/min的降溫速率將溫度降至413K并恒溫3小時(shí)；
　　 4、采用酸堿中和法對(duì)鐵系脫硅

4、劑的熱力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)計(jì)算；研究表明采用低溫合成水合鐵酸鈣、水合碳鐵酸鈣和水合硫鐵酸鈣，適當(dāng)提高溫度有利于提高其穩(wěn)定性及臺(tái)成速率；采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)脫硅產(chǎn)物進(jìn)行了鑒定，脫硅產(chǎn)物為水合鈣鐵石榴石：采用熱力學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算，研究表明三種脫硅劑進(jìn)行的脫硅反應(yīng)Gibbs自由能值均為負(fù)值，說明這些脫硅反應(yīng)都可以自發(fā)進(jìn)行；不同脫硅反應(yīng)進(jìn)行的趨勢(shì)大小順序?yàn)椋?CaO·Fe2O3·CaCO3·12H2O>3CaO·Fe2O3·CaSO4·,12H2O

5、>3CaO·Fe2O3·6H2O；水臺(tái)碳鐵酸鈣為最佳溶液脫硅用脫硅劑；
　　 5、通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，研究了液固相反應(yīng)法制備水合碳鐵酸鈣制各工藝；研究表明HCFC(Caldum Hydroferrous Carbonate下同)在水溶液中為介穩(wěn)物質(zhì)，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)水合碳鐵酸鈣的合成具有交互作用影響，在合成過程中合成溫度具有顯著影響；最優(yōu)合成條件為：反應(yīng)溫度303K，反應(yīng)時(shí)間12小時(shí)，反應(yīng)液固比20，攪拌速率500r/

6、min，氧化鈣粒度為120-150日；
　　 6、針對(duì)亞熔鹽中8iO2深度脫除問題，研究了水合碳鐵酸鈣在亞熔鹽溶液中的脫硅行為及其動(dòng)力學(xué)，研究采用動(dòng)態(tài)平衡法進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，研究表明.HCFC在亞熔鹽溶液中脫硅反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為:dS-dt=64.385e25768.355-RT×S1.27878脫硅反應(yīng)的活化能為25.768FJ/mol，反應(yīng)級(jí)數(shù)為1.279，反應(yīng)主要受擴(kuò)散控制；脫硅過程中HCFC分解為鈣鐵石榴石和氫氧化鈣，其

7、中鈣鐵石榴石與溶液中的硅結(jié)舍，形成穩(wěn)定的鈣鐵硅石榴石；
　　 7、水合碳鐵酸鈣脫硅過程中，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)脫硅效率不斷提高，生成的鈣鐵硅石榴石顆粒不斷長(zhǎng)大，較優(yōu)的脫硅時(shí)間為180分鐘左右:溫度的提高有利于脫硅效率的提高和脫硅產(chǎn)物顆粒的長(zhǎng)大，且提高溫度可有效減小氧化鈉和氧化鋁的損失，最佳脫硅溫度為403-413K左右；溶液中游離氧化鈉濃度是影響脫硅的最主要因素，游離堿濃度的提高會(huì)導(dǎo)致DSP的分解和氧化鋁的損失；較優(yōu)的總氧化鈉濃度