【摘 要】
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国家“十三五”“有色金属工业发展规划”同时将“低品位铝土矿生产氧化铝高效节能技术”和“赤泥综合利用技术”列为“技术创新重点”和“绿色发展工程”,并提出“十三五”有色金属工业发展主要目标是将赤泥综合利用率由目前的4%提高到10%。我国拥有储量丰富的低品位铝土矿,同时拜耳法赤泥堆存量十分巨大,因此开发经济合理、技术可行的低品位铝资源绿色高效处理工艺,对我国氧化铝工业的可持续发展具有重要的战略意义和实际
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国家“十三五”“有色金属工业发展规划”同时将“低品位铝土矿生产氧化铝高效节能技术”和“赤泥综合利用技术”列为“技术创新重点”和“绿色发展工程”,并提出“十三五”有色金属工业发展主要目标是将赤泥综合利用率由目前的4%提高到10%。我国拥有储量丰富的低品位铝土矿,同时拜耳法赤泥堆存量十分巨大,因此开发经济合理、技术可行的低品位铝资源绿色高效处理工艺,对我国氧化铝工业的可持续发展具有重要的战略意义和实际意义。本文以钙铁榴石一步碱热法处理低品位铝资源新工艺为基础,系统研究了低品位铝资源中杂质矿相和铝酸钠溶液杂质对钙铁榴石生成行为的影响机理,并探讨了不同铁矿相对水合铝硅酸钠向钙铁榴石转化的矿相演变规律和微观组织形态。论文得到的主要结论如下:研究了低品位铝资源杂质矿相钛矿物和镁矿物对钙铁榴石生成行为的影响。锐钛矿和金红石能够进入钙铁榴石取代SiO2,使生成的钙铁榴石晶格常数和粒度减小,结晶度降低,并在表面形成明显裂痕;金红石存在时能生成TiO2取代率高的钙铁榴石 3CaO·（0.25Al2O3·0.75Fe2O3）·（1.15TiO2·0.65SiO2）·2.4H2O。方镁石能够替换钙铁榴石中的 CaO,生成（2.85CaO·0.15MgO）·（0.35Al2O3·0.65Fe2O3）·nSiO2·（6-2n）H2O,并使钙铁榴石晶格常数减小,结晶度降低,但对钙铁榴石含量及其二氧化硅饱和系数影响不大;水菱镁矿能够与氢氧化钠和石灰反应生成氢氧化镁和碳酸钙难溶物,影响水化石榴石向钙铁榴石的转化,并降低脱硅产物的结晶度,同时附聚成大块固体使脱硅产物粒度变大。研究了铝酸钠溶液杂质碳酸钠和硫酸钠对钙铁榴石生成行为的影响。碳酸钠能够与石灰反应生成碳酸钙,附着在水化石榴石和钙铁榴石表面,阻碍钙铁榴石的生成,并导致脱硅产物的结晶度降低,同时随着反应进行碳酸钙附聚成大块状,增加脱硅产物的粒度;硫酸钠反应后主要存在于液相中,使脱硅产物中水化石榴石含量明显增加,而钙铁榴石含量只有40%左右,同时钙铁榴石的结晶度大大降低,脱硅产物粒度逐渐增加。研究了不同铁矿相在铝酸钠溶液中的溶解能力及其对水合铝硅酸钠向钙铁榴石转化的影响。铁酸钠在铝酸钠溶液中的溶解能力远强于针铁矿,而赤铁矿在铝酸钠溶液中的溶解能力很弱。针铁矿对水合铝硅酸钠向钙铁榴石的转化效果与铁酸钠相差不大,水合铝硅酸钠的氧化铝提取率能够达到55%;赤铁矿稍差,氧化铝提取率为39.8%,且固相中残留的Na2O含量较高;磁铁矿和铁粉转化效果较差,氧化铝提取率仅为30%左右;针铁矿在铝酸钠溶液中能够转化为赤铁矿,此赤铁矿进行水合铝硅酸钠向钙铁榴石转化的氧化铝提取率不到40%。最后研究了铝酸钠溶液中针铁矿存在下钙铁榴石的生成机理。反应后主要脱硅产物是钙铁榴石,并含有少量水化石榴石。当反应时间为2min时,钙铁榴石快速生成,其含量达到76.70%;随着时间的延长,钙铁榴石的含量逐渐增加,晶格常数减小,结晶度提高,同时其SiO2饱和系数增加。与铁酸钠相比,针铁矿存在时结晶完整的钙铁榴石微观形貌由球形颗粒转变为八面体结构,形状规则、结构致密,表面有微小波纹。
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