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一水硬铝石和非铝土矿原料提铝过程溶出动力学和热力学研究; Processes for Alumina Extraction from Diaspore and Non Bauxitic Materials: Dissolution Kinetic and Thermodvnamic Study
曾澜沐
学位类型博士
导师李志宝
2014-11
学位授予单位中国科学院研究生院
学位专业化学工艺
关键词低品位铝资源 一水硬铝石型铝土矿 溶出 相平衡 电解质热力学
摘要从低品位一水硬铝石矿和非铝土矿原料中,有效提取氧化铝是铝工业科研和生产中的重要研究方向。我国一水硬铝石型铝土矿由于铝硅比小属于低品位矿,现有的工业化生产工艺经济效益亟待提高。通过预脱硅方法提高铝土矿的品位,进而提高传统拜耳法铝的溶出效率是一条可行的途径。本课题通过活性硅可溶出并稳定于高浓度铝酸钠溶液中的原理,采用高压溶出后的拜耳法母液对低品位一水硬铝石矿进行预脱硅,成功制备满足拜耳法生产要求的高品位精矿。论文围绕此方法涉及到的一水硬铝石精矿及其中硅和铁等杂质在高压高温条件下的溶出动力学和热力学进行研究,并取得如下成果: (1) 利用耐碱反应釜,实验考察了在高温高压下一水硬铝石精矿在NaOH–NaAl(OH)4溶液中溶出行为和动力学。铝的溶出速率随温度和NaOH浓度增大而加快,随着Al(OH)3的加入和高固液比而减慢。溶液中硅的浓度随时间一直降低,铁的含量则保持较低水平。基于一水硬铝石的溶度积和对应组分的活度系数,将Lasaga提出用于矿物溶出的普遍化动力学方程用于铝的溶出速率关联中。所建立的动力学模型可实现对一水硬铝石在拜耳母液中溶出速率的预测。473.2到543.2 K范围内溶出反应的表观活化能为83 kJ?mol?1。对反应前后精矿采用XRD和SEM-EDS等手段进行表征,表明在残渣中存在的固相是以铝硅酸钠为主。 (2) 预脱硅后母液中杂质硅的脱除和硅在拜耳法母液中平衡浓度密切相关。测定了拜耳法中主要脱硅产物—铝硅酸钠在303.2-348.2 K 下的NaOH和NaOH-NaAl(OH)4等溶液中溶解度。通过间歇反应合成铝硅酸钠,并考察了温度、溶液浓度和陈化时间等因素的影响。测得的溶解度随NaOH浓度增大而增大,随着Al(OH)3的加入先急剧减少,在0.8 mol?L-1 Al(OH)3达到极小值,后继续增加。借助于OLI软件平台中的MSE(mixed-solvent electrolyte)模型建立了可计算溶解度的热力学模型,模型参数通过对实验数据回归得到。此外,还考察了加铝硅酸钠晶种从NaOH-NaAl(OH)4溶液中脱硅反应,采用二级表面反应动力学方程对脱硅动力学进行计算。323.2-363.2 K脱硅反应的表观活化能是92 kJ?mol-1。在最佳操作条件下经过2 h反应可脱除溶液中80%的硅。 (3) 烧结法在处理各种非铝土矿型铝资源中富有潜力。硅酸二钙的溶解形为对于烧结法氧化铝产品品质有着重要影响。为此,实验确定了硅酸二钙在303.2-343.2 K 下NaOH、NaOH?NaAl(OH)4和NaOH?NaAl(OH)4?Na2CO3等溶液中溶解度。硅酸二钙通过将CaCl2?Na2SiO3?NaOH溶液中产生的钙硅共沉淀物在1200oC下煅烧4 h得到。实验发现溶解度在0.5?4 mol?L?1的NaOH溶液中随NaOH浓度增大而增大,随着温度升高而减小。在NaOH?NaAl(OH)4和NaOH?NaAl(OH)4?Na2CO3等溶液中硅酸二钙的溶解度随着Al(OH)3和Na2CO3的加入而增大。基于对固相的表征分析,将OLI软件平台中MSE模型应用于硅酸二钙溶解度计算中,并取得合理的结果。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20281
专题研究所(批量导入)
推荐引用方式
GB/T 7714
曾澜沐. 一水硬铝石和非铝土矿原料提铝过程溶出动力学和热力学研究, Processes for Alumina Extraction from Diaspore and Non Bauxitic Materials: Dissolution Kinetic and Thermodvnamic Study[D]. 中国科学院研究生院,2014.
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