本文選題：鋁土礦尾礦　切入點(diǎn)：礦物分析　出處：《北京科技大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鋁土礦是工業(yè)生產(chǎn)氧化鋁的主要原料,我國(guó)目前普遍采用選礦—拜耳法處理常見的中低品位鋁土礦石,選礦后會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)于原礦質(zhì)量約20-30%的廢棄原料,稱為鋁土礦選礦尾礦,簡(jiǎn)稱鋁土礦尾礦,其一般直接堆積在尾礦庫(kù)中。尾礦的堆積會(huì)造成土壤堿化、水源污染與環(huán)境污染；尾礦中含有大量的有價(jià)組元,如A1203與Si02等,已有利用尾礦制備高鋁水泥、人造石材、鋁硅合金、復(fù)合吸水材料與微晶玻璃等的研究,但這些研究無法實(shí)現(xiàn)尾礦的大規(guī)模、高附加值利用的目標(biāo)。 鋁土礦尾礦的化學(xué)組成主要為A1203與Si02,二者約占尾礦總質(zhì)量的70%以上,另有少量的Fe2O3、TiO2與K2O等其它化合物,A1203與Si02是工業(yè)上生產(chǎn)鋁硅酸鹽系耐火材料莫來石的主要原料。本文以鋁土礦尾礦為原料,通過對(duì)尾礦活化焙燒,再鹽酸酸浸除雜,最后燒結(jié)合成了莫來石基復(fù)相耐火材料,整個(gè)工藝路線沒有任何添加劑,對(duì)鋁土礦尾礦實(shí)現(xiàn)了全部利用與高附加值利用,研究具有重要的理論與實(shí)際意義。 本文系統(tǒng)研究了鋁土礦尾礦的化學(xué)成分、礦物組成與元素分布,首次精確定量計(jì)算了尾礦的礦物組成,為后續(xù)合成提供了必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。結(jié)果表明：尾礦的主要化學(xué)成分為Al2O3、SiO2、K2O、TiO2與Fe203,主要組成礦物一水硬鋁石含量為46.22%、伊利石含量為30.00%、高嶺石含量為6.05%、石英含量為1.05%、赤鐵礦含量為10.80%、銳鈦礦的含量為2.57%。 根據(jù)尾礦的直接酸浸除雜實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了尾礦直接鹽酸酸浸除雜過程的最佳酸浸條件為：鹽酸濃度3mol/L、酸浸時(shí)間2h、酸浸溫度100℃C、液固比10：1,研究發(fā)現(xiàn)酸浸后精礦中Fe203的含量可降低至0.7%,但K20的含量卻無法被有效降低,原因?yàn)镵賦存于伊利石的單元層之間,與單元層具有較強(qiáng)的結(jié)合力,很難與低濃度鹽酸發(fā)生反應(yīng)。 進(jìn)而提出了尾礦活化焙燒結(jié)合鹽酸酸浸除雜新工藝,研究了不同焙燒溫度對(duì)尾礦物相組成及尾礦平均粒徑與比表面積等性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)：尾礦經(jīng)活化焙燒后,伊利石礦物發(fā)生脫羥基反應(yīng),其層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,層間K20的化學(xué)活性得到有效提高,焙燒后的尾礦在較低鹽酸濃度(3mo1/L)條件下酸浸,K20含量即可有效降低。發(fā)現(xiàn)700℃C活化焙燒的效果最好,精礦中的Fe203與K20的含量最低,然而進(jìn)一步提高焙燒溫度會(huì)導(dǎo)致精礦中Fe203與K20含量不降反升。通過熱力學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn),高于700℃C的焙燒會(huì)導(dǎo)致尾礦中伊利石礦物與赤鐵礦物界面處產(chǎn)生液相,阻礙赤鐵礦與鹽酸發(fā)生反應(yīng)。 采用尾礦700℃C焙燒再酸浸除雜后的精礦進(jìn)行了燒結(jié)合成莫來石基復(fù)相耐火材料試驗(yàn),闡明了精礦的燒結(jié)機(jī)理。結(jié)果表明：最佳燒結(jié)條件為15000C燒結(jié)4h,可制得主晶相為莫來石和剛玉相、莫來石相對(duì)含量較高、顯微結(jié)構(gòu)良好的莫來石基復(fù)相耐火材料。精礦燒結(jié)的動(dòng)力學(xué)過程主要包括5個(gè)步驟：液相向剛玉相表面的遷移→固-液界面處莫來石相的成核→液相中Al、 Si、 O原子向莫來石晶核表面的遷移與莫來石晶粒的長(zhǎng)大→液相向剛玉相內(nèi)部的滲透,指出反應(yīng)的停止條件為液相中的Si02濃度不足以滿足莫來石晶粒成核及長(zhǎng)大的要求。 最后通過控制鹽酸酸浸過程中的鹽酸濃度與液固比,得到了不同F(xiàn)e203及K20含量的精礦,燒結(jié)合成了莫來石基復(fù)相材料,測(cè)試了不同雜質(zhì)含量對(duì)產(chǎn)物的常溫力學(xué)性能與高溫使用性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)尾礦中Fe203及K20含量均小于2.0%時(shí),材料的晶相含量及荷重軟化溫度較高；當(dāng)雜質(zhì)Fe203含量大于2.0%且大幅增加時(shí),材料的非晶相含量迅速增加,材料的高溫性能下降但常溫性能上升；影響材料高溫使用性能的因素按影響程度高低排序依次為：材料中晶相與非晶相的相對(duì)含量、非晶相的粘度以及材料的燒結(jié)程度。研究發(fā)現(xiàn)只要控制材料中的Fe203及K20的含量均小于2.0%時(shí),可保證材料的荷重軟化溫度保持在1400℃C以上,達(dá)到市售NZ-45耐火磚的標(biāo)準(zhǔn)。
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【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ175.6;TD926.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉維躍，李紅巖，劉美華;莫來石氧化鋯－鈦酸鋁復(fù)相陶瓷的抗熱震性[J];兵器材料科學(xué)與工程;1996年05期

2 王pは，

本文編號(hào)：1638075