本文選題：微波焙燒　切入點(diǎn)：一水硬鋁石礦　出處：《昆明理工大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：中國是鋁土礦資源較豐富的國家之一。但中國鋁土礦絕大部分是難處理的一水硬鋁石礦,其結(jié)晶完善、結(jié)構(gòu)致密,鋁硅比主要在4～7之間。采用傳統(tǒng)拜耳法處理這類一水硬鋁石礦時(shí)存在溶出條件苛刻、赤泥排放量大、氧化鋁回收率低等問題。而燒結(jié)過程(包括聯(lián)合法和強(qiáng)化燒結(jié)法)因?yàn)闇囟雀摺⒘鞒虖?fù)雜、污染等問題限制了其應(yīng)用。中國氧化鋁工業(yè)要與國際競爭,必須采用新技術(shù)、新方法來提高鋁回收率、降低能耗、提高效益。作為一種綠色環(huán)保、高效快速的加熱方式,微波加熱越來越受人們的關(guān)注。本文提出一種新型微波加熱處理一水硬鋁石礦提取氧化鋁的新方法。該方法的原理是將一水硬鋁石礦與堿性混合物(Ca(OH)2+飽和NaOH溶液)混合均勻后在微波爐中焙燒。利用微波對堿液的選擇性加熱作用,強(qiáng)化了一水硬鋁石物相的分解作用。物料中含鋁物質(zhì)與NaOH快速反應(yīng)生成易溶于水的鋁酸鈉(NaAlO2)物相,而Si雜質(zhì)與Ca(OH)2反應(yīng)生成不溶于水的硅酸二鈣(Ca2SiO4)物相。熟料在常壓下用稀堿溶液浸出,從而達(dá)到鋁硅分離的目的。本文研究了反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。具體是,利用DTA-TG,XRD和SEM-EDS技術(shù)對熟料的加熱性能、物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和浸出效果進(jìn)行了檢測分析。通過微波焙燒-常規(guī)焙燒,干法混料-濕法混料,NaOH體系-Na2CO3體系的比較實(shí)驗(yàn),探討了微波焙燒強(qiáng)化一水硬鋁石礦分解的反應(yīng)機(jī)理。本文的主要研究內(nèi)容如下下:1.針對一水硬鋁石礦中常見的物相與NaOH和Ca(OH)2可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),分別計(jì)算了二元體系、三元體系和四元體系主要反應(yīng)的熱力學(xué),得到了了鋁土礦中各物相與NaOH和Ca(OH)2互相反應(yīng)的優(yōu)先順序。2.系統(tǒng)研究了不同配料比和焙燒條件下,鋁土礦-氫氧化鈉體系和釩土礦-氫氧化鈉-氫氧化鈣體系在微波場中的相變規(guī)律。通過熟料的物相結(jié)構(gòu)確定微波焙燒實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)條件為:NaOH添加量根據(jù)nNa/(nAl+nFe)的摩爾比為1,Ca(OH)2添加量根據(jù)nCa/nsi的摩爾比為2,焙燒溫度為800 ℃,保溫時(shí)間20 min。3.系統(tǒng)研究了不同微波焙燒條件(NaOH和Ca(OH)2的添加量、微波焙燒溫度和保溫時(shí)間)和不同浸出條件(浸出溫度、浸出時(shí)間和液固比)對熟料的浸出性能的影響。確定了浸出實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)條件為:浸出溫度為80 ℃、時(shí)間為20 min、液固比為15:1。此時(shí),熟料中Al、Na和Si的可溶率分別達(dá)到96.68%、98.2%和 7.05%。4.為了探索微波強(qiáng)化焙燒的機(jī)理,本文比較了常規(guī)焙燒和微波焙燒的熟料的物相結(jié)構(gòu)和浸出性能。結(jié)果表明,微波加熱促進(jìn)NaOH與鋁土礦中含鋁的物質(zhì)反應(yīng)生成NaAlO2。微波焙燒所需要的溫度比常規(guī)焙燒低400 ℃、時(shí)間僅為常規(guī)焙燒的1/3。與常規(guī)加熱方法的相比,微波焙燒的表觀活化能更低,從40.84 kJ/mol降低至 31.31 kJ/mol。5.為了揭示水在微波場中強(qiáng)化高溫反應(yīng)的機(jī)理,本文比較了微波焙燒后干混熟料和濕混熟料的物相結(jié)構(gòu)和浸出性能。結(jié)果表明,與干法混料的熟料相比,濕法混料促進(jìn)鋁土礦與NaOH和Ca(OH)2的反應(yīng),利于NaAlO2和Ca2SiO4的形成,抑制AlOOH的脫水反應(yīng)。6.通過介電特性、粘度和飽和蒸氣壓的比較發(fā)現(xiàn),與Na2CO3相比,NaOH溶液在微波場中更利于傳熱、鎖住水分和起到微區(qū)高壓的作用。在800 ℃微波焙燒20 min后,Na2CO3熟料中Al的可溶率僅為70%、比NaOH體系的Al的可溶率低了 27%。7.揭示了濕法混料-微波焙燒強(qiáng)化一水硬鋁石礦分解的反應(yīng)機(jī)理為:(a)微波場中,生料漿的中心附近發(fā)生急速加熱;(b)水蒸汽的蒸發(fā)和微波熱傳導(dǎo)的方向都是從內(nèi)向外,促進(jìn)熱量從中心向外傳遞;溫度梯度和極性分子在微波場中的存在使得物料的反應(yīng)面積增加;(c)反應(yīng)層逐漸從內(nèi)向外擴(kuò)大;(d)隨著焙燒時(shí)間的延長,外層的介電損耗增加,微波穿透深度減小,樣品中的溫度梯度逐漸達(dá)到平衡,最終獲得均勻的焙燒產(chǎn)物。綜上研究內(nèi)容,本文針對現(xiàn)有處理一水硬鋁石礦工藝的不足,首次提出了一種有效的濕法混料-微波焙燒處理一水硬鋁石礦提取氧化鋁新工藝,實(shí)現(xiàn)了低溫高效利用。此外,探討了濕法混料-微波焙燒強(qiáng)化一水硬鋁石礦分解的反應(yīng)機(jī)理。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ133.1

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本文編號：1663618