硕士论文

分类号密级UDC编号CENTRALSOUTHUNIVERSITY硕士学位论文论文题目:二段法溶出降低赤泥碱耗的研究研究生姓名:彭秋燕学科、专业:材料冶金学院(系、所):冶金科学与工程学院指导老师:陈文汨教授原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：导师签名日期：年月日硕士学位论文第一章文献综述摘要我国铝土矿资源具有高铝高硅的特性，由于高硅引起的高碱耗及高能耗一直限制着我国高硅铝土矿的应用。开发能降低高硅铝土矿引起的碱耗的工艺对于铝土矿资源的有效利用及氧化铝生产工业具有重要意义。降低高硅铝土矿赤泥碱耗所采用的方法之一就是改变铝土矿溶出工艺，生成低碱脱硅产物。二段法溶出工艺则是利用生产低碱脱硅产物降低赤泥碱耗的新方法。二段法溶出是指先用低碱沉铝液对铝土矿进行预脱硅，然后再混入浓缩循环母液对铝土矿进行溶出的一种拜耳法氧化铝生产过程。本论文研究了二段法溶出工艺在贵州中低品位铝土矿中的应用，研究了贵州铝土矿预脱硅性能、探索了贵州铝土矿二段法溶出工艺的最佳工艺条件。结果表明，贵州铝土矿预脱硅性能不好、在二段法溶出最佳工艺条件下，贵州矿溶出赤泥钠硅比最低，为0.36。论文探讨了采用高压釜和钢弹进行平果铝土矿二段法溶出赤泥碱耗相差很大的原因。结果表明，其原因是钢弹溶出中钢珠有利于降低溶出赤泥碱耗，而且使用高压釜对平果矿进行预脱硅的效果不如钢弹。实验证实通过平果矿经焙烧后在高压釜中进行二段法溶出，溶出赤泥钠硅比可降低至0.26赤泥化学物相分析表明，二段法溶出过程中，提高前段沉铝溶液αk可提高预脱硅后固相中低碱脱硅产物含量。关键词拜耳法，碱耗，二段法，化学物相分析，脱硅产物硕士学位论文第一章文献综述ABSTRACTThemostresourceofproductionofaluminaisbauxite.Accordingtothefastdevelopmentofthealuminaindustry,theresourceofhighqualitybauxiteisdryingup.Andthepropertyofthebauxiteresourceofourcountryishigh-alumina&high-silica.Thehighcontentofsilicaofthebauxiteresultsintheproblemofhigh-energyandhigh-sodaconsumption,whichlimittheuseofthehigh-silicabauxite.Soitisimportantforthegooduseofbauxiteandthealuminaindustrytodevelopaprocessthatcouldreducethesodaconsumptionofhigh-silicabauxitewhichcausedbythesilicamineralsofthebauxite.Thetwo-stagedigestionprocesscouldeffectivelyreducethefix-sodaconsumptionoftheredmudoftheHenanandPingguobauxite.Andtheapplicationofthetwo-stagedigestionprocessintheGuizhoubauxitewasinvestigated.IntheoptimumconditionoftheGuizhoubauxitetwo-stagedigestionprocesswereexplored.Theexperimentresultsshowedthatthefix-sodaconsumptionoftheredmudoftheGuizhoubauxitereachedtothelowestpointunderthedigestioncondition:thebauxitewaspredesilicatedat170℃for120minutesinthefirststageandthandigestedat260℃for30minutes,theN/Softheredmudwas0.36.TheXRDpictureillustratedthatthereductionofthefixed-sodaconsumptionoftheredwascausedbythereductionofcancriniteandincreaseofkatoiteintheredmud.ItwasfoundthattheeffectofthePingguobauxitetwo-stagedigestionprocessweredifferentfordifferentdigestionequipment.Thepotentialreasonswerecarefullyresearched.Accordingtotheresults,thedifferenteffectoftwo-stagedigestionprocessbetweenusingsteelbombandtheautoclavewereresultfromthebetterpredesilicationeffectinthesteelbomb.Inthesametime,thesteelballsinthesteelbombnotonlystirredtheslurrybutalsomechanicallyactivatedthereactionhappenedinthesteelbomb.BymeansofdigestedtheroastedPingguobauxitewiththetwo-stagedigestionprocess,theconclusioncouldbemadethatthepredesilicationeffectwereresultfromthehighlevelofaluminadigestion硕士学位论文第一章文献综述ofthebauxitewhichreducedtheαkofthedigestionsolution.Itwasprovedthatthetwo-stagedigestionprocesswerepropertoreducethefixed-sodaconsumptionofthebauxitewhichcontainseasydigestedsilicamineralandharddigestedaluminaminerals.Thechemicalphaseanalysismethodwasusedtoinvestigatetheeffectofαkofthesolutiontothephaseconstituteoftheredmudfromthepredesilicationstage.Theresultsprovedthatthecontentofthelow-sodadesilicationproductwereincreasewiththeincreaseoftheαkofsolutioninthefirststage.KEYWORDSBayerprocess,sodaconsumption,two-stagedigestionprocess,chemical-phaseanalysis,desilicationproduct硕士学位论文第一章文献综述第一章文献综述铝是质量比较轻的金属[1]。由于其优良性质被广泛用于国民经济各部门，铝是仅次于钢铁的第二常用金属。氧化铝是生产铝的主要原料，每生产1t铝需要消耗近2t氧化铝。另外，由于氧化铝可呈现多种优良的物理化学特性被广泛用作填料、吸附剂、催化剂、陶瓷等，因此，氧化铝生产在国民经济中占有重要地位。氧化铝生产的主要原料是铝土矿。铝土矿的区别在于矿物组成、化学组成、杂质含量、各矿物的赋存状态、物理性质等不同，决定着氧化铝生产工艺流程及设备[2]。从地质学角度分类，铝土矿主要以两种形式存在：红土型铝土矿和岩溶型铝土矿。二者都是下层母岩的风化产物。红土型铝土矿是由最初的铝硅酸盐岩石所得，约占铝土矿全球储量的92%[3]。其硅酸盐矿物主要为高岭石，且通常与铁矿物针铁矿伴生。铝矿物主要为三水铝石以及少量的一水软铝石。岩溶型铝土矿则是由碳酸盐与铝硅酸盐岩石的夹层所形成，由母岩中的碳酸盐以及不同的风化条件所造成的。其硅酸盐矿物也主要是高岭石，但也可能含有较难处理的矿物如鲕绿泥石。而铝矿物主要是一水软铝石及一水硬铝石。由于风化时氧化条件的不同导致其矿物性质与红土型铝土矿存在差异[4]。岩溶铝土矿主要分布于东欧以及北亚。一般来说，铝矿物中反应活性由高到低的顺序为：三水铝石，一水软铝石，一水硬铝石，因此红土型铝土矿较岩溶型铝土矿更容易处理，在拜耳法处理过程中其溶出条件相对较宽松。两种铝土矿加工性能的不同也极大的影响了相应高硅铝土矿的处理策略以及方法。1.1氧化铝生产方法由于氧化铝的两属性，既可用酸性溶液也可用碱性溶液使铝土矿中的氧化铝溶出。氧化铝的生产方法大致可分为酸法、碱法、酸碱联合法与热法。但在工业上得以应用的只有碱法。碱法生产氧化铝又有拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳-烧结法等多种流程[5]。拜耳法生产氧化铝是世界上生产氧化铝的主要方法。其主要生产工序为：原矿浆制备、高压溶出、溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级与洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及碳酸钠苛化等[6]。图1-1为拜耳法氧化铝生产工艺流程图。硕士学位论文第一章文献综述破碎湿磨溶出稀释沉降分离叶滤赤泥洗涤晶种分解沉降分离蒸发分离苛化溶解铝土矿补充苛性碱石灰Na2CO3H2O结晶石灰乳稠浓赤泥浆氢氧化铝浆料精液稀释矿浆粗液溶出矿浆氢氧化铝母液赤泥洗液蒸发母液晶种图1-1拜耳工艺流程图世界上可探明的铝土矿资源种类繁多，如今无经济开采以及应用价值的铝土矿主要是由于铝土矿中含有较高的活性二氧化硅，而活性二氧化硅在拜耳循环过程中会造成大量的苛性碱损失，导致生产成本升高。然后随着高品位铝土矿资源的减少，人们的注意力逐渐转向于如何采用经济合理的方法利用低品位的铝土矿即高硅铝土矿。高硅铝土矿是指铝土矿中氧化铝与氧化硅质量百分比即铝硅比（通常以A/S表示）小于6.25的铝土矿。在高硅铝土矿的应用中，铝土矿中的活性硅所引起的碱耗失是必须要考虑解决的问题。活性硅引起碱耗损失主要是因为活性硅在溶出过程中，与碱液通常是循环母液反应进入溶液当中。硅在碱液中的溶解度不高，当碱液中的硅浓度超过硕士学位论文第一章文献综述%1001A/S)(A/S)(A/S)(矿泥矿相其饱和度时，溶液中的硅则以脱硅产物即脱硅渣的形式析出，随赤泥排出生产流程。一般地，脱硅渣中结合着氧化钠，因此导致生产中的碱损失。1.1.1氧化铝溶出率铝土矿溶出过程中，由于溶出条件及矿石特性等因素的影响，矿石中的氧化铝并不能完全进入溶液。在生产中通常用氧化铝溶出率来衡量铝土矿溶出的好坏。铝土矿氧化铝溶出率有理论溶出率和实际溶出率之分。铝土矿氧化铝理论论溶出率是指理论上矿石可以溶出的氧化铝量与矿石中氧化铝量之比，用η理表示。对于一水硬铝石矿而言，当其中氧化铝全部溶出时，其中氧化硅已全部反应生成分子