酸法处理高铁铝土矿的基础研究

论文摘要

氧化铝工业快速发展,对铝土矿需求急剧增加,要实现铝土矿资源的持续供应,必须开发新技术充分利用非传统铝土矿资源。我国高铁铝土矿资源因其储量大,高达15亿吨之多,而受到了学术界和工业界的广泛关注。现有利用高铁铝土矿(铁铝共生矿)资源生产氧化铝的方法主要为碱法,它存在铝、铁元素综合利用率低、生产流程长、能耗高等缺点。酸法处理此类铝土矿资源表现出极大优势。因此本论文提出双循环法以及分步酸浸法两种新工艺生产氧化铝。本论文对以上两种工艺的关键技术作研究,得到以下创新性成果：首先,对双循环法中盐酸浸出过程作了系统研究。不仅对浸出过程主要化学反应进行热力学计算,而且考察了液固比、矿石粒度、浸出温度及浸出时间对铝和铁浸出率的影响,并对此过程进行动力学分析。其次,对双循环法浸出液进行铁铝分离研究。分别以TOA、TBP两种萃取体系从含铁、铝非饱和(28/24)盐酸溶液中萃取分离铁、铝,考察了TBP浓度、萃取时间、水相酸浓度、相比O/A等因素对铁、铝分离性能的影响以及反萃时间、TBP浓度、水相酸浓度、相比A/O等因素对载铁有机相反萃的影响。第三,对双循环法中氯化铝溶液直接热解制备氧化铝这一关键环节作研究。对反应过程进行热力学计算和差热分析。进行了结晶氯化铝直接热解及水蒸汽气氛中热解实验。结晶氯化铝热解实验结果表明：水蒸汽气氛中适宜的热解条件为热解温度800℃,热解时间30min,产物中氯含量可降至0.14%。对比静态热解和喷雾热解氯化铝溶液结果得出：在800℃下静态热解饱和AlC13溶液150min,所得热解产物的氯含量为0.72%,而喷雾热解在750～850℃的温度范围内热解质量浓度为15%的A1C13溶液15min,热解产物中的氯含量降为0.31%。第四,主要对分步酸浸工艺中两步酸浸过程作了研究。不仅考察了硫酸浓度、浸出温度、浸出时间及液固比对铝石矿一步浸出性能的影响,而且考察了硫酸浓度、浸出温度及液固比对二步浸出性能的影响,并对一步浸出过程进行动力学研究。结果表明：一步酸浸最佳浸出条件是浸出时间60min、浸出温度100℃、液固比5：1、硫酸浓度20%,此条件下铁浸出率为98.68%,铝浸出率为3.02%,溶出比为32.68,可实现高铁铝土矿中铁和铝的分步溶出。对该浸出过程进行动力学研究表明：该浸出过程属化学反应控制,·反应活化能Ea=35.11kJ/mol。二步酸浸最佳浸出条件是浸出时间60mmin,浸出温度180℃、液固比10:1、硫酸浓度60%,在此条件下铝浸出率为95.86%。Basic Study on Bauxite with High Iron

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝的性质、用途及主要矿物
• 1.1.1 铝的性质及用途
• 1.1.2 铝的主要矿物及特点
• 1.2 世界铝土矿资源概况
• 1.3 中国铝土矿资源概况、特点及氧化铝发展应对措施
• 1.3.1 中国铝土矿资源概况及特点
• 1.3.2 中国对氧化铝发展应对措施
• 1.4 高铁铝土矿资源
• 1.5 氧化铝生产技术
• 1.5.1 传统氧化铝生产技术
• 1.5.1.1 碱法
• 1.5.1.2 酸法
• 1.5.1.3 酸碱联合法
• 1.5.1.4 热法
• 1.5.2 现有高铁铝土矿生产技术
• 1.5.2.1 先选后冶
• 1.5.2.2 先铝后铁
• 1.5.2.3 先铁后铝
• 1.5.3 酸法研究进展
• 1.6 本课题研究意义及内容
• 1.6.1 课题的提出
• 1.6.2 本文研究内容
• 第2章 实验研究方法
• 2.1 实验原料
• 2.1.1 矿物
• 2.1.2 实验药剂
• 2.2 实验设备及检测仪器
• 2.2.1 球磨机
• 2.2.2 高压反应釜
• 2.2.3 水蒸汽气氛静态热解装置
• 2.2.4 喷雾热解装置
• 2.2.5 全谱直读发射光谱仪（ICP）
• 2.2.6 X射线衍射仪
• 2.2.7 X射线荧光光谱仪
• 2.2.8 SEM分析仪
• 2.2.9 其它设备及检测仪器
• 2.3 实验研究方法
• 2.3.1 实验工艺流程
• 2.3.2 相关计算公式
• 第3章 盐酸浸出过程研究
• 3.1 热力学分析
• 3.2 盐酸浸出性能研究
• 3.2.1 液固比对浸出率的影响
• 3.2.2 矿石粒度对浸出率的影响
• 3.2.3 浸出温度对浸出率的影响
• 3.2.4 浸出时间对浸出率的影响
• 3.3 盐酸浸出过程动力学分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 铁铝萃取分离性能研究
• 4.1 溶剂萃取原理
• 4.1.1 TOA萃取原理
• 4.1.2 TBP+苯体系萃取原理
• 4.2 三辛胺萃取实验结果及讨论
• 4.3 TBP+苯体系萃取实验结果及讨论
• 4.3.1 TBP浓度对萃取及反萃取效果的影响
• 4.3.1.1 萃取实验结果与讨论
• 4.3.1.2 反萃取实验结果与讨论
• 4.3.2 相比对萃取效果的影响
• 4.3.3 酸浓度对萃取效果的影响
• 4.3.4 时间对萃取效果的影响
• 4.3.5 相比对反萃取效果的影响
• 4.3.6 温度对萃取及反萃取效果的影响
• 4.3.6.1 温度对萃取效果的影响
• 4.3.6.2 反萃取温度对反萃取效果的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 氯化铝溶液喷雾热解制备氧化铝
• 5.1 反应热力学分析
• 5.1.1 反应吉布斯自由能及平衡常数计算
• 5.1.2 气相分压的影响
• 5.1.3 反应热计算
• 5.2 形核热力学分析
• 5.3 DSC-TGA分析
• 5.4 结晶氯化铝热解制备氧化铝
• 5.4.1 静态热解产物特征分析
• 5.4.1.1 热解产物氯含量分析
• 5.4.1.2 热解产物XRD分析
• 5.4.1.3 热解产物SEM分析
• 5.4.1.4 热解产物比表面积分析
• 5.4.2 水蒸汽气氛中热解产物特征分析
• 5.4.2.1 热解产物氯含量分析
• 5.4.2.2 热解产物XRD分析
• 5.5 氯化铝溶液热解制备氧化铝
• 5.5.1 静态热解产物特征分析
• 5.5.1.1 热解产物氯含量分析
• 5.5.1.2 热解产物XRD分析
• 5.5.1.3 热解产物SEM分析
• 5.5.1.4 热解产物比表面积分析
• 5.5.2 喷雾热解产物特征分析
• 5.5.2.1 热解产物氯含量分析
• 5.5.2.2 热解产物XRD分析
• 5.5.2.3 热解产物SEM分析
• 5.5.2.4 热解产物比表面积分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 分步硫酸浸出性能研究
• 6.1 盐酸浸出性能研究
• 6.2 低温硫酸浸出性能研究
• 6.2.1 硫酸浓度对浸出率的影响
• 6.2.2 浸出温度对浸出率的影响
• 6.2.3 浸出时间对浸出率的影响
• 6.2.4 液固比对浸出率的影响
• 6.3 高温硫酸浸出性能研究
• 6.3.1 硫酸浓度对浸出率的影响
• 6.3.2 浸出温度对浸出率的影响
• 6.3.3 液固比对浸出率的影响
• 6.4 低温硫酸浸出过程动力学分析
• 6.4.1 浸出过程动力学模型
• 6.4.1.1 化学反应控制模型
• 6.4.1.2 外扩散控制模型
• 6.4.1.3 内扩散控制模型
• 6.4.1.4 混合控制模型
• 6.4.2 浸出过程动力学研究
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文
• 作者简介