烧结法熟料溶出过程中抑制二次反应的研究

论文摘要

我国铝矿资源多为中低品位的一水硬铝石矿。因此,我国氧化铝生产中,烧结法占有相当的比例。在碱石灰烧结法生产氧化铝过程中,由于熟料中原硅酸钙β-2CaO·SiO2（简为β-C2S）的含量在30%以上,溶出时它与铝酸钠溶液发生反应,造成Al2O3和Na2O进入赤泥,从而导致氧化铝、苛性钠溶出率的下降。针对此问题,国内外学者进行了大量研究工作,获得了许多降低二次反应的措施,但溶出过程中二次反应损失仍然很大。添加剂是一种表面活性物质,在熟料溶出过程中加入添加剂后,由于其强烈的表面吸附作用,使固相表面形成疏水性表面,降低了铝酸钠溶液的表面张力,延缓或阻止了赤泥中的硅酸二钙与铝酸钠溶液接触,减少了溶出过程中的氧化铝损失。为此,本文主要研究了在最佳溶出工艺的条件下,通过熟料溶出过程添加抑制剂,筛选出抑制效果最佳的抑制剂,并探讨其溶出液的沉降性能。具体研究内容如下:通过正交实验与单因素实验考察溶出温度、溶出时间、液固比、调整液中Na2CO3的浓度对氧化铝溶出率的影响,结果表明最佳溶出条件为:溶出温度80℃、溶出时间30min、液固比5:1、碳酸钠浓度20g/L,熟料中氧化铝溶出率达到91.26%。为了了解添加剂抑制二次反应的抑制机理,以吸附理论为指导,选实验室效果不错但因使溶出液具有颜色而未被运用于实际生产的添加剂腐殖酸钠,研究了吸附剂β-C2S对腐殖酸钠的吸附行为。研究结果表明,β-C2S对腐殖酸钠的吸附过程符合Langmuir吸附等温式模型,同时适合二级吸附动力学。热力学分析表明,吸附过程属于物理吸附和化学吸附同存,以物理吸附为主。探明表面活性剂与β-C2S的吸附机理后,选焦磷酸钠、SDBS、草酸钠、柠檬酸钠、EDTA、NTA等6种抑制剂,研究了其对熟料溶出过程二次反应的影响。研究结果表明,熟料溶出过程中添加0.5%抑制剂SDBS后,相比不加添加剂空白溶出Al2O3的溶出率提高了1.84%,抑制效果最好。红外图谱分析和吸附机理分析结果表明,在铝酸钠溶液中添加剂SDBS与赤泥硅酸二钙之间主要是通过化学吸附产生作用,使添加剂SDBS覆盖在赤泥表面,从而抑制了二次反应的发生。针对抑制效果最好的抑制剂SDBS,通过考查赤泥沉降速度、上清液透光率和底流压缩液固比三项指标,研究了抑制剂SDBS对溶出泥浆沉降性能的影响。研究结果表明,加入SDBS后溶出泥浆的沉降性能较不添加抑制剂的有所下降。在SDBS后溶出泥浆中,添加0.05%絮凝剂PAAS后,溶出泥浆沉降10min时其沉降速度为12.47mm/min、上清液透光率为68.5%以及沉降30min时压缩液固比为4.33,其沉降性能满足生产要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 氧化铝工业生产现状
• 1.2.1 拜耳法生产氧化铝
• 1.2.2 烧结法生产氧化铝
• 1.2.3 联合法生产氧化铝
• 1.3 熟料溶出过程
• 1.3.1 基本反应
• 1.3.2 二次反应
• 1.4 表面活性剂
• 1.4.1 表面活性剂的分类及性质
• 1.4.2 表面活性剂对固体表面的吸附
• 1.4.3 影响表面活性剂的吸附因素
• 1.5 降低二次反应损失的研究现状及存在问题
• 1.6 主要研究内容及技术路线
• 1.6.1 主要研究内容
• 1.6.2 论文所采取的技术路线
• 第二章 熟料溶出过程工艺条件的选择
• 2.1 实验原料、试剂及设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 调整液配制
• 2.1.3 实验仪器及设备
• 2.2 正交实验设计
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 正交实验结果及极差分析
• 2.3.2 溶出温度对溶出率的影响
• 2.3.3 溶出时间对溶出率的影响
• 2.3.4 液固比对溶出率的影响
• 2.3.5 碳酸钠浓度对溶出率的影响
• 2.4 小结
• 第三章 硅酸二钙吸附机理的研究
• 3.1 理论部分
• 3.1.1 吸附量
• 3.1.2 吸附等温式
• 3.1.3 吸附动力学
• 3.1.4 吸附热力学
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试样制备与实验仪器
• 3.2.2 试验方法和检测
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 合成产物物相分析
• 3.3.2 吸附等温线
• 3.3.3 吸附动力学
• 3.3.4 吸附热力学
• 2S 表面 ζ 电位的变化'>3.3.5 β-C₂S 表面 ζ 电位的变化
• 3.4 小结
• 第四章 添加剂抑制二次反应的研究
• 4.1 实验原料、试剂及设备
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验试剂
• 4.1.3 实验设备
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 添加剂添加量对二次反应的影响
• 4.3.2 添加剂SDBS 添加方式对二次反应的影响
• 4.3.3 红外图谱分析
• 4.3.4 吸附机理探讨
• 4.4 小结
• 第五章 添加剂对溶液沉降性能的影响
• 5.1 实验原料及设备
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 实验设备
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 浸出实验
• 5.2.2 沉降实验
• 5.2.3 絮凝剂与赤泥颗粒之间结合键检验实验
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 添加絮凝剂对稀释浆液沉降速度的影响
• 5.3.2 添加絮凝剂后对上清液澄清度的影响
• 5.3.3 絮凝剂对底流压缩液固比的影响
• 5.3.4 扫描电镜分析
• 5.3.5 结合键分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 试剂的配制与标定
• 2O₃、Na₂O_k分析及计算方法'>附录 B Al₂O₃、Na₂O_k分析及计算方法
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果