基本介紹
- 中文名：低品位鋁土礦鈣化轉型溶出中的多相反應工程學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙秋月
- 依託單位：東北大學
- 批准號：51204040
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著我國礦石品位的逐年降低，現有拜耳法生產工藝的經濟優勢越來越不明顯，為突破低品位鋁土礦資源和赤泥綜合利用的關鍵技術瓶頸，我們提出了鈣化-碳化處理低品位鋁土礦的新方法。其中，鈣化轉型溶出過程含矽相的轉化程度直接影響進一步的碳化轉型效果，同時也影響低品位鋁土礦向新型結構赤泥轉化的效果。因此,鈣化轉型溶出過程是決定整個工藝的關鍵一步。本課題圍繞鈣化轉型溶出過程的反應工程學問題進行研究，提出了採用強化鈣化溶出反應過程的新型反應器，並通過對低品位鋁土礦的鈣化轉型動力學、界面傳遞特性、多相流反應器內流體力學特性以及多相流反應器結構和尺度的研究探索低品位鋁土礦鈣化溶出過程的多相反應規律和反應工程學規律，對以上科學問題的研究，可為鈣化-碳化處理低品位鋁土礦的新方法提供技術創新的科學和試驗依據。
結題摘要
本課題圍繞低品位鋁土礦“鈣化-碳化“新方法，針對低品位鋁土礦鈣化轉型溶出多相反應過程，通過對低品位鋁土礦的鈣化轉型溶出反應動力學、界面傳遞特性、多相流反應器結構和尺度的研究，探索低品位鋁土礦鈣化轉型溶出過程的多相反應規律和反應工程學規律，獲得的主要研究結果如下：對於鈣化轉型溶出反應動力學，以純物質合成水化石榴石的生成過程進行研究，該過程的非等溫動力學機理函式為：f(α)=(3/2)(1−α)4/3[(1−α)−1/3−1]−1，與DSC分析結果的擬合度最高，為0.9867，其計算得到的表觀活化能為686.07 kJ•mol-1，該機理函式為三維擴散模型。但1級、2級和3/2級反應模型以及Avrami-Erofeev（n=2/3，4，2，3）方程的擬合度也高於90%，因此推斷該過程可能是多種控制綜合作用. 水化石榴石合成反應的主要控制步驟為固體產物層擴散和界面反應。對於新型攪拌溶出反應器，通過數值模擬與實驗研究，獲得了反應器內部流動特性規律。證實新型攪拌反應器在促進混合、強化傳熱、傳質方面具有優越性。探索了壓力能驅動的自攪拌反應器在不同操作條件和物料特性條件下的攪拌性能和物料的停留時間分布特性。建立攪拌轉速與各因素（流體密度ρ、粘度μ、壓力、液位高度等）之間的關係準數方程，確立壓力能向機械能的轉變規律。在不同礦石粒度下，鋁土礦鈣化轉型溶出過程的研究結果表明隨著礦石粒度的減小鋁土礦鈣化轉型率增大，但原礦粒徑在300目以下時溶出率降低，這是由於300目以下的原礦中矽的含量高於其它粒徑的矽含量。不同粒度鋁土礦的鈣化渣中Na含量均隨反應時間的延長而逐漸降低，從0.32逐漸降低至0.18，120min後均降低到0.2%以下。以上研究結果為低品位鋁土礦鈣化“鈣化-碳化”生產氧化鋁新方法提供技術創新的科學試驗依據。
