拜耳法過程抑制水解及其機理研究

《拜耳法過程抑制水解及其機理研究》是依託東北大學，由潘曉林擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：拜耳法過程抑制水解及其機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：潘曉林
• 依託單位：東北大學

中文摘要

隨著氧化鋁企業競爭的激烈和對節能降耗的要求，拜耳法過程中鋁酸鈉溶液的水解問題日益突出。由於水解造成的氧化鋁損失十分巨大，如何抑制鋁酸鈉溶液水解成為諸多拜耳法企業亟待解決的重大問題之一。申請人通過前期研究發現，對鋁土礦進行預脫矽處理和溶出時添加CaO可以有效抑制鋁酸鈉溶液的水解，然而其原因和機理目前尚不清楚。本項目擬以典型的國外三水鋁石型鋁土礦和國內一水硬鋁石型鋁土礦為原料，利用現代先進測試技術，系統研究有機物在鋁酸鈉溶液中的溶解動力學行為和分子結構演變特徵，闡明鈉矽渣和鈣矽渣在不同預脫矽和溶出條件下微觀形貌、顯微成分和晶體結構等方面的變化規律，全面揭示預脫矽處理和添加CaO對溶出後礦漿在稀釋過程中抑制鋁酸鈉溶液水解的作用機理，建立抑制水解的溶液和固體的環境條件及調控方法。本項目將為拜耳法企業降低鋁酸鈉溶液水解損失、提高氧化鋁產量提供重要的科學基礎與實際指導。

結題摘要

針對拜耳法過程的水解問題，研究了預脫矽和添加CaO對鋁酸鈉溶液水解的抑制作用及其機理，揭示了抑制水解的環境特徵並建立了相應的調控方法。主要結果如下： 研究了預脫矽和添加CaO對三水鋁石型和一水硬鋁石型鋁土礦溶出性能和溶出液穩定性的影響。預脫矽和添加石灰能夠提高礦石的脫矽性能，但預脫矽對氧化鋁溶出率影響不大；赤泥鹼含量隨石灰添加量、溶出溫度和時間的增加而降低；石灰促進鋁針鐵礦向赤鐵礦轉變和水合鋁矽酸鈉向水化石榴石轉變，提高溶出溫度能夠提高氧化鋁溶出率。添加石灰降低三水鋁石礦的氧化鋁溶出率，其與石灰添加量呈線性遞減關係。一水硬鋁石礦的氧化鋁溶出率隨石灰添加量的增加先升高后降低，提高溶出溫度和時間有利於提高氧化鋁溶出率；赤泥由赤鐵礦、含鈉沸石、鈣鋁榴石、鈣鐵鋁榴石和鈣鈦礦組成，其含量隨石灰添加量、溶出溫度和時間的不同而不同。預脫矽和添加石灰大幅提高溶出液的穩定性，尤其是二者結合時幾乎不發生水解。 首次計算了脫矽產物的形成熱力學，其在273～573K的吉布斯自由能均為負值，均隨溫度升高而降低；方鈉石與鹼性方鈉石的自由能較低，水化石榴石與黝方石的較高。利用XRF、XRD、SEM、IR等研究了Na2O-Al2O3-H2O系是否添加CaO時脫矽產物在不同溫度、時間、CaO添加量和脫矽制度下的析出活性及其對鋁酸鈉溶液穩定性的影響。不添加CaO時，脫矽產物由無定形非晶、方鈉石、鹼性方鈉石和黝方石組成，不同脫矽條件下其含量、結晶度和微觀形貌不同。非晶含量越高，水解率越高，結晶良好的黝方石和方鈉石有利於提高溶液的穩定性。預脫矽有利於降低脫矽產物中非晶的含量和提高黝方石的含量。添加CaO後，脫矽產物由水化石榴石、黝方石和鋁酸三鈣組成；提高脫矽溫度和時間，有利於提高脫矽產物的結晶度，同時使鋁酸三鈣向水化石榴石轉化。預脫矽和添加石灰共存下水化石榴石含量最高，溶液水解程度最低。 利用IR、GC和HC等在純鋁酸鈉溶液和循環母液中研究了有機物在預脫矽和溶出中的溶解行為及其對溶液穩定性的影響。預脫矽對溶出液中有機碳含量影響不大，經直接溶出和預脫矽後溶出溶液中的有機碳溶解率均接近100%；有機物在循環母液的溶解率要明顯小於純鋁酸鈉溶液；添加石灰能夠降低溶液中的有機碳含量。鋁酸鈉溶液中有機物主要為草酸鹽、乙酸鹽和甲酸鹽；有機物能夠提高鋁酸鈉溶液的穩定性，但對抑制拜耳法水解貢獻不大。