《高鐵鋁土礦資源鈣化-碳化法生產氧化鋁的基礎研究》是依託東北大學，由張廷安擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高鐵鋁土礦資源鈣化-碳化法生產氧化鋁的基礎研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：張廷安
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
我國儲量較大的低品位、高鐵等複雜鋁土礦資源的高效利用隨著我國氧化鋁生產的快速發展越來越受到工業界和學術界的廣泛關注。為此我們提出了低品位、高鐵鋁土礦“鈣化-碳化”法生產氧化鋁的新方法。即首先通過鋁土礦鈣化溶出轉型使矽全部轉入鈣鋁矽化合物中，再使用CO2對鈣化轉型渣進行碳化處理，碳化渣經低溫鹼溶及適度提鐵後可得到主要成分為矽酸鈣和碳酸鈣的新型結構赤泥，直接用於水泥工業。該方法突破了拜耳法生產氧化鋁過程中鈉、鋁與矽的平衡物相，使赤泥中鈉、鋁含量理論上趨於零，實現了赤泥的無害化。本項目圍繞新方法，探索雲南省高鐵鋁土礦在“鈣化—碳化”轉型過程的若干科學問題，包括鈣化轉型過程的熱力學、鈣化轉型過程固液界面動力學及界面傳遞特性、鈣化溶出渣碳化反應過程的多相反應、鈣化轉型渣碳化過程氣泡行為及相際傳質特性、鐵與鈦在反應過程中的轉化特點等。本項目的研究可為非傳統鋁土礦資源高效利用提供科學和實驗依據。
結題摘要
我國儲量較大的低品位、高鐵等複雜鋁土礦資源的高效利用隨著我國氧化鋁生產的快速發展越來越受到工業界和學術界的廣泛關注。為此我們提出了低品位、高鐵鋁土礦“鈣化-碳化”法生產氧化鋁的新方法。即首先通過鋁土礦鈣化溶出轉型使矽全部轉入鈣鋁矽化合物中，再使用CO2 對鈣化轉型渣進行碳化處理，碳化渣經低溫鹼溶及適度提鐵後可得到主要成分為矽酸鈣和碳酸鈣的新型結構赤泥，直接用於水泥工業。 項目圍繞新方法，探索雲南高鐵鋁土礦在“鈣化-碳化”轉型過程的若干科學問題，取得以下成果：雲南地區高鐵鋁土礦中鋁、鐵主要以一水硬鋁石和針鐵礦的形式存在，一水硬鋁石和針鐵礦緊密共生，類質同晶度20%左右，致使其難以直接分選；分析了鈣化及碳化過程水化石榴石相的穩定性，在實驗溫度範圍內，溫度升高有利於水化石榴石相穩定性的提高，越不利於其碳化分解；採用“峰強法”、“晶面間距法”和“晶胞棱長法”探索了鈣化過程參數對水化石榴石矽飽和係數的影響規律以及矽飽和係數對水化石榴石碳化分解的作用機制；探索了水化石榴石鈣化生成和碳化分解過程的多相動力學，確定了主要限制環節；分析了射流反應器內氣液固多相反應特徵，通過射流可有效改善氣液固界面反應條件，使碳化反應時間縮短20%左右；鋁針鐵礦相在鹼液中的分解主要集中於（111）和（110）兩個晶面，氧化鈣的添加可加速（110）晶面的分解；鐵在鈣化過程部分轉化為鐵水化石榴石，在碳化過程中分解為鈣矽相和氧化鐵實現單體解離，新型結構赤泥經還原後金屬化率可達93.6%；鈣化過程中鈦隨溫度的升高逐漸轉變為Al4Ti2SiO12、Ca3TiSi2(Al2Si0.5Ti0.5)O14，最終轉化為結構穩定的CaTiO3，碳化過程CaTiO3不分解。雲南高鐵礦鋁的溶出率，赤泥中鐵的還原率、鈉鹼含量和A/S較拜耳法分別提高10%，6%、降低98.4%和50.6%，符合水泥工業及土壤化要求，實現零排放。 項目形成了雲南高鐵鋁土礦鈣化碳化法生產氧化鋁的理論，為非傳統鋁土礦資源高效清潔利用提供一個新方法及其科學和實驗依據。
