一水硬铝石型铝土矿溶出动力学的研究

第30卷第3期硅酸盐学报Vol.30,No.3　2002年6月JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY J u ne,2002一水硬铝石热分解动力学研究李浩群,邵天敏,陈大融(清华大学摩擦学国家重点实验室,北京　100084)摘　要:分别采用等温过程、非等温过程热重-差热联合法测定一水硬铝石(β-AlOOH)的TGA曲线.利用X射线衍射仪对分解前后试样进行了物相分析.经数据处理,得到了不同时段、不同方法下热分解反应的动力学参数E,A和相应的反应机制.结果表2明,一水硬铝石在400℃时开始缓慢反应,反应峰温在510℃附近.其热分解机制比较复杂,并且在转变分数0.85<α<0.90这一区段呈现一个目前无法解释的机制,这可能是两种反应机制同时控制的结果,或者需要建立新的模型.关键词:一水硬铝石;热分解;动力学分析;热重分析;差热分析;X射线衍射中图分类号:TQ170.1 文献标识码:A 文章编号:0454-5648(2002)03-0335-05KINETIC ANALYSIS OF DIASPORE THERMAL DECOMPOSITIONL I Haoqun,S HA O Tianmin,CHEN Darong(The State K ey Laboratory of Tribology,Tsinghua University,Beijing　100084)Abstract:The TG A curves of both isothermal and non-isothermal process of diaspore(β-AlOOH)are obtained by unite of thermo2 gravimetry(TG)and differential thermal analysis(DTA).The phase identification is carried out by X-ray diffraction(XRD)before and after the thermal treatments.The kinetic analysis is established by means of linear regression and twenty common reaction mech2 anism functions are examined.Reaction mechanisms and Arrhenius parameters corresponding to different sections of fraction reacted (α)are presented.It shows that the decomposition of diaspore takes place at temperature of400℃,the peak temperature is about 510℃.The mechanism of this reaction is complicated and within the section of0.85<α<0.90,the reaction mechanism can not be interpreted by any existing kinetic model.It is presumed that two reaction models controlled the reaction simultaneously in this section or a new model should be found.K ey w ords:diaspore;thermal decomposition;kinetic analysis;thermogravimetry;differential thermal analysis;X-ray diffraction α-Al2O3是一种性能优良的陶瓷材料,其工业生产主要是通过煅烧氧化铝水合物来制备.氧化铝水合物Al2O3・x H2O在加热过程中经过各种中间相变最终转化为α-Al2O3,其中,一水软铝石(boehmite,α-AlOOH)、拜尔石[bayerite,β-Al(OH)3]、三水铝石[gibbsite,α-Al(OH)3]的转化过程已经得到了广泛深入的研究[1,2],相比之下,收稿日期:2001-08-17.修改稿收到日期:2001-12-03.基金项目:国家自然科学基金资助项目(59775033).作者简介:李浩群(1973～),男,博士研究生.通信联系人:邵天敏(1963～),男,博士,副教授.人们对一水硬铝石(diaspore,β-AlOOH)的转化过程了解不多.一般认为,由于一水硬铝石和刚玉中的氧原子子晶格都为六方密排列结构,因而一水硬铝石不经任何中间相变直接转变为刚玉.在实际相变过程中,有1/4的氧原子发生迁移、重排形成六方子晶格[3].Carim等人[4]发现在真空条件下,人工合成的一水硬铝石向刚玉的转变过程中形成了过R eceived d ate:2001-08-17.Approved d ate:2001-12-03. Biography:L I Haoqun(1973—),male,postgraduate for doctor degree. Correspondent:SHAO Tianmin(1963—),male,doctor,associate professor.E-m ail:lihq@渡相,并将其命名为α’-Al 2O 3.在中国,绝大部分铝土矿为一水硬铝石型铝土矿[5],其中的一水硬铝石都是和脉石矿共生在一起的,鉴定一水硬铝石及其杂相的结构特征并分析其热分解机理,不仅对控制氧化铝的工业生产过程,而且对直接将一水硬铝石型矿石应用于表面工程领域,如制备氧化铝基复合陶瓷涂层,具有积极的理论指导作用.1　模型判别理论基础50年代以来,人们采用各种的热分析方法来研究固态反应动力学,如热重法(TG )、微分扫描量热法(DSC )、差热法(D TA )、质谱法(MS )、气相色谱法(GC )和X 射线衍射法(XRD )等.经典的固态反应动力学的基本理论是建立在等温过程和均相反应基础上的.对于均相反应,若假设物质的转变分数为α,则从反应开始到结束的整个期间内,α的数值就在0～1的范围之内作单调的变化,反应物的相对浓度应为(1-α),则反应速率方程通常遵循以下速率公式:d αd t=kf (α)(1)引入Arrhenius 方程k =A e -E R T和控温速率β=d T/d t ,方程变为d αd t =A βe -E R T f(α)(2)式中:t 为时间;k 为速率常数;T 为绝对温度;A 为频率因子;E 为反应活化能;R 为气体常数;f (α)为反应机制函数.在此基础上,通过对实验数据的处理,研究人员提出了多种分解机理,推导出一系列动力学方程式.对式(1)、式(2)进行移项积分或微分处理,总可以找到反应模式(机制函数)与时间或温度之间的线性关系,因此,将实验数据以不同反应模式对时间或温度作图,相应的线性关系最好的反应模式即为反应机制.研究中采用计算机处理,将实验数据与20种常用的反应模式(机制函数)进行拟合,由线性回归判断出与之符合最好的反应机制函数[6],在此基础上求出有关的动力学参数,提高了所求动力学参数的精度和机制函数的准确性.2　实 验免检一水硬铝石矿石经粉碎、研磨、酸洗处理、充分洗涤后于120℃烘干.经-200～+500目筛制成试样.其分析组成见表1.热分析实验在TG A92型高温综合热分析仪上进行,仪器热重分析灵敏度为0.001mg.差热分析灵敏度为1mV ,工作温度表1　试样元素组成 T able 1　E lement composition of sample%ElementO Al Si Ti Fe w 49.6942.67 1.13 4.93 1.59x63.9232.550.832.120.59区间为室温至2400℃.以光谱纯Al 2O 3粉作为参比物,气氛为空气,试样1:从室温升至400℃,保温1h ,升温速率β=10℃/min ;试样2:从室温升至500℃,保温0.5h ,升温速率β=10℃/min ;试样3:从室温升至1200℃,升温速率β=5℃/min.所得TG A 曲线分别如图1、图2、图3所示.热重数据漂移0.25～0.50mg ,在数据取值中均加以扣除.试样反应前后利用XRD 技术进行物相鉴定,其分析结果见图4.图1　β-AlOOH 在400℃下等温过程中分解的TG A 曲线Fig.1　TG A plot for β-AlOOH under isothermal processat 400℃图2　β-AlOOH 在500℃等温过程中分解的TG A 曲线Fig.2　TG A plot for β-AlOOH under isothermal processat 500℃・633・ 硅　酸　盐　学　报 2002年　　图3　β-AlOOH 在1200℃非等温过程中分解的TG A 曲线Fig.3　TG A plot for β-AlOOH under non-isothermal pro 2cess at 1200℃图4　一水硬铝石试样XRD 分析Fig.4　XRD patterns of the diaspore samples 1———Before heat treatment ;2———Treated at 500℃; 3———Treated at 1200℃3　实验数据处理在反应中的某一时刻,转变分数可由下式求得:α=w 0-w tw 0-w ∞(3)式中:w 0为试样在反应前的初始质量;w t 为反应进行到t 时刻试样的质量;w ∞为反应结束后试样的质量,所得出的转变分数与时间的关系曲线见图5.从α数据中判断出反应起始温度(时间),并计算出质量损失率,与理论值相对照,如表2所示.图5　不同加热条件下转变分数α随时间变化曲线Fig.5　Plots of fraction reacted αagainst time under differ 2ent heating conditions　表2　一水硬铝石在不同条件下的反应起始温度和质量损失T able 2　DTA temperatures and m ass loss of diaspore samplesunder different conditionsConditions ofheat treatment DTA temperature /℃Start temperature Peak temperatureMass loss/%Experimental value Theoretic valueSample 1Mass loss is tiny and the re 2action proceed very slowlySample 242250411.5Sample 3First stage Second stage419915512117712.51.515.0对于等温过程实验数据,由公式(1)移项、积分可得F (α)=kt +c (4)式中:c 为积分常数.将实验数据分别代入各F (α)方程,以计算的F (α)数据对相应的t 数据作图,得出等温过程一水硬铝石的各种反应动力学曲线,如图6所示.对图6进行线性回归,将转变分数α图6　β-AlOOH 在等温过程中(500℃)反应的动力学曲线Fig.6　Reaction kinetic curves of β-AlOOH by isothermalprocess at 500℃・733・　第30卷第3期 李浩群等:一水硬铝石热分解动力学研究 表3　一水硬铝石等温过程分解(500℃)热分析动力学线性回归结果T able 3　Linear regression results of therm al kinetic analysisby isotherm al process(500℃)αCode name of mechanismF (α)kCorrelation coefficient r[0.0,0.05]D 5[(1+α)1/3-1]20.013310.9968A 4[-ln (1-α)]1/40.001350.9943P 4α1/40.001330.9940[0.05,0.50]R 21-(1-α)1/20.000880.9992A 1.5[-ln (1-α)]1/1.50.002090.9991P 1α0.001490.9991[0.50,0.85]A 1-ln (1-α)0.002430.9998D 4(1-2α/3)-(1-α)2/30.000230.9996D 2α+(1-α)ln (1-α)0.000850.9992[0.85,1.0]A 3[-ln (1-α)]1/30.000480.9998A 2[-ln (1-α)]1/20.000800.9996D 4(1-2α/3)-(1-α)2/30.000180.9996分为不同的区段,分别找出相关性最好的3个动力学方程,如表3所示.对于非等温过程实验数据,由公式(2)移项、两边取对数可得ln{[f (α)]-1d α/d T }=ln (A /β)-ER(1/T )(5)将实验数据分别代入各f (α)方程,以计算的ln{[f (α)]-1d α/d T }数据对相应的1/T 数据作图,得出非等温过程一水硬铝石的各种反应动力学曲线,如图7所示.对图7进行线性回归,将转变分数分为不同的区段,找出相关性最好的3个动力学方程,如表4所示.对其中相关系数为正的区段,结合各种f (α)函数,假设反应模型如下:f (α)=αm(1-α)n [-ln (1-α)]p (6)将公式(4)代入(3)中,进行线性回归计算,搜寻负相关性最好的m ,n 和p 值,以此作为该区段的机制函数.搜索结果为:m =10.90,n =13.00,p =3.81,r =-0.9828.但该函数暂无明确的物理意义,有待于进一步研究.表4　一水硬铝石非等温过程分解(1200℃)热分析动力学线性回归结果T able 4　Linear regression results of therm al kinetic analysis by non-isotherm al process at 1200℃αCode name of mechanism f (α)E /(kJ ・mol -1)ACorrelation coefficient r [0.0,0.05]D 5 1.5(1+α)2/3[(1+α)1/3-1]-1626.900.490e +38-0.9971R 22(1-α)1/2286.920.837e +16-0.9907A 11-α287.830.196e +17-0.9905[0.05,0.50]L 6 1.5(1-α)4/3[(1-α)-1/3-1]-1746.27—-0.9943A 11-α305.400.728e +18-0.9786R 22(1-α)1/2257.080.197e +15-0.9611[0.50,0.85]L 6 1.5(1-α)4/3[(1-α)-1/3-1]-1469.500.948e +29-0.9911D 3 1.5(1-α)2/3[(1-α)1/3]-1208.170.230e +11-0.9362A 11-α115.340.137e +06-0.8787[0.85,0.90]All of the correlation coefficients are plus ,so none of the reaction models is suitable.[0.90,1.0]L 6 1.5(1-α)4/3[(1-α)-1/3-1]-1172.430.431e +08-0.9756A 11-α79.2230.346e +02-0.9741C 1.52(1-α)2/3139.280.310e +06-0.9741・833・ 硅　酸　盐　学　报 2002年　图7　β-AlOOH在1200℃非等温过程中反应的动力学曲线Fig.7　Reaction kinetic curves ofβ-AlOOH by non-isothermal process at1200℃4　结果与讨论从表2中可以看出,试样的分解反应起始温度在420℃左右,峰顶温度在510℃左右,在热重曲线上相应地出现较大的质量损失台阶,从质量损失分数可以计算出试样中一水硬铝石的含量约为83%.反应温度范围低于文献[7]中的一水硬(软)铝石的脱水吸热峰温(530～572℃),这可能是由于矿石中所含赤铁矿在过渡相晶格中提供异类晶核点[8]所致,也可能起因于矿物本身的特殊性质,如分散程度及结构完整程度.单纯依据峰温值,很难把一水铝石的两种晶型区分开来,尤其是软水型峰温明显受粒子大小和结晶好坏的影响,需要辅以其它分析手段进行鉴别,从图4曲线1的XRD分析结果中可以看出,试样的主相为一水硬铝石,杂相主要为金红石,锐钛矿等杂质,未标识峰可能对应于表1中元素Si,Fe的矿物杂质.500℃反应后试样的主相变为α-Al2O3,但杂质相没有发生变化(图4曲线2).相比之下,1200℃反应后α-Al2O3的峰比较锐,并且金红石、锐钛矿、Si和Fe等杂质已经发生了变化(图4曲线3).表3、表4分别为500℃等温过程和1200℃非等温过程试样热分析的动力学线性回归结果.由于机理模型的数学表达式之间存在的差异不是很大,因此在区分两个甚至更多个曲线拟合情况时,要在其中进行取舍有一定困难.表中所列为线性相关最好的前3个机制函数.综合两表,并结合实际反应过程,可以认为,在等温过程下,一水硬铝石分解反应初期由扩散过程控制,反应中期由相界面反应或形核长大控制,反应后期由形核长大控制;在非等温过程下,反应初期也由扩散过程控制,其它阶段由扩散过程或形核长大控制,而区段0.85<α< 0.90为过渡控制区.图1、图2、图3分别为试样在400℃等温过程,500℃等温过程,1200℃非等温过程中的TG A曲线.其中,图2、图3是非常典型的TG A曲线,差热峰和质量损失都非常明显,表明分解反应已经发生.在500℃等温过程中,分解反应后期出现了一个吸热峰,并且TG曲线没有相应的质量损失台阶,而在非等温过程中的这一区段,该吸热峰消失,且对应的线性相关系数为正(见表4),而公式(5)的线性相关为负相关,也就是说,反应机理没有合适的机制函数来解释.这可能是由于在这一区间段,反应由一种不均一的机理控制(两种机理共同控制).另外,从图3中可以看出,在930～1120℃之间,出现了一系列峰,对应TG曲线上出现质量损失台阶,质量损失约为1.5%左右.从上面的XRD分析可知,在这一区段,杂质相发生了相变或反应.其中980℃左右的峰可能对应于高岭石,高岭石在此温度下热分解形成莫来石或尖晶石,在更高温度下形成莫来石[9].从图1可以看出,试样虽然基本没有发生变化,但在开始时有少量的质量损失,与图2、图3中的反应起始温度接近.这说明反应此时可能已经发生,但由于反应初期由扩散过程控制,当保持温度不变,则扩散过程非常缓慢,反应速率很小.图6、图7分别为500℃等温过程和1200℃非等温过程下试样的各种反应动力学曲线.在图6中,除自催化过程和化学反应过程外,其它控制过程曲线比较接近,并且线性关系较好.在图7中,在不同的区段,各控制过程斜率(活化能)变化较大,线性关系相差较大,并且存在一个阶段,所有的曲线斜率为正,这与表4的结果相一致.5　结 论(1)采用计算机处理,将实验数据与各种选定的反应模式(机制函数)进行拟合,由线性回归判断出与之符合最好的反应机制函数,在此基础上求出有关的动力学参数,提高了所求动力学参数的精度和机制函数的准确性.(2)采用的一水硬铝石型铝土矿,品位高,一水硬铝石含量约为83.3%,分解反应起始温度为(continued on p.346)・933・　第30卷第3期 李浩群等:一水硬铝石热分解动力学研究 3　结 论(1)B 2O 3-TiO 2-Mg -C 体系可利用SHS 技术合成出TiB 2-TiC 陶瓷复合粉.(2)热力学分析其化学反应机理为:Mg 先还原B 2O 3和TiO 2,新生的Ti 与B 和C 反应生成TiB 2和TiC ;TiO 2的还原经历了TiO 2Ti 3O 5TiOTi 2O Ti 的逐步还原过程.(3)B 2O 3-TiO 2-Mg -C 体系SHS 反应过程的产物结构形成机理分析表明:当燃烧区的能量传到预反应区时,B 2O 3首先熔化并均匀地包裹在Mg ,TiO 2和C 周围,Mg 熔化后加速了与B 2O 3和TiO 2反应,放出大量的热,随着预反应区温度的升高,B 2O 3与Mg 作用还原出B ,TiO 2与Mg 作用还原出Ti ,Ti 与B 或C 反应而形成TiB 2或TiC 晶核,最后TiB 2与TiC 及MgO 在持续高温下长大.参考文献:[1]　LASZ LO J K ,THOMAS K ,ANDRUS N.Microstructural prop 2erties of combustion-synthesized and dynamically consolidated tita 2nium diboride and titanium carbide [J ].J Am Ceram Soc ,1990,73(5):1274—1282.[2]　DAVIES T J ,O GWU A A.TiC plus TiB 2composite shows wearpromise [J ].Metal Powder Report ,1997,52(6):31—34.[3]　YURIY A L ,EV GEN G A ,SHEV EIKO A.Electrochemicalcorrosion behavior of SHS -synthesized magnetron composite TiC -based targets and sputtered thin films [J ].Surf Coat Technol ,1997,90(1-2):42—52.[4]　ZHAO H C ,YI B.Formation of TiB 2-TiC composites by reac 2tive sintering [J ].Ceram Int ,1999,25(4):353—358.[5]　SU GIYAMA ,SHIGEA KI K ,MITSU HIKO A ,et al .Synthe 2sis of a TiB 2-TiC composite by reactive spark plasma sintering of B 4C and Ti [J ].J Jpn Soc Powder Powder Metall 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铝土矿硫酸法溶出及除杂研究我国的铝土矿有98%以上属于一水硬铝石型,一水硬铝石在浸出方面难度很大,这是因为一水硬铝石型的晶型很完整,晶格能很大,其化学活性很差。

由于用铝行业的迅速发展,导致我国的优质铝土矿资源减少,大部分铝土矿的铝硅比为3⁶,很难满足拜耳法处理铝土矿的要求,严重制约了我国的氧化铝工业发展,用拜耳法来处理低铝硅比的一水硬铝石铝型铝土矿时,能耗较高,流程复杂,成本较高。

本文用硫酸法处理中低品位的一水硬铝石型铝土矿,系统的研究了铝土矿硫酸法溶出的工艺条件;并在此基础上,对溶出液中的金属杂质进行去除,使其杂质含量降到了很低的水平;以除杂后的产物为原料,制取了氧化铝气凝胶,并初步研究了其制备工艺。

研究结果如下:（1）研究了研磨和焙烧等预处理手段对氧化铝溶出的影响,并分析了焙烧铝土矿的机理。

预处理的条件分别为铝土矿粒度100μm,焙烧温度650℃,焙烧时间为60min。

（2）通过单因素实验研究了硫酸法溶出氧化铝的影响因素,并用正交实验优化了工艺,最佳工艺为:溶出反应温度180℃、硫酸浓度90%、液固比为8:1、溶出反应时间120min,在此条件下,氧化铝的溶出率达到90.23%。

（3）溶出液为硫酸铝溶液,浓缩结晶分离出硫酸铝,分析可知硫酸铝中含有Al、Fe、Mg、Si、Ca、Na、K等元素。

对铝土矿和溶出液硫酸铝进行了除杂研究:钛的去除在焙烧时进行,通过添加氯化剂且在还原气氛中焙烧铝土矿可以除去钛;用DDTC络合沉淀法进行除铁,并研究其影响因素;硅的去除在硫酸溶出铝土矿后的尾液中进行,通过添加絮凝剂使硅酸自聚再分离开来;钙、镁的去除是利用其氟化物溶度积小的特点,采用NH4F为沉淀剂除去;用氨法将溶液中的铝离子沉淀并分离开来,通过反复洗脱沉淀可使钠钾离子含量降到很低的水平,逐步去除杂质后,产物中的杂质含量均降到了0.05%以下,产物纯度达到了99.91%。

化学化工C hemical Engineering浅谈如何提高一水硬铝石的拜耳法溶出率魏永鹏，胡占明（国家电投集团贵州遵义产业发展有限公司，贵州　遵义　５６４３００）摘 要：在氧化铝生产企业中，如何充分有效的利用资源，提高铝土矿溶出率，是一个永恒的课题，本文从矿石的性质和溶出作业条件两方面入手，探讨了影响一水硬铝石型拜耳法溶出率的主要因素，并根据实际生产实践和矿石溶出性能实验，分析了在实际生产中如何提高氧化铝溶出率，对生产有较强的指导意义。

关键词：资源；溶出率；生产实践；性能实验；一水铝石中图分类号：ＴＦ８２１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）１８－０１３２－３How to improve the dissolution rate of diaspore by Bayer processWEI Yong-peng, HU Zhan-ming（Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｚｕｎｙｉ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．　ｏｆ　ｓｔａｔｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｇｒｏｕｐ，　Ｚｕｎｙｉ　５６４３００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ　ａｌｕｍｉｎａ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，　ｈｏｗ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｆｕｌｌ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｂａｕｘｉｔｅ　ｉｓ　ａｎ　ｅｔｅｒｎａｌ　ｔｏｐｉｃ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｄｉａｓｐｏｒｅ　Ｂａｙｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｏｒｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，　ａｎｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　ｏｒｅ　ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，　Ｈｏｗ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎａ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ，　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｓｔｒｏｎｇ　ｇｕｉｄｉｎｇ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Keywords:　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ；　Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｒａｔｅ；　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ；　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｔｅｓｔ；　Ｇｉｂｂｓｉｔｅ　ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ铝土矿，指工业上能够利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。

1、温度对溶出反应的影响机理从动力学方面看，铝土矿溶出过程是复杂的多相反应，溶出反应的速度在高温下( >215℃)下受扩散过程控制多相反应扩散动力学方程式表示为:式中：ds/dt—某一瞬间的溶出速度； D—扩散系数； S—反应相界面面积； C平衡—平衡温度时平衡溶液中的浓度； C溶液—溶液某一瞬间溶液中浓度；—扩散层厚度而扩散系数为/3DRTndu式中：T—溶出温度； d—扩散点直径； R—气体常数； n—阿伏加德罗常数； u—扩散介质的粘度从上述关系可看出提高溶出温度可以提高溶出速度，另外，溶出反应又属于化学反应，根据阿仑乌尼斯方程式即化学反应速度与温度的关系式:ln/KERTC从上式可知，提高温度可以提高反应速度大量的科学实验和长期的生产实践也表明，溶出速度无论是受反应速度还是受扩散速度所限制，它总是随着温度升高而增加，且其规律是温度每升高10℃，溶出速度约提高1.5倍。

温度对溶出的影响如图1。

图1 温度对溶出的影响(条件:一水硬铝石型铝土矿)2、影响溶出温度的因素2.1单管及压煮器管束结疤严重一水硬铝石型铝土矿在溶出过程中，其所含的氧化铝水合物及杂质和循环母液发生化学反应，生成溶解度小的化合物绝大部分进入赤泥中，有少量化合物在流程中结晶析出并沉积在管壁上容器表面上或加热管束上形成结疤，结疤是热的不良导体，它的存在大大减小了管壁的传热系数，降低了传热效率，严重影响溶出温度的提高，而且该厂所使用矿石中氧化硅含量比较高，使的管束结疤速度加快，约 30天厚度为1mm 工人们现在清理结疤采用火烧法，清理不彻底(结疤清除率约50% )，加之生产上为了保证溶出效率，使得压煮器得不到及时清理，由原来设计每台压煮器个月清理一次，变成3个月清理一次，有的甚至长达9个月清理一次这些问题严重制约着压煮器升温，从而影响溶出效果。

2.2冷凝水系统不畅单管或者加热管束内的冷凝水如果不能及时排出，进入的加热蒸汽量小，同时减少了传热面积，导致不能更好的进行热交换，温度就提不上去造成冷凝水排放不畅的主要原因:一是冷凝水排放管或疏水阀堵二是由于疏水阀或型阀阀芯脱落造成冷凝水不畅三是由于冷凝水泵或其它问题造成水送不出去。

一水硬铝石溶出性能的研究牟志远;崔雅茹;苏静【摘要】采用拜耳法对某地区铝土矿进行了溶出性能研究,探讨了原矿配料分子比、循环母液浓度和石灰添加量对矿石溶出性能的影响,研究结果显示,适当提高配料分子比、石灰添加量及循环母液浓度,溶出率会增大.控制配料分子比在1.4～1.5之间、石灰添加量在8.5%～16%时,最佳的相对溶出率可以达到95.19%.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2010(039)006【总页数】4页(P26-28,32)【关键词】一水硬铝石;溶出;分子比;石灰添加量【作者】牟志远;崔雅茹;苏静【作者单位】西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西,西安,710055;中铝遵义氧化铝有限公司,贵州,遵义,563100;西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西,西安,710055;中铝遵义氧化铝有限公司,贵州,遵义,563100【正文语种】中文【中图分类】TD3251 引言拜尔法作为目前氧化铝生产的最主要方法,在处理低硅铝土矿时具有流程简单、作业方便、能量消耗低、产品质量好等优点。

而拜尔法的实质就是下一反应在不同条件下的交替进行:Al2O3· (1或3)由此可见,铝土矿溶出的目的就是将其中的氧化铝充分溶解而进入铝酸钠溶液,同时要得到苛性比值尽可能低的溶出液和具有良好沉降性能的赤泥,以提高拜尔法的循环效率,为后续工序创造良好的作业条件。

所以,矿石的溶出性能对拜尔法生产起着至关重要的作用。

为了给氧化铝建设项目提供可靠的设计及生产技术参数,受某氧化铝有限公司的委托,就某地区铝土矿采用拜耳法生产时的拜耳法溶出性能等进行试验研究,主要探讨了原矿配料分子比、循环母液浓度和石灰添加量对矿石溶出性能的影响。

2 实验原料设备及方法2.1 实验原料实验所用铝土矿、铝酸钠溶液及石灰的化学成分如表1、2、3所示。

表1 铝土矿的化学成分Tab.1 Chemical composition of Bauxite1#铝土矿 /%64.19 9.36 3.32 0.19 2.72 0.03 13.56 1.63 0.46 0.27 0.069 0.0362#铝土矿 /%65.21 9.02 4.80 0.020 2.90 / 13.68 / / / / /表2 铝酸钠溶液的学成分 g/LTab.2 Chemical composition of sodium aluminates solution类别NT AO Nk αk循环碱液 1# 257.5 138.88 231.8 2.74循环碱液 2# 270.2 143.74 241.0 2.74循环碱液 3# 280.76 151.04 252.0 2.74洗液 41.2 38.63 34.0 1.44表3 石灰的化学成分Tab.3 Chemical composition of lime2.2 实验设备铝土矿高压溶出是在以熔盐为加热介质、容积为 150 mL的钢弹式高压釜中进行的,转速为 45 r/min,用水银温度计测定熔盐温度,实验规模为100 mL。

适合我国一水硬铝石铝土矿特点的烧结法高浓度熟料溶出工艺
可行性研究
芦东;张元坤;张生
【期刊名称】《世界有色金属》
【年(卷),期】2005(000)001
【摘要】依据我国铝土矿石特点,发挥烧结法优势,优化烧结法生产,经济性地提高烧结法产量,并进一步地节约烧结法能耗是我国烧结法及混联法氧化铝生产工艺急需解决的问题之一.实现高熟料铝硅比烧结、高浓度熟料溶出可以促进精液浓度提高,减少湿法系统物料流量,达到提高产能、增加产量、降低成本的目的.本文通过对国内外高浓度熟料溶出发展和影响烧结法高浓度溶出的因素进行分析研究,依据我国铝土矿石特点确定了高熟料铝硅比的物料配方;分析了温度、溶出苛性比对溶出和分离的影响机理及规律;提出了适合高浓度熟料溶出的溶出条件和浓度控制范围,对生产有一定的指导意义.
【总页数】5页(P34-38)
【作者】芦东;张元坤;张生
【作者单位】中铝股份河南分公司氧化铝厂;中铝股份河南分公司氧化铝厂;中铝股份河南分公司氧化铝厂
【正文语种】中文
【中图分类】TF8
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В.Я.Абрамов;Н.И.Ерёмин;曹文智
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