NaOH亚熔盐法处理拜尔法赤泥的铝硅行为_孙旺
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108拜耳法生产氧化铝高压溶出过程有机物研究赖智敏(中国铝业股份有限公司广西分公司,广西 平果 531400)摘 要:采用拜耳法制备氧化铝这一工艺具有成本低、速率快、质量佳等技术优势,但在高压溶出的过程中,容易常出现有机物问题,当生成的有机物不断聚集,就可能对氧化铝的制备生产造成负面影响。
因此为提高生产效率,就需要明确有机物的来源、累积行为,并采取具有针对性的应对措施,来改善这一方面的问题。
基于此,本文就针对拜耳法制备氧化铝的高压溶出中所产生的有机物展开探讨,着重分析了其来源及累积过程,在此基础上提出几个去除有机物的对策,希望能为相关认识提供些许参考。
关键词:拜耳法;氧化铝;高于;有机物;溶出中图分类号:TF821 文献标识码:A 文章编号:11-5004(2020)02-0108-2收稿日期:2020-01作者简介:赖智敏,男,生于1990年,汉族,江西赣州人,本科,助理工程师,研究方向:冶金工程。
拜耳法是碱法制备氧化铝工艺的一种,也是目前应用最为广泛的,尤其是针对三水型铝土以及低硅含量铝土矿,拜耳法更是首选,能够在简便、快捷以及低能耗的情况下生产出更加高质量的氧化铝[1]。
其制备原理以碱法为基础,就是通过氢氧化钠或碳酸钠来对铝土矿进行处理,从而将铝矿中的铝元素通过溶解、转换得到铝酸钠。
而铝矿中的含有的铁元素、钛元素以及大部分的硅元素等杂质则会变为不能溶解的化合物残渣,因其中还有大量红色的氧化铁,这些残渣又称为赤泥,将赤泥和铝酸钠溶液进行分离,再进行洗涤、回收,从过滤好残渣后的铝酸钠溶液通过解析得到氢氧化铝,最后再和母液分离、焙烧等,最终得到氧化铝。
总体来看,这是一种成本低、操作简便、低污染等化工生产工艺。
1 拜耳法的工艺流程目前拜耳法已成为制备氧化铝的常用工艺手段,它是由著名化学家拜耳(奥地利)所发明,其工艺流程主要分为以下两部分。
(1)常温状态下,使铝酸钠溶液中的氧化钠及氧化铝摩尔比控制在1.8,通过充分搅拌,使其张红的氢氧化铝转化成晶种,这样溶液的氧化铝就能够通过氢氧化铝的方式析出,这也就是铝酸钠的晶种分解工艺。
轻金属冶金学习题1.铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型可以分为:三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型、刚玉以及混合型铝土矿。
2.按照氧化铝的物理特性,可将其分成粉状、中间状和砂状三种。
3.生产氧化铝的方法可大致分为碱法、酸法、酸碱联合法和电热法。
4.碱法生产氧化铝又有拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳—烧结联合法等多种流程。
5.拜耳-烧结联合法根据其工艺流程可分为并联法、串联法和混联法。
1.铝土矿的铝硅比:铝土矿的铝硅比是指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的质量分数比,即A/S=矿石中的氧化铝质量分数/矿石中的二氧化硅质量分数。
通常写为:A/S=ω(Al2O3)/ω(SiO2)。
2.拜耳法:拜耳法是直接利用含有大量游离苛性碱的循环木业处理铝土矿,溶出其中氧化铝得到铝酸钠溶液的,往铝酸钠溶液中添加氢氧化铝(晶种)经长时间搅拌便可分解洗出氢氧化铝结晶。
分解母液经蒸发后再用于溶出下一批铝土矿。
3.碱石灰烧结法:碱石灰烧结法师在铝土矿中胚乳石灰石(或石灰)、纯碱(含大量碳酸钠的碳分母液),在高温下烧结得到含有固态铝酸钠的熟料,用水或稀碱液溶出熟料得出铝酸钠溶液。
铝酸钠溶液脱硅净化后,通入二氧化碳气体便可分解结晶氢氧化铝。
分解后的母液经蒸发后循环使用。
1.我国铝土矿的特点有哪些?(5分)我国铝土矿的特点是:资源丰富,储量大(1分);高铝、高硅、低铁;铝硅比较低,中低品位铝土矿居多,多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿(3分)。
矿石的铝硅比多数在4~7之间,铝硅比在10以上的优质铝土矿相对少些(1分)。
6.工业铝酸钠溶液的主要成分是NaAl(OH)4、NaOH、Na2CO3、Na2SO4等。
通常把NaAl(OH)4和NaOH形态存在的Na2O叫做苛性碱,以Na2CO3形态存在的Na2O叫做碳酸碱,以Na2SO4形态存在的Na2O叫做硫酸碱。
以Na2O K和Na2O C 形态存在的碱的总和称为全碱。
7.在拜耳法生产过程中,循环母液的主要成分有NaOH、NaAlO2、Na2CO3和Na2SO4。
高铁高硅铝土矿拜耳法生产氧化铝试验研究张正林;熊林;徐强【摘要】目前广西氧化铝生产的铝土矿其氧化铝含量52%~54%,铝硅比9左右.由于铝土矿资源的减少,对低品位的铝土矿使用成为解决资源短缺的主要措施.文章针对拜耳法氧化铝生产工艺进行了低品位铝土矿生产氧化铝试验,溶液为广西氧化铝生产企业的母液,采集制备铝硅比为6.9的低品位铝土矿矿样,根据铝土矿高铁高硅的物相性质,不同条件下的溶出试验、赤泥分离沉降试验.经过试验研究,高铁高硅的铝土矿只要采取合适的生产技术条件,完全满足拜耳法氧化铝生产工艺.该试验研究解决了铝土矿资源相关不足的问题,对氧化铝生产应用具有积极意义.【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2019(021)006【总页数】6页(P21-25,56)【关键词】铝土矿;氧化铝;溶出;沉降【作者】张正林;熊林;徐强【作者单位】中国铝业股份有限公司广西分公司,广西平果 531499;中国铝业股份有限公司广西分公司,广西平果 531499;浙江大学浙江加州国际纳米技术研究院,浙江杭州 310058【正文语种】中文【中图分类】TF81 前言广西的氧化铝生产都采用的是拜耳法技术生产,其设计生产对铝土矿的要求是氧化铝含量大于56%,A/S在12左右。
经过近十多年的生产开采,铝土矿也不断减少,目前已探明可使用的铝土矿的使用年限约7~10年,并且品位也大幅度降低,经过十多年的生产实践及技术进步,广西各企业有效的使用各类铝土矿,对不同品位的铝土矿进行掺配使用,目前使用的铝土矿的质量为:氧化铝含量>(52%~54%),A/S=(9±0.5)。
整体上来看,中国铝土矿资源较为丰富,铝土矿保有基础储量在世界上居第七位,储量在世界上居第八位[1]。
截至到2006年,保有的资源储量为27.76亿吨,其中储量5.42亿吨,基础储量7.42亿吨,资源量20.35亿吨,主要分布在山西、河南、广西、贵州4省区,其资源储量占全国的90.9%,其中广西占15.5%,百色市累计查明资源储量7.136亿吨,占广西资源储量总量 99.67%;其中,县域分布最多为靖西市 3.012亿吨,占百色市资源储量总量42.07%;其次平果县2.381亿吨,占百色市资源储量总量33.26%;再次为德保县1.063亿吨,占百色市资源储量总量 14.85%。
回顾:拜耳法与碱石灰烧结法一、原理拜耳法:K. J. Bayer 1889-1892 提出, 实质为两项专利:•低温低ακ铝酸钠溶液, 加晶种时AH析出;•高温高ακ铝酸钠溶液, 铝土矿的溶出。
实质:使下列反应在不同的条件下朝不同方向交替进行Al2O3(1或3)H2O + 2NaOH + aq 2NaAl(OH)4 + aq碱石灰烧结法:1. 高温焙烧把铝土矿中的Al2O3与加入的纯碱Na2CO3反应形成易溶于水或稀碱的固体铝酸钠(Na2O·Al2O3),同时使杂质硅、铁、钛等生成原硅酸钙(2CaO·SiO2)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3)、钛酸钙(CaO·TiO2)等。
2. 用调整液溶出熟料中的Na2O与Al2O3,得到铝酸钠溶液,与进入赤泥的原硅酸钙、钛酸钙以及Fe2O3·H2O等不溶性残渣分离。
3. 熟料的溶出液(粗液)进行专门的脱硅净化,脱硅后的精液碳分产出Al2O3。
碳分母液蒸发浓缩后返回配料。
二、流程拜耳法:四个循环,六个工序原矿浆制备、高压溶出(循环一)、溶出矿浆稀释和赤泥分离和洗涤(循环二)、晶种分解(循环三)、AH分级与洗涤、AH煅烧、母液蒸发及苛化(循环四)等。
碱石灰烧结法:九个工序,六个比九个工序:生料浆制备;熟料烧结;熟料溶出;赤泥分离及洗涤;粗液脱硅;精液碳酸化分解;氢氧化铝分离与洗涤;氢氧化铝的煅烧;分解母液蒸发浓缩六个比:碱比(Na2CO3/Al2O3+Fe2O3);钙比(CaO/SiO2);铝硅比(A/S);铁铝比(F/A);生料浆液固比;溶出液固比三、溶出主要反应拜耳法:1.主反应:三水铝石:Al(OH)3 + NaOH + aq = NaAl(OH)4 + aq一水铝石:AlOOH + NaOH + aq = NaAl(OH)4 + aq2. SiO2:溶解:Al2O3·2SiO2·2H2O + 6NaOH + aq → 2NaAl(OH)4 + 2Na2SiO3 + aq析出: 1.7Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4+ aq → Na2O·Al2O3·1.7SiO2·H2O↓+ 3.4NaOH + H2O①引起Al2O3和Na2O 的损失;②形成钠硅渣,进入成品AH,影响产品质量;③钠硅渣在生产设备和管道上,特别是在预热器、压煮器等换热设备表面上析出成为结疤,使传热系数大大降低,增加能耗和清理工作量。
拜耳法赤泥中氧化铝回收方法研究与应用
陈映;赵加平;王红光;卞磊
【期刊名称】《云南冶金》
【年(卷),期】2022(51)2
【摘要】拜耳法氧化铝赤泥中还含有20%左右的氧化铝,传统的方法是将拜耳法的赤泥当做烧结法的原料,回收赤泥中的氧化铝。
由于烧结逐渐被淘汰,赤泥中的氧化铝也得不到回收。
研究并应用了利用赤泥粒度分级、粗粒度赤泥返回流程溶出的方法将拜耳法赤泥中的氧化铝部分回收回来,具有工艺简单、成本低的特点,有效降低外排赤泥氧化铝含量。
【总页数】5页(P91-95)
【作者】陈映;赵加平;王红光;卞磊
【作者单位】云南文山铝业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TF821
【相关文献】
1.高分子絮凝剂在拜耳法生产氧化铝赤泥沉降中的应用
2.拜耳法赤泥中回收氧化铝的工艺
3.基于氧化铝赤泥的拜耳法回收再利用技术研究
4.拜耳法赤泥的湿法处理——从高苛性比铝酸钠溶液中回收氧化铝
5.拜耳法氧化铝赤泥中稀土金属赋存状态研究
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第39卷第5期2020年5月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETINOFTHECHINESECERAMICSOCIETYVol.39㊀No.5Mayꎬ2020高碱性拜耳法赤泥碳酸化脱碱及其机理研究苏泽林ꎬ王东波ꎬ黄纤晴ꎬ李㊀想ꎬ余㊀昕ꎬ黄㊀莹ꎬ冯庆革ꎬ柏秀奎(广西大学资源环境与材料学院广西钙基材料协同创新中心ꎬ南宁㊀530004)摘要:利用二氧化碳对高碱性拜耳法赤泥进行碳酸化脱碱实验ꎬ研究了反应体系压力㊁时间㊁温度和液固比对赤泥脱碱效果的影响ꎬ并对其反应机理进行探讨ꎮ结果表明ꎬ室温下ꎬ在反应压力为0.6MPaꎬ反应时间为60minꎬ液固比为7的反应条件下ꎬ碱溶出率为6.99%ꎮ拜耳法赤泥中的碱主要以两种形式存在ꎬ一是以NaOH㊁NaCO3为主的游离态碱ꎬ二是以钙霞石为主的结合态碱ꎮ其脱碱机理主要是通过碳酸化作用脱除赤泥中的游离态碱ꎬ部分钙霞石与碳酸反应生成可溶性钠盐ꎮ关键词:二氧化碳ꎻ赤泥ꎻ碳酸化ꎻ脱碱ꎻ钙霞石中图分类号:X756㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1001 ̄1625(2020)05 ̄1547 ̄06ResearchonDealkalizationandMechanismofHigh ̄alkalineBayerProcessRedMudbyCarbonationSUZelinꎬWANGDongboꎬHUANGXianqingꎬLIXiangꎬYUXinꎬHUANGYingꎬFENGQinggeꎬBAIXiukui(GuangxiCooperativeInnovationCentreforCalcium ̄basedMaterialsꎬSchoolofResourcesꎬEnvironmentandMaterialsꎬGuangxiUniversityꎬNanning530004ꎬChina)Abstract:Thecarbonationanddealkalizationexperimentsofhigh ̄alkalineBayerprocessredmudwerecarriedoutwithcarbondioxide.Theeffectsofreactionpressureꎬtimeꎬtemperatureandliquid ̄solidratioonthedealkalizationoftheredmudwerestudiedꎬandthereactionmechanismwasalsodiscussed.Theresultsshowthatundertheconditionsofpressureof0.6MPaꎬreactiontimeof60minꎬroomtemperatureandliquid ̄solidratioof7ꎬthealkalidissolutionrateis6.99%.TherearemainlytwoformsofalkaliinBayerprocessredmudꎬoneisthefreestatebasedominatedbyNaOHandNaCO3ꎬtheotheristhecombinationstatebaseformedbybauxiteandstrongalkalisolution.ThemechanismofcarbonationanddealkalizationofhighlyalkalineBayerprocessredmudistoremovefreealkaliinredmudthroughcarbonationꎬandsomecancrinitereactswithcarbonationtoformsolublesodiumsalt.Keywords:carbondioxideꎻredmudꎻcarbonationꎻdealkalizationꎻcancrinite基金项目:国家自然科学基金(51762004)ꎻ广西自然科学基金(2017GXNSFAA198205)ꎻ广西创新驱动项目(桂科AA17204066)ꎻ广西钙基材料协同创新研究(GJZX2020 ̄6)作者简介:苏泽林(1992 ̄)ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎮ主要从事固体废弃物处理与资源化利用方面的研究ꎮE ̄mail:suzelin6@163.com通讯作者:王东波ꎬ博士ꎬ副教授ꎮE ̄mail:w121308@163.com0㊀引㊀言拜耳法生产氧化铝是在一定的温度和高压条件下ꎬ以NaOH溶液溶出铝土矿ꎬ得到铝酸钠浆液ꎬ产生的固体废物称为赤泥ꎮ拜耳法赤泥具有碱性高㊁化学成分复杂㊁渗透性低和分散性高等特点ꎬ其高碱性可能造成土地碱化㊁沼泽化和地下水污染等环境问题[1 ̄2]ꎮ通常ꎬ每生产1吨氧化铝将产生1~2.5吨的赤泥ꎬ全球每年以拜耳法工艺生产氧化铝而形成的赤泥产量接近1.5亿吨[3]ꎬ截止2015年全球赤泥堆存量超过40亿吨[4]ꎮ中国是氧化铝的主要生产国ꎬ赤泥年产量达7000万吨ꎬ占全球产量的46.7%[5 ̄6]ꎬ但仅有4%的赤泥能作为路基材料㊁吸附剂㊁絮凝剂等被利用ꎮ赤泥的高碱度是影响赤泥回收利用的主要原因ꎮ研究赤泥脱碱的方法ꎬ对赤泥综合利用和降低环境污染风险具有重要意义ꎮ目前赤泥脱碱方法有水1548㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷洗[7]㊁钙化碳酸化[8 ̄11]㊁酸中和[12 ̄13]㊁碳酸化[14 ̄16]和生物改良[6ꎬ17]等ꎬ其中碳酸化脱碱是一个价格低廉和较为安全的反应过程ꎬ能够形成热力学稳定的产物[18]ꎮ同时ꎬ碳酸化脱碱一方面能够降低赤泥的碱度ꎬ另一方面还能消耗CO2ꎬ减少大气中的温室气体[19]ꎬ利用CO2进行碳酸化脱碱的方法逐渐受到重视ꎮ碳酸化脱碱的反应机理目前尚未明确ꎬ本文利用CO2对高碱性拜耳法赤泥直接进行碳酸化脱碱研究ꎬ实验过程中考察了反应体系压力㊁时间㊁温度和液固比对赤泥脱碱效果的影响ꎬ并对其反应机理进行探讨ꎮ1㊀实㊀验1.1㊀实验材料拜耳法赤泥取自中国铝业广西平果铝业公司ꎬ其化学成分分析结果如表1所示ꎬ主要化学成分为Fe2O3㊁Al2O3㊁CaO㊁SiO2㊁Na2Oꎬ其次是TiO2㊁SO3及少量的有价金属ꎮ表1㊀拜耳法赤泥主要化学成分Table1㊀MainchemicalcompositionoftheredmudCompositionCaOFe2O3SiO2MgOAl2O3Na2OTiO2SO3TracesTotalContent/%20.9023.9013.400.3419.309.906.110.661.2195.721.2㊀实验方法称量10g赤泥置于微型反应釜中ꎬ按一定质量体积比加入去离子水ꎬ通入CO2ꎬ反应过程机械搅拌500r/minꎮ反应结束后ꎬ将赤泥浆液离心分离ꎬ碳酸化后赤泥(CRM)烘干至恒重ꎻ测定上清液pH值ꎬ采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP ̄AES)测定Na+含量ꎬ并以Na+含量变化表示碱溶出率ꎮ赤泥的化学成分采用S8 ̄TIGER型X射线荧光光谱仪测定ꎬ物相分析采用DX ̄2007A型X射线衍射仪(XRD)测定ꎬ微观形貌采用SU8020型场发射扫描电镜进行观察ꎬ表面官能团采用NicoletiS50型傅里叶变换红外光谱仪测定ꎬpH值采用SG型便携式多参数测试仪进行测定ꎮ考察反应压力㊁反应时间㊁反应温度和液固比对拜耳法赤泥碳酸化后Na+含量的影响ꎮ2㊀结果与讨论2.1㊀反应条件对碱溶出率的影响2.1.1㊀反应体系压力在室温ꎬ液固比为3ꎬ反应时间为60min的条件下ꎬ反应体系压力对碱溶出率的影响结果如图1(a)所示ꎮ反应体系压力对碱溶出率无显著影响ꎬ将反应体系压力从0.2MPa提高至1.0MPaꎬ碱溶出率仅小幅增加ꎬ保持在2.50%左右ꎮ这是由于游离态碱溶出达到溶解平衡后ꎬ弱酸难以与结构稳定的结合态碱性物质发生反应ꎬ故碱溶出率相对较低ꎮ图1㊀反应体系压力和反应时间对碱溶出率㊁pH值的影响Fig.1㊀EffectofreactionpressureandtimeonalkalidissolutionrateandpHvalue㊀第5期苏泽林等:高碱性拜耳法赤泥碳酸化脱碱及其机理研究1549由图1(a)可知ꎬ随着反应体系压力的增大ꎬpH值降幅呈先大后小的趋势ꎬ这一现象符合亨利定律ꎬ如方程(1)所示ꎮ反应釜内CO2的气体分压(PCO2)决定了气体在赤泥浆液中的溶解度([CO2])[20]ꎮ压力小于0.2MPa时ꎬpH值下降明显ꎬ压力超过0.6MPa后ꎬpH值稳定在6.30ꎮ[CO2]=KCO2ˑPCO2(1)其中ꎬKCO2为亨利常数ꎬPCO2为CO2分压ꎮ2.1.2㊀反应时间在反应体系压力为0.6MPaꎬ液固比为3ꎬ室温的条件下ꎬ反应时间对碱溶出率的影响见图1(b)ꎮ如图1(b)所示ꎬ在未通入CO2时ꎬ游离态碱溶于水中ꎬ碱溶出率随着反应时间的延长仅有小幅增加并稳定在1.50%ꎮ通入CO2后ꎬ碱溶出率随着反应时间的延长而增大ꎬ反应时间达到240min时碱溶出率为3.62%ꎬ240min以后碱溶出率增幅减缓ꎬ至300min时碱溶出率为3.85%ꎬ较240min时仅增加了0.23%ꎮ这是由于反应初期ꎬ赤泥颗粒表面附着的游离态碱在浆液中能够快速溶出ꎬ随着反应的进行结合态碱缓慢溶出ꎬCO2与结合态碱在赤泥颗粒表面发生反应ꎬ形成碳酸盐层阻碍了结合态碱的溶出ꎬ导致了反应效率下降ꎮ在反应240min后ꎬ与CO2发生反应的碱性物质已基本反应完全ꎬ延长反应时间ꎬ碱溶出率无明显提高ꎮ由图1(b)可以看出ꎬ在未通入CO2时ꎬpH值随反应时间的延长变化不明显ꎬ稳定在10.55ꎮ通入CO2后ꎬpH值在反应60min时已经由10.69降低至6.48ꎬ随后保持不变ꎮ这是由于反应初期ꎬ赤泥浆液中游离态的碱性物质较多ꎬ与CO2发生反应导致pH值迅速降低ꎻ随着反应的进行ꎬ游离态的碱性物质减少ꎬ反应达到平衡ꎬ体系pH值保持稳定ꎮ2.1.3㊀反应温度在液固比为3ꎬ反应体系压力为0.6MPaꎬ时间为60min的条件下ꎬ考察了温度对碱溶出率的影响ꎮ如图2(a)所示ꎬ在未通入CO2时ꎬ碱溶出率随着温度的升高呈先增加后减小的趋势ꎮ通入CO2后ꎬ随着温度的升高ꎬ碱溶出率呈先增加后减小的趋势ꎮ这是由于升高温度能够加快反应速率ꎬ碱溶出率随之提高ꎬ但温度升高的同时降低了CO2在液相中的溶解度ꎬ导致了碱溶出率降低ꎮ由图2(a)可知ꎬ在未通入CO2时ꎬ温度的变化对pH值没有影响ꎮ通入CO2后ꎬ随着温度的升高ꎬpH值呈现先降低后升高的趋势ꎬ这是由于随着温度的升高ꎬ脱碱反应速率加快ꎬpH值快速降低ꎬ但温度升高减少了参与有效反应的CO2量ꎬ导致了pH值没有持续降低ꎬ而是有所回升ꎮ温度的升高ꎬ同时也影响了赤泥中碱性物质的溶解度ꎬ温度升高有利于碱性物质溶解在浆液中ꎬ这也是导致pH值升高的原因ꎮ图2㊀反应温度和液固比对碱溶出率㊁pH值的影响Fig.2㊀Effectofreactiontemperatureandliquid ̄solidratioonalkalidissolutionrateandpHvalue2.1.4㊀液固比在反应体系压力为0.6MPaꎬ时间为60minꎬ室温的条件下ꎬ不同液固比对拜耳法赤泥碱溶出率的影响结果如图2(b)所示ꎮ在未通入CO2时ꎬ碱溶出率随着液固比的增大而增大ꎬ增幅呈先大后小的变化规律ꎮ通入CO2后ꎬ碱溶出率随着液固比的增加先增大后趋于稳定ꎮ当液固比(体积质量比ꎬmL/g)为2时ꎬ碱溶出率为1.39%ꎻ当液固比增加到7时ꎬ碱溶出率增加到6.99%ꎬ继续增加液固比ꎬ碱溶出率增幅不大ꎮ当液固1550㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷比从2增加至7时ꎬ碱溶出率迅速升高ꎬ这是由于随着液固比的增加ꎬ游离态碱与结合态碱持续溶出直至反应达到平衡ꎮ由图2(b)可知ꎬ在未通入CO2时ꎬ随着液固比的增大ꎬpH值基本不变ꎬ稳定在10.50ꎮ通入CO2后ꎬpH值随着液固比的增大迅速下降ꎬ在液固比为7时达到平衡ꎮ当液固比较小时ꎬCO2在液相中溶解度有限ꎬCO2在赤泥浆液中形成碳酸与浆液中的OH-未能完全中和ꎬpH值呈现偏碱性ꎻ当液固比大于7时ꎬ溶液中酸碱充分反应达到平衡ꎬ体系pH值稳定在6.50ꎮ2.2㊀碳酸化反应前后赤泥结构表征2.2.1㊀XRD分析赤泥的XRD分析结果见图3(a)ꎬ赤泥的主要矿物组成为钙霞石(Ca ̄Cancrinite(Na6Ca2Al6Si6O24(CO3)2 2H2O))㊁三水铝石(B ̄Bayerite(Al(OH)3))㊁硬水铝石(D ̄Diaspore(AlO(OH)))㊁水钙铝榴石(K ̄Katoite(Ca3Al2(SiO4)(OH)8))㊁方解石(Cl ̄Calcite(CaCO3))㊁赤铁矿(H ̄Hematite(Fe2O3))和钛铁矿(I ̄Ilmenite(FeTiO3))ꎮ反应后方解石衍射强度得到加强ꎬ水钙铝榴石的衍射强度减弱ꎬ赤铁矿㊁钙霞石等矿物相的衍射强度变化不明显ꎬ表明CO2与赤泥中的碱性物质发生反应ꎬ生成方解石(CaCO3)等产物ꎮ图3㊀碳酸化前后赤泥的XRD谱和红外光谱Fig.3㊀XRDpatternsandFT ̄IRspectraofredmudbeforeandaftercarbonation2.2.2㊀FT ̄IR分析碳酸化反应前后赤泥的红外光谱见图3(b)ꎮ从FT ̄IR结果中可以看出ꎬ反应前后赤泥在波数1510cm-1处均存在C=O键的反对称伸缩振动吸收峰ꎬ反应后的吸收峰得到强化ꎬ这是由于产物中碳酸盐的C=O键引起了反对称伸缩振动ꎻ反应前后赤泥在波数878cm-1处同时存在C=O键的面外弯曲振动吸收峰ꎬ反应后的赤泥在波数878cm-1处吸收峰得到强化ꎮ在反应前后赤泥中均存在C=O键反对称伸缩振动和面外弯曲振动[21]ꎬ表明原赤泥中存在碳酸盐ꎬ矿物相中含有方解石也证明C=O键的存在ꎮ2.2.3㊀微观形貌分析碳酸化反应前后赤泥的SEM ̄EDS如图4所示ꎮ由图4(a)可知ꎬ原赤泥颗粒致密且表面含有细小颗粒ꎬ相对无序ꎻ如图4(b)所示ꎬ碳酸化后赤泥颗粒表面松散且细小颗粒减少ꎮ这是由于赤泥中的钙霞石与CO2在颗粒表面发生反应ꎬ生成碳酸盐或碳酸氢盐ꎬ改变了赤泥的表面性质所致ꎮEDS结果表明ꎬ原赤泥富含Al㊁Si㊁Ca和Naꎬ与XRD分析中含有矿物相钙霞石结果一致ꎮ碳酸化后赤泥中Al㊁Si和Na含量下降ꎬ碳酸化后赤泥的Na含量从7.33%下降至3.22%ꎬCa含量从8.36%上升至13.83%ꎬ这与矿物相方解石的XRD分析结果相一致ꎮ2.3㊀机理分析拜耳法赤泥中的碱主要以两种形式存在ꎬ一是以NaOH㊁NaCO3为主的游离态碱ꎬ二是铝土矿与强碱溶液形成的结合态碱ꎮ赤泥碳酸化脱碱分为两个过程ꎬ第一个过程是通入反应釜中的CO2在赤泥浆液中形成碳酸并与赤泥颗粒表面游离的OH-发生反应ꎬ反应如方程式(2)所示[22]ꎮ2OH-(aq)+CO2(aq)=CO2-3+H2O(2)㊀第5期苏泽林等:高碱性拜耳法赤泥碳酸化脱碱及其机理研究1551第二个过程是CO2与处于稳定状态的钙霞石㊁水钙铝榴石不溶性碱发生反应ꎬ生成碳酸盐或碳酸氢盐ꎮOH-的消耗ꎬ导致了上清液中pH值迅速下降ꎮ反应生成的CO2-3与赤泥浆液中浸出的Ca2+发生反应形成CaCO3沉淀ꎬ破坏了CO2的溶解平衡ꎬ使CO2进一步溶于浆液中ꎬ促进了赤泥中游离态碱和结合态碱的溶解ꎮ采用CO2对拜耳法赤泥进行碳酸化反应ꎬ可能发生的化学反应如下[10ꎬ11ꎬ23 ̄24]:Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3(3)Na6[Al6Si6O24] 2CaCO3+26H2O↔6Na++2Ca2++8OH-+2HCO-3+6Al(OH)3+6H4SiO4(4)Ca3Al2(SiO4)(OH)8+12H+=3Ca2++2Al3++H4SiO4+8H2O(5)Ca2++CO2(aq)+2OH-(aq)=CaCO3(s)+H2O(6)图4㊀碳酸化前后赤泥SEM ̄EDS图Fig.4㊀SEM ̄EDSimagesofredmudbeforeandaftercarbonation3㊀结㊀论本文对高碱性拜耳法赤泥进行了碳酸化脱碱研究ꎬ考察了不同反应条件对赤泥碱溶出率和pH值的影响ꎬ结合碳酸化反应前后的赤泥形貌和物相分析ꎬ探讨了赤泥经碳酸化脱碱的机理ꎮ(1)碳酸化可以降低赤泥pH值和碱度ꎬ消耗可溶性碱性阴离子ꎮ在室温ꎬ压力为0.6MPaꎬ时间为60minꎬ液固比为7时ꎬ赤泥碱溶出率为6.99%ꎮ通过延长反应时间㊁升高温度和增大液固比均能提高赤泥碳酸化脱碱效果ꎮ(2)碳酸化脱碱的机理主要是通过碳酸化作用脱除赤泥中的游离态碱ꎬ部分钙霞石与碳酸反应生成可溶性钠盐ꎮ赤泥中主要结合态碱性矿物相钙霞石结构稳定ꎬ直接碳酸化难以完全去除ꎮ(3)利用CO2对赤泥脱碱的同时实现封存CO2ꎬ该方法可以降低碳排放和实现赤泥综合利用ꎬ是非常有潜力的研究方向ꎮ参考文献[1]㊀MayesWMꎬBurkeITꎬGomesHIꎬetal.Advancesinunderstandingenvironmentalrisksofredmudaftertheajkaspillꎬhungary[J].JournalofSustainableMetallurgyꎬ2016ꎬ2(4):332 ̄343.1552㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷[2]㊀SamalSꎬRayAKꎬBandopadhyayA.ProposalforresourcesꎬutilizationandprocessesofredmudinIndia ̄areview[J].InternationalJournalofMineralProcessingꎬ2013ꎬ118:43 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