鋁酸鈣的溶出性能研究.pdf

1、目前，我國(guó)鋁土礦和鐵礦石儲(chǔ)量不足的問(wèn)題日益突出，廣西高鐵鋁土礦的發(fā)現(xiàn)緩解了我國(guó)鋁土礦和鐵礦石資源的短缺，“燒結(jié)-高爐冶煉-提取氧化鋁方案”工藝是比較好的方案。以碳酸鈉溶液溶出鋁酸鈣爐渣中氧化鋁是該工藝中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，但這一過(guò)程存在著溶出率不高（約80％）、溶出時(shí)間較長(zhǎng)(約2h)、溶出用液中碳鈉濃度較高（120g·L-1）等不足之處，對(duì)溶出反應(yīng)機(jī)理的研究尚少。
　　 高爐鋁酸鈣爐渣的主要物相是12CaO·7Al2O3(簡(jiǎn)寫C

2、12A7)和γ-2CaO·SiO2（簡(jiǎn)寫γ-C2S）。本文研究了在實(shí)驗(yàn)室合成CaO-Al2O3-SiO2三元體系燒結(jié)產(chǎn)物（簡(jiǎn)稱CAS燒結(jié)產(chǎn)物）的條件，并分別采用常規(guī)溶出方式和超聲波強(qiáng)化溶出方式研究了CAS燒結(jié)產(chǎn)物在鋁酸鈉溶液中的溶出性能和溶出動(dòng)力學(xué)。主要研究結(jié)果如下：
　　 在合成溫度為1500℃、出爐溫度為100℃、保溫時(shí)間為30min、配料比CaO:Al2O3:SiO2為2.38:1:0.77的條件下，可以得到只含有12Ca

3、O·7Al2O3和γ-2CaO·SiO2且氧化鋁的溶出率較高的CAS燒結(jié)產(chǎn)物。
　　 采用四因子二次回歸正交試驗(yàn)法得到了CAS燒結(jié)產(chǎn)物中氧化鋁溶出率與溶出溫度、溶出時(shí)間、碳?jí)A濃度和液固比的關(guān)系式為：
　　 η=0.5704-3.134×105Nc2+4252×103Nc+3.377×103t+5.127×103T+5.229×102L/S4.216×105Tt
　　 超聲波頻率作用方式對(duì)氧化鋁溶出率無(wú)影響；氧化鋁

4、溶出率隨著超聲波功率的增大呈現(xiàn)先增加而后趨于平緩的趨勢(shì)，但是較高的溶出溫度和碳?jí)A濃度需要較高的超聲波功率才能起到強(qiáng)化溶出的效果；超聲波作用時(shí)間越長(zhǎng)則強(qiáng)化溶出的效果越明顯，較高的溶出溫度和碳?jí)A濃度需要較長(zhǎng)的超聲波作用時(shí)間才能起到強(qiáng)化溶出的效果；碳?jí)A濃度在60～120g·L-1時(shí)，超聲波作用下碳?jí)A濃度的變化對(duì)氧化鋁溶出率影響不明顯，45℃有超聲波作用時(shí)的氧化鋁溶出率高于75℃無(wú)超聲波作用時(shí)氧化鋁溶出率；溶出溫度在45～75℃時(shí)，溶出溫度的變

5、化對(duì)氧化鋁溶出率的影響不明顯，60g·L-1有超聲波作用時(shí)的氧化鋁溶出率高于120g·L-1無(wú)超聲波作用時(shí)氧化鋁溶出率，超聲波作用下溶出溫度對(duì)氧化鋁溶出率影響不明顯。
　　 超聲波作用可以強(qiáng)化CAS燒結(jié)產(chǎn)物的溶出，當(dāng)溶出時(shí)間為40min時(shí)有超聲波作用下碳?jí)A濃度為60g·L-1、溶出溫度為45℃的氧化鋁溶出率與無(wú)超聲波作用時(shí)碳?jí)A濃度為120g·L-1、溶出溫度為75℃的氧化鋁溶出率相同，超聲波的強(qiáng)化作用降低了碳?jí)A濃度60g·L-1

6、和溶出溫度30℃；超聲波的強(qiáng)化作用并不能使原來(lái)的最大溶出率有較大提高，只能通過(guò)降低溶出條件達(dá)到常規(guī)溶出方式下的最大氧化鋁溶出率。
　　 無(wú)超聲作用時(shí)動(dòng)力學(xué)方程為1-(2/3)x-(1-x)2/3=[0.2609exp（-2285/T）]t，表觀活化能Ea=18.99kJ·mol-1，固膜內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)D0=3.408×10-11;超聲作用動(dòng)力學(xué)方程，1-(2/3)x-(1-x)2/3=[0.2551exp(-1363/T)]t，表觀