目前,我国粉煤灰的利用主要集中在建筑、建材、农业等方面,属于低附加价值利用,尤其对于高铝粉煤灰(Al2O3含量大于30%)无疑是极大的浪费,因此高铝粉煤灰中氧化铝的有效提取,不仅能提高粉煤灰的利用价值,也可以在一定程度上缓解我国铝土矿资源的供需矛盾,具有重要的理论和实际意义。从粉煤灰中提取氧化铝的工艺通常可分为碱法、酸法和氨法。碱法主要包括石灰石烧结法和预脱硅-碱石灰烧结法;酸法主要包括硫酸法和盐酸法;氨法主要是指硫酸铵烧结法。与碱法和酸法比较,氨法具有能耗较低、反应体系为弱酸体系、提取过程是减量过程、适合处理各种类型高铝粉煤灰、尾渣可以综合利用等优点。本文针对以硫酸铝为基础物相的氧化铝生产工艺,就所涉及的氨法烧结和浸出、溶液除铁、氢氧化铝晶体生长等关键技术环节,进行了系统的试验研究,对氧化铝生产过程的动力学进行了较为深刻的分析。针对氨法烧结和浸出过程,通过试验研究和对烧结产物的性质分析,确定了适宜的磨矿条件,发现影响Al2O3提取率的最主要因素为烧结温度,其次是保温时间和升温时间。对于Al2O3含量为40.70%的粉煤灰,当烧结温度为580℃、升温时间为80min、保温时间为120min时,在本文确定的烧结产物中硫酸铝的最佳浸出条件下,可以获得83.02%的Al2O3回收率。针对粉煤灰磁选法除铁和浸出液除铁过程,开展的试验研究结果表明,采用单一的磁选法对粉煤灰进行除铁不能满足氧化铝生产的要求,需要采用黄铵铁矾法和针铁矿法联合对浸出液进行深度除铁。黄铵铁矾法除铁的适宜工艺条件为:溶液的pH值应控制在1.5,反应时间为6h,黄铵铁矾晶种加入量为80g/L。针铁矿法除铁的适宜工艺条件为:反应温度为90、铝离子浓度为40g/L、溶液pH值为2.5、反应时间为8h、采用3%的双氧水作为氧化剂、氧化剂的加入间隔时间为30min,针铁矿晶种加入量为8g/L。在此工艺条件下,浸出液中的铁离子浓度可降至14.4mg/L,能够满足下一步氧化铝生产的要求,且在整个除铁过程中铝离子几乎没有损失。针对氨水与硫酸铝反应生成氢氧化铝的晶体生长规律,就氢氧化铝形成过程中的铝离子浓度、反应温度、氨水加入方式、分散剂的加入方式、氢氧化铝晶种系数、溶液的pH值和反应时间等工艺条件开展了系统的试验研究,并借助于响应曲面法研究了影响产物(氢氧化铝)d50和粒度分布分形维数D的主要因素。发现反应温度对d50影响最大,其次是反应时间、分散剂用量和溶液pH值;影响粒度分布分形维数D的最主要因素为分散剂用量,其次是溶液pH值、反应温度和反应时间。粉煤灰生产氧化铝过程的动力学研究结果表明,硫酸铵与粉煤灰混合烧结过程可分为两个阶段,烧结过程初期受化学反应控制,后期则受界面扩散控制;黄铵铁矾法除铁和针铁矿法除铁过程同样可分为两个阶段,且各个阶段都符合二级反应速率方程;氢氧化铝晶体的生长过程可分为晶核生长和晶粒长大两部分,扩散控制机制是氢氧化铝晶核生长和晶粒长大的主导机制。