拜耳法过程硅矿物析出行为研究

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在拜耳法生产氧化铝过程中,过饱和的铝酸钠溶液结晶析出氢氧化铝的过程即为铝酸钠溶液的水解。在对国外铝土矿进行溶出试验研究时发现,溶出后的矿浆在稀释过程中铝酸钠溶液水解严重,但在溶出前进行预脱硅处理和溶出时添加CaO后,铝酸钠溶液的水解率显著下降。本文通过对纯体系铝酸钠溶液和添加CaO后硅矿物析出行为研究,揭示铝酸钠溶液稳定性的影响因素,对降低拜耳法企业的水解损失具有指导意义。  本文通过分析纯试剂制备铝酸钠溶液,考察了温度、时间、SiO2浓度、溶液分子比、碳碱浓度、CaO添加量、温度制度等因素对铝酸钠溶液成分及SiO2过饱和度、脱硅产物(水合铝硅酸钠、水合铝硅酸钙)的晶体结构、微观形貌及显微成分的影响规律,研究结果表明:脱硅产物的表面活性、缺陷程度及生成量均对铝酸钠溶液稳定性产生较大的影响,具体如下:  在95℃的低温铝酸钠溶液中,水合铝硅酸钠以无定型沸石、方钠石、黝方石和沸石为主,其中无定型沸石主要生成于反应初期,其含量基本不随反应时间改变;方钠石比黝方石更易生成,且随时间延长其含量增加;水合铝硅酸钠表面活性较高,其活性程度和缺陷程度均随反应时间延长而降低。  95℃时,随着铝酸钠溶液SiO浓度增加,无定型沸石生成量不变,但促进黝方石向沸石转化,脱硅产物的增加和较高晶格缺陷沸石的生成均能降低铝酸钠溶液的稳定性;随溶液分子比的提高,方钠石的活性提高,无定型沸石生成量增加;碳碱浓度增加将促进无定型沸石的生成。  反应温度是影响水合铝硅酸钠晶体活性及缺陷程度的主要因素,在95~245℃范围内,145℃下无定型沸石与黝方石的生成量多于其他反应温度的生成量;升高反应温度降低了水合铝硅酸钠分子式的碱铝比,提高了铝酸钠溶液的局部过饱和度和水合铝硅酸钠晶体的活性;温度制度对水合铝硅酸钠中无定型沸石生成量及其表面活性影响显著,95℃,8h+145℃,1h条件下生成的脱硅产物中无定型沸石的数量远低于145℃,1h时的数量,且水合铝硅酸钠表面活性减弱,其分子式中碱铝比与硅铝比更接近方钠石标准分子比例。  95℃时在铝酸钠溶液中添加CaO抑制了无定型沸石的生成并促进碱性方钠石的形成,提高了脱硅产物的表面活性,而145℃时添加CaO抑制了无定型沸石的生成并促进了水合铝硅酸钙的生成。升高反应温度降低了碱性方钠石的活性与比表面积,且主要脱硅产物水合铝硅酸钙表面活性远低于碱性方钠石,使铝酸钠溶液的稳定性提高。
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