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中国是氧化铝生产大国,截止2017年12月,我国氧化铝产能达到了6901.7万吨,占全球总产能的50%以上。随着我国氧化铝产量的迅速增加,产生的大量赤泥亟需有效的处理方法。针对拜耳法赤泥难以处理的问题,本课题组提出了“钙化-碳化法”处理赤泥的新工艺,该工艺可消纳现存的拜耳法赤泥,回收赤泥中80%的碱和40%以上的氧化铝,处理后的新型赤泥主要为碳酸钙及硅酸钙,可直接用于水泥工业。
本文以钙化碳化法处理拜耳法赤泥为基础,以电石渣替代氧化钙作为钙化过程的钙源,具体研究内容及结果如下:
(1)以电石渣为钙源钙化过程的热力学研究结果表明,在273~573K的温度区间内Ca3TiFeSi3O12能稳定存在于钙化渣中,且反应温度的升高有利于Ca3TiFeSi3O12的生成。
(2)三种钙源钙化单因素实验表明,在钙硅比为2.5、钙化温度160℃、液固比5∶1,反应时间60min的钙化条件下,三种钙源均能取得较优的钙化效果。Na2O含量可分别降至0.39%(氧化钙为钙源)、0.30%(新电石渣为钙源)、0.47%(旧电石渣为钙源)。钙化渣的物相分析结果表明,三种钙源钙化渣中主要物相为水化石榴石。通过XRD图谱拟合计算钙化渣中水化石榴石的晶胞参数及晶粒平均尺寸,并采用晶胞棱长法计算不同钙化条件下钙化渣中水化石榴石的硅饱和系数。结果表明:同一钙化条件下,三种钙源钙化渣中水化石榴石的晶粒平均尺寸氧化钙>新电石渣>旧电石渣;三种钙源钙化渣中水化石榴石的硅饱和系数随温度的升高均逐渐增大。
(3)三种钙源碳化渣中主要物相为碳酸钙,还有少量的水化石榴石及硅酸钙。钙化温度对碳化渣中CaSiO4相的生成影响较大,钙化温度升高,CaSiO4相的衍射峰增强。钙化时间、钙化钙硅比未见对碳化过程有明显的影响,不同钙化钙硅比、钙化时间下,碳化渣的XRD图谱及微观形貌基本相同。
(4)根据溶铝渣的检测结果计算了不同钙化条件下溶铝渣中Na2O的提取率和Al2O3的提取率。相同钙化条件下三种钙源溶铝渣中Na2O的提取率相近,最佳钙化条件下溶出渣Na2O的提取率分别为94.58%(氧化钙为钙源)、92.43%(新电石渣为钙源)、94.71%(旧电石渣为钙源)。三种钙源溶铝渣中Al2O3的提取率最优值分别为33.60%(氧化钙为钙源)、25.84%(新电石渣为钙源)、29.28%(旧电石渣为钙源)。
本文以钙化碳化法处理拜耳法赤泥为基础,以电石渣替代氧化钙作为钙化过程的钙源,具体研究内容及结果如下:
(1)以电石渣为钙源钙化过程的热力学研究结果表明,在273~573K的温度区间内Ca3TiFeSi3O12能稳定存在于钙化渣中,且反应温度的升高有利于Ca3TiFeSi3O12的生成。
(2)三种钙源钙化单因素实验表明,在钙硅比为2.5、钙化温度160℃、液固比5∶1,反应时间60min的钙化条件下,三种钙源均能取得较优的钙化效果。Na2O含量可分别降至0.39%(氧化钙为钙源)、0.30%(新电石渣为钙源)、0.47%(旧电石渣为钙源)。钙化渣的物相分析结果表明,三种钙源钙化渣中主要物相为水化石榴石。通过XRD图谱拟合计算钙化渣中水化石榴石的晶胞参数及晶粒平均尺寸,并采用晶胞棱长法计算不同钙化条件下钙化渣中水化石榴石的硅饱和系数。结果表明:同一钙化条件下,三种钙源钙化渣中水化石榴石的晶粒平均尺寸氧化钙>新电石渣>旧电石渣;三种钙源钙化渣中水化石榴石的硅饱和系数随温度的升高均逐渐增大。
(3)三种钙源碳化渣中主要物相为碳酸钙,还有少量的水化石榴石及硅酸钙。钙化温度对碳化渣中CaSiO4相的生成影响较大,钙化温度升高,CaSiO4相的衍射峰增强。钙化时间、钙化钙硅比未见对碳化过程有明显的影响,不同钙化钙硅比、钙化时间下,碳化渣的XRD图谱及微观形貌基本相同。
(4)根据溶铝渣的检测结果计算了不同钙化条件下溶铝渣中Na2O的提取率和Al2O3的提取率。相同钙化条件下三种钙源溶铝渣中Na2O的提取率相近,最佳钙化条件下溶出渣Na2O的提取率分别为94.58%(氧化钙为钙源)、92.43%(新电石渣为钙源)、94.71%(旧电石渣为钙源)。三种钙源溶铝渣中Al2O3的提取率最优值分别为33.60%(氧化钙为钙源)、25.84%(新电石渣为钙源)、29.28%(旧电石渣为钙源)。