Na,SO,掺杂含MgO铝酸钙熟料矿相转变及稳定性能

摘要:为了系统研究升温制度、降温制度、烧结温度和烧结时间对Na,SO,掺杂含MgО铝酸钙熟料的物相转变及化学稳定性能的影响规律,以MgO,CaCO,, SiO, ,Al,O,和Na,SO。为原料,采用高温烧结和Na.CO,溶液标准溶出方法进行相关研究.结果表明,快速升温能抑制硫元素的挥发,促进11CaO·7A1,0,·CaS 的生成.快速降温有利于11CaO·7A1,0,·CaS的稳定存在,从而强化熟料中氧化铝的浸出性能.在最佳烧结条件下烧结温度为1350 ℃,烧结时间为30 min,升温速度和降温速度均为15 ℃·min',此时熟料的物相为11CaO·7A1,O, ·CaS和2CaO-SiO,.

关键词:物相转变;氧化铝;溶出;升温制度;降温制度;铝酸钙;含S铝酸钙;含Mg铝酸钙

我国现已成为世界第一原铝生产国,国内铝土矿因长期开采导致其保有储量迅速下降.此外，铝土矿品位较低,Al,O。与SiO。的质量比(A/S) 以4~7为主,高A/S矿石资源低于20% ,且生产能耗随A/S的升高而升高,而实际生产中A/S已降到5以下,因而采用拜尔法生产氧化铝缺乏经 济性.中国氧化铝工业技术的主要发展方向为中低品位铝土矿资源综合利用技术的研发,以及铝土矿替代资源综合利用技术的应用.国内外学者均已开始以粉煤灰、赤泥、铁铝共生矿等为原料，研究制备氧化铝[1-3].

目前,国内普遍采用碱石灰烧结法制备氧化铝,这种方法适用于处理低品位铝土矿,但碱石灰烧结法属于湿法烧结,水蒸发耗热占总能耗的40%以上,导致其能耗和成本随之提高[4-6],国内外学者研究了一种可实现干法烧结制备氧化铝的方法,即石灰烧结法.石灰烧结法所得熟料最佳物相组成为12CaO·7AI,O,(C2A, )和y-2CaO·SiO, ( y-C,s)[7-9],前者具有较好的氧化铝浸出性能,后者可实现熟料自粉化,因而可省去研磨工序,从而为氧化铝生产节省大量能耗.

然而在实际烧结过程中,含铝原料和石灰石中常含有少量能够对物相产生较大影响的MgO,在CaO-Al,O,-MgO-SiO,四元系统中,MgO会和其余三种物质形成氧化铝浸出性能极低的四元化合20CaO·13Al,O·3MgO·3SiO, (Q相)[ 10]. MgO对铝酸钙熟料体系的影响为:MgO首先固溶进C2A-晶格中,当其含量达到2%后,Al,O。在熟料中主要赋存状态由CpA，变成Q相"-12].熟料烧结过程中的烧结温度、烧结时间和升降温制度均对熟料氧化铝浸出性能具有较大影响[13].针对不同物料配比条件下Na,SO%对含MgO铝酸钙熟料的浸出性能影响的研究["发现,Na,SO,的加入在很大程度上抑制了Q相的生成,当掺杂含量为4%的Na,So时,熟料浸出性能已达92.01% ,但对烧结制度要求较高.

为了进一步提高含MgO铝酸钙熟料的浸出性能并改善烧结制度,拟以纯化学试剂为原料,通过改变烧结温度、烧结时间和升降温速度,同时掺杂Na,SO来探究进一步提升含MgO铝酸钙熟料氧化铝浸出性能的可能性，并通过XRD图谱对其作用机理进行分析.

1 材料和方法

1.1实验材料

实验所用试剂包括CaCO,、Al,O3、Na,CO,、Mgo, SiO，和 Na,So4,所有试剂均为分析纯.

1.2实验仪器

实验仪器包括电子天平、SFM-II型行星式混料机、破碎机、SFM-1型行星式球磨机、KSL-1700X型箱式高温烧结炉、恒温水浴箱、马尔文激光粒度分析仪、日本Rigaku公司生产的D/MAX-2500型X射线衍射仪耳有数据ITACHI公司生产的S-4800-I型