生态处理贫铝矾土提取氧化铝的试验研究

的。从上面煅烧后自粉化料的 X 射线衍射图可以 看出，铝矾 中 的 氧 化 铝 晶 相 基 本 上 已 完 全 转 化 为
C12A7（12 Ca O·7 Al 2 O3 ）。烧结过程的主要反应有：
!
CaCO3 """Ca O+ CO2 #
（1 ）
图1 贫铝矾土矿 X 射线衍射图
收稿日期 2002 -09 -17 ；修改稿日期 2002 -12 -09 。 第一作者简介 陆胜，男，27 岁，工程师，硕士，主要从事生态 环境协调材料的研究。
烧结温度的变化对贫铝矾土中氧化铝提取率的 影响十分明显，关系曲线如图6 所示。
图7 Al（OH）3 透射电子显微镜照片图
时间的延长，贫铝矾土中的高岭石分解趋向完全， Cl2 A7 的生成量也逐渐增多，因而氧化铝的提取率 不断上升。经过一定的烧结时间（约80 mi n ）后，氧 化铝的提取率随时间变化十分缓慢。这说明烧结过 程的各种固相反应已经基本完成，七铝十二钙的生 成量不再增加，延长烧结时间只是使烧结过程中的 一些新生矿物的晶体长大，而不能提高氧化铝的提 取率。
出、过滤，滤饼洗涤后供生产生态水泥用，溶液或
直接用于生产多品种氧化铝，或经石灰石脱硅后生
产高纯氧化铝产品。溶出主要反应为：
l2ca O·7 al 2 O3 + l2 na2cO3 + 33 -2 O !!! l4 na al（O-）4 + l2cacO3 + l0 na O-
!"# 试验的工艺流程 试验的工艺流程见图2 。
超细 Al 2 O3 粉体的杂质含量小于0. l % ，其检
图8 Al 2 O3 透射电子显微镜照片
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化
工
进
展
2003 年第22 卷
图9 激光粒度分析仪测定 Al 2 0 3 粉体粒径表
测结果示于表2 中。
表2 超细 Al 2O3 粉体中的杂质
杂质 含量／!g
Si 0 2
na
Ca
25
19
fe 2 O3 0. 87 0. 31
Ti O2 0. 32 0. 03
Ca O 0. 20 53. 5
MO 1. 60 0. 24
K2 O 3. 16 0. 11
Na 2 O 1. 65
LOSS 13. 91 42. 64
%
! 99. 91 98. 63
试验用铝矾土的 X 射线衍射图如图1 所示。 由衍射 图 谱 可 知， 铝 矾 土 中 的 氧 化 铝 以 高 岭
中国铝土矿主要以中、低品位资源为主，因 此，为保持中国氧化铝工业的可持续发展，加强对 中、低品位铝土矿的综合利用是非常必要的。目前 普遍采用 的 拜 耳 法 和 烧 结 法 从 铝 土 矿 中 提 取 氧 化 铝，由于所采用的工艺对铝的含量要求极高，一般 是铝的质量百分数小于45 % 的铝土矿都被视为废 渣而不能使用，大量废弃的低铝矿，不仅浪费了大 量的有限资源，也对环境造成巨大的压力。所以， 研究贫铝矾土的开发利用不仅能缓解富矿日益衰竭 的压力，同时也可减轻因铝矾土矿过度开采造成的 环境压力。
12
注：杂质含量为每克 Al 20 3 中所含的量。
本工艺中产生的残渣直接用于煅烧硅酸盐水泥
熟料，需保证残渣中适当的氧化铝含量。所以，笔
者认为贫铝矾土中氧化铝的合理提取率为80 % 左 右。实验说明，配料中贫铝矾土- 石灰石的钙硅比 为2. 2 时，控制贫铝矾土、石灰石等粉料原料的体 积平均粒径在0. 04 "0. 07 mm 之间，同时使物料 的 烧 结 温 度 稳 定 在 约1 2 7 0 C 、烧 结 时 间 不 低 于
显的影响，同时也是决定 al 2 O3 提取率的关键性因 素，见图3 。
$"$ 物料粒径选择 物料的比表面积与粒径大小和级配（物料中不
同粒径的颗粒所占的百分比分布）有关。物料比表 面积增大有利于固相反应过程中的传质，从而加速 反 应。 图 5 为 烧 结 时 间（80 mi n ）和 烧 结 温 度 （l 270 C ）不变的条件下，贫铝矾土、石灰石粉料 体积平均粒径的大小与物料烧结后氧化铝提取率之 间的关系。
土———一水硬铝石形式存在。
!"# 试验方法及原理 贫铝矾土、石灰石磨细后按配比混合制团，放
入高温炉内，升温至预定温度后保温适当时间，在
炉内缓 冷 至 一 定 温 度 后 从 炉 中 取 出， 在 室 温 下 急
冷，利用熟料中大量!- C2S（2 Ca O·Si O2 ）向 "C2S 转晶这一过程中的体积膨胀，达 到 自 粉 化 目
80 mi n ，这样，既能获得良好的自粉化料，使得贫 铝矾土中氧化铝的提取率处于一个合理的、经济的 范围，又能使整个烧结过程的操作参数与控制目标 统一。
本方法为贫铝矾土的高技术、高附加值的利用 提出了确实可行的途径。通过这种化学方法对贫铝 矾土的处理，可使贫铝矾土得到完全的综合利用， 且生产过程中实现了废弃物的零排放，不产生二次 污染，是一种环保型、清洁型、无污染的氧化铝粉 体生产工艺。该法获得的氧化铝粉体，纯度高、细 度细、白度很高，具有耐高温、耐腐蚀、高表面活 性、高的光吸收性能等许多优异的性能，可广泛应 用于 电 子、 冶 金、 精 细 陶 瓷、 复 合 材 料 等 诸 多 领 域，是一种性能优异的特种原料，因而具有广阔的 市场前景，能产生显著的经济效益和社会效益。
st udy on extracti on of Al u mi nu m Oxi de fro m lean Al u mi na Ore by ecol ogical disposal met hod
Lu sheng 1 ，fang Rongli 1 ，Xie Xiaobin 2
参考文献
1 李承元. ［J ］. 有色金属，1999 ，（10 ）：12 "14 2 赵玉福. ［J ］. 有色冶炼，1999 ，28（2 ）：26 "29 3 盛亚君，罗玉长. ［J ］. 轻金属，1998 ，（1 ）：8 "12 4 方荣利. ［J ］. 四川环境，1991 ，11（1 ）：42 "46 5 方荣利. ［J ］. 四川环境，1992 ，12（1 ）：57 "59
率提高，当钙硅分子比约为2 时，提取率达到最大 值，这显然与烧结物料中物质的结合状态有关。进
一步提高钙硅分子比虽然能使烧结物料中的c2S 含 量达到最大值，但同时也将使游离的 ca O 含量增 加，随着烧结反应的进行，将使 c2S 向 c3S 转化， 影响烧 结 料 的 自 粉 化， 从 而 降 低 氧 化 铝 的 提 取 效
图4 描述了混合物料在l 270 C 下烧结80 mi n 后，氧化铝提取率随 ca O 与Si O2 的分子比变化而 变化的情况。当钙硅比较小时，烧结过程中只有少
量的Si O2 与 ca O 生成 c2S，大量游离的Si O2 一方 面阻碍铝矾中高岭土的分解，另一方面也影响 ca O 与 al 2 O3 之间的固相反应，从而使氧化铝提取率降 低。随着混合物料中钙硅比的增大，氧化铝的提取
摘 要 探讨了原料配比、粒度以及配料烧结温度、时间等工艺因素对贫铝矾土中氧化铝的提取效率的影响。
试验研究表明，采用自粉化工艺，可获得高纯超细氧化铝粉体，具有广阔的应用前景。
关键词 贫铝矾土，氧化铝，高纯超细
中图分类号 T@ 133. 1
文献标识码 A
文章编号 1000 -6613（2003 ）04 -0391 -04
3 结论
图6 烧结时间与氧化铝提取率的关系
从图6 中 可 见，固 定 烧 结 时 间 为 80 mi n 时， 贫铝矾土中氧化铝的提取率随烧结温度的升高呈上 升状态，并在大约l 270 C 达到最大值。这是因为 烧结温 度 升 高， 贫 铝 矾 土 中 高 岭 石 的 分 解 趋 向 完 全、Cl2 A7 的 生 成 反 应 加 快，氧 化 铝 的 提 取 率 增 大，但当烧结温度超过l 270 C 时，由于贫铝矾土 中部分Si O2 与石灰石分解产生的 Ca O 生成硅酸三 钙（3 Ca O·Si O2 ）数量增大，使得氧化铝的提取率反 而呈下降趋势。
本试验采用煅烧自粉化浸取工艺提取贫铝矾土 中的三 氧 化 二 铝， 其 中 浸 取 渣 可 用 于 生 产 生 态 水 泥，浸液在生产过程中循环利用，实现了工艺过程 中废弃物的零排放。是贫铝矾土高附加值、低污染
综合利用的新工艺。在这一工艺过程中，氧化铝提 取是至关重要的步骤。既要通过一定的粉料制备、 烧结和浸取工序，完成一系列的物理、化学变化， 尽可能多地提取贫铝矾土中的氧化铝，又要使得残 渣具有 合 适 的 化 学 和 矿 物 组 成， 以 实 现 其 直 接 利 用。因此对影响氧化铝提取过程的诸多因素进行研 究和分析，寻求合理的工艺配方和工艺条件，提高 贫铝矾土中氧化铝的提取率，不仅具有显著的经济 效益，而且具有积极的理论意义。
1 试验原料及试验方法
!"! 试验原料及其成分 试验所用的贫铝矾土和石灰石，分别来自四川
广元铝土矿及四川江油某石灰石矿。经物相、化学 分析，其成分（质量分数）如表1 所示。
样品名 铝矾土 石灰石
Si O2 43. 92 0. 82
Al 2O3 34. 28 1. 00
表! 试验用主要原料的化学成分的质量分数
2003 年第22 卷第3 I NDUSTRY AND ENGI NEERI NG ROGRESS
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生态处理贫铝矾土提取氧化铝的试验研究
陆 胜1 方荣利1 解晓斌2
（1 西南科技大学材料学院，绵阳 621002 ；2 重庆四维瓷业集团股份有限公司，重庆 402285 ）
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化
工
进
展
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Si
O2
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