氧化铝实验

实验一球磨实验（胡慧萍编）

一、实验计划学时

12学时

二、实验目的与要求

1、了解氧化铝生产中物料球磨的重要意义；了解和掌握球磨设施种类和作用机理；

2、了解影响球磨效果的主要因素，如：分散介质、球料比、球磨时间和转速。

3、了解用筛分法检验球磨效果。

三、实验原理

在拜耳法氧化铝生产工艺中，铝土矿必须经过球磨工序才能进入下一个溶出工序。铝土矿球磨好或坏直接影响着铝土矿的溶出效果。在烧结法氧化铝生产工艺中，对铝土矿与配料的球磨好或坏直接影响着物料的烧结效果，以及影响烧结料的溶出效果。在烧结法氧化铝生产工艺中，熟料溶出就是一个球磨过程，所以，物料球磨的作用就可想而知了。有关球磨作用的物理模型主要有两类：一类认为在机械能转变为化学能的过程中，热能为中间步骤。由于无机颗粒在超细球磨过程中其表面化学键断裂而产生不饱和键、自由离子和电子以及晶格缺陷、晶型转变和非晶化等原因，导致晶体内能增高，而且物质内部迅速发展的裂纹使其微接触点温度可达1300K以上，从而诱发机械化学反应在这些“热点”处进行。另一类认为球磨作用导致晶格松弛与结构裂解，能够激发出的高能电子和离子形成等离子区。高激发状态诱发的等离子体产生的电子能量可以超过10eV，从而使通常情况下不能进行的反应得以进行。

一般认为，球磨作用能强化矿物的浸出过程，主要归因于在球磨过程中矿物发生了如下的结构变化：（1）晶体的结构畸变；（2）化学反应导致的结构变化；（3）比表面积增大。从宏观考虑，球磨效果主要体现于矿物颗粒变小，表面积增大。

拜耳法铝土矿球磨要求100号筛残留小于10%；160号筛残留小于20%；

烧结法生料球磨要求是细磨，120号筛残留小于14.5%。

四、实验仪器与药品

主要仪器：球磨机，筛子

主要药品：铝土矿

五、实验操作

1、铝土矿在空气气氛中球磨

球磨罐内衬为聚四氟乙烯，容积250ml，配有大（Φ=20mm）、中（Φ=10mm）、小（Φ=6mm）三种玛瑙球，各若干。在空气气氛中球磨后，将样品取出，称重，进入筛分操作。分别考察球料比、球磨时间和转速对球磨效果的影响。

2、铝土矿在水分散介质中球磨

球磨罐内衬为聚四氟乙烯，容积250ml，配有大（Φ=20mm）、中（Φ=10mm）、小（Φ=6mm）三种玛瑙球，各若干（大球：中球：小球的重量比为1：3：1）。在水分散介质中球磨后，将样品取出，将样品于120℃鼓风干燥箱中烘2小时，称重，进入筛分操作。分别考察球料比、球磨时间和转速对球磨效果的影响。

3、筛分法检验球磨效果

将称重后的球磨铝土矿倒入一套标准筛中，振动后收集各标准筛中的样品，分别进行称重，计算各个粒度范围的样品比例。

实验二沉降分离实验（胡慧萍编）

一、实验计划学时

12学时

二、实验目的与要求

1、了解和掌握赤泥沉降分离的基本原理，熟悉按行业标准测定赤泥沉降分离效果的实验室方法。

2、了解影响赤泥沉降分离效果的主要因素，如：絮凝剂的作用。

3、了解赤泥沉降浆料的基本性质的测定方法（如：浊度、赤泥含量等）。

三、实验原理

赤泥沉降分离在氧化铝生产过程中是一个非常重要的环节，影响设备产能、产品品质及企业效益。铝土矿经拜耳法溶出后、或通过配料烧结，经烧结法或联合法溶出后，形成含有赤泥的铝酸钠浆液。该铝酸钠浆液稀释后通过沉降或过滤使赤泥与铝酸钠溶液分离，然后由铝酸钠溶液生产氧化铝。赤泥沉降分离效果与沉降分离设施、沉降分离温度，以及含有赤泥的铝酸钠浆液的组成和性质有关，特别是与絮凝剂的使用（加入）有关。

由于溶出矿浆料是由赤泥与铝酸钠溶液形成的悬浮液，赤泥粒子之间以及赤泥粒子与溶液之间存在着复杂的物理化学作用；赤泥的物相组成、粒度分布、赤泥颗粒的表面形态以及赤泥矿浆料的固体含量、液相成分、赤泥矿浆料温度等对赤泥矿浆的沉降分离过程均有明显影响。因此，赤泥的沉降分离是一个极其复杂的物理化学过程。

赤泥粒子由于表面具有较大的剩余价力、分子力和氢键作用力，可吸附溶液中的带电离子，并能和介质发生强烈的溶剂化作用而形成一定厚度的扩散层，阻碍粒子间的相互作用，使得赤泥粒子难以聚结成较大的颗粒团而沉降。因此，目前氧化铝工业需要添加高分子絮凝剂来加速赤泥沉降分离。高分子絮凝剂通过吸附架桥、电荷中和等作用引起赤泥颗粒之间的有效凝聚，使赤泥粒子形成絮团而加快沉降速度。

四、实验仪器与药品

主要仪器：恒温玻璃水浴槽，WGZ-3型散射光浊度仪，秒表，沉降管（φ26×260）。

主要药品：PAMT ，聚丙烯酰胺，聚丙烯酸钠，ASAM ，铝酸钠溶液。

五、实验操作

1、絮凝剂溶液配制

用10 g/L 氢氧化钠溶液溶解絮凝剂，絮凝剂先配制成0.3％水溶液，溶解温度60℃，搅拌速度100 r/min ，溶解时间4 h 。进行絮凝实验时，将0.3％絮凝剂溶液用蒸馏水稀释成0.05％，备用。 2、赤泥矿浆料制备稀释

量取一定量的干赤泥于砂锅中，加入一定量的自来水和铝酸钠溶液，使稀释后的赤泥浆料保障干赤泥含量控制在所需的值。然后将稀释后的矿浆料煮沸，5min 后边搅拌边装入φ26×260带刻度玻璃管中，塞紧并放入95±0.1℃的恒温水浴（见图1）。同时量取100mL 煮沸的矿浆料测定赤泥含量。将热矿浆料抽滤，滤饼在120℃鼓风干燥箱中烘3h 得干赤泥m （g ），即可获得赤泥浆料干赤泥的含量M （g/L ）。3、赤泥沉降分离实验沉降分离实验开始时，先用不锈钢搅拌棒搅拌赤泥矿浆料，倒加入称量好的絮凝剂溶液后再搅拌数次（絮凝剂添加量按每吨干赤泥对应的干絮凝剂克数计，记为g/t ）。停止搅拌时立即按动秒表，记录沉降现象刚出现的时间，即为沉降诱导期。同时记录在一定时间间隔内记录上清液层的高度。本实验以沉降前5分钟内的平均沉降速度评价赤泥沉降快慢；沉降5分钟时的上清液层高度与沉降时间的比值即为前5分钟平均沉降速度。

沉降30分钟后，用上海昕瑞仪器仪表有限公司生产的WGZ-3型散射光浊度仪测定上清液浊度。同时，将已抽尽上清液的泥层称重得质量m1，将抽滤后的滤饼在105℃鼓风干燥箱中烘2小时得干赤泥m2，即可获得赤泥底流压缩液固比，即有

L/S （ L/S ＝ ）。

图1 恒温玻璃水浴槽

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