李小斌，劉井輝，王一霖，曾 璐，彭志宏，劉桂華，周秋生，齊天貴

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鈉硅渣在氧化鋁熟料燒結(jié)過(guò)程中的物相變化

李小斌1，劉井輝1，王一霖1，曾 璐2，彭志宏1，劉桂華1，周秋生1，齊天貴1

(1. 中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083；2. 中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

結(jié)合相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，推測(cè)鈉硅渣在氧化鋁熟料燒結(jié)法處理過(guò)程中存在的多級(jí)反應(yīng)及其產(chǎn)物組成，并通過(guò)研究鈉硅渣在不同條件下的反應(yīng)行為，驗(yàn)證中間相Na2?xAl2?xSiO4的存在及其溶出性能的差異。結(jié)果表明：在燒結(jié)過(guò)程中，硅系數(shù)為0、0.05、0.25、0.35、0.45、0.55、0.85的Na2?xAl2?xSiO4均可以生成；燒結(jié)產(chǎn)物組成形態(tài)受反應(yīng)溫度和生料配比影響；當(dāng)配鈣比為2、燒結(jié)溫度由750 ℃升高至1200 ℃時(shí)，或當(dāng)配鈣比由1.0升高至2.5、溫度為900 ℃時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物的硅系數(shù)均可由0.85逐漸下降至0；硅系數(shù)決定反應(yīng)產(chǎn)物的溶出性能，當(dāng)≤0.25時(shí)，Na2?xAl2?xSiO4中間相可以溶解于鋁酸鈉溶液。

燒結(jié)法；鈉硅渣；石灰；硅系數(shù)

近年來(lái)，我國(guó)氧化鋁產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，產(chǎn)能已超過(guò)7000萬(wàn)t[1]，年赤泥堆存量近1億t，依目前的技術(shù)現(xiàn)狀，絕大多數(shù)赤泥不能進(jìn)行高效利用，給資源與生態(tài)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)[2?3]。赤泥中的有價(jià)礦物組成(如鋁、鈉等)，多以鈉硅渣或鈣硅渣形態(tài)存在，與此同時(shí)，在燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的粗液脫硅過(guò)程中，溶液中的硅酸根離子與鋁酸根離子反應(yīng)也會(huì)生成鈉硅渣，這部分純度較高的脫硅產(chǎn)物同樣未得到經(jīng)濟(jì)的處 理[4?6]。

針對(duì)赤泥與鈉硅渣(DSP)中有價(jià)元素提取的研究主要有高壓水化學(xué)法[7]、石灰?二氧化碳轉(zhuǎn)型法[8]、酸法[9]、亞熔鹽法[10]、燒結(jié)法[11?14]等。燒結(jié)法作為傳統(tǒng)的氧化鋁生產(chǎn)方法，與其他方法相比具有回收率高、堿耗低的優(yōu)點(diǎn)，因此，更適于處理鈉硅渣等低鋁硅比礦物。但是，燒結(jié)法同時(shí)存在著能耗高，配鈣量大，高溫燃煤煙氣中硫硝難治理的缺點(diǎn)[15?16]，限制了該工藝的推廣應(yīng)用，為克服以上技術(shù)缺陷，降低燒結(jié)溫度與配料量，需要對(duì)燒結(jié)過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理與產(chǎn)物形態(tài)進(jìn)行深入的分析。

燒結(jié)法處理低鋁硅比物料機(jī)理研究較少，通常認(rèn)為其宏觀(guān)過(guò)程為鈉硅渣與氧化鈣反應(yīng)生成原硅酸鈣和鋁酸鈉，如方程(1)所示[7]。但對(duì)燒結(jié)過(guò)程中各微觀(guān)組元的反應(yīng)次序尚不明確?？梢越梃b的是，前蘇聯(lián)學(xué)者在研究高嶺石?石灰石?碳酸鈉三元組分燒結(jié)過(guò)程機(jī)理時(shí)指出，高嶺石脫水后首先與碳酸鈉反應(yīng)生成霞石，而霞石與石灰的反應(yīng)過(guò)程分為兩個(gè)步驟：首先霞石與氧化鈣反應(yīng)生成鋁硅酸鈉和原硅酸鈣(方程(2))，而后生成的鋁硅酸鈉再與氧化鈣反應(yīng)生成鋁酸鈉和原硅酸鈣(方程(3))。而THOMPSON等[17?18]指出在NaAlO2- NaAlSiO4體系中存在為0、0.05、0.25、0.35、0.45、0.55、0.85的Na2?xAl2?xSiO4復(fù)雜鋁硅酸鹽化合物，其結(jié)構(gòu)受硅系數(shù)影響較大，這意味著鈉硅渣在燒結(jié)法處理過(guò)程中的反應(yīng)可能更為復(fù)雜。

Na2O·Al2O3·1.7SiO2·2H2O+3.4CaO=

1.7(2CaO·SiO2)+Na2O·Al2O3+2H2O (1)

Na2O·Al2O3·2SiO2+2CaO=

Na2O·Al2O3·SiO2+2CaO·SiO2(2)

Na2O·Al2O3·SiO2+2CaO=Na2O·Al2O3+2CaO·SiO2(3)

因此，本文作者在熱力學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上，分別采用人工合成礦物和鈉硅渣，對(duì)石灰燒結(jié)制備氧化鋁熟料過(guò)程中的物相變化、反應(yīng)機(jī)理及焙燒產(chǎn)物的溶出性能進(jìn)行深入的分析，以期為實(shí)現(xiàn)低溫、低鈣比的燒結(jié)法工藝提供理論依據(jù)。

1 熱力學(xué)分析

在燒結(jié)法過(guò)程中，鈉硅渣首先脫水形成NaAlSiO4，并可能與石灰發(fā)生如下反應(yīng)(方程(4)~ (10))。為了便于比較，將反應(yīng)物NaAlSiO4的系數(shù)定為1。根據(jù)組成類(lèi)似的復(fù)雜化合物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)[19]與其組成存在的線(xiàn)性關(guān)系[20]對(duì)不同硅系數(shù)為0、0.05、0.25、0.35、0.45、0.55、0.85的Na2?xAl2?xSiO4基礎(chǔ)熱力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了估算，如表1所示。

NaAlSiO4+0.6/1.15CaO=

1/1.15Na1.15Al1.15Si0.85O4+0.3/1.15Ca2SiO4(4)

NaAlSiO4+1.8/1.45CaO=

1/1.45Na1.45Al1.45Si0.55O4+0.9/1.45Ca2SiO4(5)

NaAlSiO4+2.2/1.55CaO=

1/1.55Na1.55Al1.55Si0.45O4+1.1/1.55Ca2SiO4(6)

NaAlSiO4+2.6/1.65CaO=

1/1.65Na1.65Al1.65Si0.35O4+1.3/1.65Ca2SiO4(7)

NaAlSiO4+3/1.75CaO=

1/1.75Na1.75Al1.75Si0.25O4+1.5/1.75Ca2SiO4(8)

NaAlSiO4+3.8/1.95CaO=

1/1.95Na1.95Al1.95Si0.05O4+1.9/1.95Ca2SiO4(9)

NaAlSiO4+2CaO=NaAlO2+Ca2SiO4(10)

為了研究反應(yīng)(4)~(10)在燒結(jié)條件的可行性，計(jì)算了不同溫度下其反應(yīng)吉布斯自由能的變化，如圖1所示。反應(yīng)(4)~(10)的吉布斯自由能均隨溫度升高而下降，在計(jì)算的溫度范圍內(nèi)，其值均為負(fù)，這意味著不同硅系數(shù)為0、0.05、0.25、0.35、0.45、0.55、0.85的Na2?xAl2?xSiO4均可以通過(guò)鈉硅渣與石灰的反應(yīng)得到，其相應(yīng)硅系數(shù)隨配鈣比增大而降低。同時(shí)，隨配鈣比的逐步增大，相同溫度下反應(yīng)的吉布斯自由能呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明硅系數(shù)較高時(shí)，反應(yīng)得到的Na2?xAl2?xSiO4可以與CaO繼續(xù)反應(yīng)，向硅系數(shù)低的產(chǎn)物進(jìn)行，最終反應(yīng)生成鋁酸鈉和硅酸二鈣。上述分析揭示了鈉硅渣在氧化鋁熟料燒結(jié)過(guò)程中，極有可能存在著復(fù)雜的逐級(jí)轉(zhuǎn)化過(guò)程，且這一過(guò)程受溫度與配鈣比的影響。

圖1 反應(yīng)(4)~(10)吉布斯自由能隨溫度變化規(guī)律

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

鈉硅渣由高嶺土礦物與鋁酸鈉溶液((Na2Ok)= 230 g/L，(Na2Ok)為苛性氧化鈉濃度；k=2,k為溶液中苛性氧化鈉與氧化鋁的分子比)在260 ℃下反應(yīng)90 min制得(/=5)，試樣用純水經(jīng)洗滌后在50 ℃烘干。經(jīng)化學(xué)計(jì)量分析，鈉硅渣的主要組成為23.52% Na2O、30.29% Al2O3、28.15% SiO2、灼減為14.07%，其XRD譜如圖2所示，合成的鈉硅渣主要以蘇打石形態(tài)存在，少量以鈣霞石形態(tài)存在。反應(yīng)所用的鋁酸鈉溶液由分析純氫氧化鋁，分析純氫氧化鈉和純水配置得到。純物質(zhì)燒成實(shí)驗(yàn)用碳酸鈣、碳酸鈉、氫氧化鋁與硅酸鈉為分析純。

表1 Na2?xAl2?xSixO4的熱力學(xué)數(shù)據(jù)

,,: Empirical parameters of heat capacity at content pressure (c=+10?3+1052,is temperature).

圖2 鈉硅渣的XRD譜(260 ℃, 1.5 h)

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 鈉硅渣石灰燒結(jié)

按不同的配鈣比，稱(chēng)取一定質(zhì)量的鈉硅渣、碳酸鈣放入混料瓶中，并在對(duì)輥式多功能礦物混料機(jī)(長(zhǎng)沙索拓科學(xué)儀器設(shè)備有限公司)上將其混合均勻制備成生料；稱(chēng)取混勻后的生料放入剛玉坩堝內(nèi)，蓋上坩堝蓋，置于已預(yù)熱至燒結(jié)溫度的高溫箱式電阻爐(SX?6?16型，長(zhǎng)沙科鑫爐業(yè)有限公司)內(nèi)反應(yīng)2 h，然后將熟料轉(zhuǎn)移至600 ℃的馬弗爐內(nèi)放置30 min，取出自然冷卻至室溫。冷卻后將熟料磨細(xì)，混勻并置于磨口瓶中備用。

2.2.2 熟料溶出

模擬熟料工業(yè)溶出條件對(duì)熟料溶出性能進(jìn)行了研究：移取50 mL調(diào)整液((Na2Ok)=80 g/L，(Na2OC)=10 g/L，(Na2OC)為以碳酸鈉存在的Na2O濃度,k=1.8)加入到低壓反應(yīng)群釜的鋼彈(容積150 mL)中，然后稱(chēng)取磨至粒徑≤0.3 mm的熟料10 g，加入到鋼彈中，再加入2個(gè)直徑為15 mm的鋼球以加強(qiáng)攪拌，將鋼彈加蓋擰緊密封后放入低壓反應(yīng)群釜中，于75 ℃下溶出反應(yīng)30 min。溶出漿液真空抽濾，濾餅用熱水(約90 ℃)洗滌，洗滌后的濾餅在100 ℃的烘箱中烘干后，采用容量法分析其化學(xué)成分。根據(jù)容量法分析得到的熟料和赤泥的化學(xué)成分，計(jì)算氧化鋁和氧化鈉的溶出率。

熟料與溶出渣中的物相組成采用Rigaku-TTRⅢ型X-射線(xiàn)衍射儀(日本株式會(huì)社，銅靶)進(jìn)行分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 火法合成Na2?xAl2?xSixO4及其溶出性能

熱力學(xué)計(jì)算表明，由鈉硅渣制備氧化鋁熟料的石灰燒結(jié)過(guò)程中可能生成一系列的Na2?xAl2?xSiO4化合物，組成復(fù)雜且值受反應(yīng)條件影響較大，因此，本研究中首先在純物質(zhì)體系下對(duì)Na2?xAl2?xSiO4的高溫穩(wěn)定性和溶出性能進(jìn)行了研究，以明確其組成結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間存在的差異。將分析純Na2CO3、Al(OH)3和Na2SiO4按(Na2O):(Al2O3):(SiO2) (N:A:S)摩爾比值分別為1:1:1、1:1:0.5、1:1:0.25配制生料，于1000 ℃下燒結(jié)反應(yīng)2h后獲得了人工礦物Na2?xAl2?xSiO4，并進(jìn)行溶出，所得熟料及溶出渣物相分析結(jié)果如圖3和表2所示。

結(jié)合圖3和表2中物相分析結(jié)果可以看出，在Na2O-Al2O3-SiO2燒成體系中，熟料的物相組成與生料中硅礦物配比密切相關(guān)，在實(shí)驗(yàn)生料配比條件下，除未完全反應(yīng)的Na2CO3和Al2O3外，熟料中可分別檢測(cè)出為0.05、0.25、0.35、0.45、1的Na2?xAl2?xSiO4的物相(XRD標(biāo)準(zhǔn)卡片序號(hào)分別為49-003、49-004、49-005、49-006、33-1200)，不同配比燒成熟料的主要物相實(shí)際分子比與配料分子比較為接近，且隨著生料中硅配比的降低，鈉硅渣中值同步下降，這驗(yàn)證了前文熱力學(xué)分析結(jié)果，不同值的Na2?xAl2?xSiO4物相均可在燒結(jié)條件下生成，并可能作為石灰燒結(jié)過(guò)程中各級(jí)反應(yīng)的微觀(guān)組元。

進(jìn)一步結(jié)合溶出渣的物相結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，Na2?xAl2?xSiO4在鋁酸鈉調(diào)整液中的穩(wěn)定性也隨其值的不同而存在差異：生料配比N:A:S=1:1:1時(shí)，熟料與溶出渣中物相保持一致，說(shuō)明為0.45和1時(shí)的Na2?xAl2?xSiO4不能溶解于鋁酸鈉溶液；而生料配比為N:A:S=1:1:0.5和N:A:S=1:1:0.25時(shí)，溶出渣相中物相組成發(fā)生明顯變化，Na1.55Al1.55Si0.45O4和Na1.65Al1.65Si0.35O4的特征衍射峰沒(méi)有變化，而Na1.75Al1.75Si0.25O4和Na1.95Al1.95Si0.05O4的特征衍射峰消失。結(jié)合NaAlO2在堿液中的可溶解性質(zhì)，可以認(rèn)為只有當(dāng)硅系數(shù)≤0.25時(shí)，Na2?xAl2?xSiO4在鋁酸鈉溶液中才具有良好的低溫溶解性能，這一新發(fā)現(xiàn)對(duì)于燒結(jié)熟料物相設(shè)計(jì)和溶出過(guò)程反應(yīng)行為具有重要的指導(dǎo)意義。

圖3 純物質(zhì)體系下熟料和溶出渣的XRD譜

表2 純物質(zhì)燒結(jié)熟料及溶后渣的物相組成

d—N:A:S=1:1:1; e—N:A:S=1:1:0.5; f—N:A:S=1:1:0.25; √: Detected; ×: Not detected.

3.2 鈉硅渣石灰燒結(jié)

3.2.1 燒結(jié)溫度的影響

采用傳統(tǒng)燒結(jié)法處理鋁土礦或赤泥提取氧化鋁時(shí)，為滿(mǎn)足鋁酸鈉與原硅酸鈣的生成反應(yīng)及適當(dāng)?shù)臒蓭б合嗔浚瑹Y(jié)溫度通?？刂圃?100~1200 ℃之間，而熱力學(xué)計(jì)算表明，鈉硅渣石灰燒結(jié)的反應(yīng)可在較低的溫度進(jìn)行，且相同溫度下不同組成的Na2?xAl2?xSiO4生成趨勢(shì)不同，因此需要明確反應(yīng)溫度與燒成熟料組成的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)考察了750~1200 ℃溫度條件下鈉硅渣與碳酸鈣二組分燒結(jié)的反應(yīng)行為，配鈣比為2，反應(yīng)時(shí)間2h，不同溫度下燒成熟料的X射線(xiàn)衍射光譜如圖4所示(圖中配鈣比為2.0，燒結(jié)時(shí)間2 h)。

由圖4可知，相同配比的生料在不同溫度條件下燒結(jié)得到的熟料物相組成具有明顯的區(qū)別，隨燒結(jié)溫度由750 ℃升高至1200 ℃，熟料中Na2?xAl2?xSiO4的主要存在形態(tài)由最初的NaAlSiO4，逐漸轉(zhuǎn)化為Na1.15Al1.15Si0.85O4(750 ℃)，Na1.45Al1.45Si0.55O4(800 ℃)，Na1.65Al1.65Si0.35O4(850 ℃)，Na1.75Al1.75Si0.25O4(900 ℃，1000 ℃)，Na1.95Al1.95Si0.05O4(1000 ℃)，和NaAlO2(1200 ℃)，而熟料中硅鈣礦物均以原硅酸鈣Ca2SiO4形態(tài)存在，且其特征衍射峰的強(qiáng)度隨燒結(jié)溫度升高而逐漸增強(qiáng)。因此說(shuō)明，在鈉硅渣石灰燒結(jié)過(guò)程，Na2?xAl2?xSiO4與CaCO3或CaO之間存在著逐步替代的多級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，替代程度越大，也就是說(shuō)，通過(guò)調(diào)控鈉硅渣石灰燒結(jié)溫度，可以控制Na2?xAl2?xSiO4的形態(tài)，結(jié)合3.1中不同值Na2?xAl2?xSiO4的溶出性能差異研究，反應(yīng)產(chǎn)物逐步替代至Na1.75Al1.75Si0.25O4，Na1.95Al1.95Si0.05O4，和NaAlO2時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)鋁鈉元素的溶出，即只需將燒結(jié)溫度控制在900 ℃以上。

圖4 不同溫度下燒結(jié)熟料的XRD譜

模擬工業(yè)溶出條件對(duì)不同溫度下燒成熟料的溶出性能進(jìn)行了研究，相應(yīng)溶出渣的物相和熟料中氧化鋁溶出率分析結(jié)果分別如圖5和圖6所示。觀(guān)察可知，當(dāng)燒結(jié)溫度為750~850 ℃時(shí)，溶出渣中Na2?xAl2?xSiO4仍分別以Na1.15Al1.15Si0.85O4、Na1.45Al1.45Si0.55O4及Na1.65Al1.65Si0.45O4形態(tài)存在，與熟料保持一致；燒結(jié)溫度為900~1200 ℃時(shí)，溶出渣中Na1.75Al1.75Si0.25O4，Na1.95Al1.95Si0.05O4和NaAlO2的特征衍射峰完全消失。上述結(jié)果說(shuō)明了鈉硅渣與石灰燒結(jié)過(guò)程反應(yīng)得到的Na2?xAl2?xSiO4性質(zhì)與通過(guò)純物質(zhì)火法合成的Na2?xAl2?xSiO4一致，當(dāng)≤0.25時(shí)，其溶解性能發(fā)生變化，使得900 ℃溫度以上制備的熟料可以良好的溶解于鋁酸鈉調(diào)整液中。此外，除750 ℃熟料溶出渣中存在的CaCO3衍射峰是由于燒成過(guò)程未完全分解外，800~900 ℃熟料溶出渣中重新出現(xiàn)的CaCO3物相應(yīng)為分解后的游離CaO與鋁酸鈉溶液中的碳酸根作用所致。圖6所示為不同溫度燒結(jié)溫度熟料的溶出數(shù)據(jù)，當(dāng)燒結(jié)溫度為750~850 ℃時(shí)，熟料氧化鋁溶出率僅為33.6%~41.5%，而當(dāng)溫度提高至900~1200 ℃后，氧化鋁溶出率可快速提升至82.8%~90%，而熟料中氧化鈉溶出與氧化鋁溶出率趨勢(shì)一致，焙燒溫度為900 ℃以上時(shí)，氧化鈉溶出率可達(dá)84.5%~92.8%，這再次驗(yàn)證了上述關(guān)于Na2?xAl2?xSiO4結(jié)構(gòu)與性能差異的討論。

圖5 不同燒結(jié)溫度熟料溶出渣的XRD譜

圖6 燒結(jié)溫度對(duì)氧化鋁和氧化鈉溶出率的影響

3.2.2 配鈣比的影響

燒結(jié)法生料配置過(guò)程中主要指標(biāo)為鈣比與堿比，通常情況下，配鈣比和堿比直接影響焙燒熟料中物相組成與氧化鋁溶出率，考慮到鈉硅渣與鋁酸鈉的堿比一致，燒結(jié)過(guò)程中無(wú)需另配入堿，那么生料配鈣比成為首要考察的指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)將不同配鈣比(1.0~2.5)的生料在900 ℃焙燒2 h，相應(yīng)熟料的X射線(xiàn)衍射分析結(jié)果如圖7所示(圖中燒結(jié)溫度900 ℃，燒結(jié)時(shí)間2 h)。

圖7 不同配鈣比的燒結(jié)熟料的XRD譜

由圖7可知，在不同配鈣比條件下，鈉硅渣石灰燒結(jié)熟料中的硅鈣化合物均為原硅酸鈣(Ca2SiO4)，隨著配鈣比(C/S)從1.0增大至1.9，鋁硅酸鹽的物相形式依次為：Na1.55Al1.55Si0.45O4(C/S=1.0)，Na1.65Al1.65Si0.35O4(C/S為1.3~1.6)，Na1.75Al1.75Si0.25O4(C/S為1.9~2.2)，Na1.95Al1.95Si0.05O4(C/S為1.9)，當(dāng)配鈣比繼續(xù)增大至2.2和2.5時(shí)，物相中出現(xiàn)NaAlO2和12CaO·7Al2O3的特征衍射峰。這說(shuō)明了在相同的焙燒溫度和焙燒時(shí)間條件下，鈣比對(duì)焙燒產(chǎn)物的物相組成也起到了至關(guān)重要的作用，當(dāng)鈣比調(diào)整至1.9以上時(shí)，熟料中Na2?xAl2?xSiO4物相的均不大于0.25，這表明在900 ℃的低溫焙燒條件下，可以通過(guò)調(diào)整鈣比控制得到溶出性能良好的熟料。圖8所示為不同配鈣比燒結(jié)熟料在模擬工業(yè)溶出條件下得到的溶出結(jié)果，與熟料中物相分析結(jié)果一致，當(dāng)配鈣比為1.0~1.6時(shí)，熟料氧化鋁溶出率僅為39.6%~47.6%，氧化鈉溶出率為45.5%~ 57.7%；當(dāng)配鈣比為1.9~2.5時(shí)，氧化鋁和氧化鈉溶出率可分別提升至82.3~88.4%與83.1%~91.6%。

圖8 配鈣比對(duì)氧化鋁和氧化鈉溶出率的影響

4 結(jié)論

1) 反應(yīng)熱力學(xué)計(jì)算表明硅系數(shù)為0、0.05、0.25、0.35、0.45、0.55、0.85的Na2?xAl2?xSiO4化合物均可以在燒結(jié)條件下通過(guò)鈉硅渣與石灰的反應(yīng)得到，并通過(guò)純礦物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了當(dāng)≤0.25時(shí)，Na2?xAl2?xSiO4易溶解于鋁酸鈉調(diào)整液。

2) 鈉硅渣石灰燒結(jié)產(chǎn)物Na2?xAl2?xSiO4的值同時(shí)受反應(yīng)溫度與配鈣比影響，提高反應(yīng)溫度和配鈣比均促使由高向低進(jìn)行轉(zhuǎn)變，將燒結(jié)溫度900 ℃，鈣比為1.9，反應(yīng)時(shí)間2 h，條件下得到的熟料磨細(xì)后于70 ℃溫度下用鋁酸鈉調(diào)整液(((Na2Ok)=80 g/L，(Na2OC)=10 g/L，k=1.8)溶出30 min，熟料中氧化鋁溶出率可達(dá)85%以上，研究結(jié)果有助于低溫低配鈣比的燒結(jié)法技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

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Phase transformation of sodium hydrate alumino-silicate in alumina sintering process

LI Xiao-bin1, LIU Jing-hui1, WANG Yi-lin1, ZENG Lu2, PENG Zhi-hong1, LIU Gui-hua1, ZHOU Qiu-sheng1, QI Tian-gui1

(1. School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha 410083, China;2. The China ENFI Engineering Co., Ltd., Beijing 100038, China)

According to the thermodynamic calculation, the multistage reaction and the product composition of sodium hydrate alumino-silicate were proposed in alumina sintering process. The presence of Na2?xAl2?xSiO4and the differences of dissolution performance were confirmed by the reactions of sodium hydrate alumino-silicate under different conditions. The results show that all the Na2?xAl2?xSiO4(=0, 0.05, 0.25, 0.35, 0.45, 0.55, 0.85) can be formed in the alumina sintering process. And the composition of sintering products were influenced by sintering temperature and raw material proportioning. The silicon coefficient () of Na2?xAl2?xSiO4can reduce from 0.85 to 0 gradually with the sintering temperature ranging from 750 ℃ to 1200 ℃ (mole ratio of CaO to SiO2is 2), or the mole ratio of CaO to SiO2increasing from 1 to 2.5 (sintering temperature 900 ℃). The dissolution performance of Na2?xAl2?xSiO4was determined by the silicon coefficient (), and the Na2?xAl2?xSiO4can be dissolved in sodium aluminate solution with≤0.25.

sintering; sodium hydrate alumino-silicate; lime; silicon coefficient

Project(51374239) supported by the National Natural Science Foundation of China

2017-03-20;

2017-06-01

LI Xiao-bin; Tel: +86-731-88877830; E-mail: x.b.li@csu.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(51374239)

2017-03-20；

2017-06-10

李小斌，教授，博士；電話(huà)0731-88877830；E-mail: x.b.li@csu.edu.cn

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2018.06.18

1004-0609(2018)-06-1225-08

TF802

A

(編輯 李艷紅)