任 福

（中鋁礦業(yè)有限公司，河南，鄭州 450041）

我國是礦產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)的大國，國內(nèi)各個(gè)區(qū)域不僅蘊(yùn)含著多種類的金屬礦，同時(shí)礦的質(zhì)量也相對(duì)較好。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在這些金屬礦之中，要數(shù)鋁土礦的數(shù)量較多，可以占比45%。所以，面對(duì)這樣的背景，再加之科技的輔助，人們逐漸掌握了從鋁土礦中提取氧化鋁的技術(shù)。目前，我國從礦產(chǎn)品以及礦石中提取氧化鋁的方法有很多，但是大多數(shù)是將鋁質(zhì)灰與石灰或堿石灰相融合，在特定的環(huán)境之下，通過高溫進(jìn)行煅燒，在經(jīng)過固定的時(shí)間之后，使二者充分混合，完成氧化鋁的初步提取。完成初步提取之后，在氧化鋁的表面會(huì)形成一層鋁酸鈣。雖然這種方法獲取的氧化鋁相對(duì)較完整，但是在經(jīng)過石灰的燒結(jié)之后，氧化鋁雖然有鋁酸鈣的保護(hù)，但是仍然有可能會(huì)出現(xiàn)一定的損傷[1]。進(jìn)過2～3小時(shí)之后，便可以獲得對(duì)應(yīng)的氧化鋁。但是這種方法也存在一定的缺陷。因此，需要設(shè)計(jì)一種新的提取方法，在保證提取物質(zhì)成分不變的同時(shí)，還可以提升對(duì)應(yīng)的提取時(shí)間，降低主要的成本[2]。通過詳細(xì)的分析過程細(xì)化提取質(zhì)量。一定程度上增強(qiáng)了提取的水平，對(duì)于我國氧化鋁的提取技術(shù)發(fā)揮了極大的作用。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 材料準(zhǔn)備

首先，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)相關(guān)材料的準(zhǔn)備。需要部分的鋁土礦作為本次實(shí)驗(yàn)的樣本對(duì)象。其中，要保證鋁土礦中鋁灰的分量在32.19%左右、準(zhǔn)備大致100ml的消石灰、相對(duì)較純的無水碳酸鈉12g、二氧化碳（罐裝）以及一定分量的高鋁灰。以下為高鋁灰的分子組成情況，如下表1所示：

表1 高鋁灰的分子組成結(jié)構(gòu)表

依據(jù)表1中的成分可以對(duì)高鋁灰有一定的了解。然后，在此基礎(chǔ)上，還需要準(zhǔn)備石墨，大致為99.19%的純度、提取出來的無水氯化鋁，純度為79.18%。接下來，準(zhǔn)備離子型的模擬溶液、純度為50%的HNO3、試驗(yàn)用的蒸餾水150ml、Pb的標(biāo)準(zhǔn)溶液、配置離子水、純度為79.18%的HCl粉末、無氧水以及分離試劑。

在準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)的材料之后，還需要對(duì)試驗(yàn)用的對(duì)應(yīng)器材做一定的準(zhǔn)備。首先，需要電子分析的天平、測(cè)量溫度的溫度計(jì)、真空泵、恒溫光度計(jì)、D90-2F型電動(dòng)分離攪拌機(jī)、101型電熱鼓風(fēng)干燥箱、數(shù)字式的pH計(jì)量?jī)x、UPT_11_10T型號(hào)的純水機(jī)、SRJ-2型低溫碳棒電阻爐、分子式光度計(jì)量?jī)x、智能提取裝備以及一些其他實(shí)驗(yàn)所用的基礎(chǔ)儀器等。

1.2 實(shí)驗(yàn)布置

在完成以上的實(shí)驗(yàn)材料以及實(shí)驗(yàn)儀器的準(zhǔn)備工作之后，接下來，需要對(duì)本次實(shí)驗(yàn)做一些基礎(chǔ)性的布置，以保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)可以順利進(jìn)行。首先，通過D90-2F型電動(dòng)分離攪拌機(jī)將樣本對(duì)象打碎，并將其與純度為79.18%的HCl粉末相互攪拌融合。隨后，在粉末中滴入15ml的試驗(yàn)用蒸餾水，將其充分?jǐn)嚢枞诤?，靜置3分鐘。接下來，利用真空泵將粉末進(jìn)行氧化抽離[3]。完成之后，再次向樣本對(duì)象之中滴入20ml的無氧水，利用SRJ-2型低溫碳棒電阻爐對(duì)樣本進(jìn)行加溫，大致經(jīng)過5分鐘之后，移開儀器，讓樣本處于室溫狀態(tài)，靜置10分鐘，至此完成本次實(shí)驗(yàn)的布置。

2 實(shí)驗(yàn)過程以及方法

在完成以上實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)儀器以及對(duì)應(yīng)布置的準(zhǔn)備之后，接下來，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。先將不同配比的鋁土礦樣本對(duì)象放置在不同的實(shí)驗(yàn)器皿之中，主要分為兩組。一組為鋁土礦與Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液的實(shí)驗(yàn)樣本，另一組為鋁土礦與純度79.18%的HCl粉末的實(shí)驗(yàn)樣本。由于測(cè)試的樣本在實(shí)驗(yàn)布置的時(shí)候已經(jīng)進(jìn)行粉碎處理，所以，此時(shí)只需要對(duì)其進(jìn)行過篩即可。完成之后，將實(shí)驗(yàn)樣本放置在101型電熱鼓風(fēng)干燥箱之中，使樣本漸漸恢復(fù)干燥狀態(tài)，利用高溫電阻爐在外圍進(jìn)行加溫處理，使其充分發(fā)生燃燒，直至完全無氧。需要注意的是，在燃燒的過程中，樣本有可能會(huì)形成鋁硅酸鹽化合物，這些物質(zhì)會(huì)對(duì)氧化鋁的形成造成一定的延緩作用，所以，可以通過離子型的模擬溶液對(duì)形成的鋁硅酸鹽化合物進(jìn)行中和，最后達(dá)到消除的目的，具體如下表2所示：

表2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置表

依據(jù)表2中的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。隨后，從儀器中取出實(shí)驗(yàn)樣本，然后，利用純水機(jī)將樣本進(jìn)行流體化，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具體如下公式1所示：

公式1中：P表示樣本的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，a表示分離質(zhì)量，m表示誤差分離速度，β表示極限機(jī)理值。通過計(jì)算，可以得出對(duì)應(yīng)的樣本的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。利用這個(gè)數(shù)值進(jìn)行反應(yīng)機(jī)理分析。如果最終的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，說明實(shí)驗(yàn)煅燒充分，得出的樣本結(jié)果較為準(zhǔn)確，反之，如果未達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，則說明得出的樣本結(jié)果相對(duì)不準(zhǔn)確。完成分析之后，利用電子秤稱取一定質(zhì)量的石墨，將其與此時(shí)的樣本混合，在壓力儀器的作用下，將樣本再次放入干燥箱之中，在150℃的環(huán)境之下，進(jìn)行高溫真空處理，完成之后，停止加熱。先利用碳酸鹽結(jié)合法，將樣本進(jìn)行酸化處理，使最終提取出來的氧化鋁純度更加高。接下來，利用Fe-Mn氧化物處理法，對(duì)樣本再次進(jìn)行提取處理，利用以上測(cè)量出來的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，來進(jìn)行XRD提取比值的計(jì)算，具體如下公式2所示：

公式2中：N表示XRD提取比值，B表示混合率，y表示提取極限數(shù)值，d表示分組數(shù)值。通過以上計(jì)算，最終得出了實(shí)驗(yàn)的XRD提取比值。為了確保實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果的準(zhǔn)確性，共需要進(jìn)行4組實(shí)驗(yàn)，并通過不同的狀態(tài)以及類型進(jìn)行劃分，完成之后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行具體的分析討論。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過以上實(shí)驗(yàn)，最終可以得出對(duì)應(yīng)的結(jié)論，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體如下表3所示：

表3 鋁土礦提取氧化鋁實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表

依據(jù)表3中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以得知，在鋁土礦提取氧化鋁測(cè)試實(shí)驗(yàn)的過程中。隨著樣本對(duì)象狀態(tài)以及類型的不斷變化，測(cè)試出對(duì)應(yīng)的指標(biāo)參數(shù)以及比值也有不同。在測(cè)試結(jié)果中，煅燒測(cè)試組和衍射測(cè)試組是在不同溫度條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，最終得出的XRD提取比值較為接近，煅燒組是處于高溫環(huán)境下，得出的XRD提取比值相對(duì)較高，而衍射測(cè)試組則是在相對(duì)較低的溫度條件下，得出的XRD提取比值通常較低。這說明鋁土礦在提取氧化鋁時(shí)，高溫環(huán)境會(huì)在一定程度上提升提取的效率和質(zhì)量。

4 討論

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析進(jìn)行討論，面對(duì)不同環(huán)境、不同作用試劑，最終對(duì)于鋁土礦提取氧化鋁的程度和效果都會(huì)有所不同。XRD提取比值是代表最終提取效果和質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)值，依據(jù)這個(gè)數(shù)值，對(duì)提取氧化鋁的效果進(jìn)行分析。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析可以得知，在相對(duì)高溫且酸性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，鋁土礦中的氧化鋁會(huì)相對(duì)更好提取一些，且最終的提取物也會(huì)更加完整、分子結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)變化。

5 結(jié)束語

綜上所述，便是對(duì)礦山工程中鋁土礦提取氧化鋁過程分析探究過程。通過以上實(shí)驗(yàn)測(cè)試可以得出一些結(jié)論，傳統(tǒng)的鋁土礦提取氧化鋁的方法雖然有效，也可以完整地獲取到大塊的氧化鋁，但是在提取的過程中，卻會(huì)或多或少地給其造成一定的損壞。例如：造成氧化鋁的自身分子結(jié)構(gòu)的變化、出現(xiàn)表面的損傷等，所以這些方法相對(duì)來說還是存在一定的弊端的。本文所設(shè)計(jì)的方法卻可以避免這些問題的出現(xiàn)，進(jìn)而間接地增強(qiáng)我國相關(guān)技術(shù)的成熟發(fā)展。