我国拜耳法赤泥沉降分离机理研究及高效絮凝剂分子设计

随着我国铝土矿资源的枯竭，氧化铝厂使用的难处理一水硬铝石型铝土矿品位越来越低（其铝硅比甚至降至5以下），导致拜耳法溶出后浆料组成复杂、物理化学性质特殊，以至于现有商品絮凝剂难以实现赤泥高效沉降分离。加之赤泥沉降分离用现有商品絮凝剂的有效成分与制备方法基本处于保密状态，导致赤泥沉降分离机理及絮凝剂"构效关系"研究不能系统开展，高效絮凝剂难于获得。.本项目研究我国典型一水硬铝石型铝土矿主要组分的单矿物及按典型铝土矿特点配制的混合矿在不同溶出条件下所得的高压溶出后浆料性质，考察自制不同结构絮凝剂或已知结构商品絮凝剂作用下不同溶出后浆料的赤泥沉降分离效果，采用现代表征技术与理论计算相结合的方法，探明赤泥沉降分离机理，确定絮凝剂结构与溶出后浆料性质及赤泥沉降分离效果之间的映射对应关系，提出适合我国拜耳法技术的高效絮凝剂分子设计规则。本项目将为我国赤泥高效沉降分离新技术的形成提供科学指导。

随着我国铝土矿资源的枯竭，氧化铝厂使用的难处理一水硬铝石型铝土矿品位越来越低（其铝硅比甚至降至5 以下），导致拜耳法溶出后浆料组成复杂、物理化学性质特殊，以至于现有商品絮凝剂难以实现赤泥高效沉降分离。.本项目将我国典型一水硬铝石型铝土矿分解为含铝、含钛、含铁和含硅的单矿物，将影响我国拜耳法赤泥沉降效果的赤泥浆料组分分解为含铁、含硅和含钛单矿物组分和可溶性有机物等，考察了赤泥浆料中有无可溶性有机物存在下，自制不同氧肟酸含量不同分子量的含氧肟酸絮凝剂、商品的聚丙烯酸钠絮凝剂、商品Hx-600等絮凝剂结构与不同溶出后浆料的沉降分离效果的关系，采用FT-IR、NMR、XPS、XRD、凝胶渗透色谱（GPC）等表征手段与基于第一性原理的量子化学理论计算相结合方法，从原子分子水平阐明了赤泥沉降分离机理，确定了絮凝剂结构与溶出后浆料性质及赤泥沉降分离效果之间的映射对应关系，提出了适合我国拜耳法技术的高效絮凝剂分子设计规则，并在此基础上提出了高效絮凝剂选用的基本原则。.通过本项目的研究，取得了以下研究成果：（1）构建了多谱学研究与量子化学理论计算相结合的研究方法，从而解决了湿法冶金体系复杂固液界面行为研究缺乏有效研究手段的难题。这一研究成果构成了湖南省自然科学一等奖“湿法冶金体系结构与性质研究方法”（2014年1月）的重要组成部分。（2）针对我国拜耳法赤泥沉降分离，提出了高效絮凝剂选用基本原则，在此基础上发明了氧肟酸含量高、羧酸基团含量高的高分子量新型絮凝剂，有望解决高硅高铁型难处理铝土矿资源的拜耳法赤泥高效沉降分离难题。（3）公开发表学术论文4篇，已接收待发表学术论文5篇，获得授权国家发明专利1项，撰写了审稿中的学术论文3篇，获湖南省自然科学一等奖1项，国际湿法冶金会议专题特邀报告1人次，参加国际湿法冶金会议2人次，参加冶金物理化学学术会议3人次。已毕业硕士研究生3人，即将毕业硕士研究生1人，在读硕士研究生1人。