低品位铝土矿钙化转型溶出中的多相反应工程学研究

The economic advantages of the existing Bayer process become unclear with the ore grade decreased year by year in China. In order to break through the bottleneck of key technology for the low grade bauxite resources and red mud utilization, a new method of calcification-carbonation for dealing with low-grade bauxite is proposed。Which the transformation degree of silicon phase directly affect the carbonation transformation effect further, and at the same time affect the transformation effect of the new structure red mud . So Calcification transformation digestion process is the key step in the whole process. the reaction engineering problems of the core step process of calcification and dissolution of low-grade bauxite are researched. A new type reactor is proposed to strengthen the process of calcification digestion, and the rule of multiphase reaction and reaction engineer are indicated,which include the research on the dynamics of calcification transformation,the interface-transferring properties, solid-liquid multiphase complex flow hydrodynamics and the structure and scales of reactor. The above research can provide scientific and experimental basis of technical innovation for the new method-the calcification-carbonation for dealing with low-grade bauxite.

随着我国矿石品位的逐年降低，现有拜耳法生产工艺的经济优势越来越不明显，为突破低品位铝土矿资源和赤泥综合利用的关键技术瓶颈，我们提出了"钙化-碳化"处理低品位铝土矿的新方法。其中，钙化转型溶出过程含硅相的转化程度直接影响进一步的碳化转型效果，同时也影响低品位铝土矿向新型结构赤泥转化的效果。因此,钙化转型溶出过程是决定整个工艺的关键一步。本课题围绕钙化转型溶出过程的反应工程学问题进行研究，提出了采用强化钙化溶出反应过程的新型反应器，并通过对低品位铝土矿的钙化转型动力学、界面传递特性、多相流反应器内流体力学特性以及多相流反应器结构和尺度的研究探索低品位铝土矿钙化溶出过程的多相反应规律和反应工程学规律，对以上科学问题的研究，可为"钙化-碳化"处理低品位铝土矿的新方法提供技术创新的科学和试验依据。

本课题围绕低品位铝土矿“钙化-碳化“新方法，针对低品位铝土矿钙化转型溶出多相反应过程，通过对低品位铝土矿的钙化转型溶出反应动力学、界面传递特性、多相流反应器结构和尺度的研究，探索低品位铝土矿钙化转型溶出过程的多相反应规律和反应工程学规律，获得的主要研究结果如下：. 对于钙化转型溶出反应动力学，以纯物质合成水化石榴石的生成过程进行研究，该过程的非等温动力学机理函数为：f(α)=(3/2)(1−α)4/3[(1−α)−1/3−1]−1，与DSC分析结果的拟合度最高，为0.9867，其计算得到的表观活化能为686.07 kJ•mol-1，该机理函数为三维扩散模型。但1级、2级和3/2级反应模型以及Avrami-Erofeev（n=2/3，4，2，3）方程的拟合度也高于90%，因此推断该过程可能是多种控制综合作用. 水化石榴石合成反应的主要控制步骤为固体产物层扩散和界面反应。. 对于新型搅拌溶出反应器，通过数值模拟与实验研究，获得了反应器内部流动特性规律。证实新型搅拌反应器在促进混合、强化传热、传质方面具有优越性。探索了压力能驱动的自搅拌反应器在不同操作条件和物料特性条件下的搅拌性能和物料的停留时间分布特性。建立搅拌转速与各因素（流体密度ρ、粘度μ、压力、液位高度等）之间的关系准数方程，确立压力能向机械能的转变规律。. 在不同矿石粒度下，铝土矿钙化转型溶出过程的研究结果表明随着矿石粒度的减小铝土矿钙化转型率增大，但原矿粒径在300目以下时溶出率降低，这是由于300目以下的原矿中硅的含量高于其它粒径的硅含量。不同粒度铝土矿的钙化渣中Na含量均随反应时间的延长而逐渐降低，从0.32逐渐降低至0.18，120min后均降低到0.2%以下。. 以上研究结果为低品位铝土矿钙化“钙化-碳化”生产氧化铝新方法提供技术创新的科学试验依据。