钙化碳化法处理低品位铝土矿过程中含铝硅矿相的演变特性研究

The main equilibrium solid phases of alumina production process are calcium silicate and calcium carbonate through the “calcification-carbonation” treatment, which is aiming at realizing the enhancement of alumina recovery ratio and harmless utilization of red mud. However, the distinct mineralogical compositions of bauxite from different areas lead different processing results, so a systematic research on the mineralogical phase transformation laws of alumina and silica containing phases in the calcification-carbonation process is indispensable for solving this problem. Based on these, this research will focus on the basic works including: (1) the interface reaction and mass transfer of single alumina and silica containing mineralogical phase in the calcification process; (2) the phase transformation phenomenon of single mineralogical phase; (3) the interaction characterization and balance structure of mineralogical phases during calcification treatment; (4) the phase transformation laws of calcified products in the carbonation process for clarifying the effect of structure on the hydrogarnet carbonation performance and the inhibition mode of intermediate reaction. The transformation model based on the mineral constituents will be established through this research. Meanwhile, this research can provide a firm theoretical foundation for enhancing the adaptation of the calcification-carbonation method.

“钙化-碳化法”可将氧化铝生产的主要平衡固相转变为硅酸钙和碳酸钙，从而实现我国中低品位铝土矿的高效和赤泥的无害化生产。然而，在研究中发现不同地区的同一类型铝土矿由于矿相组成的差异导致该技术应用效果不同，为克服这一问题，必须对铝土矿中含铝硅矿相在钙化碳化转型过程中的演变规律进行系统的研究。即研究含铝硅的单一矿相在高钙体系的界面反应和界面迁移规律，探索单一矿相在高钙体系下的相转化规律，探究主要含铝硅矿相在钙化过程的相互作用机制及平衡相结构；研究钙化产物在碳化多相反应过程的相转化规律，探索不同结构的水化石榴石的碳化分解特性及中间相反应的抑制方法；构建以矿相组成为基础的“钙化-碳化法”处理铝土矿的溶出模型，为扩大该技术的适用范围提供坚实的理论依据。

我国是氧化铝生产大国，随着国内氧化铝工业的高速发展，极大程度的加速了我国高铝硅比铝土矿资源的消耗。因此，开发中低品位铝土矿的高效、清洁利用技术，不仅是资源和环保的要求，也是维持我国铝工业持续发展的有力保障。围绕中低品位铝土矿及赤泥的利用，东北大学提出了基于源头阻断的钙化碳化法氧化铝清洁生产技术，该技术从改变铝土矿溶出过程平衡固相（赤泥）结构组成的角度入手，打破了先排放赤泥再处理的生产模式，得到理论上既不含碱和又不含铝的新型结构赤泥，实现了氧化铝的清洁生产。钙化碳化法可以实现低品位铝土矿的高效利用，但对不同地区同一类型矿物的处理效果存在差异，而造成这种差异的主要原因在于不同地区的铝土矿中含铝硅矿相的组成及溶出特性不同。为此，本项目在钙化碳化法理论基础上以铝土矿中常见的铝硅酸盐矿物（高岭石、伊利石、叶腊石、蒙脱石、绿泥石、钾长石和钠长石）为研究对象，对不同矿物溶出转型过程的条件参数及相转变规律进行了探究。阐释了铝土矿中含铝硅矿相在转型过程中的演变特性，理清了不同结构水化石榴石的碳化分解机制；分析了铝土矿中含铝硅矿相反应活性的差异对水化石榴石的结构和组成变化产生的影响。本项目针对含铝硅的单一矿相在高钙体系的界面反应和界面迁移规律、单一矿相在高钙体系下的相转化规律、主要含铝硅矿相在钙化过程的相互作用机制及平衡相结构、钙化产物在碳化多相反应过程的相转化规律等若干科学问题进行系统研究。相关研究结果可为我国典型的中低品味铝土矿资源高效利用提供科学依据，并具有重要的学术价值和经济意义。