我國高鋁礬土資源非常豐富, 鋁礬土是由長石、云母等礦物風(fēng)化而形成的, 它的主要礦物類型是三水鋁石、硬水鋁石和勃姆石。此外, 由于礦物形成的條件不同,還可能含有高嶺石、石英、方解石等雜質(zhì)。鋁礬土在工業(yè)上應(yīng)用十分廣泛, 鋁礬土可用于煉鋁、制高鋁水泥、人造金剛砂 (剛玉) 和化工原料等, 也可用作耐火材料的主要原料。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展, 國內(nèi)外高鋁質(zhì)耐火原料及其制品的發(fā)展趨勢, 均朝著均化、提純、調(diào)質(zhì)、改性的更高檔次系列化產(chǎn)品方向發(fā)展, 以滿足冶金、建材、石化等工業(yè)的高溫技術(shù)需要。隨著我國耐火材料工業(yè)的不斷發(fā)展, 以及優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品打入國際市場的需要, 隨著我國耐火材料工業(yè)的不斷發(fā)展, 以及優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品打入國際市場的需要, 提出了更高的原料質(zhì)量要求, 如何降低鋁礬土中雜質(zhì)及產(chǎn)品的系列化已成為鋁礬土選礦中一個(gè)重要課題。 用鋁土礦或其它含鋁原料生產(chǎn)氧化鋁, 實(shí)質(zhì)上就是使礦石中的氧化鋁與其它雜質(zhì)分離的過程。生產(chǎn)氧化鋁的方法有堿法、酸法、電熱法等。為了減少工藝的能源需求, 降低生產(chǎn)成本, 本試驗(yàn)提出了在常溫操作、洗滌溫度低于100℃條件下的新工藝過程。
1.1 實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)嘗試用普通的酸堿在常溫下對礬土樣品進(jìn)行處理。在常溫下, 由于礬土中的各種成分和酸堿都發(fā)生不同程度的反應(yīng), 而且反應(yīng)程度有差別,使其中各種成分的含量發(fā)生變化, 最后達(dá)到降低雜質(zhì)含量的目的。發(fā)生的主要反應(yīng)方程式如下:
聚四氟乙烯燒杯, 抽濾裝置, HCl (工業(yè)級) , HF (化學(xué)純) , Na OH (化學(xué)純) , HNO3 (化學(xué)純) , H2SO4 (化學(xué)純) 高溫干燥箱。 稱取一定量礬土樣品, 加入聚四氟乙烯燒杯中, 往燒杯中加入一定量某濃度的氫氧化鈉溶液, 用超聲波震蕩一定時(shí)間, 直至樣品全部溶解, 放置一定時(shí)間熟化。然后過濾, 用蒸餾水洗滌濾渣多次, 然后將濾渣轉(zhuǎn)移到一個(gè)表面皿中, 在一定溫度的烘箱中烘干, 取出稱重, 將其平均分為三份。 將其中一份作為對照樣品, 另外兩份加酸處理。一份加入一定量某濃度的H2SO4, 超聲波震蕩一定時(shí)間, 直至完全溶解, 放置一定時(shí)間熟化, 過濾, 在一定溫度的烘箱中烘干, 取出稱重。另一份加入一定量某濃度的氫氟酸, 處理方法與另一份完全相同, 稱重。 稱取一定量礬土樣品, 加入聚四氟乙烯燒杯中, 往燒杯中加入一定量與第一組試驗(yàn)濃度不同的氫氧化鈉溶液, 用超聲波震蕩一定時(shí)間, 直至樣品全部溶解, 放置一定時(shí)間熟化。然后過濾, 用蒸餾水洗滌濾渣多次, 然后將濾渣轉(zhuǎn)移到一個(gè)表面皿中, 在一定溫度的烘箱中烘干, 取出稱重, 將其平均分為四份。 一份做為對比樣, 其他三份分別用不同濃度一定量的HF溶液;HCl溶液, 王水進(jìn)行處理。處理方法同上, 最后經(jīng)干燥取出分別稱重。 Si O2標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制:稱Na2Si O39g、H2O25 g于600m L燒杯中, 加水500 m L, 溶解后轉(zhuǎn)入塑料瓶中密封保存, 此溶液相當(dāng)于Si O210 mg/m L; Fe2O3標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制:在小燒杯中加入稱取烘干至恒重的Fe2O30.500 g, 再加入50%的H2SO440 m L和濃HNO35m L, 加熱溶解澄清后, 冷卻, 轉(zhuǎn)入500 m L容量瓶中, 用水稀釋至刻度, 搖勻, 此溶液相當(dāng)于1mg Fe2O3/m L; Ti O2標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制:稱取0.400 g預(yù)先經(jīng)950℃高溫灼燒的Ti O2于光滑的瓷坩堝中, 加8 g焦硫酸鉀, 在電爐上低溫熔融至無氣泡后再于700℃熔融成紅色均勻流體, 保溫10 min, 取出冷卻, 置于燒杯中, 加100 m L蒸餾水, 再加50%的H2SO4100 m L, 加熱溶解, 冷卻至室溫, 移入1000 m L容量瓶中,以水定容, 搖勻, 此溶液相當(dāng)于0.4 mg Ti O2/m L。 2.2 參比標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 Si O2、Fe2O3和Ti O2混合參比溶液的配制:取1000 m L容量瓶, 加10 mg/m L Si O2標(biāo)準(zhǔn)儲備液1 m L, 加入固體溶劑2.70g加水至約700 m L, 全部溶解后搖勻, 然后迅速加入50%的HCl 70 m L, 立即搖勻, 用移液管取1 mg/m L Fe2O3標(biāo)準(zhǔn)儲備液4 m L, 加入0.4 mg/m L Ti O2標(biāo)準(zhǔn)儲備液10 m L, 用水稀釋至刻度, 搖勻備用。 稱樣品500 mg左右, 硼酸-氫氧化鋰熔劑1.35 g于銀坩堝中。將稱量好的樣品與熔劑用玻璃棒攪拌均勻后蓋上坩堝蓋放在坩堝架上, 送入880℃高溫爐保溫40 min。取出冷卻, 將熔好的樣品放到1000 m L燒杯中, 倒入浸取液, 用超聲波溶解后, 搖勻, 冷卻至室溫, 放置。采用DHF82多元素分析儀 (湘潭科聯(lián)分析儀器有限公司) 直接測定三種雜質(zhì)氧化物的含量。用差減法求得:
由表1可以看出:采用新工藝后, 各種氧化物的含量都有所降低, 但是采用氫氟酸的效果明顯好于硫酸, 尤其對除硅效果明顯, 硅含量從6.58%降低到0.94%,這是因?yàn)榘l(fā)生以下反應(yīng):Si O2+6HF (aq) =H2Si F6+2H2O。氫氟酸對除鐵效果也很好, 鐵的含量從2.29%降低到1.23%。氫氟酸對除鈦氧化物也有一定的效果, 但Ti O2的含量沒有大幅度降低可能是因?yàn)樯傻腍2[Ti F6]不易與產(chǎn)物分離。
從表2可以看出:三種酸在濃度和加入量一定的情況下, 氫氟酸對去除雜質(zhì)氧化物的效果最好。采用鹽酸效果不好可能因?yàn)辂}酸易于與金屬氧化物生成金屬絡(luò)合物,而這些絡(luò)合物不易從產(chǎn)物中分離出去。采用王水效果也不好是由于王水和三氧化二鋁大量反應(yīng)造成的。 綜合表1和表2可以看出, 新工藝中的酸易采用氫氟酸, 三氧化二鋁的含量從86.78%升高到94.28%, 二氧化硅的含量從6.58%降低到0.91%, 二氧化鈦的含量從4.35%降低到3.55%, 三氧化二鐵的含量從2.12%降低到1.23%。 新工藝所得產(chǎn)品硅鋁比大于12, 氧化鋁含量為94%, 根據(jù)鋁土礦及鋁礬土熟料標(biāo)準(zhǔn) (YB/T5057-93) 可知, 制得的產(chǎn)品達(dá)到一級水平。耐火材料用高鋁礬土熟料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn), 產(chǎn)品符合牌號GA1-88的標(biāo)準(zhǔn)。 由以上分析可知, 新工藝流程簡單, 可在常溫下進(jìn)行的, 能耗較小, 有利于降低生產(chǎn)成本.制得的產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
但該工藝也存在以下缺點(diǎn):氫氟酸對設(shè)備的腐蝕性較大;產(chǎn)品中二氧化鈦含量仍較高;這些問題需要進(jìn)一步研究探討。
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