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石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫研究

作　者: 蒋洪石
导　师: 吴贤熙
学　校: 贵州大学
专　业: 化学工艺
关键词: 石灰拜耳法铝酸钠脱硫率 X射线衍射水合硫铝酸钙
分类号: TF821
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文从铝土矿资源的可持续性发展、加快构建资源节约型社会角度出发，顺应竞争日趋激励的世界氧化铝工业发展的要求，寻求使用的高硫低铝硅比铝土矿研究简单的、经济的氧化铝生产方法，提出石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫研究的课题。本课题首先通过配制铝酸钠溶液，论述了NaOH与Al（OH）₃摩尔比分别为1：1、1.5：1、2：1、2.5：1和3：1配制的铝酸钠溶液的稳定性和碱液浓度对脱硫效果的影响，实验证明：当配制铝酸钠溶液稀释3～4倍时，脱硫效果较好，脱硫率达75％左右；同时讨论石灰添加量对脱硫效果的影响，通过实验证明选择最佳的石灰添加量，是获得较好的脱硫效果的前提条件，当石灰的添加量达到8～8.5g左右，脱硫率最佳达到83％。通过对反应产物XRD分析发现，反应产物中均没有一元型含水硫铝酸钙和三元型含水硫铝酸钙，脱硫产物只有CaSO₄。反应温度是铝酸钠溶液脱硫效果的主要影响因素，同时也是制约水合硫铝酸钙生成的影响因素，当反应温度为70～75℃左右时，脱硫率最佳达到85％，通过XRD衍射分析，反应产物中水合硫铝酸钙的含量为78％左右。反应时间也是影响脱硫效果的重要因素之一，当反应时间在40～50min左右时，脱硫效果最好，脱硫率达86％左右，通过XRD衍射分析，反应产物中一元型含水硫铝酸钙和三元型含水硫铝酸钙的含量为96.4％，脱硫效果显著。通过正交实验对铝酸钠溶液脱硫效果影响的因素进行研究，当铝酸钠溶液中SO₄^2-浓度为24g／L，通过实验的极差分析给出最佳脱硫工艺条件：铝酸钠溶液中碱液浓度为30.40g／L，石灰添加量为8.5g、反应温度为70℃、反应时间为50min，其最佳脱硫率为87.42％。通过X射线衍射、差热分析、红外光谱分析等方法研究，证明了水合硫铝酸钙的存在，为石灰拜耳法高效脱硫提供理论依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章引言  9-22
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 拜耳法  10-15
    1.2.1 拜耳法原理  10-12
    1.2.2 拜耳法的基本工艺流程  12-13
    1.2.3 拜耳法的分类  13-15
      1.2.3.1 常规拜耳法  13-14
      1.2.3.2 石灰拜耳法  14-15
  1.3 氧化铝生产中脱硫的研究  15-20
    1.3.1 目前脱硫基本概况  15-16
    1.3.2 国外脱硫工艺现状  16-17
    1.3.3 国内脱硫工艺现状  17
    1.3.4 高硫铝土矿脱硫现状  17-20
      1.3.4.1 在碱性铝酸盐溶液中浮选铝土矿研究  17-18
      1.3.4.2 电位调控浮选脱硫  18
      1.3.4.3 拜耳法脱硫研究  18-20
  1.4 本课题研究的意义及内容  20-22
    1.4.1 本课题提出的思路  20
    1.4.2 本课题研究的意义  20-21
    1.4.3 本课题研究的主要内容  21-22
第二章实验方法  22-37
  2.1 实验原理  22
  2.2 水合硫铝酸钙生成的热力学分析  22-28
  2.3 水合硫铝酸钙生成的动力学分析  28
  2.4 实验原料的制备  28-33
    2.4.1 铝酸钠溶液的制备  28-31
      2.4.1.1 铝酸钠溶液的性质  28-30
      2.4.1.2 反应原理  30
      2.4.1.3 实验试剂与材料  30
      2.4.1.4 仪器与设备  30
      2.4.1.5 铝酸钠溶液的配制条件  30-31
      2.4.1.6 实验步骤  31
    2.4.2 标准溶液的配制与标定  31-33
    2.4.3 氧化钙固体的制备  33
      2.4.3.1 氧化钙添加剂的作用机理  33
      2.4.3.2 实验试剂与材料  33
      2.4.3.3 实验的设备  33
      2.4.3.4 实验步骤  33
  2.5 石灰拜耳法脱硫实验  33-37
    2.5.1 实验试剂与材料  33-34
    2.5.2 实验设备  34
    2.5.3 实验步骤  34
    2.5.4 化学分析  34-37
      2.5.4.1 铝酸钠溶液中氧化铝及苛性碱的测定  34-35
      2.5.4.2 滤液中硫酸根的测定  35
      2.5.4.3 滤液中氧化铝及苛性碱的测定  35
      2.5.4.4 脱硫效果的影响  35-36
      2.5.4.5 分析测试  36-37
第三章石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫工艺研究试验结果分析与讨论  37-59
  3.1 铝酸钠溶液对脱硫效果的影响  37-45
    3.1.1 铝酸钠溶液的配制  37-38
    3.1.2 铝酸钠溶液稳定性对脱硫效果的影响  38-41
    3.1.3 铝酸钠溶液碱液浓度对脱硫效果的影响  41-45
  3.2 石灰添加量对脱硫效果的影响  45-48
  3.3 反应温度对脱硫效果的影响  48-50
  3.4 反应时间对脱硫效果的影响  50-53
  3.5 SO_4~(2-)浓度对脱硫效果的影响  53-54
  3.6 搅拌强度对脱硫效果的影响  54
  3.7 铝酸钠溶液脱硫效果的正交实验  54-56
    3.7.1 实验因素及水平的选择  54-55
    3.7.2 实验安排及分析  55-56
  3.8 化学分析  56-59
    3.8.1 X射线衍射分析  56
    3.8.2 差热分析  56-57
    3.8.3 IR分析  57-59
第四章结论  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
附录  65-66

石灰拜耳法生产氧化铝的脱硫研究

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