·1058 工程科学学报，第43卷，第8期 CO, CO Heating F Na F Na NaP EAE Na.CO, Na.CO C02 C02 H,0 B ⊙ Na F HO 图4炭渣培烧-水浸试验原理图 Fig.4 Principle diagram of carbon residue roasting-water immersion test 采用HSC6.0软件的Reaction Equations模块 NaAlO2组成，而炭渣中的氧化铝、冰晶石和亚冰 的计算功能，制作焙烧过程可能发生反应(1)~ 晶石几乎完全被Na2CO3消耗 (4)的标准吉布斯自由能变（△G)与温度(T关系 图，结果如图5所示.由图5可知，反应(1)~(4) 10000 1-NaAlO, 2C 的吉布斯自由能变在800℃以上都为负值且随着 3-NaF 8000 温度的升高变得越来越负，所以在高于800℃的 4-Na,CO; 焙烧温度条件下，上述反应在热力学上可自发进 6000 行，并且温度升高有利于反应(1)~(4)正向进行. 4000 300 Na,Al,F+4.5Na.CO,=4.5CO.(g)+1.5ALO,+14NaF 2000 200 Na,AlF.+2Na,CO,=6NaF+2CO.(g)+NaAlO: -Na,AlF,+1.5Na,CO,=1.5CO(g)+0.5Al.O,+6NaF 444 -AlO,+Na:CO=CO:(g)+2NaAlO: 0 100 60 0 28 图6培烧混合料的X射线衍射物相分析 -100 Fig.6 X-ray diffraction phase analysis of roasted mixture -200 图7为炭渣和焙烧后混合料的面扫描分析，其 -300 中C和F分别为炭和电解质的特征元素.由图7 -400 可知，炭渣中的C在扫描区域内分布不均匀，而 0 200 400600 80010001200 TI℃ C表面包裹的电解质与Na2CO3反应后脱落，所以 因5培烧试验主要反应热力学计算曲线 焙烧后物料中的C在整个扫描范围内均匀分散分 Fig.5 Main reaction thermodynamic calculation curve of roasting test 布：F元素也从冰品石和亚冰晶石相转移到氟化钠 相中，逐渐扩散至整个区域 2结果与讨论 2.2浸出试验条件分析 2.1焙烧后混合料的分析 对焙烧后混合料进行水浸试验.在浸出过程中， 将质量比为2.5：1的NaCO3与炭渣混合均 焙烧后混合料中的NaF、NaAIO2转移至溶液，从而实 匀后置于坩埚电阻炉中，在950℃下焙烧2h,焙 现电解质和炭的分离.焙烧后混合料的浸出液主要 烧后混合料的物相组成如图6所示.由图6可知， 由NaCO3、NaF、NaAlO2组成，其中NaA1O2极易水 炭渣与Na,CO3焙烧后混合料由C、Na2CO,、NaF、 解产生AI(OH)3.NaAIO2的水解不仅降低炭粉纯度，采用 HSC 6.0 软件的 Reaction Equations 模块 的计算功能，制作焙烧过程可能发生反应（1）～ （4）的标准吉布斯自由能变 (ΔG) 与温度 (T) 关系 图，结果如图 5 所示. 由图 5 可知，反应（1）～（4） 的吉布斯自由能变在 800 ℃ 以上都为负值且随着 温度的升高变得越来越负，所以在高于 800 ℃ 的 焙烧温度条件下，上述反应在热力学上可自发进 行，并且温度升高有利于反应（1）～（4）正向进行. 300 Na5Al3F14+4.5Na2CO3=4.5CO2(g)+1.5Al2O3+14NaF Na3AlF6+2Na2CO3=6NaF+2CO2(g)+NaAlO2 Na3AlF6+1.5Na2CO3=1.5CO2(g)+0.5Al2O3+6NaF Al2O3+Na2CO3=CO2(g)+2NaAlO2 200 100 0 −100 −200 −300 −400 0 200 400 600 T/℃ Δ G/(kJ·mol−1 ) 800 1000 1200 图 5    焙烧试验主要反应热力学计算曲线 Fig.5    Main reaction thermodynamic calculation curve of roasting test 2    结果与讨论 2.1    焙烧后混合料的分析 将质量比为 2.5∶1 的 Na2CO3 与炭渣混合均 匀后置于坩埚电阻炉中，在 950 ℃ 下焙烧 2 h，焙 烧后混合料的物相组成如图 6 所示. 由图 6 可知， 炭渣与 Na2CO3 焙烧后混合料由 C、Na2CO3、NaF、 NaAlO2 组成，而炭渣中的氧化铝、冰晶石和亚冰 晶石几乎完全被 Na2CO3 消耗. 10000 8000 6000 2000 4000 0 20 40 1 14 4 4 4 3 1 4 1 4 2 41 2 4 24 1 4 1 3 3 11 60 2θ/(°) Intensity (a.u.) 1—NaAlO2 2—C 3—NaF 4—Na2CO3 80 图 6    焙烧混合料的 X 射线衍射物相分析 Fig.6    X-ray diffraction phase analysis of roasted mixture 图 7 为炭渣和焙烧后混合料的面扫描分析，其 中 C 和 F 分别为炭和电解质的特征元素. 由图 7 可知，炭渣中的 C 在扫描区域内分布不均匀，而 C 表面包裹的电解质与 Na2CO3 反应后脱落，所以 焙烧后物料中的 C 在整个扫描范围内均匀分散分 布；F 元素也从冰晶石和亚冰晶石相转移到氟化钠 相中，逐渐扩散至整个区域. 2.2    浸出试验条件分析 对焙烧后混合料进行水浸试验. 在浸出过程中， 焙烧后混合料中的 NaF、NaAlO2 转移至溶液，从而实 现电解质和炭的分离. 焙烧后混合料的浸出液主要 由 Na2CO3、NaF、NaAlO2 组成，其中 NaAlO2 极易水 解产生 Al(OH)3 . NaAlO2 的水解不仅降低炭粉纯度， Na F Na F Na F Na F Na F Na F Na F Na F Na F Na F Na F Na F F F F F F F Al Na Na Na Heating F F F F F F Al CO2 CO2 Na2CO3 Na2CO3 C C C C C C Na Na Na Na F F Na Na F NaAlO2 NaAlO2 CO2 H2O H2O CO2 Na F Na F F Na Na F F Na Na F F Na Na F F Na 图 4    炭渣焙烧−水浸试验原理图 Fig.4    Principle diagram of carbon residue roasting−water immersion test · 1058 · 工程科学学报，第 43 卷，第 8 期