于海燕等：12Ca0·7A山O3晶体结构及其氧化铝浸出性能 ·31 碱石灰烧结法主要配料是碱比N/(A+F)=1,钙 10.00g熟料，浸出30min,停止搅拌，将部分浆液进行 硅比C/S=2,熟料主要物相是Na20·AL,03、Na,0· 干过滤，以分析溶液中氧化铝、全碱、碳碱和苛性碱的 Fe203和2Ca0·Si02.按照此配方配料，千法烧结存在 含量.滤饼用80℃热水洗涤6~8次，洗净赤泥中的附 碱循环困难和碱挥发（容易结疤）等问题，难以实现干 碱，烘干，分析弃渣中Al,0,和Si02含量. 法配料烧结.石灰烧结法不存在上述问题，其基本 熟料氧化铝溶出率？o的计算采用赤泥和熟料固 配料是钙铝比C/A=1.7,钙硅比C/S=2,钙铁比 相成分计算： C/F=2,熟料主要物相是12Ca0·7AL,0,、2Ca0·Fe203 (A1S-(A/S)起×100% 和2Ca0·Si0,烧结过程中不配碱，只需配入石灰即 (A1S)熟料 (1) 可，碳分母液不进入烧结配料中，仅在湿法过程循 式中，(A/S)熟料为熟料中AL,03和SiO2质量比，(A/ 环-.因此，可以采用干法烧结，大大降低烧结过程 S)泥为赤泥中A山，03和Si0,质量比. 中的能量消耗.然而，石灰烧结法配钙量大，熟料折合 2 结果与讨论 比大，且氧化铝溶出率低，制约了该工艺方法的 应用9-☒ 2.1铝酸钙熟料的溶出性能 为此，本文拟开展Ca0-Al,0,-Si02三元体系烧 对在1350℃温度下烧结得到的不同C1A熟料进 结产物相变规律研究，探明溶出性能较好的12Ca0· 行了氧化铝溶出实验.通过X射线荧光分析对溶出赤 7AL,0,生成条件以及石灰烧结法氧化铝溶出率低的 泥中AL,0,和Si02的含量进行分析，结果如表1所示. 原因，寻找提高石灰烧结法氧化铝溶出率和降低钙铝 利用式(1)对熟料的氧化铝溶出率进行计算，结果如 比的途径，为进一步改良和创新石灰烧结法提供理论 图1所示. 指导，推动烧结法干法配料和烧结工艺的实现 表1 不同C/A下赤泥主要成分（质量分数）及其溶出率 Table 1 Components and leaching ratio of red mud with different C/A 1实验 赤泥主要成分/% C/A 7a0/% 1.1实验仪器设备 Al203 SiO2 烧结实验使用KSL-H70OX一A2型MoSi,箱式高温 1.0 19.80 10.19 61.14 炉，溶出实验采用磁力搅拌恒温水浴箱.使用荷兰 1.2 7.80 9.61 83.77 Philips X'Pert PW304060X射线行射分析仪对熟料的 1.3 5.11 9.32 89.03 物相组成和晶体结构进行了分析和计算：使用日本岛 1.4 3.04 9.08 93.30 津XRF-18O0型荧光分析仪对溶出渣进行了成分 1.5 4.25 8.76 90.30 分析. 1.6 4.78 8.48 88.73 1.2实验原料 1.7 4.45 7.59 88.27 本实验过程中所使用的原料CaC0,、AL,03和SiO, 均为分析纯化学试剂。溶出过程中使用的溶出液 为分析纯碳酸钠试剂配制，其中碳碱的质量浓度为 90 80g.L- 85 1.3熟料的烧结 在A/S=5的条件下，将实验原料按比例称重混 80 匀放入刚玉坩埚内，然后置入1700X型烧结炉中，在 75 1350℃的温度下进行烧结，烧结时间为1h.烧结结束 70 后，熟料在高温炉中自然降温，炉温降到200℃左右时 65 取出，冷却至室温，若炉料烧结成块，则破碎研磨，熟料 60 放入干燥器中保存待用. 0.91.01.1121.3141.51.61718 1.4熟料的氧化铝溶出 C/A 溶出用熟料的粒度在74m左右.准确称取 图1不同C/A下熟料的氧化铝溶出率 10.00g熟料，量取100mL调整液.将不锈钢反应器放 Fig.1 Alumina-eaching rate of clinkers with different C/A 入(80±1)℃水浴中，安装好搅拌器及冷凝器以防溶 从图1可以看出，随着C/A的提高，氧化铝的溶 液蒸发，加入100mL调整液.使其预热到80℃，开动 出率逐渐增加.当A/S=5,C/A=1.4时，熟料的氧化 搅拌器，并从不锈钢反应器加料口通过漏斗加入 铝溶出率达到最佳值93.3%.继续提高熟料的钙铝于海燕等: 12CaO·7Al2O3 晶体结构及其氧化铝浸出性能 碱石灰烧结法主要配料是碱比 N /( A + F) = 1，钙 硅比 C / S = 2，熟 料 主 要 物 相 是 Na2O·Al2O3、Na2O· Fe2O3 和 2CaO·SiO2 ． 按照此配方配料，干法烧结存在 碱循环困难和碱挥发( 容易结疤) 等问题，难以实现干 法配料烧结［4--5］． 石灰烧结法不存在上述问题，其基本 配料 是 钙 铝 比 C /A = 1. 7，钙 硅 比 C / S = 2，钙 铁 比 C / F = 2，熟料主要物相是 12CaO·7Al2O3、2CaO·Fe2O3 和 2CaO·SiO2，烧结过程中不配碱，只需配入石灰即 可，碳分 母 液 不 进 入 烧 结 配 料 中，仅在湿法过程循 环［6--8］． 因此，可以采用干法烧结，大大降低烧结过程 中的能量消耗． 然而，石灰烧结法配钙量大，熟料折合 比大，且 氧 化 铝 溶 出 率 低，制 约 了 该 工 艺 方 法 的 应用［9--12］． 为此，本文拟开展 CaO--Al2O3 --SiO2 三元体系烧 结产物相变规律研究，探明溶出性能较好的 12CaO· 7Al2O3 生成条件以及石灰烧结法氧化铝溶出率低的 原因，寻找提高石灰烧结法氧化铝溶出率和降低钙铝 比的途径，为进一步改良和创新石灰烧结法提供理论 指导，推动烧结法干法配料和烧结工艺的实现． 1 实验 1. 1 实验仪器设备 烧结实验使用 KSL--1700X--A2 型 MoSi2 箱式高温 炉，溶出实验采用磁力搅拌恒温水浴箱． 使用 荷 兰 Philips X'Pert PW3040--60 X 射线衍射分析仪对熟料的 物相组成和晶体结构进行了分析和计算; 使用日本岛 津 XＲF--1800 型 荧 光 分 析 仪 对 溶 出 渣 进 行 了 成 分 分析． 1. 2 实验原料 本实验过程中所使用的原料 CaCO3、Al2O3 和 SiO2 均为分析 纯 化 学 试 剂． 溶出过程中使用的溶出液 为分析纯碳酸钠试剂配制，其中碳碱的质量浓度为 80 g·L － 1 ． 1. 3 熟料的烧结 在 A / S = 5 的条件下，将实验原料按比例称重混 匀放入刚玉坩埚内，然后置入 1700X 型烧结炉中，在 1350 ℃的温度下进行烧结，烧结时间为 1 h． 烧结结束 后，熟料在高温炉中自然降温，炉温降到 200 ℃ 左右时 取出，冷却至室温，若炉料烧结成块，则破碎研磨，熟料 放入干燥器中保存待用． 1. 4 熟料的氧化铝溶出 溶出 用 熟 料 的 粒 度 在 74 μm 左 右． 准 确 称 取 10. 00 g 熟料，量取 100 mL 调整液． 将不锈钢反应器放 入( 80 ± 1) ℃ 水浴中，安装好搅拌器及冷凝器以防溶 液蒸发，加入 100 mL 调整液． 使其预热到 80 ℃，开动 搅拌器，并 从 不 锈 钢 反 应 器 加 料 口 通 过 漏 斗 加 入 10. 00 g 熟料，浸出 30 min，停止搅拌，将部分浆液进行 干过滤，以分析溶液中氧化铝、全碱、碳碱和苛性碱的 含量． 滤饼用 80 ℃热水洗涤 6 ～ 8 次，洗净赤泥中的附 碱，烘干，分析弃渣中 Al2O3 和 SiO2 含量． 熟料氧化铝溶出率 ηAO的计算采用赤泥和熟料固 相成分计算: ηAO = ( A / S) 熟料 － ( A / S) 赤泥 ( A / S) 熟料 × 100% ( 1) 式中，( A / S) 熟料 为熟料中 Al2O3 和 SiO2 质量比，( A / S) 赤泥 为赤泥中 Al2O3 和 SiO2 质量比． 2 结果与讨论 2. 1 铝酸钙熟料的溶出性能 对在 1350 ℃温度下烧结得到的不同 C /A 熟料进 行了氧化铝溶出实验． 通过 X 射线荧光分析对溶出赤 泥中 Al2O3 和 SiO2 的含量进行分析，结果如表 1 所示． 利用式( 1) 对熟料的氧化铝溶出率进行计算，结果如 图 1 所示． 表 1 不同 C /A 下赤泥主要成分( 质量分数) 及其溶出率 Table 1 Components and leaching ratio of red mud with different C /A C /A 赤泥主要成分/% Al2O3 SiO2 ηAO /% 1. 0 19. 80 10. 19 61. 14 1. 2 7. 80 9. 61 83. 77 1. 3 5. 11 9. 32 89. 03 1. 4 3. 04 9. 08 93. 30 1. 5 4. 25 8. 76 90. 30 1. 6 4. 78 8. 48 88. 73 1. 7 4. 45 7. 59 88. 27 图 1 不同 C /A 下熟料的氧化铝溶出率 Fig． 1 Alumina-leaching rate of clinkers with different C /A 从图 1 可以看出，随着 C /A 的提高，氧化铝的溶 出率逐渐增加． 当 A / S = 5，C /A = 1. 4 时，熟料的氧化 铝溶出率达到最佳值 93. 3% ． 继续提高熟料的钙铝 · 13 ·