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随着我国氧化铝产能的高速发展,我国的优质铝土矿资源储量已很难满足现有的工业要求,使用低品位铝土矿生产氧化铝不仅氧化铝的溶出率低,而且会产生大量高碱赤泥。赤泥的强碱性使其综合利用难度增加,赤泥堆存需要占用大面积土地,且需消耗大量人力和物力进行管理和维护,造成了一系列经济和环境问题。针对上述情况,课题组提出了“钙化-碳化法”处理拜耳法赤泥的新工艺。本文主要对钙化、碳化转型过程的热力学、动力学进行了分析,并研究了钙化、碳化过程各参数对拜耳法一水赤泥和三水赤泥处理效果的影响,在此基础上对不同条件形成的赤泥在处理过程中出现差异的机理进行了探索。具体研究内容如下:(1)热力学分析结果表明:在298～473K的温度范围内,赤泥的钙化及碳化反应均可以进行。钙化和碳化反应过程的自由能均随反应温度升高而增大,碳化反应过程的自由能随二氧化碳分压增大略有降低。(2)三水赤泥实验研究表明:赤泥中碱含量高达10.15wt.%,铝硅比为0.60,主要物相为赤铁矿、水合铝硅酸钠和诺三水铝石;赤泥钙化转型过程在差热曲线上升段和下降段均属混合控制,但下降段活化能明显降低,说明高温条件有利于钙化转型过程进行;拜耳法三水赤泥在120℃、钙硅比4.2:1、液固比4:1、保温时间1h的钙化条件,120℃、1.OMPa、液固比10:1、保温时间2h的碳化条件及60℃、Nk=100g/L、液固比10:1、保温时间90min的溶铝条件下,经五次处理后得到的新型结构赤泥中的铝硅比可以降低到0.22,碱含量可降至0.175wt.%,完全满足水泥工业生产要求。(3)一水赤泥实验研究表明:赤泥中碱含量达到8.44wt.%,铝硅比为1.22,主要物相为钙霞石、水化石榴石、铁水化石榴石和赤铁矿;拜耳法一水赤泥在温度240℃,石灰添加量30wt.%、液固比4:1、保温时间1h的钙化条件,120℃、1.0MPa、液固比10:1、保温时间2h的碳化条件及60℃、Nk=100g·L-1、液固比12:1、保温时间90min的溶铝条件下,经五次处理后得到的新型结构赤泥中的铝硅可降至0.68左右,碱含量可降至0.5wt.%。(4)通过纯物质合成铁水化石榴石实验研究,对“钙化-碳化法”处理不同条件产生的赤泥的机理进行分析,结果表明:升高温度对铁水化石榴石的生成有利,温度高于200℃时才开始有铁水化石榴石生成;温度升高不利于铁水化石榴石的分解,二氧化碳分压变化对反应影响不大,合成的铁水化石榴石在碳化过程中全部分解,对后续氧化铝的提取过程不产生影响。升高温度对水化石榴石的生成和分解均不利,二氧化碳分压变化对反应影响很小;随温度升高,合成水化石榴石的化学稳定性增强,经碳化、溶铝处理后,渣中剩余水化石榴石的含量随之增大,即高温生成的水化石榴石稳定性过高是导致一水赤泥中氧化铝回收效率降低的主要原因。