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《中國資源綜合利用雜志》2014年第十二期

1動力學分析

脫水焙燒過程中，含結構水的明礬石礦物晶體結構的破壞是從脫除結構水開始的。宏觀上表現為焙燒過程中的脫水反應。所以，研究脫水過程中明礬石礦物的脫水動力學規律，對分析明礬石礦物的脫結構水過程及有關規律具有一定的意義。本研究采用非等溫過程熱重法中的差減微分法來研究脫水動力學采用origin8.0軟件取△1/T/△ln（1-α）作為橫坐標，△ln（dα/dT）/△ln（1-α）作為縱坐標，做曲線并進行線性擬合，從擬合數據可知，斜率為-32082，E/R=32082。由此可知，表觀活化能E≈267kJ/moL。明礬石脫水動力學擬合曲線數據見表2。

2實驗

2.1實驗原料明礬石精礦來自于某礦業集團銅尾礦浮選得到的精礦。明礬石主要化學組成見表3，粒度分析見表4。從圖4可知，明礬石精礦的主要物相為明礬石［KAl3（SO4）2（OH）6］、地開石［Al2Si2O5（OH）4］和石英。經化學組成分析及物相分析，可計算出明礬石精礦中明礬石約占61.57%，地開石約占14.83%，其余大部分為石英。明礬石中結構水含量約為8.03%，地開石中結構水含量約為3.22%，明礬石和地開石中的結構水全部脫除，其理論總失重率為11.25%。因此明礬石精礦焙燒脫水的失重率應在8.03%～11.25%之間。

2.2實驗裝置與分析儀器SE300F型電子天平（奧豪斯儀器有限公司）；GZX-01型干燥箱（中儀國科科技有限公司）；XY-1200型馬弗爐（鑫宇爐業有限公司）；Mastersizer2000型激光粒度分析儀（英國馬爾文儀器有限公司）；Dupont1090B型熱分析儀（美國杜邦公司）；UltimaⅣ型X射線衍射儀（日本理學公司）。

2.3實驗方法稱取明礬石精礦放入瓷舟中，置于升溫到設定溫度的馬弗爐中，焙燒脫水一定時間后，取出瓷舟，自然冷卻，稱量脫水樣重量，制得失重率與脫水影響因素的關系表。并對試驗數據進行分析，優化焙燒脫水的工藝參數。

3結果及討論

3.1焙燒溫度在焙燒時間為7min條件下對明礬石精礦進行了不同脫水溫度的條件試驗。不同溫度對明礬石精礦脫水的影響見表5。由表5可知，隨著焙燒溫度的升高，明礬石焙燒后樣品的質量降低，失重率增加。在873K時其失重率超過10.00%，理論上明礬石中的明礬礦物已完成脫水，部分地開石也分解脫水，繼續升高溫度，失重率會進一步提高，可能會導致氧化鋁晶型轉變，影響后續堿浸鋁的浸出率，因此試驗選擇脫水焙燒溫度為873K。

3.2焙燒時間在焙燒溫度為873K條件下對明礬石精礦進行了不同脫水時間的條件試驗。不同時間對明礬石精礦脫水的影響見表6。從表6可以看出，隨焙燒時間時間延長，明礬石失重率升高，在873K下，時間延長至7min，明礬石失重率不再繼續升高，達到穩定狀態。因此試驗選擇脫水焙燒時間為7min。

3.3明礬石熟料的XRD分析對焙燒脫水后得到的明礬石熟料進行的XRD分析見圖5。由圖5可知，主要礦物相為石英、硫酸鋁鉀和地開石。873K脫水明礬石的晶相結構遭到破壞，發生分解反應生成了硫酸鋁鉀。地開石在脫水過程中晶相結構也發生變化，峰變寬，峰強減弱。脫水過程中生成的氧化鋁，沒有出現衍射條紋，可能是在此溫度下未完全形成晶體結構或者結晶程度不好［13］。

4結論

對明礬石精礦的熱重-差熱分析表明，明礬石焙燒脫水起始溫度為807K，脫水反應劇烈發生時的溫度為852K。明礬石精礦的熱力學分析表明，明礬石熱力學分解溫度在873K，地開石熱力學分解溫度在893K。動力學分析表明，明礬石精礦脫水表觀活化能約為267kJ/moL。通過試驗研究，確定了明礬石脫水優化工藝參數為溫度873K，焙燒時間7min，明礬石精礦的失重率達10%。通過明礬石脫水焙燒前后XRD圖譜分析表明，明礬石的晶相結構遭到破壞，明礬石已發生分解反應，生成了硫酸鋁鉀及氧化鋁。

作者：李達蔣開喜蔣訓雄汪勝東范艷青單位：北京礦冶研究總院