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随着氧化铝企业竞争的日益激烈和对国外铝土矿依存度的不断提升,拜耳法过程水解问题日益突出,如何抑制溶出液稀释沉降过程的水解损失即保证铝酸钠溶液的稳定性成为诸多拜耳法企业亟待解决的重大科学和技术问题之一。本文在计算拜耳法不同种类复杂脱硅产物生成热力学的基础上,通过模拟不同类型铝土矿溶出时的脱硅反应体系,利用XRF、XRD、IR、Raman、SEM-EDS等多种现代测试手段并结合粒度、粘度、电导率等物理性质分析,系统研究 Na2O-Al2O3-SiO2-H2O 系、CaO-Na2O-Al2O3-SiO2-H2O系和铝土矿实际溶出体系脱硅产物的矿相演变规律、微观组织形态和不同条件下铝酸钠溶液结构变化特征,建立了有助于降低拜耳法水解损失的脱硅产物固相和铝酸钠溶液液相调控理论基础和实际指导方法。论文得到的主要结论如下:计算了不同类型复杂脱硅产物的生成热力学,并系统研究了 Na2O-Al2O3-SiO2-H2O系水合铝硅酸钠在不同溶液浓度、反应温度、时间和预脱硅下的矿相演变行为及其析出活性。在0～300℃下沸石、方钠石、碱性方钠石、水化石榴石等标准吉布斯生成自由能均为负值,且均随反应温度升高而降低;方钠石与碱性方钠石的标准吉布斯生成自由能较低,而水化石榴石与沸石相对较高。Na2O-Al2O3-SiO2-H2O系水合铝硅酸钠主要由无定型沸石、A型沸石、方钠石、碱性方钠石和沸石等组成,高温且碳酸钠存在下还能生成霞石;A型沸石只在脱硅推动力很大时生成,呈八面体状,随着反应温度的提高和时间的延长逐渐消失;沸石和方钠石（碱性方钠石）为水合铝硅酸钠中的稳定物相,分别呈圆片结构团聚成的球状和立方体状;脱硅产物的结晶度、矿相组成与含量、微观组织形态均能影响其析出活性,水合铝硅酸钠对铝酸钠溶液稳定性的影响顺序为:沸石>方钠石>A型沸石>无定型沸石。提高脱硅温度和时间能够显著增加水合铝硅酸钠的结晶度,降低其团聚度,并提高沸石含量,有利于铝酸钠溶液的稳定性。研究了不同阴离子杂质及其浓度对145℃下水合铝硅酸钠析出行为及其活性的影响规律和机理。铝酸钠溶液中的Cl-、SO42-、CO32-、CH3COO-均参与脱硅反应,并生成相应的含氯方钠石、黝方石、碳酸根方钠石和羟甲基方钠石,而C2O42-不参与脱硅反应;阴离子杂质对生成水合铝硅酸钠的微观形貌影响不大,但改变沸石圆形片状结构的厚度;随着阴离子杂质浓度的提高,析出水合铝硅酸钠各物相结晶度降低、析出活性提高,并提高了方钠石含量、降低了沸石含量;无机阴离子杂质参与脱硅反应能力顺序为:CO32->SO42->Cl-;脱硅过程添加水合铝硅酸钠晶种,可以提高铝酸钠溶液的脱硅深度,并提高生成水合铝硅酸钠中各物相的结晶度,有利于提高铝酸钠溶液的稳定性。系统研究了 CaO-Na2O-Al2O3-SiO2-H2O系脱硅产物在不同温度、时间、CaO加入量、碳酸钠浓度下的矿相演变行为及其析出活性。CaO-Na2O-Al2O3-SiO2-H2O系脱硅产物主要由水化石榴石、沸石和六水铝酸三钙组成,无定型沸石含量很少,A型沸石只在低温脱硅时存在;当铝酸钠溶液中存在碳酸钠和加入CaO时,145℃的脱硅产物由水化石榴石、六水铝酸三钙和两种不同形貌的沸石组成,245℃的脱硅产物由水化石榴石、六水铝酸三钙和钙霞石组成;随着碳酸钠浓度的提高,脱硅产物的结晶度逐渐降低,其中水化石榴石的含量逐渐降低,沸石或钙霞石的含量逐渐提高。增加预脱硅后的两步脱硅能够提高脱硅产物的结晶度,其中不添加CaO时降低非晶含量并提高沸石含量,添加CaO时增加水化石榴石含量并降低沸石含量;在预脱硅时加入CaO明显提高水化石榴石含量,大幅降低脱硅产物的析出活性。钙系脱硅产物稳定铝酸钠溶液顺序为:水化石榴石>沸石>钙霞石;提高脱硅温度和时间,能够提高脱硅产物的结晶度,使六水铝酸三钙不断向水化石榴石转化,并提高了水化石榴石的SiO2饱和系数,同时降低沸石含量。系统研究了铝酸钠溶液体系的拉曼光谱特征,并结合粘度、电导率等物理性质变化,建立了铝酸钠溶液离子结构变化影响其稳定性的微观机制。随着铝酸钠溶液温度的提高、溶液分子比和SiO2浓度的增加,溶液中的Al（OH）4-离子分别向Al2O（OH）62-离子和[（HO）3Al-O-Al（OH）3]2-离子转化,同时SiO2浓度的增加使溶液中Al2O（OH）62-离子的Al-O-Al键逐渐转化为结构更稳定的Al-O-Si键,导致Al（OH）4-离子数量减少,有利于提高铝酸钠溶液的稳定性。铝酸钠溶液中的CO32-和SO4促进Al（OH）4-离子向Al2O（OH）62-离子转化,有利于提高铝酸钠溶液的稳定性;C2O42-和CH3COO-使铝酸钠溶液中Al（OH）4-离子和Al2O（OH）62-离子增多,同时Al2O（OH）62-离子向Al（OH）4-离子发生转化,能够促进铝酸钠溶液的水解。最后研究了铝土矿实际溶出过程脱硅产物的析出行为和溶出液的稳定性。预脱硅和添加石灰能够提高矿石溶出时的脱硅性能,提高水化石榴石的含量、降低沸石含量有利于降低脱硅产物的析出活性;预脱硅和添加石灰能够大幅度提高溶出液的稳定性,尤其是二者结合时几乎不发生水解。