我国高铁铝土矿资源十分丰富,矿石中铁、铝质量比大于1,铝、硅质量比小于3。就高铁铝土矿中铁、铝含量而言,均未达到现行成熟冶炼工艺的品位要求。不论以单一铁矿利用、单一铝矿利用,经济上都不合适。因此,必须将高铁铝土矿中的铝、铁、硅等有价组元都合理利用,才有好的经济效益。多年来,我国科技人员对于高铁铝土矿综合利用的研究已经做了大量工作,提出很多解决方案。但是,由于存在这样那样的问题,而未能实际应用。因此,有必要继续开展高铁铝土矿综合利用研究。本文研究高铁铝土矿绿色化、高附加值综合利用。设计了高铁铝土矿硫酸铵焙烧-溶出的工艺流程;利用单因素实验和正交实验研究各因素对有价金属组元转化的影响与调控,并优化工艺参数;研究了高铁铝土矿综合利用工艺流程中各工序的技术条件,并制备出相应高附加值产品,化工原料循环利用;研究了高铁铝土矿硫酸铵焙烧-溶出过程的动力学,铝酸钠溶液的结构和性质。获得有价金属组元提取的技术原型和理论基础,为高铁铝土矿的开发利用提供理论依据和技术支持。(1)高铁铝土矿硫酸铵焙烧的优化工艺条件为:焙烧温度450℃,焙烧时间120 min,铵矿比2.5:1,矿粉粒度<80μm。按照优化的工艺条件,进行验证实验,铝、铁的提取率均在98%以上。(2)高铁铝土矿硫酸铵焙烧的熟料溶出的优化工艺条件为:溶出温度60℃,溶出时间60min,搅拌强度400r·min-1,液固比3:1。按照优化的工艺条件,进行验证实验,铝、铁的溶出率达到99%以上。(3)高铁铝土矿中铝、铁与硫酸铵反应符合有固体产物层的收缩未反应核模型,由内扩散控制,其表观活化能分别为19.44 kJ·mol-1、20.43 kJ·mol-1,动力学方程分别为:1+2(1-x)-3(1-x)2/3=0.05608exp(-1 943 7/RT)t 1+2(1-x)-3(1-x)2/3=0.0563 5exp(-20426/RT)t高铁铝土矿硫酸铵焙烧熟料铝、铁溶出过程符合收缩未反应核模型,受外扩散控制,其表观活化能分别为6.28 kJ.mol-1、6.02 kJ·mol-1,动力学方程分别为:1-(1-x)2/3=0.1441 exp(-6280/RT)t 1-(1-x)2/3=0.1366exp(-6020/RT)t(4)摩尔比ak=1.50、氧化铝的浓度低于100 g·L-1的铝酸钠溶液,铝以A1(OH)4-形式为主;氧化铝的浓度高于100g·L-1的铝酸钠溶液既存在Al(OH)4-,也存在Al-O-A1二聚离子。摩尔比为1.50、氧化铝浓度为170g·L-1的铝酸钠溶液以Al(OH)4-形式存在的铝酸根离子浓度最大。氧化铝浓度再增高,铝酸钠溶液的铝酸根离子Al(OH)4-浓度降低,而二聚或多聚铝酸根离子浓度增加。在铝酸钠溶液中,氧化铝浓度和摩尔比决定铝酸根离子存在形式。摩尔比为1.50、氧化铝浓度从0到41g·L-1,铝酸钠溶液的丁达尔现象由微弱到明显;氧化铝的浓度继续增加,铝酸钠溶液的丁达尔现象逐渐不明显。说明在稀铝酸钠溶液中存在纳米尺度的微粒,是由Keggin离子构成。铝酸钠溶液是无机高分子溶液。(5)由Popescu法确定出样品煅烧过程的机理函数为g(a)=1-(1-a)1/3]2,属于D3模型,是球形对称的三维扩散过程,活化能Ea=175.123 kJ·mol-1,指前因子A=1.877×109~1.711×1010;用Doyle-Ozawa法计算出同一动力学过程的活化能Ea=167.677 kJ·mol-1。(6)水热法制备出的中空球形氢氧化铝在煅烧时发生的脱水及扩散过程所需要的活化能远低于工业氢氧化铝。以氢氧化铝和草酸镧为原料,利用高温固相反应合成铝酸镧粉体。利用SEM和XRD对样品进行分析表征。添加2%AlC13或添加3%AlF3,固相研磨混合,经1200℃焙烧、恒温3 h制得纯相铝酸镧粉体。添加剂的加入降低了铝酸镧的合成温度。