我国铝工业的高速发展加速了铝资源的枯竭,利用拜耳法处理中低品位铝土矿过程中存在氧化铝收率低、高碱赤泥排放量大等问题。为此,课题组提出了“钙化-碳化法”中低品位铝土矿处理技术,改变了氧化铝生产过程中的平衡固相结构,实现了中低品位铝土矿的高效、清洁利用。针对该方法处理不同地区铝土矿效果存在差异这一问题,需对含铝硅相在转型过程中的行为展开研究,本文选取铝土矿中主要含硅相伊利石为主体研究对象,揭示其钙化转型机理,并对主要含硅相在钙化-碳化工艺中的反应行为进行对比分析,考察不同含硅相在反应中的相互作用机制及平衡相结构,建立含硅相在钙化-碳化反应中的数学模型,使用不同地区典型铝土矿对模型的适用性进行验证分析,具体内容及结果如下:(1)根据复杂硅酸盐矿物热力学数据估算方法计算得到伊利石与水化石榴石的标准Gibbs自由能。对伊利石钙化过程的热力学计算表明在钙化过程中生成不同硅饱和系数水化石榴石的反应均能发生,在同一温度下会优先生成硅饱和系数更高的水化石榴石。碳化分解过程中,当反应温度为120℃,CO2压力为1.2MPa时硅饱和系数较低的水化石榴石分解反应更容易进行。(2)伊利石钙化过程受化学反应控制,反应活化能为42.26kJ/mol。伊利石的溶解行为主要发生在反应前期,其中温度是该过程的主要影响因素。对钙化产物分析表明,随反应温度升高生成水化石榴石的硅饱和系数越来越高,完全反应后产物呈球状均匀分布,未覆盖在未反应的伊利石表面。(3)含硅相钙化-碳化工艺研究表明,高岭石在钙化不完全时会生成钠硅渣,使尾渣中钠碱含量升高;伊利石反应不完全时仍以原矿形态存在于渣中,不会生成钠硅渣。高岭石与伊利石两种含硅相共存时,钙化转型程度受伊利石含量影响更大,此外两种矿相共存时未发现有交互作用发生。依据氧化铝溶出率,使用混合矿相中高岭石含量分别对反应温度、母液浓度及氧化铝溶出率进行拟合,得到主要含硅相在钙化-碳化工艺中反应的数学模型。(4)使用我国不同地区典型铝土矿对模型的适用性分析表明,当铝土矿的含硅相中存在大量绿泥石时,其溶解程度直接影响钙化反应程度,进而对后续工序产生影响。当铝土矿中主要含硅相为高岭石及伊利石时,无论是采用单一含硅相还是实际铝土矿研究,实际结果与模型结果具有一致性。