氧化铝是我国重要的工业材料,由于我国铝土矿资源匮乏,约50%铝土矿需要进口。我国是煤炭消耗大国,其山西北部和内蒙中西部地区燃煤发电厂产生的粉煤灰含有大量铝元素,是一种高价值的二次资源。目前有许多针对高铝粉煤灰提取氧化铝的工艺研究,硫酸氢铵溶液浸出法最具工业化前景。本文以硫酸氢铵溶液浸出粉煤灰提取氧化铝工艺为研究背景,针对此过程中的循环物料——硫酸铵开展热分解过程研究,使硫酸铵分解并形成一定浓度的硫酸氢铵溶液和氨水,返回到浸出过程循环使用。使整个工艺实现闭环,降低原料的消耗从而降低生产成本。主要研究内容和结论如下:(1)采用热重(TG)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射分析(XRD)、质谱(MS)检测手段对原料、反应残留物以及生成气体进行分析,得到硫酸铵分解过程为:246°C-328°C:(NH₄)₂SO₄=NH₄HSO₄+NH₃(g)328°C-346°C:2NH₄HSO₄=(NH₄)₂S₂O₇+H₂O(g)346°C-430°C:3(NH₄)₂S₂O₇=2NH₃(g)+2N₂(g)+6SO₂(g)+9H₂O(g)(2)利用热重数据对硫酸铵进行热分析动力学研究,结果表明第一段反应活化能为125.218 KJ·mol^-1,指前因子18.36,最概然机理函数为G(α)=(1-(1-α^1/3))~2;第二段反应活化能为110.214 KJ·mol^-1,指前因子13.94,最概然机理函数为G(α)=(-ln(1-α))^1/4;第三段反应活化活能为97.7062 KJ·mol^-1,指前因子8.44,最概然机理函数为G(α)=α^1/2。(3)通过单因素实验考察不同温度、不同反应时间以及不同料层厚度对硫酸铵分解率的影响,并计算硫酸铵不同分解阶段的宏观动力学参数,结果表明:第一段动力学方程为1-(1-α)^1/3=5.24×10~8exp(-1222036/(RT))t;第二段动力学方程为1-2α/3-(1-α)^2/3=1.79×10~5exp(-88287/(RT))t;第三段动力学方程为1-(1-α)^1/3)^1/2=7.0087×10~4exp(-93347.9/(RT))t。(4)使用Aspen plus模拟软件对硫酸铵分解循环过程进行优化分析,在硫酸铵流量10000 kg·h^-1条件下,确定硫酸铵分解最佳温度300°C,最佳分解压力为1.0 bar;氨吸收塔中吸收用水的最佳温度15°C,最佳用水量为1000 kmol·h^-1;确定氨水吸收塔为一段填料塔,塔高为12 m,塔径1.5 m,塔板数25。