煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中与煤伴生的一种工业固体废弃物,由无机质和少量有机质组成,具有质地坚硬、灰分高、发热量较低等特点。目前,由于技术和经济等原因,煤矸石的处理方式仍然以堆存为主,极易造成环境污染和人身安全问题。同时,煤矸石中又含有丰富的铝资源,若能将其提取用于生产氧化铝,不仅可以解决煤矸石带来的环境和安全问题,而且可以缓解我国高品位铝土矿资源短缺的现状。本文以煤矸石为原料,以石灰石和碳酸钠为添加剂。通过改变配料方案以及烧结条件进行煤矸石低钙烧结提铝试验,考察配料碱比、钙比、烧结温度、烧结时间对熟料中提取氧化铝的影响规律。通过TGA-DSC、XRD、FTIR及SEM分析煤矸石烧结过程中的热反应特征。通过单因素试验和正交试验考察溶出温度、溶出时间和液固比在不同条件下对熟料中偏铝酸钠溶出率的影响。具体研究结果如下:(1)煤矸石低钙烧结过程。通过单因素试验加正交试验研究了碱比、钙比、烧结温度和烧结时间对熟料氧化铝标准溶出率的影响。试验表明:在设定的条件范围内,各因素影响熟料氧化铝溶出率的主次关系为:碱比>钙比>烧结温度>烧结时间;烧结过程的最佳条件参数为烧结温度1150℃、烧结时间90 min、碱比1.1和钙比1.1,在此条件下,氧化铝溶出率可达到87.51%。(2)煤矸石低钙烧结热反应过程。主要分为两部分反应,第一部分为各分解反应和脱水反应:主要包括煤矸石中有机质、挥发分和碳酸盐的分解,高岭石的脱水反应,此外,还有提供钙源的碳酸钙分解;第二部分为固相之间的烧结反应:烧结温度为600℃时,硅铝相先后与碳酸钠和碳酸钙反应生成硅铝酸钠(Na_1.55Al_1.55Si_0.45O₄),同时生成钠钙硅(Na₂Ca Si O₄);随着反应温度的升高,硅铝酸钠(Na_2-xAl_2-xSi_xO₄)中硅的摩尔数x逐渐降低并趋于0;1000℃烧结后,出现新的Al-O键,生成Na Al O₂;烧结温度到1150℃之后,硅铝酸钠(Na_2-xAl_2-xSi_xO₄)完全转变为偏铝酸钠(Na Al O₂),同时存在Na₂Ca Si O₄矿物相。(3)烧结熟料中氧化铝的溶出过程。通过单因素试验加正交试验,考察了溶出温度、溶出时间和液固比对熟料中氧化铝溶出率的影响。试验表明:在设定的条件范围内,各因素对熟料中氧化铝溶出率影响的主次关系为:溶出温度>溶出时间>液固比;最佳的溶出条件为溶出温度65℃、溶出时间7 min和液固比为7,在此条件下,熟料中氧化铝的溶出率可以达到88.68%。