随着我国氧化铝工业的蓬勃发展,我国自有铝土矿品位连年下降,目前北方铝土矿的平均铝硅比已骤降至4.5以下。对于我国这种普遍存在的高铝、高硅、低铁的低品位铝土矿,将很难使用经济的拜耳法处理;同时由于矿物结晶细散、组成复杂,往往又很难利用物理脱硅的方法提高其矿石品位。针对这一问题,本文以典型的低品位富高岭石型一水硬铝石矿为研究对象,利用氢氧化钠溶液在特定条件下只与高岭石选择性反应的特点,并保证抑制溶液中的硅酸钠与铝酸钠反应生成钠硅渣而进入脱硅精矿,提出了一种创新的化学脱硅工艺以实现提高铝土矿品位的目的,同时系统研究了铝土矿中高岭石的溶解反应动力学及其微观机理。本文得到的主要结论如下:本文首先研究了富高岭石型一水硬铝石矿的化学成分、矿相组成和微观组织特征。在铝硅比为4.97的低品位铝土矿中,二氧化硅几乎全部以高岭石的形式存在,含量达到27.61%。高岭石的微观形貌为光亮的鳞片状,附着在一水硬铝石表面或者叠加形成块状晶体颗粒。通过正交试验和单因素试验,系统研究了反应温度、时间、苛碱浓度及液固比等因素影响铝土矿化学脱硅性能的主次关系和关联关系。结果表明,铝土矿脱硅率受高岭石溶解反应和钠硅渣生成反应的综合控制:反应温度对脱硅率影响最大,在80℃~100℃之间,脱硅率呈先升高后下降的趋势,当温度低于95℃,高岭石的溶解反应比钠硅渣的生成反应快,脱硅率呈上升趋势,温度高于95℃后,钠硅渣的生成反应比高岭石的溶解反应快,脱硅率下降;溶液苛碱浓度从200 g·L-1升高到260 g·L-1,高岭石的溶解率不断上升,在浓度为230 g·L-1达到稳定,继续提高苛碱浓度,会因钠硅渣生成速率大于高岭石溶解速率而导致脱硅率下降;反应120min之前,高岭石的溶解反应速率较大,脱硅率不断上升,反应120min之后,随着溶液中硅含量不断累积,加速了钠硅渣生成反应的速率,使钠硅渣生成速率大于高岭石的溶解速率从而导致脱硅率的下降。考察了反应温度与氧化铝浓度对溶液中二氧化硅亚稳态平衡溶解度的影响规律,计算了铝土矿中高岭石的溶解反应动力学方程,并揭示了铝土矿的化学脱硅反应机理。结果表明,不同温度下铝酸钠溶液中二氧化硅亚稳态平衡溶解浓度不同,当温度为90℃时,二氧化硅亚稳态平衡溶解度最高,为24.60 g·L-1;随着溶液中氧化铝浓度的升高,二氧化硅亚稳态平衡溶解度呈先下降后上升的趋势,在氧化铝浓度为60 g·L-1左右时二氧化硅亚稳态平衡溶解度最低,其经验公式为y=89.02-86.20exp[-(x-59.40)/12164.88](其中x为溶液中氧化铝浓度)。铝土矿中的高岭石在氢氧化钠溶液中溶解过程受化学反应控制,其表观活化能为64.77KJ·mol-1,指前因子为8.89×106;表观速率常数表达式为:kg=8.89×106×exp[-64770/(RT)]。