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绪论 中国铝资源与铝材工业可持续发展 1

0.1 中国铝土矿资源产业概况 1

0.1.1 铝土矿资源与储量 1

0.1.2 铝土矿生产与消费 4

0.1.3 铝土矿贸易与展望 5

0.2 铝土矿工业利用技术现状 6

0.3 非传统铝资源研究概述 10

0.3.1 高铝粉煤灰 10

0.3.2 高铝煤矸石 13

0.3.3 高硅铝土矿 15

0.3.4 霞石正长岩 17

0.4 提取氧化铝关键反应与过程评价 19

0.4.1 石灰石烧结法技术 19

0.4.2 碱石灰烧结法技术 20

0.4.3 两步碱溶法技术 20

0.4.4 碱溶-烧结联合法技术 21

0.4.5 酸浸溶出技术 22

0.4.6 纯碱烧结-酸浸技术 22

0.5 提取氧化铝新技术：预脱硅-低钙烧结法 23

0.5.1 基本工艺流程 23

0.5.2 碱法工艺综合对比评价 24

0.5.3 提铝技术关联产业效应 27

0.6 中国铝材工业可持续发展 29

0.6.1 中国原铝工业发展史 29

0.6.2 中国铝材消费与展望 30

0.6.3 中国铝材工业发展瓶颈 32

0.6.4 中国铝材工业可持续发展 33

参考文献 34

上篇 提铝关键技术 39

第1章 中国高铝粉煤灰资源概述 40

1.1 粉煤灰概述 40

1.2 粉煤灰组成及物理性质 41

1.2.1 化学成分 41

1.2.2 物相组成 42

1.2.3 物理性质 42

1.3 粉煤灰的危害 43

1.4 粉煤灰资源化利用现状 43

1.4.1 生产建筑材料 43

1.4.2 提取空心微珠、漂珠、磁珠 45

1.4.3 生产多孔陶瓷滤料 45

1.4.4 制备莫来石陶瓷 46

1.4.5 制备赛隆陶瓷 46

1.4.6 制备微晶玻璃 46

1.4.7 合成分子筛 47

1.4.8 制取氧化铝 48

第2章 预脱硅-低钙烧结法提取氧化铝技术 50

2.1 实验原料及工艺流程 50

2.1.1 粉煤灰物相及化学成分 50

2.1.2 粉煤灰颗粒形态学 52

2.1.3 工艺流程 54

2.2 脱硅反应模拟及实验 55

2.2.1 实验原理 55

2.2.2 热力学模拟 56

2.2.3 实验方法 57

2.2.4 结果与讨论 57

2.2.5 脱硅反应机理 63

2.2.6 微量元素丰度变化 64

2.3 滤饼烧结及溶出铝 65

2.3.1 低钙烧结法原理 65

2.3.2 烧结反应Gibbs自由能 66

2.3.3 烧结实验方法 68

2.3.4 实验结果与讨论 69

2.3.5 烧结反应机理 73

2.4 烧结过程能耗计算 74

2.4.1 DSC法测定能耗基本原理 75

2.4.2 两种烧结反应能耗测定 75

2.4.3 烧结能耗热力学计算 77

2.4.4 DSC测定与热力学计算值对比 79

2.5 硅钙碱渣回收碱 80

2.5.1 实验原理 80

2.5.2 热力学模拟 81

2.5.3 实验过程 82

2.5.4 结果与讨论 83

2.5.5 硅钙渣产物表征 86

2.6 工艺过程对比及环境影响评价 87

2.6.1 技术可行性分析 87

2.6.2 工艺过程对比评价 88

第3章 纯碱烧结-盐酸浸出提取氧化铝技术 91

3.1 原料分析与工艺流程 91

3.1.1 原料分析 91

3.1.2 工艺流程 93

3.2 原料烧结 93

3.3 硅铝分离 96

3.3.1 pH值 96

3.3.2 盐酸加入量 97

3.3.3 酸浸温度 102

3.4 ？化铝溶液除杂 103

3.4.1 碱浸溶出 105

3.4.2 深度脱硅 109

3.4.3 除钙实验 111

3.5 氧化铝制备 112

3.6 技术可行性及环境影响评价 118

3.6.1 工艺流程特点 118

3.6.2 环境影响评价 119

第4章 石灰石烧结法提取氧化铝技术 120

4.1 工艺原理 120

4.2 氧化铝溶出 122

4.3 超细氢氧化铝制备 127

4.3.1 熟料自粉化与溶出氧化铝 127

4.3.2 表面活性剂对制备氢氧化铝的影响 128

4.3.3 碳化速率对制备氢氧化铝的影响 128

4.3.4 溶液pH值对制备氢氧化铝的影响 129

4.3.5 超细氢氧化铝粉体表征 129

第5章 碱石灰烧结法提取氧化铝技术 130

5.1 研究现状 130

5.2 工艺过程和原理 131

5.2.1 碱石灰烧结法基本流程 131

5.2.2 反应原理 132

5.3 结果分析与讨论 135

5.3.1 烧结过程 135

5.3.2 溶出过程 137

5.3.3 铝酸钠粗液脱硅 138

5.3.4 铝酸钠溶液碳分 141

5.4 工艺过程评价 145

第6章 纯碱烧结-碱石灰溶出提取氧化铝技术 146

6.1 实验原料与工艺路线 146

6.1.1 高铝粉煤灰原料 146

6.1.2 拟采取工艺路线 148

6.2 硅铝分离及铝酸钠溶液制备 149

6.2.1 原料烧结 149

6.2.2 硅铝分离 153

6.2.3 铝酸钠溶液制备 159

6.3 碳化分解制备超细氢氧化铝 160

6.3.1 实验原理 160

6.3.2 实验方法 163

6.3.3 单因素实验 163

6.3.4 正交实验 169

6.4 超细α-Al2O3粉体制备 172

6.4.1 实验部分 172

6.4.2 结果分析与讨论 173

第7章 两步碱溶法提取氧化铝技术 176

7.1 实验原料与工艺流程 176

7.1.1 原料分析 176

7.1.2 原料预处理 178

7.1.3 实验工艺流程 178

7.2 高铝粉煤灰碱溶脱硅 179

7.2.1 正交实验 179

7.2.2 单因素实验 181

7.2.3 脱硅前后物料的理化性质 183

7.3 制备铝酸钠粗液 185

7.3.1 碱液溶出氧化铝 185

7.3.2 碱溶滤液初步脱硅 189

7.3.3 水合铝酸钙沉淀 191

7.3.4 铝酸钠粗液制备 193

7.4 氧化铝制备 195

7.4.1 铝酸钠粗液深度脱硅 195

7.4.2 碳分法制备氢氧化铝 197

7.4.3 煅烧制备氧化铝 200

7.5 与石灰石烧结法对比 201

7.5.1 工艺过程对比 202

7.5.2 资源消耗量对比 203

7.5.3 “三废”排放量对比 203

7.5.4 产品方案对比 203

第8章 预脱硅-改良碱石灰烧结法提取氧化铝技术 204

8.1 高铝粉煤灰原料 204

8.1.1 化学成分 204

8.1.2 物相组成 204

8.1.3 粒度分布 204

8.2 磁选除铁实验 205

8.2.1 磁选实验条件 205

8.2.2 磁选结果分析 205

8.3 高铝粉煤灰碱溶脱硅 207

8.3.1 反应原理 207

8.3.2 实验过程 207

8.3.3 结果分析 208

8.4 生料烧结及氧化铝溶出 209

8.4.1 反应原理 209

8.4.2 生料烧结 210

8.4.3 氧化铝溶出 212

8.5 铝酸钠粗液脱硅及制备氢氧化铝 213

8.5.1 一段脱硅 214

8.5.2 二段脱硅 214

8.5.3 碳化分解 214

8.5.4 氢氧化铝制品表征 215

8.6 硅钙碱渣回收碱 216

8.6.1 反应原理 216

8.6.2 实验过程 217

8.6.3 结果分析 217

8.7 硅钙渣制备轻质墙体材料 218

8.7.1 反应原理 218

8.7.2 实验过程 218

8.7.3 结果分析 219

第9章 高铝煤矸石提取氧化铝技术 222

9.1 煤矸石资源概述 222

9.2 煤矸石制备氢氧化铝研究现状 224

9.3 实验流程 224

9.4 原料预处理 225

9.4.1 原料分析 225

9.4.2 原料煅烧 225

9.4.3 碱液预脱硅 226

9.5 脱硅滤饼烧结 228

9.5.1 反应原理和实验过程 229

9.5.2 结果分析与讨论 230

9.6 烧结熟料溶出 234

9.6.1 反应原理和实验过程 234

9.6.2 结果分析与讨论 235

9.7 铝酸钠溶液分解 237

9.7.1 反应原理和实验过程 237

9.7.2 结果分析与讨论 238

9.8 工艺过程环境影响评价 248

9.8.1 烧结反应能耗 248

9.8.2 氢氧化铝煅烧能耗 249

9.8.3 资源消耗量 251

9.8.4 工艺能耗 251

第10章 高硅铝土矿提取氧化铝技术 253

10.1 脱硅预处理技术 253

10.1.1 物理选矿 253

10.1.2 化学选矿 254

10.1.3 生物选矿 255

10.2 基本工艺流程 255

10.3 高硅铝土矿物相分析 256

10.3.1 原矿物相分析 256

10.3.2 矿物嵌布特征 257

10.4 脱硅选矿实验 258

10.4.1 不同磨矿粒度的重选 259

10.4.2 重选中矿的浮选 259

10.4.3 重选尾矿的浮选 260

10.4.4 全流程闭路实验 261

10.5 铝土尾矿烧结 262

10.5.1 实验原料 263

10.5.2 实验原理 264

10.5.3 烧结反应热力学分析 264

10.5.4 实验方法 266

10.5.5 结果与讨论 267

10.6 烧结熟料溶出 270

10.6.1 实验原理 270

10.6.2 实验方法 271

10.6.3 结果与讨论 271

10.7 工艺过程环境影响评价 273

第11章 假榴正长岩提取氧化铝技术 277

11.1 原料烧结及水热浸出 277

11.1.1 原料物相分析 277

11.1.2 原料烧结实验 278

11.1.3 烧结产物水浸 280

11.2 水化铝硅酸盐溶出铝 282

11.2.1 基本反应原理 282

11.2.2 实验方法 283

11.2.3 结果与讨论 284

11.2.4 硅钙碱渣回收碱 288

11.3 降低铝酸钠溶液苛性比 289

11.3.1 高苛性比铝酸钠溶液预脱硅 289

11.3.2 铝的沉淀实验 290

11.3.3 铝酸钠粗液制备 292

11.4 铝酸钠粗液纯化 294

11.4.1 深度脱硅实验 294

11.4.2 除钙实验 298

11.5 氧化铝制备 298

11.5.1 铝酸钠溶液碳化分解 298

11.5.2 氢氧化铝煅烧 304

11.6 工艺过程环境影响评价 307

11.6.1 烧结反应能耗计算 307

11.6.2 资源消耗对比 310

11.6.3 能源消耗对比 311

11.6.4 三废排放量对比 312

11.6.5 产品方案对比 313

第12章 霞石正长岩提取氧化铝技术 314

12.1 实验原料与实验流程 314

12.1.1 实验原料 314

12.1.2 实验流程 315

12.2 精矿生料烧结 317

12.2.1 反应原理 317

12.2.2 实验方法 317

12.2.3 结果与讨论 318

12.3 烧结熟料溶出铝 323

12.3.1 反应原理 323

12.3.2 实验方法 324

12.3.3 结果与讨论 324

12.4 氢氧化铝制备 325

12.4.1 铝酸钠（钾）粗液脱硅 325

12.4.2 碳化分解法制备氢氧化铝 329

12.5 硅钙碱渣回收碱 332

12.5.1 反应原理 333

12.5.2 实验方法 334

12.5.3 结果与讨论 334

12.6 资源消耗量对比 337

第13章 霓辉正长岩提取氧化铝技术 339

13.1 原料烧结及水浸 339

13.1.1 原料物相分析 339

13.1.2 原矿生料烧结 340

13.1.3 烧结物料水浸 341

13.2 水浸滤饼碱液溶出铝 343

13.2.1 碱液溶出铝 343

13.2.2 碱浸渣回收碱 345

13.3 铝酸钠粗液制备 347

13.3.1 碱浸滤液预脱硅 348

13.3.2 铝酸钙沉淀 354

13.3.3 铝酸钙溶解 357

13.4 铝酸钠粗液纯化 358

13.5 氧化铝制备 359

13.5.1 碳分法制备氢氧化铝 359

13.5.2 氢氧化铝制品性能表征 364

13.5.3 氢氧化铝煅烧 365

13.5.4 氧化铝制品性能表征 366

13.6 工艺过程环境影响评价 368

13.6.1 技术可行性 368

13.6.2 环境影响评价 368

上篇参考文献 370

下篇 相关应用技术 379

第14章 脱硅碱液制备针状硅灰石技术 380

14.1 硅灰石的性质及用途 380

14.1.1 理化性质 380

14.1.2 工业用途 381

14.2 高铝粉煤灰碱溶脱硅 382

14.2.1 反应原理与实验方法 382

14.2.2 实验结果分析 382

14.3 硅酸钠碱液制备硅灰石 385

14.3.1 反应原理 385

14.3.2 水合硅酸钙制备 386

14.3.3 硬硅钙石合成 387

14.3.4 硅灰石制备及表征 389

14.4 硅酸钾碱液制备硅灰石 391

14.4.1 实验原料与工艺流程 391

14.4.2 硅酸钾碱液苛化 392

14.4.3 针状硬硅钙石合成 395

14.4.4 硬硅钙石晶化反应动力学 400

14.4.5 硅灰石制备及表征 404

第15章 硅酸钠碱液制备白炭黑技术 408

15.1 研究现状概述 408

15.2 制备白炭黑实验流程 409

15.3 碳化法制备偏硅酸胶体 410

15.3.1 硅酸钠液体制备 410

15.3.2 实验原理及方法 411

15.3.3 实验结果与讨论 411

15.3.4 碳化反应机理 416

15.3.5 碳化反应动力学 420

15.4 偏硅酸胶体除杂 422

15.4.1 实验原料 422

15.4.2 反应机理 423

15.4.3 水洗除杂 423

15.4.4 干燥煅烧 425

15.5 白炭黑制品性能表征 425

15.5.1 化学成分及结构 425

15.5.2 比表面积与孔径分布 426

15.5.3 热学性质 427

15.5.4 红外光谱 429

15.5.5 微观形貌 429

15.5.6 29Si核磁共振谱 430

15.6 偏硅酸胶体表面改性 431

15.6.1 改性原理 431

15.6.2 表面活性剂 432

15.6.3 改性实验 432

15.6.4 制品性能表征 437

第16章 硅酸钠碱液制备氧化硅气凝胶技术 440

16.1 研究现状概述 440

16.2 实验流程 441

16.3 原料中温烧结 441

16.3.1 原料化学成分及物相分析 441

16.3.2 粉煤灰原料烧结 443

16.3.3 烧结反应动力学 447

16.4 硅铝分离 449

16.4.1 盐酸溶浸 449

16.4.2 硫酸溶浸 456

16.5 气凝胶制备与性能 457

16.5.1 实验过程 457

16.5.2 制品性能 457

16.6 硅酸溶胶制备气凝胶 462

16.6.1 制备原理 462

16.6.2 实验过程与结果分析 462

16.6.3 制品性能表征 465

第17章 高铝粉煤灰泡塑吸附法提取镓技术 471

17.1 研究现状概述 471

17.1.1 镓的理化性质 472

17.1.2 镓的工业用途 472

17.1.3 镓的工业生产 475

17.1.4 镓提取分离技术 476

17.2 实验仪器与试剂 478

17.2.1 仪器 478

17.2.2 试剂 478

17.3 实验方法 478

17.3.1 聚氨酯泡塑处理 478

17.3.2 静态吸附镓方法 479

17.3.3 镓的洗脱 479

17.3.4 实验原理 479

17.3.5 实验流程 479

17.3.6 原料预处理 479

17.3.7 原料中镓含量测定 480

17.4 实验结果与讨论 481

17.4.1 镓的标准曲线 481

17.4.2 提取镓正交实验 482

17.4.3 聚氨酯泡塑吸附镓单因素实验 483

17.4.4 镓吸附机理 485

17.4.5 镓解吸实验 487

17.4.6 镓提取效果 488

17.4.7 泡塑的再生 489

第18章 硅钙渣制备硅灰石超细粉体技术 490

18.1 研究现状概述 490

18.2 原料预处理流程 491

18.3 硅钙碱渣回收碱 493

18.3.1 反应原理 493

18.3.2 实验过程 495

18.3.3 结果分析与讨论 496

18.4 硅钙渣制备硅灰石 498

18.4.1 原料物相分析 498

18.4.2 制备工艺过程 498

18.4.3 碱回收条件对硅灰石形貌的影响 503

18.5 制备硅灰石反应动力学 506

18.5.1 理论基础 507

18.5.2 反应动力学 509

18.6 硅灰石制品表征 513

18.6.1 化学成分及物相 513

18.6.2 粒度分布 514

18.6.3 微观形貌 514

18.7 纤维状硅灰石合成 515

18.7.1 合成工艺 516

18.7.2 结果分析与讨论 516

第19章 硅钙渣制备硅灰石微晶玻璃技术 518

19.1 研究现状概述 518

19.1.1 研究背景 518

19.1.2 研究现状 518

19.1.3 微晶玻璃制备方法 520

19.1.4 微晶玻璃的用途 521

19.2 制备工艺 523

19.2.1 实验原料 523

19.2.2 实验原理和工艺过程 523

19.2.3 实验配方设计 524

19.3 制品物相和性能表征 526

19.3.1 物相分析 526

19.3.2 显微形貌 527

19.3.3 抗折强度 527

19.4 制备工艺优化 528

19.4.1 基础玻璃配方优化 528

19.4.2 热处理条件优化 528

19.4.3 微晶玻璃制品表征 529

19.4.4 工艺条件对制品性能的影响 531

第20章 高铝粉煤灰制备莫来石微晶玻璃技术 535

20.1 研究现状概述 535

20.1.1 粉煤灰制备微晶玻璃 535

20.1.2 粉煤灰制备莫来石微晶玻璃 536

20.2 制备工艺和原理 538

20.2.1 实验原料 538

20.2.2 制备工艺 539

20.3 制品性能表征 539

20.3.1 宏观性能 539

20.3.2 微观性能 540

20.4 结果分析与讨论 540

20.4.1 显微结构 540

20.4.2 主要理化性能 541

20.4.3 莫来石晶化反应 542

20.4.4 与同类研究对比 542

第21章 高铝粉煤灰制备堇青石微晶玻璃技术 543

21.1 研究现状概述 543

21.1.1 制备方法 544

21.1.2 主要性能与用途 546

21.1.3 研究现状 548

21.2 微晶玻璃技术发展 549

21.3 基础玻璃熔制 550

21.3.1 实验方法 550

21.3.2 结果分析 551

21.4 玻璃晶化处理 551

21.4.1 差热分析 551

21.4.2 烧结法工艺 551

21.5 制品性能表征 552

第22章 高铝粉煤灰制备莫来石陶瓷技术 554

22.1 研究现状概述 554

22.2 制备工艺与制品性能 555

22.2.1 实验原料与制备工艺 555

22.2.2 工艺条件对制品性能的影响 556

22.2.3 制品性能指标 561

22.3 相组成、结构及莫来石含量对力学性能的影响 563

22.3.1 显微结构及物相组成 563

22.3.2 莫来石含量及影响因素 568

22.3.3 力学性能的影响因素 570

22.4 莫来石晶体化学 572

22.4.1 晶体化学与晶体结构 572

22.4.2 Ti4＋固溶与晶体结构 573

22.4.3 Fe3＋固溶与晶体结构 573

22.5 烧结反应机理 574

22.5.1 烧结类型 574

22.5.2 烧结过程 575

22.5.3 晶粒长大 576

22.6 晶化反应热力学 580

22.6.1 莫来石晶化反应 580

22.6.2 晶化反应热力学分析 581

22.7 晶化反应动力学 582

22.7.1 烧结过程的物相转变 582

22.7.2 晶化反应动力学 584

第23章 高铝粉煤灰合成13X型分子筛技术 587

23.1 实验原料分析 587

23.2 前驱物制备 588

23.2.1 实验流程 588

23.2.2 烧结条件 588

23.2.3 物相组成 589

23.3 水热晶化反应 589

23.3.1 体系组成 589

23.3.2 实验方法 590

23.3.3 合成条件 590

23.4 合成产物性能表征 592

23.4.1 晶体结构 593

23.4.2 晶体化学 596

23.4.3 显微形貌 596

23.4.4 物理性能 597

23.4.5 体系组成对产物的影响 599

第24章 粉煤灰制备矿物聚合材料技术 600

24.1 矿物聚合材料概述 600

24.1.1 性能和用途 600

24.1.2 研究进展 601

24.2 实验原料 603

24.2.1 粉煤灰原料及预处理 603

24.2.2 偏高岭石 605

24.2.3 水玻璃 608

24.2.4 氢氧化钠 608

24.2.5 标准砂 608

24.3 矿物聚合材料制备 609

24.3.1 实验流程 609

24.3.2 正交实验 609

24.3.3 单因素实验 611

24.4 材料制品性能表征 613

24.4.1 微观结构 613

24.4.2 基体相化学成分 616

24.4.3 理化性能 617

24.5 铝硅酸盐聚合反应机理 619

24.5.1 偏高岭石结构变化 619

24.5.2 粉煤灰相结构变化 628

24.5.3 聚合反应机理 633

24.5.4 与硅酸盐水泥对比 634

24.6 技术可行性与环境影响评价 635

24.6.1 技术可行性分析 635

24.6.2 环境影响分析 635

第25章 粉煤灰制备轻质墙体材料技术 638

25.1 研究现状概述 638

25.2 轻质墙材制备过程 640

25.2.1 实验原料 640

25.2.2 制备过程 643

25.3 制品结构与性能 647

25.3.1 物相组成 647

25.3.2 显微结构 647

25.3.3 物理性能 650

25.4 材料固化反应机理 652

25.4.1 矿聚材料形成过程 652

25.4.2 X射线物相分析 654

25.4.3 扫描电镜分析 655

25.4.4 红外光谱分析 656

25.5 技术可行性分析 657

25.5.1 工艺流程评价 657

25.5.2 制品性能评价 658

第26章 煤炭固体废物资源化利用技术 659

26.1 研究现状概述 659

26.1.1 煤炭固废排放量 659

26.1.2 煤炭固废污染 660

26.1.3 煤炭固废资源化利用 660

26.2 高岭石相变及硅铝活性 661

26.2.1 研究背景 661

26.2.2 样品制备与测定条件 662

26.2.3 高岭石相变特征 662

26.2.4 煅烧高岭石的活性 669

26.3 矿聚材料制备及性能表征 671

26.3.1 研究现状概述 671

26.3.2 制备工艺及实验结果 671

26.3.3 制品性能及影响因素 675

26.4 材料固化过程及反应机理 678

26.4.1 材料固化过程 678

26.4.2 聚合反应机理 680

下篇参考文献 690

附录 著者团队有关学位论文、发明专利和研究论文目录 700

后记 705

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