霞石烧成过程及放射性核素研究.pdf

2 0 1 1 年1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 7 O O l 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．1 2 ．0 0 8 霞石烧成过程及放射性核素研究 李永佳1 ’2 ，雷霆1 ，杨大锦2 1 ．昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ；2 ．昆明冶金研究院，昆明6 5 0 0 3 1 摘要考察了实验室条件下霞石石灰石的烧成温度，分析了烧成机理，同时研究核素在烧成过程中的损 失。做出温度一熟料A l z0 3 溶出率曲线和温度一体积收缩率曲线。结果表明。该配料的烧成温度区间 为12 6 7 ～13 5 0 ℃。烧成过程中，会伴随有少量N a z O 、K z O 的挥发。由于挥发产物返回备料。并最终进 人熟料．因此，核素的此种少量挥发行为对核素平衡不产生影响。 关键词霞石；石灰石；放射性核素；机理；煅烧 中图分类号T F 8 2 1 0 6 1 5 ．2文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 1 2 - 0 0 2 7 0 3 S i n t e r i n go fN e p h e l i n ea n dS t u d yo nR a d i o n u c l i d e L IY o n g - j i a l “，L E IT i n 9 1 。Y A N GD a - j i n 2 1 ．T h eF a c u l t yo fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g 。K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ．C h i n a 2 ．K u n m i n gM e t a l l u r g yC o l l e g e ，K u n m i n g6 5 0 0 31 ，C h i n a A b s t r a c t T h es i n t e r i n gt e m p e r a t u r eo fn e p h e l i n el i m e s t o n ew a ss t u d i e d ，s i n t e r i n gm e c h a n i s mw a sa n a l y z e d ，a n dt h el O S So fr a d i o n u c l i d ei nt h ec o u r s eo fs i n t e r i n gw a si n v e s t i g a t e d ．T h ec u r v e so fA 1 20 3s o l u b i l i t ya n dv o l u m es h r i n k a g er a r eV S ．t e m p e r a t u r ew e r eo b t a i n e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es i n t e r i n gt e m p e r a t u r er a n g ei s1 2 6 7 ～13 5 0 ℃a c c o m p a n i e db yas m a l la m o u n to fN a 2 0 ，K 2 0v o l a t i l i z a t i o n ．T h i sv o l a t i l i z a t i o nb e h a v i o rh a sn oe f f e c to nn u c l i d e se q u i l i b r i u mb e c a u s et h o s ev o l a t i z e dp r o d u c t sw i l lr e t u r nt om a t e r i a l s p r e p a r i n gp r o c e s sa n db er e c o v e r e di nt h ep r o d u c to fs i n t e r ． K e yw o r d s N e p h e l i n e ；L i m e s t o n e ；R a d i o n u c l i d e ；M e c h a n i s m ；S i n t e r i n g 个旧霞石正长岩是全国十余个同类矿物资源中 含钾较高的，在首勘矿段内探获矿石储量50 0 0 余 万t 。前期地质工作中保存下来的钻探岩心样，按 新的放射性核素标准送检时，发现矿石除含有相当 数量的放射性元素铀、钍之外，还含有较高的放射性 同位素4 0 K ，且4 0 K 的放射性比活度高达30 0 0B q ／ k g 。为明确个旧霞石矿处理过程中，各放射性核素 比活度的强度和放射性核素在烧成工艺处理过程中 的走向与变化规律，需要对个旧霞石正长岩矿床的 放射性核素比活度及其对人体的危害进行研究，对 进料样与出料样进行放射性核素比活度鉴定，据检 验结果确定各放射性核素在烧成工艺处理过程中的 行为与走向。 作者简介李永佳 1 9 7 7 一 ，男，湖南常德人，博士研究生． 矿石中的碱性铝硅酸盐矿物在高温烧成时会发 生不同程度的分解反应，其中有价组分转化为可溶 性化合物、铝酸钠和铝酸钾，通过后续工序处理，铝 酸钠和铝酸钾转入溶液。因此烧成反应是否彻底， 将会极大地影响整个工艺流程的技术及经济指标。 因此本文重点研究实验室条件下的烧成过程及核素 在烧成过程中的损失。 1 生料烧成温度的确定 理论上，烧成时应在物料内出现部分液相，但又 不能产生严重的粘结，以便获得具有良好溶出动力 学特性的熟料。因此，在有限的时间内应尽量使烧 成反应进行彻底，烧成温度还应高于某一尽可能低 万方数据 2 8 ． 万方数据 2 0 1 1 年1 2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 9 N a C 0 3 F e 2 0 3 N a 2 0 F e 2 0 3 C 0 2 十 C O 。的压力与温度的关系为 l gP 一一- - 7 5 3 9 ．6 T 1 1 ．7 5 1 9T 一0 ．0 0 1 6 2 6 T 6 ．0 8 0 8 当P c 0 2 1 0 1 ．3 3P a 时，根据上式计算的温度 为8 5 0 ℃，说明8 5 0 ℃时上述反应才开始进行。 从热力学平衡条件看[ 2 ] ，N a 2 0 F e O 。形成的 温度比N a O A 1 。O 。要高，但试验表明 图4 N a O F e 2 0 。的形成速度比N a O A 1 2 0 。快得 多，5 0 0 ℃反应尚未进行；7 0 0 ℃反应可较快地发 生；10 0 0 ℃反应在1h 之内就可结束。而N a C O 。 与A l 。O 。在11 5 0 ℃反应才能达到同样的效果，造 成这种差异的原因在于反应的动力学。 术 塞 萋 望 时I - 日J ，l I 图4N a C 0 3 与F e 20 3 的反应速率曲线 F i g ．4 R e a c t i o ns p e e dr a t ec u r v eb e t w e e n N a C 0 3a n dF e 2 0 3 C a 0 与S i O 。作用能生成4 种化合物，生产中需 关注的是2 C a O S i 0 ，因为在烧结过程中C a O 与 S i O 作用，在11 0 0 ℃开始，首先生成的就是2 C a O S i 0 2 。 2 C a O S i O 。有3 种同质异形体，并按下式进行 转化[ 3 ] a 一2 C a O S i O z ，p 一2 C a O S i 0 2 ， 7 - 2 C A O S i 0 2 其中a 型在21 3 0 - - - 14 2 0 ℃稳定，p 型在14 2 0 “ - - 6 7 5 ℃稳定，7 型只在6 7 5 ℃以下稳定。但在有 N a O 或N a O A l O 。时，8 型的稳定性大大增加， 如N a 2 0 与2 C a O S i 0 2 的摩尔比为1 10 0 0 时， 就可以阻止p 一7 晶型转化。因此，在石灰烧结法的 熟料中2 C a O S i O 。始终以B 型存在。 3 烧成过程中放射性核素研究 生料中放射性核素检定结果 B q ／k g 2 1 0P b 2 1 32 3 8 U1 9 5 “ b 2 3 5U 1 1 2 3 2T h1 4 32 2 6R a1 1 5 、1 3 7C s 0 ．2 、4 0 K4 9 8 ，总强度a 一1 ．6 9X1 0 3B q ，8 0 ．8 8 1 0 3B q 。不同温度下烧成过程中熟料的放射性核素 检定结果与核素转化率如表1 所示。 从表1 可看出，烧结温度越高，熟料的转化率越 低，核素的转化率也相应降低，这是由于烧成过程中 发生逃逸烧成系统的现象随着温度升高而加剧。但 是除核素2 1 0 P b 之外的其它核素2 3 8U 2 3 5 U ．, 2 3 2 T h 、 2 2 6 R a 、4 0 K 及总a 、总8 等七项指标的转入率均约略 等于1 0 0 ％，表明2 3 8 U 、2 3 5 U2 3 2 T h 、2 2 6 R a 、4 0 K 等五类 核素在烧成过程中发生逃逸烧成系统的现象随着温 度升高而加剧程度并不明显，转入率接近1 0 0 ％。至 表1烧成过程熟料的放射性核素行为 T a b l e1B e h a v i o ro fr a d i o n u c l i d e sd u r i n gs i n t e r i n g 于核素2 1 0 P b 符合率仅达2 0 ％左右，则可能是生料 中的铅组分参与了高温烧成反应生成了易挥发的 P b O 或其它挥发性铅盐逃逸了烧成系统所致。至 于核素1 3 7 C s 的符合率只有7 0 ％左右则是因为其含 量过低 生料与熟料中的1 3 7C s 都仅为0 ．2B q ／k g ， 核素测定时的误差引起的。 万方数据 3 0 有色金属 冶炼部分 h t t p I I y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 1 年1 2 期 烧成过程的实质是生料中的霞石与石灰石、苏 打发生高温反应生成铝酸钠 钾 和硅酸二钙，烧成 过程中，会伴随有少量N a z O 、K O 的挥发。有挥发 倾向的核素也有可能在高温下挥发，但在工业上，挥 发的产物最终将返回备料重新进入烧成系统进而返 入熟料，故可认为，核素的此种少量挥发行为对核素 平衡不产生影响。 4结论 该霞石配料的烧成温度区间为12 6 7 ～13 5 0 ℃。在石灰烧结法的熟料中2 C a O S i O 。始终以 1 3 - 2 C a O S i O z 存在。明确了核素在烧成过程中有 少量挥发，但对核素平衡不产生影响。 参考文献 [ 1 ] 毕诗文，于海燕．氧化铝生产工艺[ M ] ．北京化学工业 出版社，2 0 0 6 1 1 7 - 1 4 7 ． [ 2 ] 杨重愚．氧化铝生产工艺学[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 3 ． [ 3 ] 陈念贻．氧化铝生产的物理化学[ M ] ．上海上海科学 技术出版社，1 9 6 2 7 0 - 1 0 0 ． 上接第1 7 页 [ 5 ] 杜喜霞，安兴才，蒲瑜，等．微孔复合隔膜在镍电解中的 试验研究[ J ] ．稀有金属，2 0 0 8 ，3 2 1 5 4 5 8 ． [ 6 ] 刘久苗，谈定生，江建军，等．用P 5 0 7 从硫酸镍溶液中 萃取分离钙镁的研究【J ] ．上海有色金属，2 0 0 2 ，2 3 4 1 5 0 ． [ 7 ] 郭华军，王晓琼，李新海，等．B K 9 9 2 萃取除铜净化硫酸 镍钴溶液[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 5 ，1 5 6 8 0 6 ． [ 8 ] X uQ i n g r e n ． S t r u c t u r eo fa c i d i co r g a n o p h o s p h o r u se x t r a c t a n t sa n dt h e i re x t r a c t i o nb e h a v i o u r sf o rC o I I a n d N i I I [ J ] ．T h eC h i n e s eJ o u r n a lo fN o n f e r r o u sM e t a l s ， 1 9 9 9 。9 1 1 4 0 ． [ 9 ] 马荣骏．溶剂萃取在湿法冶金中的应用[ M ] ．北京；冶 金工业出版社，1 9 7 9 ． [ 1 0 ] L i uD a x i n g ，R uR u i x i n g ，Z h a n gR u i h u i ，e ta 1 ．S e p a r a t i o no fc o b a l tf r o mn i c k e li ns u l f a t es o l u t i o n sb ys o l v e n t e x t r a c t i o nw i t hP 5 0 7 [ c ] ．1 5 t hI n t e r n a t i o n a lM i n e r a l P r o c e s s i n gC o n g r e s s ，1 9 8 5 ，2 2 - 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