强磁场焙烧预处理铝土矿的性能研究.pdf

东北大学 硕士学位论文 强磁场焙烧预处理铝土矿的性能研究 姓名王小晓 申请学位级别硕士 专业有色金属冶金 指导教师张廷安 20090601 东北大学硕士学位论丈摘要 强磁场焙烧预处理铝土矿的性能研究 摘要 我国铝土矿资源丰富，但绝大部分铝土矿属难溶的高铝、高硅、低铁的低品位一水硬铝石矿， 虽也可以采用拜耳法生产氧化铝，但与处理三水铝石矿相比需要高温高碱的溶出条件和较高的能 耗才能达到理想的溶出效果。针对此种状况，采取焙烧预处理矿石来提高溶出性能，从而降低拜 耳法生产的总体能耗是种有效的途径。本文首次提出利用强磁场焙烧预处理铝土矿的新思路， 考察其对铝士矿溶出性能的影响。 本文首先研究了溶出温度对原矿溶出性能的影响；其次重点研究了强磁场焙烧、无磁焰莹哓两 种预- 处理方注对铝土矿物性、溶出性能及赤泥沉降性能的影响，且通过两科悝游色拭的比较来考 察强磁场焙烧预处理铝土矿的可行性，并分析了强磁场畿黝b 理铝土矿的机理。研究结果表明 1 ．溶出温度对原矿中氧化铝的溶出率影响较大，溶出温度由1 8 0 。C 升高到2 6 0 。C ，氧化铝相 对溶出率从4 1 ．3 鹋名增加到1 0 0 ．4 5 ％，溶出液分子比由2 ．2 3 降f 氐到1 ．4 4 。 2 ．无磁焙烧适宜的焙烧条件为焙烧温度5 5 0 * 2 ，焙烧时间6 0 m i n 。在溶出温度1 9 0 ℃，溶出 时间6 0 m i n 的条件下，焙烧矿的相对溶出率为8 6 ．6 5 ％，溶出液分子比为1 ．5 7 。 3 ．强磁场焙烧预殳睡可以改变铅土矿的物性，并改善其溶出性能，依据实验得出的适宜的焙 烧条件为焙烧温度5 5 0 ℃，焙烧时间6 0 m i n ，磁感应强度卯。在溶出温度1 9 0 ℃，溶出时间6 0 m i n 的条件下，焙烧矿的相对溶出率可达到9 5 ．0 8 ％，溶出液分子比为1 ．3 9 ，比相同溶出条佴吓哒到相 同溶出效果的原矿溶出温度降低了3 0 ℃。通过对比可知，强磁场焙烧与无磁焙烧预处理的最佳焙 烧温度与最佳焙烧时间均相同，但在湘同的溶出条斜下，加入磁饧的焙馈弼玫鲤蝴出率提高约 1 0 ％，而其溶出液的分子比也相应降低。 4 ．强磁场焙烧积．友鲤使三水铝石矿的溶出性能恶化。 5 ．强磁场焙烧预处理在适当的条件下可以改善赤泥的沉降性能。 关键词强磁场；焙烧预处理；铝土矿；溶出性能 东北大学硕士学位论文 R e s e a r c ho nR o a s t i n gP r e t r e a t m e n to fB a u x i t e P e r f o r m a n c eu n d e rH i g hM a g n e t i cF i e l d A bs t r a c t B a u x i t er e s o u w , ei nC h i n ai sa b u n d a n t , b u tm o s to f t h e mi sd i a s l x n ew i t h1 1 诎c o n t e n to fa l t m f i m m a a n ds i l i c a , b u tl o wc o n t 蹦to fi r o n , w h i c hi sh a r dt ob ed i g e s t I x k A l t a S o u g hB a y e rp r o c e s sc a nb eu s e dt o p r o d u c ea h n n i n a x i g o r o u sc o n d i t i o n so fh i g ht e I l 】1 蓐舳a n dh i g ha l k a l is o l u t i o n 骶n e e d e df o rt h e d i g e s d o no fd i a s p o r e , w h i c hi n c r e a s et h ec o s ta n da l l e r g yc o n s u m p t i o n ．T h u s , i ti sa l le f f e c t i v ew a yt o i m p r o v et h ed i g e s t i o np e r f o m m e eo fb a u x i t eb yr o a s t i n gl r e l r e a 衄e n tt od e c r e a s et h et o t a le n e r g y c o m s t m 删o n ．A n e w t h o u g h ti sb r o u g h tu pf o rt h ef i r s tt i m ei nt h i sp a p e r , w h i c ha p p l i e sh i g hm a g n e t i cf i e l d i n r o a s t i n g p r e t r e a t m e n t o f b a u x i t e t o i n v e s t i g a t e i t s e f f e c t o n d i g e s t i o n p e r f o n r m n c e ． I nl i f t s p a p e r e rf i r s s t u d i e dt h e e f f e c to fd i g e s t i o n 钯m p c 扬嘛0 1 1d i g e s t i o np l z 删e So f b a u x i t e ；s e c o n d l yi ts t u d i e dt h ee f f e c to f r o a s I d n gr r e t r e a t m e n to f ∞m a g n e t i cf i e l da r i dh i g hm a g n e t i cf i e l d 0 1 1b a u x i t em i c m s t r u c t u r e , d i g e s t i o n 珥哪心a n ds e t t l e f n e n t sp a f o m m c eo fr e dm u d ．I ts t u d i e dt h e f e a s i b i l i t yo f r o a s t i n gp r e l r e a t m e n to f b a u x i t eu n d e rh i g hm a g n e t i cf i e l db yc o n t r a s t i n gt h e s et w or o a s t i n g a p p r o a c h e sa n d 狃a a l y z e dt h em a s t i n gm e c h a n i s mu n d e rh i g hm a g n e t i cf i e l d ．T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w a sf o l l o w s 1 ．D i g e s t i o nt 啪p e r a m mh a ss i g n i f i c a n te f 砸e c t so nd i g e s t i o nr a t eo f a l u m i n a ．T h ed i g e s t i o nr a t eo f a l u m i n a 砸} l X V e Sf r o m4 1 ．3 8 ％t o1 0 0 ．4 5 ％w h i l et h ec { K i s f i er a t i od e c l i n e sf i o m2 ．2 3t o1 ．4 4 嬲t h e d i 萨鲥o nt e l 珥嗣姗i 1 1 口溺f l o r al8 0 ℃t o2 6 0 “ C ． 2 ．B a s e do nt h ee x p e r i m e n t , t h ep r o p e rr o a s t i n gc o n d i t i o nu n d e r m a g n e t i cf i e l di so b t a i n e dt h a tt h e r o a s t i n gt a 珥期蛐i s5 5 0 “ Ca n dt h et i m ei s6 0 m i n ．W h e nt h er o a s t 堍。麟u n d e rt h eb e s tr o a s t i n g c o n d i t i o na r ed i g e s t e df o r6 0 m i na t1 9 0 c , 恤击舀妣l a t eo f a l u m i mi s8 6 ．6 5 ％a n dl h ec a l l 蚶Cr a t i oo f d i g e s t i o nl i q u i di s1 ．5 7 ． 3 ．R o a s t i n gp r e l r e a t m e n tu n d e rh i g hm a g n e t i cf i e l dc a nc h a n g et h em i c r o s m a c t t 鹏a n di m p r o v et h e d i g e s t i o np r o p e l e t i 铬o f b a u x i t e ．A c e o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s , t h es u i t a b l er o a s t i n gc o n d i t i o ni s ．t h e r o a s t i n gt e m p e r a t t 聆i s5 5 0 “ C , t h er o a s t i n gl i m ei s6 0 m i na n dt h em a g n e t i cf i e l di n t e 墒t yi s6 T ．O nt h es a m e d i g e s t i o nc o n d i t i o nt h a tr o a s t e db yn om a g n e t i cf i e l d , t h ed i g e s t i o nr a t ec a nr e a c h9 5 ．0 8 ％, w h i l et h ec a u s t i c ．．I I I ．． 东北大学硕士兰堡垒查 坠竺． ●_ - - ●_ ●- _ _ - _ ●- ●- - _ - - - ●_ _ _ _ - ●_ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ ●- _ l ●_ _ _ ●- - - _ - _ ●_ ●●_ _ _ 一 一 r a t i oi s13 9 ．T h ed i g e s t i o nt e m p e r a m ed e c r e a s e s3 0 “ Ci nc o n t r a s tw i t ht h eo r e sm m a s t e d ．A n dt h e r e s u l t s i 1 1 1 d 奴呛f l a a t a l t h o u g h t h et w o r o 舔血ga p p r o a c h e s 啪a t t h es a m eb e s tm a s t i n g c o n d i t i o n 5 5 0 。C , 6 0 m i n , t h ed i g e s t i o nr a t ei sh i g h e ra n d t h ec a u s t i cr a t i oi sl o w e r u n d e rh i g hm a g n e t i cf i e l d t h a nm a s t e du n d e rn om a g n e t i cf i e l d ． 4 ．T h e r ei sn o tm u c hi m p r o v e m e n tt og i b b s i t em a s t e du n d e rh i g hm a g n e t i cf i e l d ． 5 ．T h es e d i m e n t a t i o np r o p e r t i e so fr e dm u dc a nb ei m p r o v e du n d e rp r o p e rr o a s t i n g p r e t r e a t m e n tc o n d i t i o n su n d e rh i g hm a g n e t i c f i e l d ． K e yw o r d s h i g hm a g n e t i cf i e l d ；r o a s t i n gp r e t r e a t m e r t t ；b a u x i t e ；d i g e s t i o np r o p e r t y ．Ⅳ． 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究 成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果， 也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名孑4 - - 啦 日期砌9 ．‘，搿 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规 定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后 半年口年口年半口两年口 学位论文作者签名乏小沌导师签名 签字日期油l } ，7 ；签字日期7 夕夕夕7 弓 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 1 ．1 引言 第1 章绪论 我国铝土矿资源丰富，据美国地质调查局统计，截至2 0 0 3 年底，已探明的铝士矿储量达2 5 ．5 亿吨，居世界第九位，是铝土矿资源比较丰富的国家之一1 1 。但是我国的铝土矿资源绝大部分属 于难处理的水硬铝石型| 矿，结晶完善，结构致密，铝硅比在4 - 7 之间的铝土；矿约占总储量的8 0 ％ 左右硐，由此决定了我国氧化铝生产主要采用拜耳．烧结联合法，甚至纯烧结法，其中拜耳法部 分需要采用高温浓碱等苛刻的溶出条件，不能采用经济的低温拜耳法，这样大大增加了氧化铝生 产的能牦和成本，使我国氧化铝工业在与国外竞争中处于劣势。 我国氧化铝工业要想参与国外竞争，必须采用新技术、新方法强比生产过程，阿氐能耗，节 约成本，提高效益。溶出过程是单黜产氧化铝的最关键迂睛缃主要耗能工序之一，强化拜耳 法溶出不仅关系到溶出工序本身的经济性，而目．直接影响着氧化铑眭产的技术经济指标。因此， 怎样强化拜耳法溶出一直是用一水硬铝石生产氧化铝主要的研究内容。 目前亏引X 湃耳法溶出主要璃谚秽0 途径是提高溶出温度。提高溶出温度可以提高溶出率、 降低溶出浓分子比、缣} j 显溶出时间、降低循环硐翮辞农度，从而提高循研弓 瘁、降低生产能耗。已 提出的强化溶出技术有单管预热．高压釜溶出 2 6 0 “ 2 、管道预热．停留罐溶出、双流法溶出或管 道化溶出 2 8 0 0 C [ 5 - 7 1 等；二是通过外场处理改变铝土矿自身晶体结构，改善其溶出性能，实现 低温溶出，从而达到强化溶出的目的。比如机械活化凹、微波处碰1 0 l 、焙烧活化吵1 卅等方式。 对于难溶的水硬铝石型铝土矿来说，预焙烧是改善其溶出性能的有效手段之一，而目焙烧 后的矿石易于磨细，赤泥具有较好的沉降性能，矿石溶出性能的改善又为降低溶出铝酸钠溶液的 苛性比值，提高碱的循环效率以及制取砂．状氧化铝提供了有利条件，因而矿石的预嘴璐摄猕义。 目前的焙烧预处理方法有马弗炉焙烧、流化床焙烧、回转窑焙烧、微波焙烧等。本课题创新 性的提出了利用强磁场焙烧预处理铝土矿f l O - h - ；去，考察焙烧后铝土矿的物性变化、溶出率的变化 以及赤泥沉降性能的变化，并在相同的条干牛下用无磁姑飙b 理矿物，对比两科叻怯对矿磁胜能 的影响，从而考察强磁场焙烧预处理矿物这新方法的可行性。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 ．2 铝土矿资源概述 1 ．2 ．1 铝土矿资源用途 铝土矿实际上是指工业匕能够利用的，以三水铝石、水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所 组成的矿石的统称。它的应用领域有金属和非金属两个方面。 铝土矿是目前氧化铝生产中最主要盼旷石资源。1 R _ k9 9 ％以上的氧化铝是用铝土矿为原料 生产的，也是其最主要的应用领域，其用量占世界铝土矿总产量的9 0 ％t 嘲以上。 铝土矿的非金属用途主要是做耐火材料、研磨材料、化学制品及高铝水泥的原料。铝土矿在 非金属方面的用量所占比重虽小，但用途十分广泛。例如化学制品方面以硫酸盐、三水合物及 氯化铝等产品可应用于造纸、净化水、陶瓷及石油精炼方面活性氧化铝在化学、炼油、制药工 业匕可用作催化剂、触媒载体及脱色、脱水、脱气、脱酸、干燥等物理吸附剂；用- A 1 2 0 3 生产 的氯化铝可供染料、橡胶、医药、石油等有机合成应用；玻璃组成中有3 ％- 5 ％A 1 2 0 3 可提高熔点、 粘度、强度；研磨材料是高级砂轮、抛光粉的主要原料；耐火材料是工业部门不可缺少的筑炉材 料。 1 ．2 ．2 铝土矿资源分布及特点 1 ．2 ．2 ．1 世界铝土矿资源分布及特点 世界铝土矿资源丰富，资源保证度很高。按世界铝土矿量计算，静态保证年限在2 0 0 年以上。 据美国地质调查局估计，2 0 0 3 年世界铝土矿资源量约为5 5 0 - 7 5 0 亿吨，主要分布在南美洲 3 3 ％ 、 非洲 2 7 ％ 、亚洲 1 7 ％ 、大洋洲 1 3 ％ 和其他地区 1 0 ／0 0 6 ] 。从国家看，几内亚、澳大 利亚两国的储量约占世界储量的半，南美的巴西、牙买加、圭亚那、苏里南约占世界储量的四 分之一。国外铝土矿多数为三水铝石型，其特点是低铝低硅，铝硅比高，氧化铁含量较耐1 。丌。 1 ．2 ．2 ．2 我国铝土矿资源分布及特点 我国是世界_ } 呔铝土旷资源国之_ 』1 8 删，目前探明储量已达2 0 多亿吨，远景储量可达4 0 多 亿吨，居世界第五位。主要分布在河南、山西、广西、贵州及山东等省。 我国铝土矿除了分布集中外，以大、中型矿床居多。储量大于2 0 0 0 万吨的大型矿床共有3 1 个，其拥有的储量占全国总储量的4 9 0 ／0 ；储量在2 0 0 m 5 0 0 万吨之间的中型矿床共有8 3 个，其拥 有的储量占全国总储量的3 7 ％，大、中型矿床合计占到了8 6 ％。 铝土矿各组分平均品位为A 1 2 0 3 6 1 ．6 9 ％、S 1 0 2 1 0 ．4 ％、F e 2 0 3 7 ．7 3 ％，矿石的平均铝硅比为 5 ．9 6 t r e e l l 。在全国3 0 7 个铝土矿矿区中，据统计，A ／S 大于1 0 的矿区只有7 个，储量仅d 56 ．9 7 ％， 有近半储量的铝土矿处于4 _ 6 之间。我国铝土矿铝硅比值分配数据列于表1 ．1 [ 2 z l 。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 由表1 ．1 可见，我国铝土矿铝硅比多分布于4 - 1 0 之间，约占全国储量的8 5 ．6 1 ％，铝硅比大于 7 的铝土矿键} 量仅占1 乃。铝硅比大部分分布在4 - 7 之间，其储量约占总储量的6 0 ％，且绝大多数 为高铝、高硅、低铁、细粒嵌布水硬铝石型，这些痔日被制取氧化铝的工艺匕匕较复杂网，因此 不能经济的采用拜耳法生产氧化铝。目前，我国氧化铝生产多采用联合法，即混联联合法，它是 以拜耳法处理大部分易溶的一水硬铝石，将难溶或不溶部分转入烧结法，目在烧结法中再配入部 分铝土矿以提高品位。郑州铝厂、山西铝厂、贵州铝厂、中州铝厂等均用I 吐泄产氧化铝。这种 生产方法与拜耳法比较，生产能耗高、工艺流程长、建设投资大、制造成本高。 1 ．3 氧化铝的拜耳法生产 1 ．3 ．1 拜耳法原理及应用 拜耳法用在处理低硅铝士矿，特别是用在处理三水铝石型铝土矿时，流程简单，作业方便， 产品质量高，其经济效益远非其它 方祛所能比美。目前全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有9 0 ％ 以上是拜耳法生产的。拜耳法生产氧化铝的原则流程如图1 ．1 所示。 拜耳法包括两个主要过程，也就是拜耳提出的两项专和p 。项是他发现N a 2 0 与A 1 2 0 a 摩 尔比为1 ．8 的铝酸钠在常温下，只要添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中的A 1 2 Q 便可以 呈氢角鲋臻魏女徐析出，直至啦其中的N a 2 0 A 1 2 0 3 的摩尔比提高到6 为止。这也就是铝酸钠的晶种 分解过程。另一项是已经析出了大部分氢氧化铝的溶液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧 化铝化合物，这也就是利用种分母液溶出铝土矿中的过程，交替使用这两个过程就能够批批地 处理铝土矿，从中得出纯的氢氧化铝产品，构成所谓拜耳法循环。拜耳法的生产工艺主要由溶出、 分解和焙烧三个阶段组成。全流程主要加工工序为矿石的破碎及湿磨、高压高温溶出、赤泥分 离洗涤、种子分解、母液蒸发及氢氧化铝焙烧。 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 补充苛性碱铝土矿石灰 图1 ．1 拜耳鞋盎严埠【化铝的原则流程 F 嬉1 ．1F u n d a m e n t a l o f b a y e r p r o c e s s 拜耳法是目前世界上处理铝土矿I 生产氧化铝的方法中流程最短、最经济的生产方法、也是最 主要的生产方法。目前世界上有5 7 个拜耳法厂及7 个联合珐厂在生产，拜耳法生产能力为年产 氧化铝4 9 3 8 万吨，占世界氧化铝总产量的9 1 ．4 哆0 蠲。 1 ．3 ．2 拜耳法新工艺 1 ．3 ．2 ．1 选矿拜耳法 选矿一弃码漩指在拜习靶刳手嘞罐中增设选矿．j D 陧，通过物理} 化学等手段以处理高磋葺萑吐 矿的氧化铝生产工艺，可以提高我国中低铝土矿的品位闭。其基本流程如图1 2 。 1 ．3 ．2 ．2 石灰拜耳法 石灰拜耳法是} | 瓣耳法生产的溶出过程中添加比常规拜耳法多的石灰，处理品位较低的铝 土矿的氧化铝生产方法。石灰拜耳法的技术路线是，通i 立在溶出过程添加石灰，使溶出过程的脱 硅产物由方钠石型的水合铝硅酸钠变为水化石榷陌型的水合铝硅酸钙，以降低碉毹；必要时●供矿 A ／S 过低时 用纯碱溶液常压浸出赤泥，以进步回收氧化铝；赤泥易用作水泥生产的原料，既有 效的利用了赤泥，又避免了对环境的污辫卵。 东北大学硕士学住论文第1 章绪论 破碎 T 图l2 选矿．旁洱法生产氧化氍新工艺流程 F 培1 ．2 N 驯奴蛔豳o f n 】j 1 1 n m 姆畔幻诎瓒a l I 蛐妇 1 ．4 我国氧化铝行业面临的形势和主要问题 我国氧化铝生产能耗高、生产成本高，这主要是由于我国的铝土矿主要为一水硬铝石，不能 采用经济的拜耳法溶出，而主要采用联合法生产网。如表1 ．2 所示，我国氧化铝企业的综合能耗 普遍为国外氧化铝厂的2 倍以上。甚至有的达到3 倍，能耗高导致成席漕每擞高，在国际市场的 竞争力也就低，近年来我国氧化铝行业采用了不少措施进行节能减耗，但是没有根本匕改变我国 能耗高的形势。 表1 ．3 所示为我国典型氧化铝企业的各种成本和总成本，可以看出我国6 大氧化铝厂除了平 果铝厂采用拜耳法的成本低于 1 5 0 ／t 外，别的大都高于 1 7 0 ／t ，而澳洲氧化铝企业的成本却低于 1 1 咣，西方平均为 1 4 2 ．姚，这还是建立在我国劳动力成本极为低廉的情况下的数据对比。除了 平果铝厂外，能耗啦潲占我国其他氧化铝企业的4 5 ％左右，而澳洲为2 4 ．8 5 ％，西方平均仅为 18 ．2 ％，采用拜耳法的平果铝厂为3 4 ．4 ％。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 表122 0 0 2 年我国典型氧化铝厂与国外能耗对比 T a b l e l 2 C o n t r a s t o f E n 鲰y c o s t b e B v e c l l o 呱t y p i c a l p l a n t s a n d a 垤弱e 鸥 典型氧化铝厂生产方法铝士矿类型数据年份综合能牦 G 价A O 由此可见，全面采用拜耳法生产工艺是我国氧化铝工业的最终发展方向网。 表1 3 我凰氧化铝盆固b 茹钵与国外氧化铝厂的对比分析 T a b l e1 3C o n t r a s t o f E h 日搿c o s t b 战w 氐n o Ⅲ母p i c a l p l a n t s a n d o v e r s e a s 成本项目／山东郑州中州平果贵州山西澳洲平均西方平均 1 ．5 当前世界上对强磁场的研究及应用 1 ．5 ．1 强磁场的定义及其作用的实质 磁场是与温度、压力样重要的物理参数，强磁场做为种极端条件的特殊电磁场形态，能 够将高强度的能量无接触的传递歪l J 物质的原子尺度，改变原子和分子的排列、匹配和迁移等行为， 从而对物喷的结构和性能产生巨大而深刻的影响，并目．不会产生污染圆。磁场可分为连续磁场和脉 冲磁场两六类，连续磁场又可分为恒稳磁场和时变磁场。般的讲，磁场的强度大于1 T 就可以 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 称为强磁场刚。 几乎所有气体、液体和固体等实物，不论它的内部结构如何，对磁场都有响应，这表明所有 的物质都有磁性，但大部分物质的磁f 生都比铰弱，只有少数如金属铁、镍、钴以及某些合金等所 谓铁磁陛物质，才有较强的磁| 生。物质的磁性起源于原子的磁性，而原子的磁性又与量子力学密 切相关M J 。 原子具有磁性，由原子或分子组成的物体也具有磁性。物体在不受外磁场作用时，由于分子 的热运动，分子磁彩眶诹向分散，其矢量和为零，所以物体不显磁性；当物体置于磁场中以后，分 子磁矩沿外磁场方向取向，其矢量和不等于零，使物体显示出磁性，这就是物体被磁化的实质。 不同磁} 生的物体在相同的磁场中被磁化时，由于分子磁矩取向程度不同，其磁| 生 有强弱的差别。 所谓非磁日彤乎体，只是分子磁矩取向的程度极小而已，并不是绝对没有磁性；假如将其置于极强 大的外磁场中，它也可能会显示出较强的磁性。 物体被磁化的程度用磁化强度表示，而磁化强度是单位体积物体的磁矩。之所以用单位体积 物体的磁矩来表示物体被磁化的程度，是因为体积不同的甲乙两种物体，在相同的外蝴中被磁 化时，可能会有这种情况，即体积大的甲物体所包含的已经取向的分子磁矩数量多，体积小的乙 物体所包含的已经取向的分孑磁矩的数量少。如果用磋毵秀牙勘昨翰芰磁化的程瘦，则甲物体磁I 化 的好，因为它取向的分子磁矩数量多；乙物体磁化的差，因为它取向的分子磁矩数量少，但实际 上是乙物体磁化的好，因为分子磁矩全部沿外磁场方向取向了。如果用单位体积物体的磁矩表示 物体私磁化的程发，则甲磁化的差，乙磁化的好，因为乙在单位体积内分亍磁移{ 瞰向的数量多， 这就{ 撇际| 青况了。 磁性和懈{ 都相同的甲乙两物体，分别在不同的夕懒中被磁化，设甲物体在较强的磁炀中 被磁化，乙物体在铰弱的磁场中被磁化，则肯定甲物体磁化强度大，Z ．物体磁化强度小，能否据 此得出结论，即甲物体磁性强，乙物体磁性弱呢 不能。因为条件 即外磁场强度 不样。如 果在相同的外磁场中被磁化，则其秘- f 生应该是相同的。所以，对质地均匀的物协滞用_ 靴的外 磁场强度使物体所产生的磁．化强度的大小来表示物体的磁性，即 X _ 姗 1 ．1 式中，x - 物／ 的磁化系数 或磁化率 H ．矽懒强度 M 磁化强度 这样，对于体积相同的甲乙两种物体在相同的外磁场强度下被磁化时，如果甲物体的磁矩大， 则X 也大，说明其易磁化，因而其磁性强；如果乙物体的磁矩小，则X 也小，说明其难磁化， 因而其磁性弱，所以X 也是表示物体被磁化难易程度的物理量。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 实际上，物体的质地往往是不均匀的，其内部常存在着空隙。这样，对于同性质 化学组 成相同 、体积相同的两物体在相同的外磁场中被磁化时，可以有不同的磁化强度，也即有不同 的X 值，这主要是由于物体内所存在的空隙影响的结果，空隙越多，取向的分子磁矩的数量越少， 所以嗷蝴。 在这种悻争况下，为了消除空隙的影响，需要单位质量单位磁场强度物体的磁矩，即比磁化系 数 或比磁化率 来表示物体的磁性。 物质按磁化率分类，不同的物质，其磁| 生不同，按磁化率的大小可以分为三类。 1 ．抗磁质惰陛气体、某些有机化合物、若干金属 如B i 、Z n 、C u 、A g 、非金属 S i 、P 、 S 和些矿物 辉铝矿、方铅矿、石英等 都是抗磁性物质。f 幽门的磁化率X O ，数值很小，般为1 0 ．5 - 1 0 - 3 数量级。热运动对原子磁矩的排列起干扰作用，在顺磁性物质中除少数物质如钾、钠的磁化率与 温度无关外，大多刿阒兹眭物质的磁化率与温度有关，。温度越高，原子的运动能量就越大，原 子磁矩取向就越混乱，原子磁矩与外磁场方向的致性差，所以顺磁性物质的磁化率随着温度的 升高『『面屑别、。少刿l 厕龀懒的磁化率与温度成反比。 3 ．铁磁质铁、钴、镍及其合金、铁氧体以及若 f 可砌，如磁铁矿、磁黄铁矿等都是铁磁质。 副门的磁幽艮强，耐匕弓踱和磁场强度剧戡幽繇。磁化率远大于零，为1 0 ．1 一1 0 5 懒。铁 磁质的磁性也与温度洧关。当温度升高到倨里温度以上时，就转化为顺磁性物质圈。 1 ．5 ．2 强磁场的研究成果及应用 二十世纪六十年代发现了实用超导材料，八十年代出现了性质优良的钕铁硼永磁材料，使人 们可以不耗费很大的电功率获得大体积持续的强磁场，发展超导与7 “ x f 滋强磁场技术是二十世纪下 半叶电工技术发展的个重要方面。在各国高能物理、核物理、核聚变、磁流体发电等大型科技 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 计划推动下，整个技术得到了良好的发展。低温铌钛合金及铌三锡复合超导线与钕铁硼永磁材料 已形成产业，可进行批量生产。人们已研制成功了l5 特斯拉以下各种场强，各种磁场形态，大 体积的可长期可靠运行的强磁场装置，积极推进着强磁场在各方面的应用。 1 ．在材料科学方面 1 热固性高分子液晶材料在强磁场下的性能及应用。国际上在0 - 1 5 特斯拉范围内对高分 子液晶材料的取向行为、热效应、磁响应特性、固化成型过程等方面进行了研究，并做其力学性 能和磁场的关系的定量分析，应用前景十分看好。 2 功能高分子材料在强磁场作用下的研究。国际上高电导率的高分子材料、防静电及防 电磁辐射高分子材料的研究和应用取得了很大的进展，某些材料纤维的电导率经强磁场处理后， 可达铜电导率的1 ／1 0 ，是极具潜力的二次电池材料。在防静电服和隐形技术方面电磁波吸收材料 以用于军工领域。 3 强磁场下金属凝固理论与技术研究。 4 N b F e B 永磁黼的强磁撅向。在N b F e B 永豫肺料泐口压问话蝴中，另硼年5 犒嘶拉 强磁场取向，可大大提高性能，国外已开始实际应用。 2 ．在生物工程与医疗应用方面 1 血液在强磁场下性能的改变及对生物体的影响。 2 蛋白质高分子在强瞄场下的特性及脚。 3 医疗应用。 3 ．在工 I k 应用方面 除继续积极进行强磁场分离技术、磁悬浮技术的发展与应用外，近年来，国际b 掴哥f 究了磁 场对石油滞粘性能的影响及对原油的脱蜡作用；研究了磁场对水的软化作用及改善水质的作用； 研究了外加磁畅对改善燃油燃烧性能及提高燃值的作用；通过在强磁场中的取向提高金属材料的 强度和韧性；通过表面吸出排除杂质、特高盒属质量等。 4 ．在农 I k 应用方面 国际上的研究有外磁场对农作物种子的萌发与生长的影响极其作用机制；磁场与农作物种 子的萌发与生长的定量关系；磁场与促进萌发与生长有密切关系的酶的活性与代谢作用；生物酶 在磁场下盼合成作用以及对作枥赛传变异的影响；磁化水对促进作物生长的作用及磁瞠淝料的研 究和应用。 随着强磁场技术与装备的进步完善，已蝴的进步发展和积极开拓新应用，特别是具 有大规漠市场前景的产品发展，可以期望，二十世纪中强磁场应用将发展成为个强有力的新 兴产必3 】。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 ．6 铝土矿预处理研究 1 ．6 ．1 铝土矿的机械活化预处理 固体物质在机械力作用下产生一系列的机械化学效应，如使物质在产生裂纹的同时产生各种 类型的缺陷，包括晶格畸变，晶体结晶程度刚氐乃至无定形化，从而使固体活陆提高和发生改陛。 在强机械力作用的瞬间，固体因受剧烈冲击而使结构发生强烈破坏并在局部产生等离予侈苦蠡，过 程中还伴有受激电子辐射等现象，因而固体物粼学反应的温度降低，诱发物质间发生化学反 应印。正是由于机械力能使固体物质| 生质发生匕述改变，国内外学者对这新兴领域进行了大量 研究，并目成功的运用于强化有色冶金浸出过程蚓。 李运姣等弼将机械活化运用于处理广西平果水硬铝石矿。发现在通常的高压溶出条件下同 时蝴械活化，可使氧化铝的溶出率提高约2 0 ％ 未经活化时氧化铝溶出率为7 8 ．9 4 ％，活化后 为9 7 ．7 5 ％ 。f 电仃] 所用的溶出条件为溶出温度2 2 5 ℃，母液苛性比3 ．2 ，溶出时间2 l l 。 表1 ．4 铝十矿的眸学绢麒，囤疆i i ／r } 比 平口 酣匕钜镕出率 些 兰型婴趔墅竺 燮竺也丝幽型塑塑堕垡丝 矿删澳舢非洲俐希腊 注铝土矿1 0 0 9 ，苛眭{ 搿猿度2 5 0 儿溶出温度9 0 “ C ，球陲箨专速1 0 0 0 q x n 。 E P a w l e k 等人刚研究了机械活化铝土矿的溶出效果，研究结果见表1 ．4 。在9 0 ℃的溶出温度 下，三水铝石，水软铝石、一水硬铝石型矿的氧化铝溶出率几乎都能达到1 0 0 ％。 刘今等网对机械化学引起的反应性能变化及其内在原因进行了探讨，认为由于机械能转化为 内能，以晶格变形、无定形化、生成自由基等形式存储于内部，活化物料的标准生成G i b b s 自由 能 △，G 肼 就较原物料的标准生成G i b b s 自由能大，这样矿石溶出反应的标准生成G i b b s 自由能 △，G o △，G o 牛成物一△，G 肼之值可有正值变为负值，反应平续滞数因此而变大。他们对广西平果 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 矿和山西普铝矿采用该法处理后，发现山西矿在2 1 0 。C 溶出可得到9 5 ％的相对溶出率。 综上所述，机械活化处理可以作为强化铝土矿溶出的另一条途径。机械活化运用于 氧化铝生产，特别是一水硬铝石型矿的处理，有关活化的机理、活化的效果、活化设备 的结构、材质及工业化等问题都有待进一步深入研究。 1 ．6 ．2 铝土矿的焙烧预处理 前苏联在铝土旷的焙烧理论和工艺方面进行了较多的研究。研究者曾把粒径小于5