二次铝灰摩擦电选的基础研究

作     者：师吉兰 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王海锋

授予年度：2022年

学科分类：081902[工学-矿物加工工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：二次铝灰 摩擦电选 氮化铝 荷电特性 

摘      要：二次铝灰是炼铝过程中产生的副产品,经提取金属铝后剩余的二次铝灰含有氧化铝、氮化铝和盐类等,如果处理不当会造成严重环境污染。氮化铝具有优异的介电、机械和热学性能,广泛应用于导热陶瓷和树脂填料等方面。摩擦电选具有工艺简单、能耗低、投资少、成本低等优点,开展二次铝灰中氮化铝分选提取的技术研究对于二次铝灰资源化利用具有重要实际意义。本论文对二次铝灰中氮化铝的摩擦电选分离开展研究工作,进行了矿物学分析,采用AlO和AlN模拟物料,研究了两者摩擦荷电特性及荷电机理。搭建了实验室摩擦静电分选系统,研究了操作参数对分选效果的影响规律并进行条件优化实验。本文主要结论如下:(1)利用现代分析手段对铝灰原样进行了矿物学分析,XRF分析表明二次铝灰原样主要含有Al、Mg、Na、Ca、Cl、Si等元素,铝含量最高为69.53%。通过XRD、SEM-EDS和化学分析结果显示,铝灰中主要为AlN、AlMg O、AlO、Al以及Na Cl等成分,AlO含量占42.82%,AlN含量占15.88%。(2)利用自行设计的摩擦荷电测量系统,研究了PTFE、PP、PVC、铜、不锈钢五种材质摩擦介质球与AlO、AlN模拟物料的摩擦荷电规律,分析了摩擦介质球比例、摩擦速度和摩擦时间对摩擦荷电特性的影响。结果表明,采用PTFE摩擦介质球时,AlN和AlO摩擦异性荷电且差异最大,AlN的荷质比为-13.71 nC/g,AlO的荷质比为1.15 nC/g。AlO和AlN的荷电量随着摩擦介质球比例的增加而增加,并且呈现比较明显的线性关系。AlN的荷电量在PTFE摩擦介质下随着摩擦时间的增加略微上升,AlO的荷电量不增反降。AlO和AlN的荷电量在PTFE摩擦介质下随着摩擦速度的增加呈先上升后下降的趋势。(3)采用自制摩擦电选系统对AlO和AlN以质量比为80%和20%的模拟混合物进行了摩擦电选实验,研究了不同摩擦介质、摩擦介质球比例、转速和电压对分选效果的影响。结果表明,正负极板上的AlN品位和回收率与其在不同摩擦介质下的荷质比绝对值成正比关系,AlO的品位和回收率与不同摩擦介质下AlO和AlN荷质比绝对值的差值成反比关系。随着摩擦介质球比例的增加,不同摩擦介质下AlN的品位和回收率与荷质比变化率都成正比关系。随着转速的增加AlN和AlO的品位有所增加,回收率有所下降。随着电压的增加AlO和AlN的品位和回收率都有明显的提高。利用SEM和FTIR对对摩擦荷电过程中出现的转移电荷极性反转的现象进行了分析。(4)通过正交试验设计优化了分选操作参数。在电压值40kV、转速值90 rpm和摩擦介质球比例值3:1的条件下,可以得到正极板上AlN品位88.51%、回收率15.21%和负极板上AlN品位90.28%、回收率11.70%的分选效果,此时AlO在负极的品位为94.80%,回收率为38.57%。在最佳操作条件,经三次扫选获得AlN品位为87.79%产品,回收率80.73%,尾矿中AlO品位为96.41%,回收率90.47%。本论文有图60幅,表13个,参考文献105篇。