氧化鋁生產(chǎn)工藝教學(xué)復(fù)習(xí)

1、氧化鋁生產(chǎn)工藝教學(xué)復(fù)習(xí)總復(fù)習(xí)基本概念：電解煉鋁用的氧化鋁必須在氧化鋁的純度和氧化鋁的物理性質(zhì)上符合一定的質(zhì)量要求。硅量指數(shù)是指鋁酸鈉溶液中Al2O3與SiO2的質(zhì)量比，以A/S表示。拜耳法的循環(huán)效率指一噸Na2O在一次拜耳法循環(huán)中所產(chǎn)出的Al2O3的量（噸），用E表示，E的數(shù)值越高說明堿的利用率越好。 E=1.645(MRm-MRa)/MRmMRa拜耳法的循環(huán)堿量指生產(chǎn)一噸氧化鋁在循環(huán)母液中所必須含有的堿量（不包括堿損失），它是循環(huán)效率的倒數(shù)。鋁酸鈉溶液的分子比（苛性比值）是指鋁酸鈉溶液中Na2O與Al2O3的摩爾比，它表示鋁酸鈉溶液中氧化鋁的飽和程度和穩(wěn)定性。 MR=1.645Na2O/Al

2、2O3氧化鋁實(shí)際溶出率：鋁土礦與NaOH反應(yīng)實(shí)際溶出到溶液中的Al2O3量與鋁土礦中Al2O3總量之比。氧化鋁理論溶出率：理論上礦石中可以溶出的Al2O3量（扣除不可避免的化學(xué)損失）與礦石中Al2O3總量之比?？倧?fù)習(xí)基本概念：鋁酸鈉溶液中的堿通常分為苛性堿NaO k、碳酸堿NaO c和硫酸堿NaO s，其中苛性堿NaO k和碳酸堿NaO c 的和稱為全堿NaO T 氧化鋁相對溶出率：氧化鋁實(shí)際溶出率與理論溶出率之比?？倧?fù)習(xí)基本概念：赤泥的產(chǎn)出率：每處理1t鋁土礦所生成的赤泥量堿耗：鋁土礦溶出過程，每溶出1tAl2O3所損失的堿量總復(fù)習(xí)基本概念：鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性通常是用從過飽和的鋁酸鈉溶液開始

3、分解析出氫氧化鋁所需時(shí)間的長短來衡量的。配料分子比指預(yù)期礦石中Al2O3充分溶出時(shí)，溶出液所應(yīng)達(dá)到的分子比氫氧化鋁晶粒附聚：就是在范德華力、自粘力、附著力以及毛細(xì)管力和物質(zhì)之間的緊密接觸而形成的表面張力等力的作用下，氫氧化鋁晶粒自發(fā)和定向的連接在一起的現(xiàn)象?？倧?fù)習(xí)基本概念：拜耳法溶出工藝目前分為壓煮器和管道化 兩大類溶出技術(shù)，其中 管道化溶出技術(shù)是目前比較先進(jìn)的溶出技術(shù)，根據(jù)我國一水硬鋁石鋁土礦的溶出特點(diǎn)，我國形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的管道預(yù)熱-停留罐 溶出技術(shù)。 。一水碳酸鈉的苛化是在拜耳法生產(chǎn)過程中，由于苛性堿與礦石中的碳酸鹽以及空氣中的二氧化碳作用的結(jié)果，母液每一次循環(huán)都有一部分苛性堿變成

4、了一水碳酸鈉。使這部分一水碳酸鈉從新變成苛性堿稱為一水碳酸鈉的苛化。 熟料溶出的副反應(yīng)指在熟料溶出過程中赤泥中的原硅酸鈣2CaOSiO2可以與鋁酸鈉溶液發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，使已溶出來的Na2O和Al2O3又有一部分重新轉(zhuǎn)入赤泥而損失。這些反應(yīng)稱為二次反應(yīng)或副反應(yīng)。二次反應(yīng)所造成的Na2O和Al2O3的損失稱為二次反應(yīng)損失或副反應(yīng)損失。熟料溶出二次反應(yīng)的主要產(chǎn)物是 水合鋁硅酸鈉、水化石榴石。我國堿石灰燒結(jié)法采用 低苛性比值、高碳酸鈉濃度、二段磨料 溶出工藝。 堿比、鈣比：堿石灰燒結(jié)法生料配方中，N/(A+F)稱為堿比；C/S稱為鈣比。飽和配方是指在燒結(jié)法配料過程中采用堿比等于1，鈣比等于2的爐

5、料配方稱為飽和配方。在堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)，我國采用低堿高鈣配方，這和我國生料摻煤工藝相符合。 基本概念：總復(fù)習(xí)熟料溶出的副反應(yīng)指在熟料溶出過程中赤泥中的原硅酸鈣2CaOSiO2可以與鋁酸鈉溶液發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，使已溶出來的Na2O和Al2O3又有一部分重新轉(zhuǎn)入赤泥而損失。這些反應(yīng)稱為二次反應(yīng)或副反應(yīng)。二次反應(yīng)所造成的Na2O和Al2O3的損失稱為二次反應(yīng)損失或副反應(yīng)損失。熟料溶出二次反應(yīng)的主要產(chǎn)物是 水合鋁硅酸鈉、水化石榴石。我國堿石灰燒結(jié)法采用 低苛性比值、高碳酸鈉濃度、二段磨料 溶出工藝。 堿比、鈣比：堿石灰燒結(jié)法生料配方中，N/(A+F)稱為堿比；C/S稱為鈣比。飽和配方是指在

6、燒結(jié)法配料過程中采用堿比等于1，鈣比等于2的爐料配方稱為飽和配方。在堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)，我國采用低堿高鈣配方，這和我國生料摻煤工藝相符合。 基本概念：總復(fù)習(xí)判斷熟料質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)有標(biāo)準(zhǔn)溶出率、熟料的密度和粒度和負(fù)二價(jià)硫含量S2-。衡量熟料溶出過程好壞的標(biāo)志是凈溶出率總復(fù)習(xí)基本概念：回轉(zhuǎn)窯熟料燒結(jié)時(shí)，根據(jù)物料沿窯長的溫度變化分為窯體分為烘干帶 、預(yù)熱帶 、分解帶 、 燒成帶、冷卻帶 五個(gè)帶。 總復(fù)習(xí)基本概念：烘干帶：脫附著水干燥。 窯氣800250，爐料80 200預(yù)熱帶：脫結(jié)晶水，Na2SO4開始分解 窯氣1200800 ，爐料200 750 分解帶：Na2CO3+Al2O3 Na2OA

7、l2O3+CO2 Na2CO3+Fe2O3 Na2OFe2O3+CO2 Na2CO3+Al2O32SiO2 Na2OAl2O32SiO2+ CO2 窯氣14001200 ，爐料750 1200燒成帶：2CaO+Na2OAl2O32SiO2 Na2OAl2O3+2CaOSiO2 窯氣1500以上 ，爐料1250-1300冷卻帶：熟料逐漸冷卻到900-1000 左右經(jīng)下料口進(jìn)入冷卻機(jī)。 會分析30下的Na2O-Al2O3-H2O系平衡狀態(tài)圖：點(diǎn)、線、區(qū)域、分子比變化總復(fù)習(xí)基本原理和方法：Na2OAl2O32.5H2O(48.8%Al2O329.7%Na2O21.5%H2O)Na2OAl2O3(62

8、.2%Al2O337.8%Na2O)53.5NaOHH2OT三水鋁石M一水鋁石BEHCDFMR=165.4OMR=3總復(fù)習(xí)拜耳循環(huán)拜耳循環(huán)3060200MR=3.40拜耳法生產(chǎn)Al2O3的四個(gè)組要工序MR=1.65鋁土礦的溶出鋁酸鈉溶液的稀釋晶種分解分解母液蒸發(fā)拜耳法循環(huán)從鋁土礦的溶出開始，溶出初溫為30，終溫為200。在此溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)溶出、稀釋分解、蒸發(fā)過程。ABA點(diǎn)：循環(huán)母液的組成點(diǎn)AB線：溶出線BC線：稀釋線CD線：分解線DA線：蒸發(fā)線拜耳循環(huán)：ABCDA至Al2O3H2OCD至Al2O33H2O拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理 用NaOH溶液溶出鋁土礦所得到的鋁酸鈉溶液在添加晶種，不斷攪拌

9、的條件下，溶液中的氧化鋁便呈氫氧化鋁析出。 分解得到的母液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來溶出新的一批鋁土礦?？倧?fù)習(xí)基本原理和方法：實(shí)質(zhì)：Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq溶出分解拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本流程：會畫基本流程框圖會分析拜耳循環(huán)圖堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理總復(fù)習(xí)基本原理和方法：堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本流程及各工序的作用 將鋁土礦與一定數(shù)量的蘇打、石灰、循環(huán)母液配成爐料，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，爐料中的Al2O3與Na2CO3反應(yīng)生成易溶于水或稀堿溶液的鋁酸鈉 (Na2OAl2O3)，雜質(zhì)氧化鐵生成易水解的鐵酸鈉(Na2OFe2O3)，二氧化

10、硅和氧化鈦分別生成不溶性的原硅酸鈣(2CaOSiO2)和鈦酸鈣(CaOTiO2) 。將燒結(jié)產(chǎn)物（熟料）用稀堿溶液溶出時(shí)Na2OAl2O3便進(jìn)入溶液，Na2OFe2O3水解放出堿，原硅酸鈣(2CaOSiO2)和鈦酸鈣(CaOTiO2)不溶進(jìn)入赤泥，從而實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)礦物與有用礦物的分離。熟料燒結(jié)在高溫下能滿足Na2OAl2O3和 Na2OFe2O3的優(yōu)先生成，能保證Al2O3的溶出；生料加煤排硫結(jié)果使一部分Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕eS;在燒結(jié)過程中還生成一種鐵的化合物(CaOAl2O3Fe2O3 )，且這一相比較穩(wěn)定.我國鋁土礦堿石灰燒結(jié)法為什么采用低堿高鈣配方？低堿配方：高鈣配方：能夠保證2CaOSiO2

11、和CaOTiO2的生成；多余的鈣能夠分解三元化合物Na2OAl2O3SiO2 Na2OAl2O3SiO2+2CaO= Na2OAl2O3+ 2CaOSiO2 低堿高鈣配方優(yōu)點(diǎn)：堿耗低赤泥的穩(wěn)定性能比較好能保證堿和氧化鋁的溶出率總復(fù)習(xí) 在堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)，我國采用 低堿高鈣 配方，這和我國 生料摻煤 工藝相符合。氧化鋁及其水合物鋁土礦主要礦物在拜耳法的溶出行為、主要危害及防治措施氧化鋁水合物在溶出條件下與循環(huán)母液中的NaOH作用生成鋁酸鈉進(jìn)入溶液中。Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq溶出分解含硅礦物含硅礦物與堿反應(yīng)，首先分解成鋁酸鈉和硅酸鈉進(jìn)入溶液，

12、然后當(dāng)硅酸鈉濃度達(dá)一定值后與鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成水合鋁硅酸鈉（鈉硅渣）進(jìn)入赤泥。Al2O32SiO22H2O+6NaOH+aq2NaAl(OH)4+2NaH2SiO4+aq 溶解反應(yīng)2NaAl(OH)4+xNaH2SiO4+aq Na2OAl2O3xSiO2nH2O+2xNaOH+aq 脫硅反應(yīng)產(chǎn)生的主要危害是造成氧化鋁和氧化鈉的損失，在加熱設(shè)備和管道上產(chǎn)生結(jié)疤，降低傳熱系數(shù)，阻塞管道。防治措施是在原礦漿進(jìn)入高壓溶出器前的預(yù)熱階段進(jìn)行預(yù)脫硅。總復(fù)習(xí)基本原理和方法：含鐵礦物鋁土礦主要礦物在拜耳法中的溶出行為、主要危害及防治措施含鈦礦物鋁土礦中的赤鐵礦在拜耳法溶出過稱中不與苛性堿反應(yīng)，直接進(jìn)入赤泥，

13、對溶出過程不產(chǎn)生影響；而針鐵礦在拜耳法溶出過稱中會部分進(jìn)入溶液，形成高度分散的細(xì)微粒子，影響赤泥的沉降和過濾性能。溶出過程，可以通過添加CaO將針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦而消除不利影響。TiO2不影響三水鋁石的溶出。而在溶出一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)，不添加石灰，氧化鈦與堿作用生成致密的鈦酸鈉保護(hù)膜，降低氧化鋁的溶出率。通過添加石灰，使TiO2與CaO作用生成不溶解的鈦酸鈣：2CaOTiO2=2CaOTiO2，消除生成鈦酸鈉保護(hù)膜的影響?？倧?fù)習(xí)基本原理和方法：溶出過程添加石灰的作用消除鋁土礦TiO2的不良影響，避免了鈦酸鈉的生成提高氧化鋁的溶出速率總復(fù)習(xí)促進(jìn)針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，改善赤泥沉降性能降低堿耗清除雜

14、質(zhì)鋁酸鈉（Na2OAl2O3） 熟料溶出過程的主要反應(yīng)鐵酸鈉（Na2OFe2O3） 總復(fù)習(xí)基本原理和方法：Na2OAl2O3+4H2O+aq=2NaAl(OH)4+aqNa2OFe2O3+4H2O+aq=2Na (OH) +Fe2O33H2Oaq原硅酸鈣（2CaOSiO2） ：與NaOH、Na2CO3、NaAl(OH)4發(fā)生一系列的二次反應(yīng)，是造成熟料中Na2O和Al2O3損失的主要原因。鈦酸鈣（CaOTiO2）:熟料中的鈦酸鈣溶出時(shí)不發(fā)生任何反應(yīng)，殘留于赤泥中減少二次反應(yīng)損失的措施:低分子比（即低岢性比值）。溶出后鋁酸鈉溶液的分子比控制在1.25左右，以減小溶液中游離苛性堿濃度。高碳酸堿濃度

15、。溶液中Na2Oc濃度保持不大于30g/L，是溶液組成位于苛化曲線上部CaCO3平衡區(qū)。低溫度溶出。在不顯著影響赤泥沉降速度的條件下采取偏低的溶出溫度78-82。二段磨溶出工藝。采用兩段濕磨溶出，快速分離赤泥，縮短赤泥與溶液的接觸時(shí)間，以減少原硅酸鈣的分解。總復(fù)習(xí)基本原理和方法：赤泥分離洗滌的步驟:總復(fù)習(xí)基本原理和方法：赤泥漿液稀釋沉降分離赤泥反向洗滌粗液控制過濾拜耳法赤泥漿液稀釋的作用:降低鋁酸鈉溶出液的濃度，便于晶種分解降低鋁酸鈉溶液的黏度，加速赤泥沉降分離促使鋁酸鈉溶液進(jìn)一步脫硅有利于穩(wěn)定沉降槽的操作 氧化鋁生產(chǎn)中硅的危害引起Al2O3和Na2O的損失： 水和鋁硅酸鈉（Na2OAl2O3

16、2SiO2nH2O） 水化石榴石（3CaOAl2O3xSiO2yH2O）影響氫氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量，不利于電解鋁所用原料的要求： 產(chǎn)品中SiO2含量高，與電解質(zhì)中的AlF3反應(yīng)生成SiF4， 造成電解質(zhì)損失和環(huán)境污染生產(chǎn)設(shè)備和運(yùn)輸管道產(chǎn)生結(jié)疤現(xiàn)象： 結(jié)疤部位：溶出工序、分解工序、蒸發(fā)工序及各工序間 的連接管道或設(shè)備 結(jié)疤危害：降低傳熱系數(shù)，堵塞管道，增加能耗和清理 工作影響赤泥的沉降分離：增大赤泥量，形成極分散的細(xì)懸浮體總復(fù)習(xí)在熟料溶出過程中，粗液中的SiO2主要來源于-2CaOSiO2與NaOH、Na2CO3和NaAl(OH)4反應(yīng)，而使較多的SiO2進(jìn)入溶液。粗液中Al2O3濃度約120g/L，

17、 SiO2為4.5-6g/L（溶液硅量指數(shù)為20-30），比SiO2平衡濃度高出許多倍，這些SiO2是極不穩(wěn)定的，由于在溶液中是過飽和的，分解時(shí)大部分析出進(jìn)入氫氧化鋁產(chǎn)品，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，鋁酸鈉分解前必須設(shè)置專門的脫硅過程，使溶液中硅盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄰匿X酸鈉溶液中分離出來。經(jīng)過脫硅凈化處理的鋁酸鈉溶液的硅量指數(shù)一般要求大于400，浮游物不大于0.012克/升。堿石灰燒結(jié)法鋁酸鈉溶液脫硅的目的總復(fù)習(xí)堿石灰燒結(jié)法脫硅流程：“兩段脫硅流程”一段脫硅：不添加石灰，使溶液中SiO2成為水合鋁硅酸鈉結(jié)晶析出，脫硅后溶液A/S為400左右二段脫硅：添加石灰，使溶液中SiO2成為水化石榴石結(jié)晶析出，脫硅后

18、溶液A/S達(dá)到1000-1500左 工業(yè)上為了減少CaO和Al2O3的損失，通常在一段脫硅將大部分的SiO2成為水合鋁硅酸鈉分離后，再添加石灰使剩余的SiO2呈水化石榴石進(jìn)行深度脫硅?？倧?fù)習(xí)鋁酸鈉溶液晶種分解過程的機(jī)理 在工業(yè)生產(chǎn)條件下，分解過程就是在添加大量晶種的條件下進(jìn)行的分解反應(yīng)。Al(OH)4-+xAl(OH)3(x+1)Al(OH)3+OH- 但鋁酸鈉溶液中的種分過程不只是單純的晶種長大，同時(shí)還有一些其它極為復(fù)雜的物理化學(xué)變化，其中包括：氫氧化鋁晶體的長大，氫氧化鋁晶種的附聚，次生晶核的形成，氧化鋁晶粒的破裂和磨損。分解過程，這些作用往往同時(shí)發(fā)生，只是不同的條件下發(fā)生的程度不同。氫氧

19、化鋁的粒度分布就是這些作用綜合的結(jié)果。總復(fù)習(xí)晶種分解溫度制度：溫度直接影響鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性，分解速度，分解率以及氧化鋁粒度。所以溫度是晶種分解的重要因素之一。 工業(yè)上生產(chǎn)砂狀氧化鋁，通常采用將鋁酸鈉溶液逐漸冷卻的變溫分解制度，即分解初期較快地降溫，分解后期則降慢。這有利于在較高的分解率的條件下，獲得質(zhì)量較好的氫氧化鋁。 生產(chǎn)砂狀氧化鋁的拜耳法廠，分解初溫一般控制在70-85，末溫 為60 ?？倧?fù)習(xí)鋁酸鈉溶液碳酸化分解的原理：鋁酸鈉溶液碳酸化分解是同時(shí)存在氣、液、固三相的多相反應(yīng)過程。CO2為鋁酸鈉溶液吸收，使苛性堿中和 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O氫氧化鋁的析出 NaAl(OH)4=NaOH+Al(OH)3 水合鋁硅酸鈉的結(jié)晶析出水合碳鋁酸鈉的生成和破壞，并在碳酸化分解終了時(shí)沉淀析出 2 Na2CO3+2Al(OH)3=Na2OAl2O32CO22H2O+NaOH 碳酸化分解氫氧化鋁結(jié)晶形成同晶種分解一樣包括四個(gè)過程：次生晶核的生成，Al(OH)3晶粒的破裂與磨蝕， Al(OH)3晶體的長大和Al(OH)3晶粒的附聚?？倧?fù)習(xí)堿石灰燒結(jié)法中，為獲得粒度較粗、強(qiáng)度較大和雜質(zhì)含量低的氫氧化鋁，在碳酸化分解過程應(yīng)采取的措施：將粗液充分脫硅，并根據(jù)其硅量指數(shù)控制適當(dāng)?shù)姆纸饴?。精液的硅量指?shù)越