氧化鋁生產(chǎn)工藝教學復(fù)習

總復(fù)習基本概念：鋁土礦是目前氧化鋁生產(chǎn)中最主要的原料，主要成分為Al2O3，SiO2，F(xiàn)e2O3，TiO2等，氧化鋁主要以三水鋁石，一水軟鋁石，或一水硬鋁石狀態(tài)存在，按氧化鋁水合物類型可分為三水鋁石型，一水軟鋁石型，一水硬鋁石型或各種混合型衡量鋁土礦質(zhì)量的標準為鋁硅比、氧化鋁含量、礦物類型。鋁硅比是指礦石中Al2O3含量與SiO2含量的質(zhì)量比。我國鋁土礦的主要特點是高鋁、高硅、低鐵的一水硬鋁石型鋁土礦。生產(chǎn)氧化鋁的方法有堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法、熱法。在工業(yè)上得到應(yīng)用的只有堿法，其重要的中間產(chǎn)物是鋁酸鈉溶液；堿法生產(chǎn)氧化鋁主要有拜耳法、堿石灰燒結(jié)法和拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法，聯(lián)合法流程有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)?？倧?fù)習基本概念：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)/MRm·MRa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=1.645×[Na2O]/[Al2O3]氧化鋁實際溶出率：鋁土礦與NaOH反應(yīng)實際溶出到溶液中的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損失）與礦石中Al2O3總量之比?？倧?fù)習基本概念：鋁酸鈉溶液中的堿通常分為苛性堿NaOk、碳酸堿NaOc和硫酸堿NaOs，其中苛性堿NaOk和碳酸堿NaOc

的和稱為全堿NaOT

氧化鋁相對溶出率：氧化鋁實際溶出率與理論溶出率之比。總復(fù)習基本概念：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分解析出氫氧化鋁所需時間的長短來衡量的。配料分子比指預(yù)期礦石中Al2O3充分溶出時，溶出液所應(yīng)達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)是目前比較先進的溶出技術(shù)，根據(jù)我國一水硬鋁石鋁土礦的溶出特點，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2CaO·SiO2可以與鋁酸鈉溶液發(fā)生一系列的化學反應(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的爐料配方稱為飽和配方。在堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁時，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2CaO·SiO2可以與鋁酸鈉溶液發(fā)生一系列的化學反應(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的爐料配方稱為飽和配方。在堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁時，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)習判斷熟料質(zhì)量好壞的標準有標準溶出率、熟料的密度和粒度和負二價硫含量S2-。衡量熟料溶出過程好壞的標志是凈溶出率總復(fù)習基本概念：回轉(zhuǎn)窯熟料燒結(jié)時，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、冷卻帶五個帶。總復(fù)習習基本概概念：：烘干帶帶：脫附著著水干干燥。。窯氣800→250℃，爐料料80→200℃℃預(yù)熱帶帶：脫結(jié)晶晶水，，Na2SO4開始分分解窯氣1200→→800℃℃，爐料料200→→750℃℃分解帶帶：Na2CO3+Al2O3→Na2O?Al2O3+CO2↑Na2CO3+Fe2O3→Na2O?Fe2O3+CO2↑Na2CO3+Al2O3?2SiO2→Na2O?Al2O3?2SiO2+CO2↑窯氣1400→→1200℃℃，爐料料750→→1200℃燒成帶帶：2CaO+Na2O?Al2O3?2SiO2→Na2O?Al2O3+2CaO?SiO2窯氣1500℃以上，爐料料1250-1300℃冷卻帶帶：熟料逐漸冷冷卻到900-1000℃左右經(jīng)下料料口進入冷冷卻機。會分析30℃下的Na2O-Al2O3-H2O系平衡狀態(tài)態(tài)圖：點、、線、區(qū)域域、分子比比變化總復(fù)習基本原理和和方法：Na2O·Al2O3·2.5H2O(48.8%Al2O329.7%Na2O21.5%H2O)Na2O·Al2O3(62.2%Al2O337.8%Na2O)53.5NaOH··H2OT三水鋁石M一水鋁石BEHCDFⅠⅡⅢⅣⅤMR=165.4OMR=3總復(fù)習拜耳循環(huán)拜耳循環(huán)30℃60℃200℃MR=3.40拜耳法生產(chǎn)Al2O3的四個組要工序MR=1.65鋁土礦的溶溶出鋁酸鈉溶液液的稀釋晶種分解分解母液蒸蒸發(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)實現(xiàn)溶出、稀釋分解、蒸發(fā)過程。ABA點：循環(huán)母液的組成點AB線：溶出線線BC線：稀釋線線CD線：分解線線DA線：蒸發(fā)線線拜耳循環(huán)：ABCDA至Al2O3·H2OCD至Al2O3·3H2O拜耳法生產(chǎn)產(chǎn)氧化鋁的的基本原理理用NaOH溶液溶出鋁鋁土礦所得得到的鋁酸酸鈉溶液在在添加晶種種，不斷攪攪拌的條件件下，溶液液中的氧化化鋁便呈氫氫氧化鋁析析出。分解得到的的母液，經(jīng)經(jīng)蒸發(fā)濃縮縮后在高溫溫下可用來來溶出新的的一批鋁土土礦?？倧?fù)習基本原理和和方法：實質(zhì)：Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq溶出分解拜耳法生產(chǎn)產(chǎn)氧化鋁的的基本流程程：會畫基基本流程框框圖會分析拜耳耳循環(huán)圖堿石灰燒結(jié)結(jié)法生產(chǎn)氧氧化鋁的基基本原理總復(fù)習基本原理和和方法：堿石灰燒結(jié)結(jié)法生產(chǎn)氧氧化鋁的基基本流程及及各工序的的作用將鋁土礦與與一定數(shù)量量的蘇打、、石灰、循循環(huán)母液配配成爐料，，在回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)進行高高溫燒結(jié)，，爐料中的的Al2O3與Na2CO3反應(yīng)生成易易溶于水或或稀堿溶液液的鋁酸鈉鈉(Na2O?Al2O3)，雜質(zhì)氧化化鐵生成易易水解的鐵鐵酸鈉(Na2O?Fe2O3)，二氧化硅硅和氧化鈦鈦分別生成成不溶性的的原硅酸鈣鈣(2CaO?SiO2)和鈦酸鈣(CaO??TiO2)。將燒結(jié)產(chǎn)產(chǎn)物（熟料料）用稀堿堿溶液溶出出時Na2O·Al2O3便進入溶液液，Na2O·Fe2O3水解放出堿堿，原硅酸酸鈣(2CaO?SiO2)和鈦酸鈣(CaO??TiO2)不溶進入赤赤泥，從而而實現(xiàn)雜質(zhì)質(zhì)礦物與有有用礦物的的分離。熟料燒結(jié)在在高溫下能能滿足Na2O·Al2O3和Na2O·Fe2O3的優(yōu)先生成成，能保證證Al2O3的溶出；生料加煤排排硫結(jié)果使使一部分Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕eS;在燒結(jié)過程程中還生成成一種鐵的的化合物(CaO·Al2O3·Fe2O3)，且這一相相比較穩(wěn)定定.我國鋁土礦礦堿石灰燒燒結(jié)法為什什么采用低低堿高鈣配配方？低堿配方：：高鈣配方：：能夠保證2CaO··SiO2和CaO·TiO2的生成；多余的鈣能能夠分解三三元化合物物Na2O·Al2O3·SiO2Na2O·Al2O3·SiO2+2CaO=Na2O·Al2O3+2CaO·SiO2低堿高鈣配配方優(yōu)點：：堿耗低赤泥的穩(wěn)定定性能比較較好能保證堿和和氧化鋁的的溶出率總復(fù)習在堿石灰燒燒結(jié)法生產(chǎn)產(chǎn)氧化鋁時時，我國采采用低堿堿高鈣配配方，這和和我國生生料摻煤工工藝相符符合。氧化鋁及其其水合物鋁土礦主要要礦物在拜拜耳法的溶溶出行為、、主要危害害及防治措措施氧化鋁水合合物在溶出出條件下與與循環(huán)母液液中的NaOH作用生成鋁鋁酸鈉進入入溶液中。。Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq溶出分解含硅礦物含硅礦物與與堿反應(yīng)，，首先分解解成鋁酸鈉鈉和硅酸鈉鈉進入溶液液，然后當當硅酸鈉濃濃度達一定定值后與鋁鋁酸鈉溶液液反應(yīng)生成成水合鋁硅硅酸鈉（鈉鈉硅渣）進進入赤泥。。Al2O3·2SiO2·2H2O+6NaOH+aq→2NaAl(OH)4+2NaH2SiO4+aq溶解反應(yīng)2NaAl(OH)4+xNaH2SiO4+aq→→Na2O·Al2O3·xSiO2·nH2O+2xNaOH+aq脫硅反應(yīng)產(chǎn)生的主要要危害是造造成氧化鋁鋁和氧化鈉鈉的損失，，在加熱設(shè)設(shè)備和管道道上產(chǎn)生結(jié)結(jié)疤，降低低傳熱系數(shù)數(shù)，阻塞管管道。防治治措施是在在原礦漿進進入高壓溶溶出器前的的預(yù)熱階段段進行預(yù)脫脫硅。總復(fù)習基本原理和和方法：含鐵礦物鋁土礦主要要礦物在拜拜耳法中的的溶出行為為、主要危危害及防治治措施含鈦礦物鋁土礦中的的赤鐵礦在在拜耳法溶溶出過稱中中不與苛性性堿反應(yīng)，，直接進入入赤泥，對對溶出過程程不產(chǎn)生影影響；而針針鐵礦在拜拜耳法溶出出過稱中會會部分進入入溶液，形形成高度分分散的細微微粒子，影影響赤泥的的沉降和過過濾性能。。溶出過程程，可以通通過添加CaO將針鐵礦轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F鐵礦而消除除不利影響響。TiO2不影響三水水鋁石的溶溶出。而在在溶出一水水硬鋁石型型鋁土礦時時，不添加加石灰，氧氧化鈦與堿堿作用生成成致密的鈦鈦酸鈉保護護膜，降低低氧化鋁的的溶出率。。通過添加加石灰，使使TiO2與CaO作用生成不不溶解的鈦鈦酸鈣：2CaO＋TiO2=2CaO·TiO2，消除生成成鈦酸鈉保保護膜的影影響?？倧?fù)習基本原理和和方法：溶出過程添加石灰的作用消除鋁土礦礦TiO2的不良影響響，避免了了鈦酸鈉的的生成提高氧化鋁鋁的溶出速速率總復(fù)習促進針鐵礦礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌喑噼F礦，改改善赤泥沉沉降性能降低堿耗清除雜質(zhì)鋁酸鈉（Na2O·Al2O3）熟料溶出過過程的主要要反應(yīng)鐵酸鈉（Na2O·Fe2O3）總復(fù)習基本原理和和方法：Na2O·Al2O3+4H2O+aq=2NaAl(OH)4+aqNa2O·Fe2O3+4H2O+aq=2Na(OH)+Fe2O3·3H2Oaq原硅酸鈣（（2CaO··SiO2）：與NaOH、Na2CO3、NaAl(OH)4發(fā)生一系列列的二次反反應(yīng)，是造造成熟料中中Na2O和Al2O3損失的主要要原因。鈦酸鈣（（CaO··TiO2）:熟料中的的鈦酸鈣鈣溶出時時不發(fā)生生任何反反應(yīng)，殘殘留于赤赤泥中減少二次次反應(yīng)損損失的措措施:低分子比比（即低低岢性比比值）。。溶出后鋁鋁酸鈉溶溶液的分分子比控控制在1.25左右，以以減小溶溶液中游游離苛性性堿濃度度。高碳酸堿堿濃度。。溶液中Na2Oc濃度保持持不大于于30g/L，是溶液液組成位位于苛化化曲線上上部CaCO3平衡區(qū)。。低溫度溶溶出。在不顯著著影響赤赤泥沉降降速度的的條件下下采取偏偏低的溶溶出溫度度78-82℃。二段磨溶溶出工藝藝。采用兩段段濕磨溶溶出，快快速分離離赤泥，，縮短赤赤泥與溶溶液的接接觸時間間，以減減少原硅硅酸鈣的的分解。?？倧?fù)習基本原理理和方法法：赤泥分離離洗滌的的步驟:總復(fù)習基本原理理和方法法：赤泥漿液液稀釋沉降分離離赤泥反向向洗滌粗液控制制過濾拜耳法赤赤泥漿液液稀釋的的作用:降低鋁酸酸鈉溶出出液的濃濃度，便便于晶種種分解降低鋁酸酸鈉溶液液的黏度度，加速速赤泥沉沉降分離離促使鋁酸酸鈉溶液液進一步步脫硅有利于穩(wěn)穩(wěn)定沉降降槽的操操作氧化鋁生產(chǎn)中硅的危害引起Al2O3和Na2O的損失：：水和鋁硅硅酸鈉（Na2O?Al2O3?2SiO2?nH2O）水化石榴榴石（3CaO?Al2O3?xSiO2?yH2O）影響氫氧氧化鋁產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量量，不利利于電解解鋁所用用原料的的要求：：產(chǎn)品中SiO2含量高，，與電解解質(zhì)中的的AlF3反應(yīng)生成成SiF4，造成電解解質(zhì)損失失和環(huán)境境污染生產(chǎn)設(shè)備備和運輸輸管道產(chǎn)產(chǎn)生結(jié)疤疤現(xiàn)象：：結(jié)疤部位位：溶出出工序、、分解工工序、蒸蒸發(fā)工序序及各工工序間的連接管管道或設(shè)設(shè)備結(jié)疤危害害：降低低傳熱系系數(shù)，堵堵塞管道道，增加加能耗和和清理工作影響赤泥泥的沉降降分離：：增大赤赤泥量，，形成極極分散的的細懸浮浮體總復(fù)習在熟料溶溶出過程程中，粗粗液中的的SiO2主要來源源于β-2CaO··SiO2與NaOH、Na2CO3和NaAl(OH)4反應(yīng)，而而使較多多的SiO2進入溶液液。粗液中Al2O3濃度約120g/L，SiO2為4.5-6g/L（溶液硅硅量指數(shù)數(shù)為20-30），比SiO2平衡濃度度高出許許多倍，，這些SiO2是極不穩(wěn)穩(wěn)定的，，由于在在溶液中中是過飽飽和的，，分解時時大部分分析出進進入氫氧氧化鋁產(chǎn)產(chǎn)品，影影響產(chǎn)品品質(zhì)量。。因此，鋁鋁酸鈉分分解前必必須設(shè)置置專門的的脫硅過過程，使使溶液中中硅盡可可能轉(zhuǎn)變變?yōu)楣滔嘞鄰匿X酸酸鈉溶液液中分離離出來。。經(jīng)過脫脫硅凈化化處理的的鋁酸鈉鈉溶液的的硅量指指數(shù)一般般要求大大于400，浮游物物不大于于0.012克/升。堿石灰燒燒結(jié)法鋁鋁酸鈉溶溶液脫硅硅的目的的總復(fù)習堿石灰燒燒結(jié)法脫脫硅流程程：“兩段脫脫硅流程程”一段脫硅硅：不添添加石灰灰，使溶溶液中SiO2成為水合鋁硅硅酸鈉結(jié)晶析出出，脫硅硅后溶液液A/S為400左右二段脫硅硅：添加加石灰，，使溶液液中SiO2成為水化石榴榴石結(jié)晶析出出，脫硅硅后溶液液A/S達到1000-1500左工業(yè)上為為了減少少CaO和Al2O3的損失，，通常在在一段脫脫硅將大大部分的的SiO2成為水合合鋁硅酸酸鈉分離離后，再再添加石石灰使剩剩余的SiO2呈水化石石榴石進進行深度度脫硅。?？倧?fù)習鋁酸鈉溶溶液晶種種分解過過程的機機理在工業(yè)生生產(chǎn)條件件下，分分解過程程就是在在添加大大量晶種種的條件件下進行行的分解解反應(yīng)。。Al(OH)4-+xAl(OH)3→(x+1)Al(OH)3+OH-但鋁酸鈉鈉溶液中中的種分分過程不不只是單單純的晶晶種長大大，同時時還有一一些其它它極為復(fù)復(fù)雜的物物理化學學變化，，其中包包括：氫氧化鋁鋁晶體的的長大，，氫氧化化鋁晶種種的附聚聚，次生生晶核的的形成，，氧化鋁鋁晶粒的的破裂和和磨損。分解過程程，這些些作用往往往同時時發(fā)生，，只是不不同的條條件下發(fā)發(fā)生的程程度不同同。氫氧氧化鋁的的粒度分分布就是是這些作作用綜合合的結(jié)果果?？倧?fù)習晶種分解解溫度制制度：溫度直接接影響鋁鋁酸鈉溶溶液的穩(wěn)穩(wěn)定性，，分解速速度，分分解率以以及氧化化鋁粒度度。所以以溫度是是晶種分分解的重重要因素素之一。。工業(yè)上生生產(chǎn)砂狀狀氧化鋁鋁，通常常采用將將鋁酸鈉鈉溶液逐漸冷卻卻的變溫溫分解制制度，即分解解初期較較快地降降溫，分分解后期期則降慢慢。這有有利于在在較高的的分解率率的條件件下，獲獲得質(zhì)量量較好的的氫氧化化鋁。生產(chǎn)砂狀狀氧化鋁鋁的拜耳耳法廠，，分解初初溫一般般控制在在70-85℃，末溫為為60℃℃?？倧?fù)習鋁酸鈉溶溶液碳酸酸化分解解的原理理：鋁酸鈉溶溶液碳酸酸化分解解是同時時存在氣氣、液、、固三相相的多相相反應(yīng)過過程。CO2為鋁酸鈉溶液液吸收，使苛苛性堿中和NaOH+CO2=Na2CO3+H2O氫氧化鋁的析析出NaAl(OH)4=NaOH+Al(OH)3水合鋁硅酸鈉鈉的結(jié)晶析出出水合碳鋁酸鈉鈉的生成和破破壞，并在碳碳酸化分解終終了時沉淀析析出2Na2CO3+2Al(OH)3=Na2O·Al2O3·2CO2·2H2O+NaOH碳酸化分解氫氫氧化鋁結(jié)晶晶形成同晶種種分解一樣包包括四個過程程：次生晶核核的生成，Al(OH)3晶粒的破裂與與磨蝕，Al(OH)3晶體的長大和和Al(OH)3晶粒的附聚。。總復(fù)習堿石灰燒結(jié)法法中，為獲得得粒度較粗、、強度較大和和雜質(zhì)含量低低的氫氧化鋁鋁，在碳酸化化分解過程應(yīng)應(yīng)采取的措施施：將粗液充分脫脫硅，并根據(jù)據(jù)其硅量指數(shù)數(shù)控制適當?shù)牡姆纸饴?。精精液的硅量指指?shù)越高，可可以達到的分分解率也越高高。在