鋁電解冶金教材.ppt

1、第一講 氧化鋁的生產(chǎn),1.緒論 2.氧化鋁生產(chǎn)工藝 3.氧化鋁生產(chǎn)新技術(shù)和綜合利用,緒論,氧化鋁及其水合物 氧化鋁生產(chǎn)方法 鋁土礦,氧化鋁,氧化鋁： 氧化鋁外觀為白色粉末，結(jié)晶狀態(tài)為六方晶體結(jié)構(gòu)，分子式通常寫為Al2O3，分子量為101.96。 氧化鋁是典型的兩性氧化物，不溶于水，可溶于無機(jī)酸和堿性溶液，由于其結(jié)晶形式不同，在酸、堿溶液中的溶解度及溶解速度也不同。 氧化鋁有多種同素異構(gòu)體，如：-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、K-Al2O3、-Al2O3。而常見穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的氧化鋁主要是-Al2O3、-Al2O3。 -Al2O3性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)2050，沸點(diǎn)290

2、0，比重3.9-4.0g/cm3。 -Al2O3是將各種Al（OH）3加熱脫水獲得的，-Al2O3呈立方晶系。晶格常數(shù)=7.91。,氧化鋁外觀為白色粉末，結(jié)晶狀態(tài)為六方晶體結(jié)構(gòu)，分子式通常寫為Al2O3，分子量為101.96。 氧化鋁是典型的兩性氧化物，不溶于水，可溶于無機(jī)酸和堿性溶液，由于其結(jié)晶形式不同，在酸、堿溶液中的溶解度及溶解速度也不同。 氧化鋁有多種同素異構(gòu)體，如：-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、K-Al2O3、-Al2O3。而常見穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的氧化鋁主要是-Al2O3、-Al2O3。 -Al2O3性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)2050，沸點(diǎn)2900，比重3.9-4

3、.0g/cm3。 -Al2O3是將各種Al（OH）3加熱脫水獲得的，-Al2O3呈立方晶系。晶格常數(shù)=7.91。,氧化鋁水合物,氧化鋁水合物是由OH-、O2-、Al3+構(gòu)成的化合物，其中并不含水分子，是人們對該種化合物的俗稱。 氧化鋁水合物是鋁土礦中的主要礦物。自然界中OH-、O2-、Al3+構(gòu)成的化合物主要有三水鋁石、一水軟鋁石、一水硬鋁石和剛玉。其分子式為： 三水鋁石：Al（OH）3、一水軟鋁石：-AlOOH、一水硬鋁石：-AlOOH、剛玉：Al2O3。氧化鋁水合物的化學(xué)性質(zhì)也由于其結(jié)構(gòu)不同而有很大差別?；瘜W(xué)活性按下列次序遞減： 三水鋁石化學(xué)活性最大、一水軟鋁石次之、一水硬鋁石較弱、剛玉則

4、是非常穩(wěn)定的氧化鋁。,氧化鋁生產(chǎn)方法,堿法 酸法 酸堿聯(lián)合法 熱法,堿法生產(chǎn)氧化鋁,堿法生產(chǎn)氧化鋁，就是用堿(NaOH或Na2CO3)處理鋁土礦，使礦石中的氧化鋁水合物和堿反應(yīng)生成鋁酸鈉溶液。鋁土礦中的鐵、鈦等雜質(zhì)和絕大部分的二氧化硅則成為不溶性的化合物進(jìn)入固體殘?jiān)小＿@種殘?jiān)环Q為赤泥。鋁酸鈉溶液與赤泥分離后，經(jīng)凈化處理，分解析出A1(OH)3，將A1(OH)3與堿液分離并經(jīng)過洗滌和焙燒后，即獲得產(chǎn)品氧化鋁。 目前工業(yè)上幾乎全部采用堿法生產(chǎn)氧化鋁。,酸法生產(chǎn)氧化鋁,酸法生產(chǎn)氧化鋁就是用硫酸、鹽酸、硝酸等無機(jī)酸處理鋁礦石，得到含鋁鹽溶液，然后用堿中和這些鹽溶液，使鋁成氫氧化鋁析出，焙燒氫氧化鋁

5、或各種鋁鹽的水合物晶體，便得到氧化鋁。 用酸法處理鋁礦石時，存在于礦石中的鐵、鈦、釩、鉻等雜質(zhì)與酸作用進(jìn)入溶液中，這不但引起酸的消耗，而且它們與鋁鹽分離比較困難。氧化硅絕大部分成為不溶物進(jìn)入殘?jiān)c鋁鹽分離，但有少量成為硅膠進(jìn)入溶液，所以鋁鹽溶液還需要脫硅，而且需要昂貴的耐酸設(shè)備。 用酸法處理分布很廣的高硅低鋁礦(如粘土、高嶺土、煤矸石和煤灰)在原則上是合理的，在鋁土礦資源缺乏的情況下可以采用此法。,酸堿聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁,酸堿聯(lián)合法是先用酸法從高硅鋁礦石中制取含鐵、鈦等雜質(zhì)的不純氫氧化鋁，然后再用堿法處理。這一流程的實(shí)質(zhì)是用酸法除硅，堿法除鐵。,熱法生產(chǎn)氧化鋁,熱法適合于處理高硅高鐵的鋁礦，其實(shí)

6、質(zhì)是在電爐中熔煉鋁礦石和碳的混合物，使礦石中的氧化鐵、氧化硅、氧化鈦等雜質(zhì)還原，形成硅合金。而氧化鋁則呈熔融狀態(tài)的爐渣而上浮，由于密度不同而分離，所得氧化鋁渣再用堿法處理從中提取氧化鋁。,鋁土礦,鋁土礦組成 鋁土礦分類 鋁土礦的鋁硅比 我國鋁土礦特點(diǎn),鋁土礦組成,鋁土礦是一種以氧化鋁水合物為主要成分的復(fù)雜鋁硅酸鹽礦石，鋁土礦的主要化學(xué)成分有：Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2，少量的CaO、MgO硫化物、微量的鎵、釩、磷、鉻等元素的化合物。,鋁土礦分類,鋁土礦按其含有的氧化鋁水合物的類型可分為：三水鋁石型鋁土礦；一水軟鋁石型鋁土礦；一水硬鋁石型鋁土礦和混合型鋁土礦。,鋁土礦鋁硅比,鋁土

7、礦中的硅是堿法處理鋁土礦制取氧化鋁過程中最有害的雜質(zhì)，鋁土礦的鋁硅比是衡量鋁土礦質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。 鋁硅比是指鋁土礦中的氧化鋁和二氧化硅的質(zhì)量比：即 A/S=礦石中的氧化鋁質(zhì)量/礦石中的二氧化硅質(zhì)量。 通常寫為：A/S= Al2O3/ SiO2,我國鋁土礦特點(diǎn),我國鋁土礦資源豐富，儲量大；高鋁、高硅、低鐵；鋁硅比較低，中低品位鋁土礦居多；多數(shù)鋁土礦是一水硬鋁石型鋁土礦。,鋁酸鈉溶液,鋁酸鈉溶液成分 鋁酸鈉溶液分子比 鋁酸鈉溶液結(jié)構(gòu) 鋁酸鈉溶液誘導(dǎo)期 鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性及其影響因素,鋁酸鈉溶液,工業(yè)鋁酸鈉的主要成分是NaAl（OH）4、NaOH、Na2CO3、Na2SiO4等。通常把NaAl（O

8、H）4中的Na2O叫做化合堿；把NaOH中的Na2O叫做游離堿，把Na2CO3中的Na2O叫做碳酸堿，并把碳酸堿和苛性堿統(tǒng)稱為全堿。,鋁酸鈉溶液分子比,鋁酸鈉溶液的分子是指溶液中的苛性堿與氧化鋁的摩爾比，用MR表示： 分子比（MR）=苛性堿（Na2O）（mol）/氧化鋁（Al2O3）（mol）=苛性堿（g）/氧化鋁（g）1.645,鋁酸鈉溶液結(jié)構(gòu),通過對鋁酸鈉溶液進(jìn)行的大量的研究揭示，鋁酸鈉溶液是離子真溶液，鋁酸鈉溶液能夠完全解離為鈉離子和鋁酸根離子。 關(guān)于鋁酸鈉溶液的結(jié)構(gòu)問題，實(shí)質(zhì)是指鋁酸根離子的組成及結(jié)構(gòu)。 根據(jù)近年來的研究結(jié)果，可歸納為以下幾點(diǎn)： （1）在一定溫度下，中等濃度的鋁酸鈉溶液

9、中，鋁酸根離子是以Al(OH)4-為主。據(jù)此，從鋁或氫氧化鋁轉(zhuǎn)入溶液的陽離子A13+與4個OH-化合時形成Al(OH)4-。3個OH-離子與陽離子A1 3+以正常的價鍵結(jié)合，而第4個OH-離子則以配價鍵結(jié)合Al(OH)4-離子有正規(guī)的四面結(jié)體構(gòu)。 （2）在稀溶液中且溫度較低時，鋁酸根離子以水化離子Al(OH)4-(H2)x形式存在； （3）在較濃的溶液中或溫度較高時，發(fā)生Al(OH)4-離子脫水，并能形成A12(OH)62-聚離子。 一般生產(chǎn)條件下都用Al(OH)4-表示鋁酸根離子。,鋁酸鈉溶液誘導(dǎo)期,鋁酸鈉溶液的誘導(dǎo)期即過飽和鋁酸鈉溶液自發(fā)分解析出氫氧化鋁的時間長短。誘導(dǎo)期即是在開頭一段時間

10、內(nèi)溶液不發(fā)生明顯的分解，在此期間溶液主要是發(fā)生內(nèi)部變化離子聚合或晶核開始形成。 誘導(dǎo)期的長短取決于溶液的組成（濃度、K雜質(zhì)和溫度）等因素。K和濃度高以及有機(jī)物等存在時，誘導(dǎo)期長。添加晶種時也有誘導(dǎo)期，但誘導(dǎo)期的延續(xù)時間比不添加種子時短得多。以至在晶種量較多時延續(xù)時間只有幾分鐘甚至完全消失。,鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性及其影響因素,鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性是指從過飽和鋁酸鈉溶液開始分解析出氫氧化鋁所需時間的長短。 形成鋁酸鈉溶液后立刻開始分解或經(jīng)過短時間后即開始分解的溶液，稱為不穩(wěn)定的溶液。能夠存放很久仍不發(fā)生明顯分解的溶液，稱為穩(wěn)定的溶液。 影響工業(yè)鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的主要因素有： 溶液的分子比；溶液溫度；溶液

11、的氧化鋁濃度；溶液中的雜質(zhì)等。,氧化鋁生產(chǎn)工藝,拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁,拜耳法生產(chǎn)氧化鋁,拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝介紹 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁基本原理 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工序,拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程,拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理,拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理是： （l）用NaOH溶液溶出鋁土礦，所得到的鋁酸鈉溶液在添加晶種、不斷攪拌的條件下，溶液中的氧化鋁呈氫氧化鋁析出，即種分過程。 （2）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鋁土礦，即溶出過程。 交替使用這兩個過程，就能夠每處理一批礦石便得到一批氫氧化鋁，構(gòu)成所謂的拜耳法循環(huán)。 用反應(yīng)方程式表示如下： Al2O3（1或3）H2O2

12、NaOHaq2NaAl(OH)4aq,拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工序,原礦漿制備 高壓溶出 赤泥分離、洗滌 晶種分解 氫氧化鋁分離、洗滌 氫氧化鋁焙燒,原礦漿制備,原礦漿制備的工藝流程 礦石破碎 配礦 配堿 配石灰 原礦漿液固比調(diào)整 預(yù)脫硅,原礦漿制備工藝流程,原礦漿制備的主要設(shè)備包括：,帶式輸送機(jī)、球磨機(jī)、礦漿磨、螺旋分級機(jī)。,鋁土礦破碎,從礦山開采的礦石一般呈不規(guī)則形狀。根據(jù)目前破碎設(shè)備的生產(chǎn)性能，一次破碎成符合磨礦粒度要求的細(xì)顆粒很困難，所以，破碎一般采用分段破碎，將破碎分成粗碎、中碎、細(xì)碎過程進(jìn)行。 由直徑1500mm500 mm的礦石破碎成400125 mm，叫粗碎； 由400125 mm破碎

13、成10025 mm叫中碎； 由10025 mm破碎成255 mm叫細(xì)碎。 影響礦石破碎的因素很多，主要與礦石的結(jié)構(gòu)、硬度、形狀大小以及均勻性等物理性質(zhì)有關(guān)。 鋁土礦破碎主要有以下幾種方法：壓碎、壁碎、折斷、磨剝、擊碎。,礦石破碎方法,（1）壓碎：利用兩破碎工作面逼近時加壓，使物料破碎。此法的特點(diǎn)是作用力逐步加大，作用力的范圍較大，適用于破碎較硬的礦石。 （2）壁碎：破碎工作是由尖齒楔入物料的壁面而完成的。其特點(diǎn)是作用力的范圍較為集中而發(fā)生局部破裂。此法適用干脆性礦石的破碎。 （3）折斷：物料在破碎工作面間如同承受集中負(fù)荷的支點(diǎn)梁，除在外力作用點(diǎn)處受壁力之外，礦石本身發(fā)生折屈而破碎。 （4）磨剝

14、：破碎工作面在物料上相對移動，對物料施加剪壓力，這種力是作用在物料的表面上。此法適用于細(xì)粒物料的磨礦。 （5）擊碎：利用擊碎力的瞬間作用于物料上使物料破裂，是動力破碎。,配礦計算,假設(shè)已知兩種鋁土礦的成分如下： SiO2（%） Fe2O3（%） Al2O3（%） A/S 第一種 S1 F1 A1 K1 第二種 S2 F2 A2 K2 要求混礦的A/S為K，計算兩種礦石的配礦比例。 根據(jù)條件必須是K1KK2或K1KK2，否則達(dá)不到調(diào)整要求。 假設(shè)第一種礦石用1噸時，需要配入第二種礦石X噸，根據(jù)鋁土礦鋁硅比的定義進(jìn)行計算：,配堿,單位礦石所需要的循環(huán)母液量叫配堿量。 生產(chǎn)中，要求溶出液具有一定分子

15、比。此指標(biāo)是工廠根據(jù)具體生產(chǎn)條件而確定。配堿量主要考慮以下三方面的用堿量： （1）鋁酸鈉結(jié)合堿。例如當(dāng)規(guī)定的MR1.45時，即是溶出一個分子的氧化鋁，在溶液中就要保留有1.45個分子的氧化鈉； （2）與氧化硅反應(yīng)生成鈉硅渣所需堿。礦石中有一公斤的氧化硅就要配入M（Kg）的苛性鈉； （3）在溶出過程中由于反苛化反應(yīng)和機(jī)械損失的苛性堿。 但配料時加入的堿并不是純苛性氧化鈉，而是生產(chǎn)中返回的循環(huán)母液。循環(huán)母液中除苛性氧化鈉外，還有氧化鋁、碳酸鈉和硫酸鈉等成份。所以在循環(huán)母液中有一部分苛性氧化鈉與母液本身的氧化鋁化合，稱為惰性堿。剩下的部分才是游離苛性氧化鈉，它對配料才是有效的。,石灰配入量,拜耳法配

16、料加入的石灰量是以鋁礦石中含氧化鈦（Ti02）量計算的，按其反應(yīng)式要求氧化鈣和氧化鈦的克分子比為2.0。,原礦漿液固比調(diào)整,在磨礦中，球磨機(jī)的下料量要求穩(wěn)定。因此，原礦漿液比固的調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)循環(huán)母液的加入量來實(shí)現(xiàn)的。在拜耳法磨礦中，循環(huán)母液由三個點(diǎn)加入，而磨機(jī)內(nèi)和分級機(jī)溢流的液固比在磨礦的操作中要求穩(wěn)定。因此，調(diào)節(jié)原礦漿的液固比，實(shí)際上是靠增減加人混合槽的循環(huán)母液量來實(shí)現(xiàn)。 穩(wěn)定循環(huán)母液的濃度和嚴(yán)格鋁土礦的配礦制度，是確保拜耳法正確配堿的有效措施。同時應(yīng)盡量減少非生產(chǎn)用水進(jìn)入流程及提高石灰質(zhì)量等，也是拜耳法正確配料，達(dá)到良好溶出指標(biāo)的重要保證。,預(yù)脫硅,為了減輕拜耳法過程中，硅渣在溶出時析出，影

17、響溶出效果，在原礦漿進(jìn)入溶出之前進(jìn)行預(yù)脫硅，是減輕結(jié)疤的有效途徑。 預(yù)脫硅就是在高壓溶出之前，將原礦漿在90以上攪拌6-10h，添加鈉硅渣晶種，使硅礦物盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)楣柙?，該過程稱為預(yù)脫硅。 預(yù)脫硅過程并不是所有的硅礦物都能參加反應(yīng)，只有高嶺石和多水高嶺石這些活性的硅礦物才能反應(yīng)生成鈉硅渣，保持較長時間，可以使生成鈉硅渣的反應(yīng)進(jìn)行得更充分。,鋁土礦拜耳法溶出,溶出的目的 溶出簡易工藝流程 鋁土礦中各組分在溶出過程中的行為 鋁土礦溶出過程 鋁土礦溶出技術(shù) 高壓溶出系統(tǒng) 結(jié)疤,高壓溶出的目的,高壓溶出的目的就是用苛性堿溶液將鋁土礦中的氧化鋁溶出，生成鋁酸鈉溶液，有效地提取鋁土礦的氧化鋁。使溶液充分脫

18、硅，避免過量的SiO2影響，把苛性堿的消耗減至最少。 工業(yè)生產(chǎn)中一般采用循環(huán)母液來溶出鋁土礦。為了加快氧化鋁水合物（特別是一水硬鋁石）的溶出速度，添加石灰，并且把鋁土礦、石灰、循環(huán)母液磨制成礦漿后在溶出設(shè)備中完成溶出過程。,鋁土礦中各組分在溶出過程中的行為,氧化鋁水合物 氧化硅 氧化鈦 氧化鐵,氧化鋁水合物在溶出過程中的行為,鋁土礦所含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。 三水鋁石型鋁土礦中的Al(OH)3與Al(OH)3在常壓下即可反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下： Al(OH)3Al(OH)3+aqNaAl(OH)4aq 而一水軟鋁石型或一水硬鋁石型鋁土礦中的AlO

19、OH在相應(yīng)的高溫（高壓）及高堿濃度下發(fā)生下列反應(yīng)： A1OOHNaOHaqNaAl(OH)4aq 含在某些一水硬鋁石型鋁土礦中的剛玉在一般工業(yè)高壓溶出條件下與苛性鈉不發(fā)生作用而殘留于赤泥中。 氧化鋁水合物與苛性鈉發(fā)生的反應(yīng)是溶出過程的主反應(yīng)。,氧化硅水合物在溶出過程中的行為,鋁土礦中的氧化硅一般以石英（SiO2），蛋白石（SiO2.nH2O）、高齡石（Al2O3.2SiO2.2H2O）、葉臘石（Al2O3.4SiO2.H2O）等形式存在。 SiO2在溶出過程的行為取決于它的礦物組成、溶出溫度和溶出過程的時間。 無定形的蛋白石，不僅易溶于苛性堿溶液，而且還能溶于碳酸鈉溶液，其反應(yīng)方程式如下： S

20、iO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aq SiO2.nH2O+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+CO2+aq 游離狀態(tài)的SiO2和石英只有在較高溫度下，才開始和鋁酸鈉溶液起反應(yīng)。 在低溫下溶出三水鋁石時，礦石中以石英形態(tài)存在的那部分SiO2將轉(zhuǎn)移到赤泥中被分離出去，不會引起氧化鋁和氧化鈉的損失。,溶出一水硬鋁石時，在溶出條件下鋁土礦中所有形態(tài)的SiO2都與堿反應(yīng)，生成含水鋁硅酸鈉，反應(yīng)方程式為： Al2O3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq 2NaAlO2+2Na2SiO3+aq = 3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2

21、O +4NaOH 添加石灰時3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O進(jìn)一步反應(yīng)生成含水鋁硅酸鈣。反應(yīng)方程式為： 3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+3Ca（OH）2=3CaO.Al2O3.nSiO2（6-2n）H2O+6NaOH 不添加石灰，溶出一水硬鋁石時，SiO2成為鈉硅渣進(jìn)入赤泥中。 添加石灰溶出一水硬鋁石時，還會生成水化石榴石。 生產(chǎn)上稱含水鋁硅酸鈉為鈉硅渣，生產(chǎn)含水鋁硅酸鈉的反應(yīng)為脫硅反應(yīng)。 含硅礦物能對氧化鋁生產(chǎn)帶來危害。,SiO2造成的危害,由于SiO2的存在，溶出時造成氧化鋁和苛性堿的損失，生成的鋁硅酸鹽絕大多數(shù)進(jìn)到赤泥之中而排除。但還有少量仍殘留在溶液之中。在

22、生產(chǎn)條件發(fā)生變化時，SiO2在溶液之中過飽和而析出，導(dǎo)致整個工廠管道和設(shè)備器壁上產(chǎn)生結(jié)疤，妨礙生產(chǎn)。殘留在鋁酸鈉溶液中的SiO2在分解對會隨同氫氧化鋁一起析出，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)過程要控制和減少SiO2的有害作用。,氧化鐵水合物在溶出過程中的行為,鋁土礦中主要含有赤鐵礦(aFe2O3)，菱鐵礦（FeCO3）針鐵礦(aFeOOH)和水赤鐵礦（Fe2O3-0.5H2O）等。 鋁土礦溶出時所有赤鐵礦全部殘留在赤泥中，成為赤泥的重要組成部分。 赤泥中以針鐵礦形式存在的Fe2O3，通常都具有不良的沉降和過濾性能。因此，在溶出時添加石灰促進(jìn)了針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦。可以提高氧化鋁的溶出率，也改善了赤泥

23、的沉降性能。 氧化鐵含量越多，赤泥量越大，則洗滌用水越多，因此水的蒸發(fā)量大，相應(yīng)赤泥分離設(shè)備、洗滌設(shè)備及蒸發(fā)設(shè)備相應(yīng)增多，提高了產(chǎn)品成本。 在生產(chǎn)溶液中往往含有23毫克/升以鐵酸鈉形態(tài)溶解的鐵，還含有細(xì)度在3微米以下的含鐵礦物微粒，這些微粒很難濾除，則成為氫氧化鋁被鐵污染的來源。,氧化鈦水合物在溶出過程中的行為,鋁土礦含鈦礦物多以金紅石和銳鈦礦物存在。 不加石灰時，含鈦礦物能引起氧化鋁溶出率降低和氧化鈉損失，還導(dǎo)致赤泥沉降性能變壞以及在加熱設(shè)備表面形成結(jié)疤。 在溶出一水硬鋁石型鋁土礦時，不添加石灰，氧化鈦與堿作用生成不溶性的鈦酸鈉 3TiO2+2NaOH+aq=Na2O3TiO22.5H2O+

24、aq 鈦酸鈉結(jié)晶致密，在礦粒表面形成一致密薄膜，把礦粒包裹起來，阻礙一水硬鋁石的溶出。 由于三水鋁石易溶解，在鈦酸鈉生成之前已經(jīng)溶解完畢，所以 TiO2不影響三水鋁石的溶出。 一水軟鋁石型鋁土礦，則受到一定程度的影響。 生產(chǎn)中為了消除氧化鈦在溶出過程中的危害，一般采用添加石灰的辦法，使TiO2與CaO作用生成不溶解的鈦酸鈣： 2CaOTiO2十2H2O=2CaOTiO22H2O 由于鈦酸鈣結(jié)晶粗大松脆，易脫落，所以氧化鋁溶出不受影響，并且消除了生成鈦酸鈉所造成的堿損失。,添加石灰的作用,高壓溶出過程添加石灰的主要作用是： （l）消除含鈦礦物的有害作用，顯著提高Al2O3的溶出速度和溶出率； （

25、2）促進(jìn)針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，使其中的氧化鋁充分溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善： （3）活化一水硬鋁石的溶出反應(yīng)。 （4）生成水化石榴石，減少Na2O損失，降低堿耗。,鋁土礦溶出過程,鋁土礦溶出，屬于多相反應(yīng)。反應(yīng)發(fā)生于液體和固體兩相的界面上，兩相接觸界面上的OH-離子，由于不斷地參與反應(yīng)而逐漸消失，因而靠近礦粒表面溶液中的OH-離子濃度逐漸降低。同時緊靠礦粒表面這一層的反應(yīng)產(chǎn)物 Al（OH）4的濃度則趨于飽和，形成擴(kuò)散層。因此，新的OH不斷地通過擴(kuò)散層向固相表面移動，與氧化鋁反應(yīng)，而反應(yīng)產(chǎn)物Al（OH）4則不斷地通過擴(kuò)散層向外移動，使反應(yīng)不斷地進(jìn)行。 鋁土礦溶出過程包括如下幾個步驟： 1、循

26、環(huán)母液濕潤礦粒表面； 2、氧化鋁水合物與OH-相互作用生成鋁酸鈉； 3、形成Al(OH)4-的擴(kuò)散層； 4、Al(OH)4-從擴(kuò)散層擴(kuò)散出來。而OH-則從溶液中擴(kuò)散到固相接觸面上，使反應(yīng)繼續(xù)下去。,影響鋁土礦溶出過程的主要因素,主要的影響因素如下： （1）溶出溫度 （2）保溫時間 （3）溶出液中氧化鋁濃度 （4）溶出分子比 （5）攪拌強(qiáng)度 （6）礦漿細(xì)度,高壓溶出技術(shù),高壓溶出系統(tǒng)組成 我國高壓溶出技術(shù),高壓溶出系統(tǒng)組成,原礦漿在進(jìn)壓煮器溶出以前須進(jìn)行預(yù)熱，高壓溶出的高溫壓煮礦漿要通過一系列自蒸發(fā)器逐步冷卻，將壓力降為常壓，由預(yù)熱器、壓煮器、自蒸發(fā)器等設(shè)備組成高壓溶出系統(tǒng)。,我國高壓溶出技術(shù)：

27、,我國高壓溶出技術(shù)主要有以下幾種： （1）單管預(yù)熱高壓釜溶出技術(shù)； （2）管道化溶出技術(shù)； （3）管道停留罐溶出技術(shù)； （4）雙流法溶出技術(shù)。,結(jié)疤分類,拜耳法過程結(jié)疤可分為四大類： （1）因溶液分解而產(chǎn)生，以Al（OH）3為主，主要在赤泥分離沉降槽、赤泥洗滌沉降糟、分解槽等設(shè)備的器壁上生成。視條件不同，可以是三水鋁石、拜耳石、諾爾石，一水軟鋁石及膠體。 （2）由溶液脫硅以及鋁土礦與溶液間反應(yīng)而產(chǎn)生。如鈉硅渣，水化石榴石等。此類結(jié)疤主要是在礦漿預(yù)熱，溶出過程及母液蒸發(fā)過程中出現(xiàn)。其結(jié)晶形態(tài)與溫度、溶液組成、時間等多種因素有關(guān)。 （3）因鋁土礦中含鈦礦物在拜耳法高溫溶出過程中與添加劑及溶液反應(yīng)而

28、生成。主要成份為鈦酸鈣CaOTiO2和羥基鈦酸鈣CaTi2 O4（OH）2。這類結(jié)疤主要在高溫區(qū)生成。 （4）除上述三種以外的結(jié)疤成分，如一水硬鋁石、鐵礦物、磷酸鹽、含鎂礦物、氟化物及草酸鹽等。這類結(jié)疤相對較少。 結(jié)疤的實(shí)際礦物組成則更復(fù)雜，如在鈣鈦礦的結(jié)疤中含有相當(dāng)量的鋯、鈮和釔。,結(jié)疤危害,在氧化鋁生產(chǎn)過程中,結(jié)疤形成和危害比較復(fù)雜。對氧化鋁生產(chǎn)帶來的危害主要是使熱交換設(shè)備的傳熱系數(shù)下降,能耗升高,造成生產(chǎn)成本增加。當(dāng)加熱面的結(jié)疤厚達(dá)1 mm 時,為達(dá)到相同的加熱效果,必須增加一倍的傳熱面積,或者相應(yīng)地提高熱介質(zhì)溫度。結(jié)疤能直接影響生產(chǎn)工藝、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。,結(jié)疤清除方法,結(jié)疤清除方法有物理

29、和化學(xué)清理兩種方法。 物理方法主要有： 機(jī)械清理；火焰清理等。 化學(xué)清理是用混合酸反復(fù)沖洗管道。,拜耳法赤泥分離、洗滌、粗液精制,溶出礦漿稀釋、分離、洗滌、精制的目的 赤泥沉降、分離、洗滌的簡單工藝流程 拜爾法赤泥沉降分離洗滌主要包括哪些步驟 主要設(shè)備,溶出礦漿稀釋的目的,溶出礦漿在分離之前用赤泥洗液稀釋，其目的主要是： （1）降低鋁酸鈉溶液的濃度，便于晶種分解 溶出礦漿濃度很高，高濃度的鋁酸鈉溶液比較穩(wěn)度，不利于晶種分解。用赤泥洗液將溶出礦漿稀釋，降低溶液的穩(wěn)定性，加快分解速度，有利于種分過程進(jìn)行。 （2）使鋁酸鈉溶液進(jìn)一步脫硅 氧化硅在高濃度的鋁酸鈉溶液中的的平衡濃度也很高。稀釋使溶液濃度

30、降低，二氧化硅的過飽和程度增大，溶液中有大量的赤泥顆粒作種子，溶液溫度又高，有利于脫硅反應(yīng)的進(jìn)行。因此，稀釋能使溶液進(jìn)一步脫硅。 （3）有利于赤泥分離 溶出后的礦漿濃度高，粘度大，不利于赤泥分離。稀釋的結(jié)果溶液濃度降低，粘度下降，赤泥沉降速度加快，從而有利于赤泥分離。 （4）便于沉降槽的操作 礦漿濃度波動將影響沉降槽操作，礦漿稀釋使溶液濃度穩(wěn)定，在稀釋槽內(nèi)混合后使礦漿的成份波動較小，有利于沉降槽的操作。,赤泥分離、洗滌的目的,赤泥分離的目的是將稀釋礦漿中的鋁酸鈉溶液和赤泥分離開來，以獲得工業(yè)生產(chǎn)上認(rèn)為純凈的鋁酸鈉溶液。 赤泥洗滌是為了回收赤泥中帶有的氧化鈉和氧化鋁，以減少損失。 粗液精制的目的

31、是凈化清除粗液中浮游物，使凈化后的鋁酸鈉溶液含浮游物小于0.02g/l，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。,拜爾法赤泥沉降分離洗滌的簡單工藝流程,拜爾法赤泥沉降分離洗滌主要包括哪些步驟,拜爾法赤泥沉降分離洗滌主要包括： （1）漿液的稀釋高壓溶出后的壓煮礦漿，用一次和二次赤泥洗液稀釋，以便于赤泥沉降分離，并且可滿足種分對溶液濃度和純度的（SiO2）要求。 （2）赤泥的沉降分離稀釋后的赤泥漿液稀釋漿液送入沉降槽進(jìn)行沉降分離赤泥。沉降槽溢流（粗液）中的浮游物含量應(yīng)小于0.2克/升，以減輕下一步葉濾機(jī)的負(fù)擔(dān)。 （3）赤泥反向（逆流）洗滌分離底流即含有一定附液（鋁酸鈉溶液）的赤泥再經(jīng)過46個沉降槽進(jìn)行46次反向洗滌，回

32、收附液中的A12O3和Na2O。 （4）赤泥的濃縮過濾洗滌沉降槽的末次底流赤泥送過濾機(jī)進(jìn)行濃縮分離，進(jìn)一步回收赤泥中附液的A12O3和Na2O，濾餅與碳分母液混合后送燒結(jié)法配料，以進(jìn)一步回收赤泥中的A12O3和Na2O。,赤泥分離、洗滌，粗液精制主要設(shè)備,赤泥分離與洗滌的主體設(shè)備主要有沉降槽和轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)。目前，赤泥分離和洗滌的最佳工藝配置是大型平底沉降槽加深錐高效沉降槽。 精制粗液的設(shè)備目前在工業(yè)生產(chǎn)上大都采用葉濾機(jī)。,鋁酸鈉溶液的晶種分解,晶種分解的目的 種分分解的簡易工藝流程 晶種分解的機(jī)理 晶種分解影響因素 晶種分解技術(shù) 晶種分解設(shè)備,晶種分解的目的,晶種分解（簡稱種分）就是在降溫、

33、加晶種、攪拌的條件下，使鋁酸鈉溶液分解，獲得具有一定性能的氫氧化鋁產(chǎn)品，同時得到分子比較高的種分母液，作為溶出鋁土礦的循環(huán)母液。 種分過程是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一。它對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及全廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重大的影響。,晶種分解的機(jī)理,晶種分解是將鋁酸鈉溶液中的氧化鋁以氫氧化鋁結(jié)晶析出的過程，化學(xué)反應(yīng)如下： NaAl（OH）4Al（OH）3+NaOH 該反應(yīng)是可逆反應(yīng)。 氫氧化鋁結(jié)晶析出的過程是極其復(fù)雜的，分解過程包括晶核形成、氫氧化鋁的破裂、晶體的長大和附聚。,（1）晶核形成 晶核形成與溫度、過飽和度和晶種等因素有關(guān)。當(dāng)分解溫度低，晶種表面積小，分解精液的過飽和度高時，生成晶核表

34、面粗糙，長成向外突出細(xì)小的晶體，在顆粒相互碰撞或流體的剪切力作用下，這些細(xì)小晶體便脫離母晶而進(jìn)入溶液中，成為新的晶核。新晶核形成過程叫做二次成核。,（2）氫氧化鋁破裂 破裂是顆粒之間的碰撞以及顆粒與糟壁、攪拌器之間的碰撞結(jié)果，使結(jié)晶體破裂，氫氧代鋁結(jié)晶粒度變細(xì)。,（3）晶體長大 種分過程存在著晶體直接長大的過程，即在晶種表面結(jié)晶并沿平面展開，使晶粒直徑長大。該過程一般在溫度高，溶液過飽和度大，種子比大的條件下發(fā)生。但晶體長大的速度與晶種粒度大小無關(guān)。,（4）附聚 附聚是指一些細(xì)小的晶粒互相依附并粘結(jié)成為一個較大晶體的過程。氫氧化鋁顆粒附聚分為兩部分：1細(xì)顆粒晶體互相碰撞，其中一些結(jié)合成松散的絮

35、團(tuán)，其機(jī)械強(qiáng)度小，容易重新分裂；2絮團(tuán)在未分裂時，由于溶液分解出來的Al（OH）3起到了一種“粘結(jié)劑”的作用，將絮團(tuán)中的各個晶粒膠結(jié)在一起，形成了堅(jiān)實(shí)的附聚物。 溶液過飽和度大、溫度高，有利于附聚。,晶種分解的主要影響因素,晶種分解的主要影響因素有： 1.分解精液苛性比值 2.分解精液氧化鋁濃度 3.分解溫度 4.晶種 5.分解時間 6.攪拌 7.雜質(zhì),晶種分解工藝,晶種分解工藝主要分為間斷分解和連續(xù)分解 間斷分解包括進(jìn)料、分解、出料周期性作業(yè)，為單槽作業(yè)方式。 連續(xù)分解是指分解過程中，進(jìn)料、分解、出料都在一個分解槽系列進(jìn)行。其工藝流程：,晶種分解的主要設(shè)備,晶種分解的主要設(shè)備有： 冷卻設(shè)備：

36、鼓風(fēng)冷卻塔、板式熱交換器及閃速蒸發(fā)換熱系統(tǒng)等； 分解槽：空氣攪拌分解槽、機(jī)械攪拌分解槽。,氫氧化鋁分離、洗滌,氫氧化鋁分離、洗滌的主要目的 氫氧化鋁的分離、洗滌的簡易工藝流程 氫氧化鋁分離、洗滌的主要設(shè)備,氫氧化鋁分離的主要目的,經(jīng)種子分解或碳酸化分解得到的氫氧化鋁漿液，用過濾設(shè)備將氫氧化鋁和母液分離，分離得到的氫氧化鋁一部分直接返回生產(chǎn)流程，作種子分解的晶種，其余部分經(jīng)進(jìn)一步洗滌生產(chǎn)氫氧化鋁成品。 氫氧化鋁漿液經(jīng)分離所得的氫氧化鋁濾餅仍含有一定量的分解母液，必須加以洗滌，以回收Na2O，并保證氫氧化鋁產(chǎn)品中Na2O含量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。,氫氧化鋁分離、洗滌的主要設(shè)備,氫氧化鋁分離、洗滌的主要

37、設(shè)備目前主要有： 轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī) 平盤過濾機(jī),氫氧化鋁焙燒,氫氧化鋁焙燒目的 氫氧化鋁焙燒發(fā)生的主要反應(yīng) 氫氧化鋁焙燒的主要影響因素 氫氧化鋁焙燒的主要設(shè)備,氫氧化鋁焙燒目的,氫氧化鋁焙燒的目的是在一定溫度下把氫氧化鋁的附著水和結(jié)合水脫除，并發(fā)生分解反應(yīng)，形成氧化鋁，再進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)變，得到具有一定物理和化學(xué)性能的氧化鋁產(chǎn)品。,氫氧化鋁焙燒發(fā)生的主要反應(yīng),工業(yè)生產(chǎn)出的氫氧化鋁含有10%-15%的附著水，其分子組成為Al(OH)3(Al2O33H2O)，焙燒是在900-1250下進(jìn)行的，氫氧化鋁在焙燒過程中發(fā)生一系列變化。 當(dāng)溫度達(dá)到100-120時，附著水即被完全蒸發(fā)掉。繼續(xù)提高溫度則發(fā)生結(jié)晶水

38、的脫除，以及無水氧化鋁的晶形轉(zhuǎn)變。 焙燒反應(yīng)方程式如下： 100-120 2Al(OH)3+附水Al2O33H2O+H2O 200-250 失去兩個結(jié)晶水轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石(Al2O3H2O)； Al2O33H2OAl2O3H2O+2 H2O 500左右，一水軟鋁石轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水-A12O3； Al2O3H2O-A12O3+ H2O 900以上轉(zhuǎn)變?yōu)閍-A12O3； -A12O3a-A12O3,氫氧化鋁焙燒的主要影響因素,氫氧化鋁焙燒的主要影響因素有： 1.溫度 2.氫氧化鋁粒度和強(qiáng)度 3.礦化劑 4.燃料及燃燒,氫氧化鋁焙燒的主要設(shè)備,氧化鋁的焙燒設(shè)備主要有： 回轉(zhuǎn)窯；循環(huán)焙燒爐 回轉(zhuǎn)焙燒窯能耗較

39、高，自動控制水平較低，飛揚(yáng)損失大，對氧化鋁的磨損大，故焙燒窯已逐漸被淘汰。 目前焙燒主要采用具有較高自動控制水平的循環(huán)焙燒爐。 循環(huán)焙燒爐也叫沸騰焙燒爐。 循環(huán)焙燒爐是由焙燒爐和一個直接與焙燒爐連在一起的旋風(fēng)器及U型料密封槽組成。焙燒過程所需要的熱能是由燃料在焙燒爐內(nèi)直接燃燒而產(chǎn)生的燃燒氣體提供，它同時也是焙燒物料的沸騰介質(zhì)。,燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁,燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝介紹 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁基本原理 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工序,燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程,燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理,燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理是將鋁土礦與一定量的純堿、石灰（或石灰石）配成爐料在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，使氧化硅與石灰化合成不溶于水的

40、原硅酸鈣2CaOSiO2,氧化鋁與純堿化合成可溶于水的固體鋁酸鈉Na2OAl2O3、而氧化鐵與純堿化合成可以水解的鐵酸鈉Na2OFe2O3，將燒結(jié)產(chǎn)物（熟料）用稀堿溶液溶出時Na2OAl2O3便進(jìn)入溶液，Na2OFe2O3水解放出堿，氧化鐵以水合物與原硅酸鈣一道進(jìn)入赤泥。再用二氧化碳分解鋁酸鈉溶液便可以析出氫氧化鋁。經(jīng)過焙燒后產(chǎn)出氧化鋁。分離氫氧化鋁后的母液成為碳分母液（主要成分為Na2CO3），經(jīng)蒸發(fā)后返回配料。,燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工序,生料漿的制備 熟料燒結(jié) 熟料溶出 鋁酸鈉溶液脫硅 碳酸鈉分解 氫氧化鋁分離、洗滌 氫氧化鋁焙燒 碳分母液蒸發(fā),生料漿的制備,燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的原料 配料 配方

41、,燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的原料,鋁土礦、石灰、純堿、白煤和循環(huán)母液,配料,為了保證爐料中各組分在燒結(jié)時能生成預(yù)期的化合物，因此各組分間必須嚴(yán)格地保持一定的配合比例，即配料。 燒結(jié)法生料漿的配料指標(biāo)主要根據(jù)燒結(jié)反應(yīng)來確定。即使各原料經(jīng)燒結(jié)過程形成Na2OAl2O3 和不溶于水的2CaOSiO以及2Na2OFe2O3等。 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁配料主要包括堿比、鈣比、鐵鋁比、鋁硅比四項(xiàng)指標(biāo)。,堿比是指生料漿中氧化鈉與氧化鋁和氧化鐵的分子比。 鈣比是指生料漿中氧化鈣與氧化硅的分子比。 鐵鋁比是指生料漿中氧化鐵和氧化鋁的分子比。,生料漿配方,飽和配方：生產(chǎn)上把按化學(xué)反應(yīng)所需理論量計算出的配方，習(xí)慣地叫做“飽和配方

42、”或正堿，正鈣配方。 即堿比N/R=1；鈣比C/S=2.0的配方。 飽和配方： 生產(chǎn)上把不能按化學(xué)反應(yīng)所需理論量計算出的量進(jìn)行的配方統(tǒng)稱為非飽和配方。 非飽和配方中，又把堿比N/Rl0的叫做低堿配方； 鈣比C/S2.0的叫高鈣配方； 鈣比C/S2.0的叫做低鈣配方。,熟料燒結(jié),熟料燒結(jié)目的 熟料燒結(jié)簡易工藝流程 熟料燒結(jié)主要反應(yīng) 燒結(jié)設(shè)備 影響熟料的主要因素 硫在燒結(jié)過程中的危害及脫硫措施,熟料燒結(jié)目的,燒結(jié)過程的目的就是要使調(diào)配合格后的生料漿在回轉(zhuǎn)窯中高溫?zé)Y(jié)，使生料各成分互相反應(yīng)。使其中的Al2O3盡可能轉(zhuǎn)變成易溶于水或稀堿溶液的Na2OAl2O3，而使Fe2O3轉(zhuǎn)變成易水解的Na2OFe

43、2O3，SiO2等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒蛳A溶液的2CaOSiO2，并形成具有一定容積密度和孔隙率、可磨性好的熟料，以便在溶出過程中將有用成份與有害雜質(zhì)較好的進(jìn)行分離，最大限度提取氧化鋁和回收堿。,熟料燒結(jié)發(fā)生的主要反應(yīng),熟料燒結(jié)發(fā)生的主要反應(yīng)是： （1）A12O3與Na2CO3反應(yīng)，生成鋁酸鈉固熔體； （2）SiO2與CaO反應(yīng)，生成2CaOSiO2； （3）Fe2O3和Na2CO3反應(yīng)，生成鐵酸鈉固熔體。 另外還發(fā)生副反應(yīng),熟料燒結(jié)過程中爐料中的A12O3在較高的溫度下可以與Na2CO3相互作用，生成鋁酸鈉Na2OAl2O3，其反應(yīng)如下： A12O3+Na2CO3Na2OA12O3+CO2

44、上述反應(yīng)在500800開始反應(yīng)，且反應(yīng)速度較慢。隨著溫度升高，反應(yīng)速度加快，溫度高于1150時，燒結(jié)反應(yīng)可在1小時內(nèi)完成。,加熱爐料時，爐料中SiO2和Na2CO3便先發(fā)生如下反應(yīng)： Na2CO3+SiO2Na2OSiO2+CO2 在800820時進(jìn)行劇烈反應(yīng)，3小時左右即可完成。 隨后發(fā)生如下反應(yīng)： n（Na2OSiO2）+n Al2O3n/2(Na2OAl2O32SiO2)+n/2 Na2OAl2O3 這一反應(yīng)在850950時進(jìn)行很快，在1000之前便可完成。 溫度繼續(xù)升高，則發(fā)生如下反應(yīng)： Na2OAl2O32 SiO2+2 CaONa2OAl2O3SiO2+2CaOSiO2 Na2OA

45、l2O3SiO2+2 CaONa2OAl2O3+2CaOSiO2 生成物為Na2OAl2O3和2CaOSiO2。SiO2和CaO在高溫下也能直接生成CaOSiO2，3CaO2SiO2，2CaOSiO2和3CaOSiO2等化合物，在1100時，首先生成2CaOSiO2。,Fe2O3和Na2CO3在加熱時相互作用生成鐵酸鈉。 Fe2O3+Na2CO3Na2OFe2O3+CO2 此反應(yīng)在500時尚未開始，700時己較快進(jìn)行，在1000下可在1小時內(nèi)完成。,（l）結(jié)晶水脫出反應(yīng)： Na2OAl2O32 SiO2nH2ONa2OAl2O32 SiO2+nH2O（鈉硅渣脫水） 3CaOAl2O3xSiO2

46、yH2O3CaOAl2O3xSiO2+yH2O（含水鋁硅酸三鈣脫水） 2 A1OOHAl2O3+H2O（一水軟鋁石脫水） Al2O32 SiO2H2OAl2O32 SiO2+H2O（高嶺石脫水） Fe2O3nH2OFe2O3+nH2O（含水氧化鐵脫水） CaCO3CaO+CO2（碳酸鈣分解） Ca(OH)2CaO+H2O（消石灰脫水） 上述反應(yīng)在物料從145升至600時反應(yīng)開始進(jìn)行。,（2）高堿或低堿配方發(fā)生的反應(yīng)： Al2O3+Na2OFe2O3=Na2OAl2O3+Fe2O3 此反應(yīng)在800900之間進(jìn)行。 在燒結(jié)溫度下，堿量不足時，反應(yīng)向生成Na2OAl2O3的方向進(jìn)行。如果堿量過低，則

47、有Al2O3+CaOCaOAl2O3反應(yīng)進(jìn)行，造成Al2O3的損失。 如果堿比N/A+F1時則發(fā)生下列反應(yīng)： 2CaOSiO2+Na2CO3Na2OCaOSiO2+CaO+CO2 此反應(yīng)在1000時進(jìn)行，由于Na2OCaOSiO2實(shí)際上不溶于水，因此，高堿配方會造成堿的損失。 當(dāng)爐料中Na2CO3配量不足，而又有CaO存在時，則發(fā)生下列反應(yīng)： 2CaO+Fe2O3=2CaOFe2O3 CaO+Fe2O3= CaOFe2O3 上述反應(yīng)在1200下可在半小時內(nèi)完成。因此，在堿比小于1時，要適當(dāng)多配部分CaO。 另外，鋁土礦中TiO2在高溫下與CaO反應(yīng)： TiO2CaOCaOTiO2,燒結(jié)設(shè)備,熟

48、料燒結(jié)目前基本使用的是熟料燒結(jié)窯 熟料窯的構(gòu)造主要有如下部分： 筒體、支撐裝置、傳動裝置、窯襯、窯內(nèi)熱交換器、燃燒裝置、喂料裝置,熟料燒結(jié)的主要影響因素,熟料燒結(jié)的主要影響因素有： （1）溫度 （2）原始物質(zhì)的結(jié)構(gòu) （3）固相物質(zhì)的粒度 （4）反應(yīng)時間 （5）礦化劑,影響熟料質(zhì)量的主要因素,影響熟料質(zhì)量的因素很多，其中主要有： 生料成分及配比； 燒結(jié)溫度； 燒結(jié)時間等。,生料成分及配比對熟料質(zhì)量的影響,生料成分對熟料質(zhì)量起著決定性作用，鋁土礦中Al2O3、SiO2、Fe2O3含量對燒成溫度及其溫度范圍有明顯的影響。生產(chǎn)實(shí)踐證明，當(dāng)生料中A/S增大時，相應(yīng)的Fe2O3的含量減少，因此，熟料相應(yīng)的

49、Na2OFe2O3和2CaOSiO2也減少，導(dǎo)致燒成溫度升高（生產(chǎn)上稱料子吃火），在一定的生產(chǎn)條件下，易出現(xiàn)欠燒結(jié)料黃料；相反，當(dāng)A/S降低，物料雖然易燒結(jié)，但燒成溫度范圍縮小，熟料窯操作不好控制，還會造成熟料窯燒結(jié)帶結(jié)圈，下料口堵塞等生產(chǎn)故障。因此熟料燒結(jié)時希望鋁硅比高一點(diǎn)好。,燒結(jié)溫度對熟料的質(zhì)量,在配料標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間直接影響熟料質(zhì)量。一定成份的熟料有著一定的燒結(jié)溫度范圍，如果燒結(jié)溫度偏低，會出現(xiàn)欠燒熟料，Al2O3的提取率下降，并且引起赤泥膨脹；溫度太高，則出現(xiàn)過燒熟料，過燒熟料不但固熔體多，Al2O3和Na2O溶出率下降，熟料可磨性也差，而且燒結(jié)窯產(chǎn)能降低，并易損害窯

50、皮，影響熟料窯的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，能耗增加。適宜的燒結(jié)溫度一般為12001260。,燒結(jié)時間對熟料質(zhì)量的影響,燒結(jié)過程需要一定的反應(yīng)時間。在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于熟料窯的長度一定，斜度一定，物料在燒結(jié)帶停留時間的長短是由熟料密的轉(zhuǎn)速來控制的。如果熟料窯的轉(zhuǎn)速太快，使物料在燒成帶的停留時間少于物料反應(yīng)所需要的時間，就會造成熟料“欠燒”而影響質(zhì)量；如果轉(zhuǎn)速太慢，將降低窯的產(chǎn)能。一般來說窯的轉(zhuǎn)速控制在22.5轉(zhuǎn)/分。,硫?qū)ρ趸X生產(chǎn)造成的危害,（1）生料中含有的硫能使堿耗增加。 進(jìn)入生產(chǎn)流程中的硫與堿液反應(yīng)生成Na2SO4。而Na2SO4不能與Al2O3起反應(yīng)，稱為中性堿，增加堿耗。1Kg硫大約損失NaOH 11

51、.5Kg或Na2CO33.4Kg。 （2）熟料中的Na2SO4升高對大窯操作帶來困難。 Na2SO4的熔點(diǎn)為884，并且能與Na2CO3等生成熔點(diǎn)較低的化合物，使?fàn)t料進(jìn)入燒成帶之前就出現(xiàn)液相。Na2SO4熔體的粘度較大，易使?fàn)t料粘掛在窯壁上，結(jié)成厚的副窯皮和結(jié)圈，致使熟料滾成大蛋，造成下料口堵塞。 （3）母液中Na2SO4含量升高給蒸發(fā)操作帶來困難，并且增加汽耗。 分解母液在蒸發(fā)時若有大量Na2SO4和Na2CO3等在蒸發(fā)器加熱管壁上結(jié)晶析出，則會降低管壁的傳熱系數(shù)，使蒸發(fā)器能力顯著下降，增加汽耗。并且蒸發(fā)器結(jié)疤嚴(yán)重，則清洗次數(shù)也隨之增加。 （4）拜耳精液中Na2SO4含量的增加，將使分解率有

52、所下降。,燒結(jié)過程排硫措施,混聯(lián)法和燒結(jié)法，主要采取生料加煤技術(shù)進(jìn)行排硫。 燒結(jié)法生料加煤，能夠脫除大量的硫，具有穩(wěn)定熟料窯操作的作用，并且還有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）一部分Fe2O3被還原為FeO，配料時可以適當(dāng)減少Na2O配入量，從而節(jié)約用堿：如果配堿量不變，則相應(yīng)地提高了堿比，從而提高了Al2O3的溶出率。 （2）生料加煤后燒制的熟料在正常情況下熟料中S2-0.32%，Na2SO4含量穩(wěn)定在2%以下，可獲得黑心多孔，可磨性好的熟料。因此可改善熟料在濕磨過程中的粉碎性質(zhì)，熟料溶出產(chǎn)能可提高810%。 （3）因不易產(chǎn)生過磨現(xiàn)象，溶出后赤泥為黑綠色，細(xì)度均勻適中，改善了赤泥沉降性能，提高了沉降槽的產(chǎn)

53、能，同時可降低溶出過程二次反應(yīng)損失。,熟料溶出,熟料溶出的目的 熟料溶出的基本原理 熟料溶出的簡易工藝流程 熟料溶出的主要反應(yīng) 影響熟料溶出的主要因素 熟料溶出工藝 熟料溶出設(shè)備,熟料溶出的主要目的,熟料溶出的目的就是將熟料中的A12O3和Na2O最大限度地溶解于溶液中，制取鋁酸鈉溶液（粗液），而熟料中的原硅酸鈣轉(zhuǎn)入固相赤泥中。實(shí)現(xiàn)有用成份氧化鈉和氧化鋁與雜質(zhì)進(jìn)行分離，并為赤泥分離洗滌創(chuàng)造良好的條件。,熟料溶出的原理,燒結(jié)法熟料的主要成份是鋁酸鈉、鐵酸鈉、硅酸二鈣。在熟料溶出過程中，鋁酸鈉溶解在堿溶液中，鐵酸鈉水解生成氧化鈉進(jìn)入溶液及含水氧化鐵進(jìn)入赤泥，化學(xué)反應(yīng)式為： Na2OAl2O3+4H

54、2O+aq=2NaAl（OH）4+aq+41.82 KJ/mol Na2OFe2O3+2H2O+aq=2NaOH+Fe2O3H2O +aq 硅酸二鈣除少量被溶液中的氫氧化鈉、碳酸鈉、鋁酸鈉分解（二次反應(yīng)），使二氧化硅進(jìn)入溶液外，大部分殘留在固體殘?jiān)小?熟料溶出的主要反應(yīng),鋁酸鈉的溶出 鐵酸鈉溶出 二次反應(yīng),熟料中的固體鋁酸鈉（Na2OAl2O3）很易溶于水和稀堿溶液，磨細(xì)的熟料在90以上，35分鐘便將其中的Na2O、Al2O3完全溶出，以NaAl(OH)4的形態(tài)進(jìn)入溶液，制得鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉的溶解反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，反應(yīng)式如下： Na2OA12O3+4H2O+aq=2NaAl（OH）4+a

55、q,固體鐵酸鈉在水溶液中迅速水解，反應(yīng)式如下： Na2OFe2O32H2Oaq2NaOHFe2O33H2Oaq 生成的NaOH進(jìn)入溶液，提高了溶液的分子比，從而可提高鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性和Na2O溶出率，生成的Fe2O33H2O沉淀進(jìn)入赤泥，成為赤泥組成的一部分。此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度是影響鐵酸鈉水解的重要因素，在低溫下鐵酸鈉水解的速度極慢，隨著溫度的升高，其水解速度加快。但即使在較高溫度的條件下，其水解速度也比鋁酸鈉的溶出速度慢的多。,熟料溶出的二次反應(yīng),在堿石灰燒結(jié)法中，熟料中的原硅酸鈣是以2CaOSiO2形態(tài)存在，它在熟料中的含量占30%以上。在熟料溶出時，原硅酸鈣與溶液之間會發(fā)生一系列的

56、反應(yīng)，使已進(jìn)入溶液中的有用成分Al2O3和Na2O又進(jìn)入赤泥而損失掉。由原硅酸鈣所引起的這些反應(yīng)稱為熟料溶出時的副反應(yīng)或二次反應(yīng)。由二次反應(yīng)造成的Al2O3和Na2O的損失稱為二次反應(yīng)損失。,影響熟料溶出的主要因素,1.熟料性質(zhì) （1）熟料鋁硅比 （2）熟料的燒結(jié)度 （3）熟料配比 （4）熟料磨細(xì)度 2.溶出溫度 3.溶出時間 4.溶出液固比 5.溶液堿濃度,熟料溶出工藝,工業(yè)上一般采用下面兩種方法進(jìn)行熟料的溶出： 一種是顆粒溶出，又稱對流溶出。此法是將熟料破碎成8毫米以下的顆粒，在筒形溶出器內(nèi)與溶液相對流動，溶出熟料中的Al2O3、Na2O。在顆粒溶出時，顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散過程有著很大的作用，它

57、對熟料質(zhì)量要求高，作業(yè)難于控制。 另一種是濕磨粉碎溶出，它是將熟料與調(diào)整液一道加入溢流磨或格子磨內(nèi)進(jìn)行粉碎細(xì)磨過程中溶出Al2O3和Na2O。這種方法溶出時間短，溶出率高，我國燒結(jié)法氧化鋁廠和聯(lián)合法氧化鋁廠熟料的溶出都采用這種方法溶出。,我國采用的溶出工藝特點(diǎn),我國采用的堿-石灰燒結(jié)法熟料溶出工藝流程和技術(shù)條件，具有低苛性比值、高碳酸鈉濃度，二段濕磨粉碎溶出工藝。該工藝技術(shù)大幅度減少了溶出過程二次反應(yīng)和二次反應(yīng)損失，氧化鋁和氧化鈉的凈溶出率可以分別達(dá)到92.5和96.5以上。,熟料溶出主要設(shè)備,熟料溶出采用的主要設(shè)備是球磨機(jī)，在濕磨溶出過程中，球磨機(jī)在磨細(xì)熟料的同時，還發(fā)生溶出反應(yīng)。 目前，氧

58、化鋁廠熟料濕磨溶出使用的球磨機(jī)得比較多的有格子球磨機(jī)、溢流型球磨機(jī)、圓錐球磨機(jī)。上述三種球磨機(jī)都有筒體、襯板、空心軸、給料口、傳動裝置等。格子球磨機(jī)在出料端裝有篩板。溢流型球磨機(jī)出料端沒有篩板。圓錐形球磨機(jī)出料端沒有篩板，由一個短圓筒和兩個錐體組成。,粗液脫硅,粗液脫硅的目的 粗液脫硅簡易工藝流程 脫硅基本原理 脫硅工藝 脫硅主要設(shè)備,燒結(jié)法粗液脫硅的目的,熟料溶出過程中，由于2CaOSiO2被堿液分解，部分SiO2進(jìn)入溶液，使得鋁酸鈉溶液中含有一定的SiO2，部分SiO2呈介穩(wěn)狀態(tài)存在于溶液中。碳酸化分解時，溶液中的SiO2會隨同氫氧化鋁一起析出進(jìn)入成品氧化鋁中，降低了產(chǎn)品質(zhì)量。 另外，含S

59、iO2濃度高的碳分母液蒸發(fā)時，鋁硅酸鈉易于析出，而使蒸發(fā)器管道結(jié)疤，降低傳熱效率。 所以，在碳酸化分解之前必須進(jìn)行脫硅處理，使溶液中的SiO2盡可能地轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔喾蛛x出來。 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝中，脫硅工序作為一道重要工序，其主要任務(wù)是脫除粗液中的SiO2，提高溶液的硅量指數(shù)，同時降低溶液中的浮游物，達(dá)到優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，低消耗的目的。,粗液脫硅簡易工藝流程,鋁酸鈉溶液不加石灰脫硅的基本原理,鋁酸鈉溶液不添加石灰脫硅（即一次脫硅）是在脫硅前往粗液中加種分母液，加壓脫硅，使溶液中呈過飽和狀態(tài)存在的SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵瑥娜芤褐谐恋沓鰜?。用化學(xué)方程式表示為： 2Na2SiO3+2NaAl(OH)4+aq Na2OAl2O32SiO2nH2O+4NaOH+aq 或?qū)憺椋?2Na2OSiO2+2NaOAl2O34H2O+aqNa2OA12O32SiO2H2O+4NaOH+aq 為了加快脫硅反應(yīng)速度，一次脫硅是在高溫高壓和添加晶種的條件下進(jìn)行的，稱為壓煮脫硅。,深度脫硅,二次脫硅 三次脫硅,二次脫硅,在一次脫硅漿液從脫硅機(jī)經(jīng)自蒸發(fā)器進(jìn)入緩沖槽時，再加入石灰乳進(jìn)行脫硅，使殘存的SiO2以水化石榴石析出（鈣硅渣），該工藝稱為二次脫硅，