氧化鋁生產工藝(堿石灰燒結法)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 第 15章 鋁酸鹽爐料燒結過程工藝 熟料窯燒成制度 ? 生料加煤是基礎： 生料加煤量為總物料量的 % ? 適當的過剩空氣系數： 過剩空氣系數 ? 短火焰的正燒結熱工制度： 火焰長度 ? 均勻穩定的喂料制度： 喂料量盡可能大，喂料制度均勻穩定 ? 粗的火焰形狀： 減少燒成帶硫的氧化 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料窯燒成制度 ? 生料加煤是基礎： 生料加煤量為總物料量的 % ? 適當的過剩空氣系數： 過剩空氣系數 ? 短火焰的正燒結熱工制度： 火焰長度 ? 均勻穩定的喂料制度： 喂料量盡可能大，喂料制度均勻穩定 ? 粗的火焰形狀： 減少燒成帶硫的氧化 熟料溶出的 目的 就是將熟料中的鋁酸鈉 Na2O A12O3和鐵酸鈉 Na2O Fe2O3最大限度地溶解于稀堿溶液中，制取鋁酸鈉溶液（粗液），而熟料中的原硅酸鈣2CaOSiO2和鈦酸鈣 CaOTiO2轉入固相赤泥中。實現有用成份氧化鈉和氧化鋁與雜質進行分離，并為赤泥分離洗滌創造良好的條件。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出的主要目的 工業上一般采用下面兩種方法進行熟料的溶出： 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，在筒形溶出器內與溶液相對流動，溶出熟料中的 Al2ONa2O。在顆粒溶出時，顆粒內部的擴散過程有著很大的作用，它對熟料質量要求高，作業難于控制。 另一種是 濕磨粉碎溶出 ，它是將熟料與調整液一道加入溢流磨或格子磨內進行粉碎細磨過程中溶出 Al2O3和 Na2O。這種方法溶出時間短，溶出率高，我國燒結法氧化鋁廠和聯合法氧化鋁廠熟料的溶出都采用這種方法溶出。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出工藝 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出的凈溶出率： 是衡量熟料溶出過程好壞的標志 Al2O3熟 — 熟料中 Al2O3含量， % Al2O3泥 — 赤泥中 Al2O3含量， % Na2O熟 — 熟料中 Na2O含量， % Na2O泥 — 熟料中 Na2O含量， % 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出的主要反應 易溶于水和稀堿溶液，是一個迅速進行的單純的溶解過程，可以得到氧化鋁極為過飽和的溶液。是一放熱反應。 磨細的熟料在 100℃ 用堿溶液溶解， 3min便可完全溶解，獲得Al2O3100g/L， MR=。 在生產中由熟料制得的鋁酸鈉溶液， Al2O3濃度通常低于 120g/L，由于含有 56g/L的 SiO2及一定數量的 Na2CO3Na2SO4，溶出液穩定性顯著增大， MR可低至 ，在赤泥分離和洗滌過程中溶液仍然不致發生明顯分解。 ? 鋁酸鈉（ Na2OAl2O3） ： Na2OAl2O3+4H2O+aq=2NaAl(OH)4+aq 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出的主要反應 在水中極不穩定，在溶出時立即發生水解。是吸熱反應。生成的NaOH進入溶液，提高鋁酸鈉溶液的穩定性和 Na2O溶出率，生成的 Fe2O33H2O沉淀進入赤泥，成為赤泥組成的一部分。 純鐵酸鈉水解速度較慢，但與鋁酸鈉組成的固溶體具有較快的水解速度。因此熟料中鐵酸鈉在溶出條件下水解速度與鋁酸鈉的溶解速度相當。 當熟料堿比 =1用熟料溶出時，溶出液的 MR=1+[F]/（ [A]η凈 ），可見礦石鐵高，溶出液的 MR高。我國鋁土礦鐵含量低，從而提供了低分子比的溶出條件。 ? 鐵酸鈉（ Na2OFe2O3） ： Na2OFe2O3+4H2O+aq=2Na (OH) +Fe2O33H2Oaq 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出的主要反應 熟料中的鈦酸鈣溶出時不發生任何反應，殘留于赤泥中 ? 鈦酸鈣（ CaOTiO2） ： ? 其他成分： 熟料中的 Na2S和 Na2SO4溶出時溶入鋁酸鈉溶液中。 二價硫化物 CaS和 FeS等則在溶出時部分被 NaOH和 Na2CO3分解，成為 Na2SO4進入溶液。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出的主要反應 ? 原硅酸鈣（ 2CaOSiO2） ： 熟料中原硅酸鈣的含量達 30%，他不溶于水，但發生水解和分解，分解反應是原硅酸鈣的主要反應。 二次反應：在熟料溶出過程中，原硅酸鈣與鋁酸鈉溶液發生一系列的化學反應，使已經溶出來的 Al2O3， Na2O又有一部分重新轉讓赤泥，這些反應稱為二次反應或副反應。 二次反應損失： 由二次反應所造成的 Al2O3和 Na2O的損失。 一次反應：在熟料溶出過程中，熟料中 Al2O3和 Na2O進入溶液的反應。也叫主反應。 一次反應損失： 在熟料燒結過程中，由于 Al2O3和 Na2O沒有完全化合成鋁酸鈉和鐵酸鈉而引起的損失。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出的二次反應 2CaOSiO2+NaOH+aq=2Ca(OH)2+Na2SiO3+aq (1) Ca(OH)2+Na2SiO3+aq =CaOSiO2H2O+2NaOH (2) 實踐證明：發生二次反應時，主要是溶出的 Al2O3的損失，Na2O的損失極少，反應（ 4）較弱，而反應（ 5）為主。因此生產中，二次反應的主要產物是水化石榴石和水合鋁硅酸鈉，其中以生成的水化石榴石為主。 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq =3CaOAl2O36H2O+2NaOH+aq (3) 2Na2SiO3+(2+n)NaAl(OH)4+aq =Na2OAl2O3SiO2nNaAl(OH)4xH2O +4NaOH+aq (4) 3CaOAl2O36H2O+ xNa2SiO3+aq =3CaOAl2O3xSiO2yH2O +2xNaOH+aq (5) ? 原硅酸鈣與 NaOH反應 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料溶出的二次反應 單獨的 Na2CO3溶液可使 2CaOSiO2分解較為徹底，但在熟料溶出條件下，溶液Na2CO3的濃度影響較為復雜。 當 Na2Oc濃度位于苛化曲線上方，促使Ca(OH)2與 Na2CO3 反應轉變為 CaCO3,從而抑制水合鋁硅酸鈉和水化石榴石的生成，使 Al2O3二次反應損失大幅度下降。 提高溫度，溶液中 SiO2介穩平衡濃度增加，增加二次反應損失。 ? 原硅酸鈣與 Na2CO3的反應 2CaOSiO2+2Na2CO3+H2O=2CaCO3+Na2SiO3+NaOH 因此生產上，適當提高溶液 Na2Oc濃度，并且控制溶出溫度，使脫硅反應緩慢進行，有利用抑制二次反應，減少二次反應損失。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 影響二次反應的最主要的因素 當溶液中 Al2O3濃度一定時， NaOH濃度越低，亦即溶液的分子比越小，二次反應所造成的損失越低。 溶液分子比的降低，將使溶液的穩定性下降，但是在溶出過程中由于原硅酸鈣的分解，溶液中 SiO2含量達到 56g/L，溶液分子比在 ，溶液仍具有足夠的穩定性，這就為采取低分子比溶出制度創造了條件。 苛性堿（ NaOH）濃度是影響二次反應的主要因素。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 減少二次反應損失的措施 ? 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 ，以減小溶液中游離苛性堿濃度。 ? 高碳酸堿濃度。 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。 ? 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 7882℃ 。 ? 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間，以減少原硅酸鈣的分解。 我國堿石灰燒結法熟料獨特的溶出工藝： 兩段磨、低分子比、高碳酸堿濃度的溶出工藝。 這種溶出工藝有效地防止了溶出和赤泥分離過程中的副反應損失， Al2O3和 Na2O進入凈溶出率分別達到93%和 96%，處于先進水平。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 熟料中負二價硫含量與濕磨溶出的關系 ? 減少赤泥與溶液的接觸時間，降低以二價硫形式存在的CaS和 FeS的分解，從而降低堿耗。 ? 熟料中二價硫含量高，硫耗堿降低，采用低分子比溶液溶出和快速分離赤泥，可以保持較高的赤泥中 S2的沉淀率，減少硫耗堿量。 ? 二價硫含量高的黑心多孔熟料可磨性好，不易產生赤泥過磨現象，對減少二次反應損失，提高凈溶出率及降低堿耗有很大作用。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 拜耳法赤泥和堿石灰燒結法赤泥的區別 ? 拜耳法赤泥： ? 堿石灰燒結法赤泥： 組成上： 鋁硅酸鹽（水合鋁硅酸鈉，以其為核心的附加鹽類，如方鈉石，鈣霞石、水化石榴石等），鐵的化合物（ Fe2O3，FeO等），鈦酸鹽（加石灰溶出時為鈦酸鈣 )。 物理化學性質上： 赤泥粒度細，液固比高，呈高溫漿液狀 組成上： 原硅酸鈣（ 2CaOSiO2)， Fe2O3H 2O， FeS，鈦酸鈣（ CaOTiO2)，水化石榴石，水合鋁硅酸鈉等。 物理化學性質上： 赤泥液固比較低，呈較低溫度乳液狀。 ? 熟料溶出采用的主要設備是球磨機，在濕磨溶出過程中，球磨機在磨細熟料的同時，還發生溶出反應。 ? 目前，氧化鋁廠熟料濕磨溶出使用的球磨機用得比較多的有格子球磨機、溢流型球磨機、圓錐球磨機。 第 16章 熟料溶出及赤泥分離 格子磨 熟料溶出主要設備 氧化鋁生產中硅的危害 ?引起 Al2O3和 Na2O的損失： 水和鋁硅酸鈉 （ Na2O?Al2O3?2SiO2?nH2O） 水化石榴石 （ 3CaO?Al2O3?xSiO2?yH2O） ?影響氫氧化鋁產品質量，不利于電解鋁所用原料的要求： 產品中 SiO2含量高，與電解質中的 AlF3反應生成 SiF4， 造成電解質損失和環境污染 ?生產設備和運輸管道產生結疤現象： 結疤部位：溶出工序、分解工序、蒸發工序及各工序間