氧化铝生产工艺教学(复习)

总复习基本概念：铝土矿是目前氧化铝生产中最主要的原料，主要成分为Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2等，氧化铝主要以三水铝石，一水软铝石，或一水硬铝石状态存在，按氧化铝水合物类型可分为三水铝石型，一水软铝石型，一水硬铝石型或各种混合型衡量铝土矿质量的标准为铝硅比、氧化铝含量、矿物类型。铝硅比是指矿石中Al2O3含量与SiO2含量的质量比。我国铝土矿的主要特点是高铝、高硅、低铁的一水硬铝石型铝土矿。生产氧化铝的方法有碱法、酸法、酸碱联合法、热法。在工业上得到应用的只有碱法，其重要的中间产物是铝酸钠溶液；碱法生产氧化铝主要有拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳-烧结联合法，联合法流程有串联、并联和混联。总复习基本概念：电解炼铝用的氧化铝必须在氧化铝的纯度和氧化铝的物理性质上符合一定的质量要求。硅量指数是指铝酸钠溶液中Al2O3与SiO2的质量比，以A/S表示。拜耳法的循环效率指一吨Na2O在一次拜耳法循环中所产出的Al2O3的量（吨），用E表示，E的数值越高说明碱的利用率越好。E=1.645×(MRm-MRa)/MRm·MRa拜耳法的循环碱量指生产一吨氧化铝在循环母液中所必须含有的碱量（不包括碱损失），它是循环效率的倒数。铝酸钠溶液的分子比（苛性比值）是指铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的摩尔比，它表示铝酸钠溶液中氧化铝的饱和程度和稳定性。MR=1.645×[Na2O]/[Al2O3])/A11%100ASAS（理%100)/()/)/(%100AQAQAQ矿泥矿矿矿泥泥矿矿实（SASASA氧化铝实际溶出率：铝土矿与NaOH反应实际溶出到溶液中的Al2O3量与铝土矿中Al2O3总量之比。氧化铝理论溶出率：理论上矿石中可以溶出的Al2O3量（扣除不可避免的化学损失）与矿石中Al2O3总量之比。总复习基本概念：铝酸钠溶液中的碱通常分为苛性碱NaOk、碳酸碱NaOc和硫酸碱NaOs，其中苛性碱NaOk和碳酸碱NaOc的和称为全碱NaOT)/)/()/矿泥矿理实相（（SASASA氧化铝相对溶出率：氧化铝实际溶出率与理论溶出率之比。总复习基本概念：泥矿泥SS赤泥的产出率：每处理1t铝土矿所生成的赤泥量)/kg1/608100008.60][3222OtAlONaSASASONa（损失碱耗：铝土矿溶出过程，每溶出1tAl2O3所损失的碱量总复习基本概念：铝酸钠溶液的稳定性通常是用从过饱和的铝酸钠溶液开始分解析出氢氧化铝所需时间的长短来衡量的。配料分子比指预期矿石中Al2O3充分溶出时，溶出液所应达到的分子比氢氧化铝晶粒附聚：就是在范德华力、自粘力、附着力以及毛细管力和物质之间的紧密接触而形成的表面张力等力的作用下，氢氧化铝晶粒自发和定向的连接在一起的现象。总复习基本概念：拜耳法溶出工艺目前分为压煮器和管道化两大类溶出技术，其中管道化溶出技术是目前比较先进的溶出技术，根据我国一水硬铝石铝土矿的溶出特点，我国形成了具有自主知识产权的管道预热-停留罐溶出技术。。一水碳酸钠的苛化是在拜耳法生产过程中，由于苛性碱与矿石中的碳酸盐以及空气中的二氧化碳作用的结果，母液每一次循环都有一部分苛性碱变成了一水碳酸钠。使这部分一水碳酸钠从新变成苛性碱称为一水碳酸钠的苛化。熟料溶出的副反应指在熟料溶出过程中赤泥中的原硅酸钙2CaO·SiO2可以与铝酸钠溶液发生一系列的化学反应，使已溶出来的Na2O和Al2O3又有一部分重新转入赤泥而损失。这些反应称为二次反应或副反应。二次反应所造成的Na2O和Al2O3的损失称为二次反应损失或副反应损失。熟料溶出二次反应的主要产物是水合铝硅酸钠、水化石榴石。我国碱石灰烧结法采用低苛性比值、高碳酸钠浓度、二段磨料溶出工艺。碱比、钙比：碱石灰烧结法生料配方中，[N]/([A]+[F])称为碱比；[C]/[S]称为钙比。饱和配方是指在烧结法配料过程中采用碱比等于1，钙比等于2的炉料配方称为饱和配方。在碱石灰烧结法生产氧化铝时，我国采用低碱高钙配方，这和我国生料掺煤工艺相符合。基本概念：总复习熟料溶出的副反应指在熟料溶出过程中赤泥中的原硅酸钙2CaO·SiO2可以与铝酸钠溶液发生一系列的化学反应，使已溶出来的Na2O和Al2O3又有一部分重新转入赤泥而损失。这些反应称为二次反应或副反应。二次反应所造成的Na2O和Al2O3的损失称为二次反应损失或副反应损失。熟料溶出二次反应的主要产物是水合铝硅酸钠、水化石榴石。我国碱石灰烧结法采用低苛性比值、高碳酸钠浓度、二段磨料溶出工艺。碱比、钙比：碱石灰烧结法生料配方中，[N]/([A]+[F])称为碱比；[C]/[S]称为钙比。饱和配方是指在烧结法配料过程中采用碱比等于1，钙比等于2的炉料配方称为饱和配方。在碱石灰烧结法生产氧化铝时，我国采用低碱高钙配方，这和我国生料掺煤工艺相符合。基本概念：总复习判断熟料质量好坏的标准有标准溶出率、熟料的密度和粒度和负二价硫含量S2-。衡量熟料溶出过程好坏的标志是净溶出率总复习基本概念：%100AlCaOCaOAlAl323232熟泥熟泥熟净OOOA%100NCaOCaONN222熟泥熟泥熟净OaOaOaN回转窑熟料烧结时，根据物料沿窑长的温度变化分为窑体分为烘干带、预热带、分解带、烧成带、冷却带五个带。总复习基本概念：烘干带：脱附着水干燥。窑气800→250℃，炉料80→200℃预热带：脱结晶水，Na2SO4开始分解窑气1200→800℃，炉料200→750℃分解带：Na2CO3+Al2O3→Na2O•Al2O3+CO2↑Na2CO3+Fe2O3→Na2O•Fe2O3+CO2↑Na2CO3+Al2O3•2SiO2→Na2O•Al2O3•2SiO2+CO2↑窑气1400→1200℃，炉料750→1200℃烧成带：2CaO+Na2O•Al2O3•2SiO2→Na2O•Al2O3+2CaO•SiO2窑气1500℃以上，炉料1250-1300℃冷却带：熟料逐渐冷却到900-1000℃左右经下料口进入冷却机。会分析30℃下的Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图：点、线、区域、分子比变化总复习基本原理和方法：Na2O·Al2O3·2.5H2O(48.8%Al2O329.7%Na2O21.5%H2O)Na2O·Al2O3(62.2%Al2O337.8%Na2O)53.5NaOH·H2OT三水铝石M一水铝石BEHCDFⅠⅡⅢⅣⅤ65.4O℃60℃200℃MR=3.40拜耳法生产Al2O3的四个组要工序MR=1.65铝土矿的溶出铝酸钠溶液的稀释晶种分解分解母液蒸发拜耳法循环从铝土矿的溶出开始，溶出初温为30℃，终温为200℃。在此温度范围内实现溶出、稀释分解、蒸发过程。ABA点：循环母液的组成点AB线：溶出线BC线：稀释线CD线：分解线DA线：蒸发线拜耳循环：ABCDA至Al2O3·H2OCD至Al2O3·3H2O拜耳法生产氧化铝的基本原理用NaOH溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液在添加晶种，不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝便呈氢氧化铝析出。分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的一批铝土矿。总复习基本原理和方法：实质：Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq溶出分解拜耳法生产氧化铝的基本流程：会画基本流程框图会分析拜耳循环图碱石灰烧结法生产氧化铝的基本原理总复习基本原理和方法：碱石灰烧结法生产氧化铝的基本流程及各工序的作用将铝土矿与一定数量的苏打、石灰、循环母液配成炉料，在回转窑内进行高温烧结，炉料中的Al2O3与Na2CO3反应生成易溶于水或稀碱溶液的铝酸钠(Na2O•Al2O3)，杂质氧化铁生成易水解的铁酸钠(Na2O•Fe2O3)，二氧化硅和氧化钛分别生成不溶性的原硅酸钙(2CaO•SiO2)和钛酸钙(CaO•TiO2)。将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时Na2O·Al2O3便进入溶液，Na2O·Fe2O3水解放出碱，原硅酸钙(2CaO•SiO2)和钛酸钙(CaO•TiO2)不溶进入赤泥，从而实现杂质矿物与有用矿物的分离。熟料烧结在高温下能满足Na2O·Al2O3和Na2O·Fe2O3的优先生成，能保证Al2O3的溶出；生料加煤排硫结果使一部分Fe2O3转变为FeS;在烧结过程中还生成一种铁的化合物(CaO·Al2O3·Fe2O3)，且这一相比较稳定.我国铝土矿碱石灰烧结法为什么采用低碱高钙配方？低碱配方：高钙配方：能够保证2CaO·SiO2和CaO·TiO2的生成；多余的钙能够分解三元化合物Na2O·Al2O3·SiO2Na2O·Al2O3·SiO2+2CaO=Na2O·Al2O3+2CaO·SiO2低碱高钙配方优点：碱耗低赤泥的稳定性能比较好能保证碱和氧化铝的溶出率总复习在碱石灰烧结法生产氧化铝时，我国采用低碱高钙配方，这和我国生料掺煤工艺相符合。氧化铝及其水合物铝土矿主要矿物在拜耳法的溶出行为、主要危害及防治措施氧化铝水合物在溶出条件下与循环母液中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶液中。Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq溶出分解含硅矿物含硅矿物与碱反应，首先分解成铝酸钠和硅酸钠进入溶液，然后当硅酸钠浓度达一定值后与铝酸钠溶液反应生成水合铝硅酸钠（钠硅渣）进入赤泥。Al2O3·2SiO2·2H2O+6NaOH+aq→2NaAl(OH)4+2NaH2SiO4+aq溶解反应2NaAl(OH)4+xNaH2SiO4+aq→Na2O·Al2O3·xSiO2·nH2O+2xNaOH+aq脱硅反应产生的主要危害是造成氧化铝和氧化钠的损失，在加热设备和管道上产生结疤，降低传热系数，阻塞管道。防治措施是在原矿浆进入高压溶出器前的预热阶段进行预脱硅。总复习基本原理和方法：含铁矿物铝土矿主要矿物在拜耳法中的溶出行为、主要危害及防治措施含钛矿物铝土矿中的赤铁矿在拜耳法溶出过称中不与苛性碱反应，直接进入赤泥，对溶出过程不产生影响；而针铁矿在拜耳法溶出过称中会部分进入溶液，形成高度分散的细微粒子，影响赤泥的沉降和过滤性能。溶出过程，可以通过添加CaO将针铁矿转变为赤铁矿而消除不利影响。TiO2不影响三水铝石的溶出。而在溶出一水硬铝石型铝土矿时，不添加石灰，氧化钛与碱作用生成致密的钛酸钠保护膜，降低氧化铝的溶出率。通过添加石灰，使TiO2与CaO作用生成不溶解的钛酸钙：2CaO＋TiO2=2CaO·TiO2，消除生成钛酸钠保护膜的影响。总复习基本原理和方法：溶出过程添加石灰的作用消除铝土矿TiO2的不良影响，避免了钛酸钠的生成提高氧化铝的溶出速率总复习促进针铁矿转变为赤铁矿，改善赤泥沉降性能降低碱耗清除杂质铝酸钠（Na2O·Al2O3）熟料溶出过程的主要反应铁酸钠（Na2O·Fe2O3）总复习基本原理和方法：Na2O·Al2O3+4H2O+aq=2NaAl(OH)4+aqN