氧化铝生产工艺教学(拜耳法)

L/O/G/O晶种分解过程溶出过程分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的一批铝土矿拜耳法是由K.J.拜耳1889-1892年提出而命名。用于处理高铝硅比铝土矿，特别是三水铝石型铝土矿，流程简单，产品质量好，得以广泛应用实质：第四章拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理用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Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq溶出分解℃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第四章拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳循环拜耳循环实际生产中与拜耳法循环的理想过程有差别实际生产过程存在Na2O和Al2O3的化学损失和机械损失溶出时因水分的蒸发和凝聚使溶液浓度改变晶种分解过程添加的晶种带入母液使溶液的分子比有所提高因此实际生产过程的拜耳循环各线段偏离理想位置，每次循环后必须补充所损失的碱，才能使母液的组成回复到循环开始点A点，然后继续进行下一次循环。第四章拜耳法的原理和基本工艺流程)/]()()()()([645.12ONaamamttMRMRMRMRE)/]()()()()([608.0AOamamttMRMRMRMRN拜耳法的循环效率循环效率E是指一吨Na2O在一次拜耳循环中所产出的Al2O3的量（吨）循环碱量N是指生产一吨Al2O3在循环母液中所必须含有的碱量（不包括碱损失）循环效率是分析拜耳法的作业效果和改革途径的重要指标循环效率和循环碱量呈互为倒数关系NE1第四章拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳循环原矿浆制备原矿浆制备：是把拜耳法生产氧化铝所用的原料，如铝土矿、石灰、循环母液等按一定的比例配制出化学成分、物理性能都符合溶出要求的原矿浆。原矿浆制备要求：参与化学反应的物料要有一定细度参与化学反应的物质之间要有一定的配比和均匀混合原矿浆制备是氧化铝生产的第一道工序，也是重要的工序，影响着氧化铝的溶出率、赤泥沉降性能、种分分解率以及氧化铝产量等技术经济指标。原料堆取翻车机：主要用于原料的装卸第四章拜耳法的原理和基本工艺流程斗轮式堆取料机：主要用于原料的混合。湿磨：从母液蒸发工序送来的蒸发母液，通过碱液泵送到管磨与按比例分配下料的铝土矿，石灰及干燥的碱粉一道进入磨机桶体进行湿磨，管磨产出的原矿浆通过输送系统输送到料浆槽。第四章拜耳法的原理和基本工艺流程第四章拜耳法的原理和基本工艺流程高压溶出是拜耳法生产氧化铝的主要工序之一。影响拜耳法生产氧化铝的技术经济指标。溶出目的：将铝土矿中的氧化铝水合物溶解成铝酸钠溶液，并使溶液充分脱硅，避免过量SiO2影响产品质量，且把苛性碱的消耗减至最少。工业生产中一般采用循环母液来溶出铝土矿，且添加石灰以加快氧化铝水合物（特别是一水硬铝石）的溶出速度。溶出过程的主要技术条件和经济指标：溶出温度、溶出时间、Al2O3溶出率、碱耗、热耗等。溶出工艺及技术条件的确定取决于铝土矿的化学成分和铝土矿类型第四章拜耳法的原理和基本工艺流程溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤赤泥是溶出铝土矿后得到的泥渣溶出矿浆稀释的目的赤泥分离洗涤的目的降低铝酸钠溶出的浓度，便于晶种分解降低铝酸钠溶液的黏度，加速赤泥沉降分离。促使铝酸钠溶液进一步脱硅有利于稳定沉降槽的操作高压溶出后得到的是铝酸钠溶液和赤泥的混合浆液，为了获得纯碱的铝酸钠溶液，必须从溶液中分离出赤泥。分离后的赤泥附带有一部分铝酸钠溶液，为了减少Al2O3和Na2O的损失，需要对赤泥进行洗涤。第四章拜耳法的原理和基本工艺流程晶种分解是拜耳法生产氧化铝的主要工序之一。对产品的质量、产量以及全厂的技术经济指标有着重大影响。晶种分解：就是将铝酸钠溶液降温，增大其过饱和度，再加入氢氧化铝作晶种，并进行搅拌，使其析出氢氧化铝的过程。晶种分解除得到氢氧化铝外，同时得到分子比较高种分母液，作为溶出铝土矿的循环母液，从而构成拜耳法生产氧化铝的闭路循环。晶种分解过程的主要技术指标：氧化铝浓度、分子比、分解初温、终温、种子比、分解时间等。衡量分解过程效率的技术经济指标：种分分解率、分解槽单位产能，Al(OH)3的质量。砂状氧化铝要求的物理性能主要取决于种分过程的控制。第四章拜耳法的原理和基本工艺流程分离目的：经种子分解或碳酸化分解得到的氢氧化铝浆液，用过滤设备将氢氧化铝和母液分离，分离得到的氢氧化铝一部分直接返回生产流程，作种子分解的晶种，其余部分经进一步洗涤生产氢氧化铝成品。技术经济指标：氢氧化铝洗水量、料浆液固比，成品氢氧化铝含水率、过滤机产能等。氢氧化铝的分离与洗涤洗涤目的：氢氧化铝浆液经分离所得的氢氧化铝滤饼仍含有一定量的分解母液，必须加以洗涤，以回收Na2O和Al2O3，并保证氢氧化铝产品中Na2O含量符合质量标准要求。第四章拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳循环氢氧化铝煅烧煅烧目的：是在一定温度下把氢氧化铝的附着水和结合水脱除，并发生分解反应，形成氧化铝，再进行晶型转变，得到具有一定物理和化学性能的氧化铝产品。煅烧产品的质量指标：化学纯度、灼减、а-Al2O3含量、粒度、安息角等。煅烧过程的技术经济指标：煅烧温度、燃料消耗量、产量等。第四章拜耳法的原理和基本工艺流程种分母液的蒸发及一水碳酸钠的苛化母液蒸发的目的：排除流程中多余的水分，保持循环系统中液量的平衡，使母液蒸发浓缩到符合拜耳法溶出铝土矿配制原矿浆的要求。同时排除溶液中的杂质盐类，进行苛化回收。一水碳酸钠的苛化：铝土矿中含有少量的碳酸盐（如石灰石、菱铁矿等）和铝土矿溶出时加入的石灰中含有的少量石灰石(因煅烧不完全)与苛性碱作用生成的碳酸钠，以及铝酸钠溶液中的NaOH吸收空气中的CO2也生成碳酸钠，它们在种分母液蒸发过程中以一水碳酸钠结晶析出。为减少苛性碱的消耗，需将这些碳酸钠用石灰乳进行苛化处理以回收苛性碱：Na2CO3·H2O+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3+H2O第五章铝土矿中氧化铝的溶出氧化铝的溶出行为：铝土矿所含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。是铝土矿溶出过程的主要反应Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq溶出分解铝土矿类型温度（℃）Na2O(g/L)Al2O3(g/L)分子比MR三水铝石1451101301.40一水软铝石2301101201.50一水硬铝石2501201201.65铝土矿类型不同溶出条件不同铝土矿溶出动力学流体反应物在主流体中通过固体颗粒表面的扩散层的传质流体反应物在固体表面的吸附在固体表面上发生的化学反应流体产物由固体表面上的解吸，并通过固体产物层向流体的扩散液固多相反应铝土矿的溶出过程：铝土矿与碱液的反应属于复杂的液-固多相反应含氧化铝矿物的表面被含大量游离NaOH的循环母液所浸润含氧化铝矿物与OH-相互作用生成铝酸钠铝酸根离子通过在矿物表面上生成的扩散层扩散到整个溶液中去，而OH-通过扩散层扩散到矿物的表面上来，使反应继续下去反应的控制步骤：由最慢的步骤决定着整个反应过程的速度第五章铝土矿中氧化铝的溶出—常数A—表面积，m2CNaOH—苛性碱浓度,%T—溶出温度,K)987.119600exp(TCAKVNaOH一水软铝石型铝土矿K—常数A—表面积，m2CNaOH—苛性碱浓度,%T—溶出温度,K)987.117100exp(TCAKVNaOH表观活化能81.93kJ/nol表观活化能71.48kJ/nol反应物变成活化状态比活化状态变成生成物要快得多，即活化能越小，反应速度越快，活化能越大，反应速度越慢，因此活化能可以作为判断多相反应控制步骤的一个重要参数，一般扩散控制活化能小于13kJ/mol，混合控制为20-34kJ/mol，而化学反应控制活化能大于40kJ/mol，这是因为化学反应需要在反应物化学键完全断裂和形成新化学键的情况下发生，反应速度慢，需要较大活化能。第五章铝土矿中氧化铝的溶出—正反应的速率常数K-—逆反应的速率常数KE—铝土矿溶出反应的平衡常数CA—AlO2-浓度CN—OH-浓度)/(EANNNKCCKCKCKV溶出过程的表观活化能83.8kJ/mol，逆反应的活化能为54.6kJ/mol。溶出过程处于表面化学反应控制阶段第五章铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿溶出铝土矿溶出过程的要求第五章铝土矿中氧化铝的溶出尽可能高的Al2O3溶出率Na2O化学损失尽可能低溶出液具有足够的硅量指数溶出液具有低的分子比循环母液具有高的分子比和Na2O浓度第五章铝土矿中氧化铝的溶出%100)/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。拜耳循环氧化铝溶出率%1001)/)/()/矿泥矿理实相（（SASASA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。氧化铝相对溶出率：氧化铝实际溶出率与理论溶出率之比。赤泥的产出率：每处理1t铝土矿所生成的赤泥量拜耳循