氧化铝生产工艺教学3

L/O/G/O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2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺反应物向矿物表面的内扩散；2.表面吸附；3.化学反应；4.解吸；5.向外扩散。AlOOH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—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。2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺化学过程控制外扩散控制—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2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺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浓度铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺影响铝土矿溶出过程的因素矿物组成及结构溶出温度的影响循环母液碱浓度的影响配料分子比的影响搅拌强度的影响矿石磨细程度影响溶出时间的影响铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺影响铝土矿溶出过程的因素矿物组成及结构结晶构造不同，晶格中连接各种离子或离子团的键的强度亦各异。结晶物质的溶解过程就是晶格的损坏过程，晶格能越大，结晶就越稳定，越难于溶解。铝土矿矿物晶格的破坏是OH-进入晶格的结果。晶格能大小：三水铝石一水软铝石一水硬铝石溶出性能孝义修文新安平果赤泥铝硅比1.031.151.221.66相对溶出率99.1298.6297.0492.23溶出液MR1.571.591.611.62lnNRTD31影响铝土矿溶出过程的因素温度是溶出过程中最主要的影响因素。提高温度，增加溶出率提高温度，增加设备产能提高温度，降低溶出液苛性比值提高温度，提高循环效率提高温度，消除矿物形态差别的影响提高温度，改善赤泥结构和沉降性能提高温度，对设备的要求苛刻溶出温度化学反应速率常数扩散速率常数温度（℃）溶出液αkA/S（赤泥）N/S（赤泥）ηA相（%）2451.732.310.601852601.631.330.58296.32801.611.160.57398.2Na2Ok=200g/l，配料分子比MR=1.6，C/T=2.52，溶出时间为1.5小时铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺影响铝土矿溶出过程的因素循环母液碱浓度其他溶出条件固定时，氧化铝的溶出率随循环母液苛性碱浓度的提高而增大循环母液碱浓度根据生产实际适宜控制。过分提高母液碱浓度为后续工序带来困难。一般循环母液碱浓度200g/L以上，直接加热溶出器，碱浓度270-280g/L，间接加热溶出器，碱浓度220-230g/L。溶出温度220℃溶出速率及溶出率，应尽可能降低配料分子比，通常配料分子比要比相同条件下平衡溶液分子比高0.15-0.2。工业生产上，提高溶出温度可以得到分子比低的溶出液（MR=1.4-1.45），为了防止这种低分子比的溶出液在进入种分之前发生大量水解损失，可以往第一次赤泥洗涤槽中加入适当数量的种分母液，使稀释后的溶出浆液的分子比提高到1.55-1.65，以保证溶液有足够的稳定性。铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺)(30sCCNRTFddC影响铝土矿溶出过程的因素搅拌强度扩散速率方程加强搅拌，强化传质过程加强搅拌，强化溶出过程加强搅拌，降低加热表明结疤管道化溶出，矿浆流速达1.5~5m/s，湍流程度高，成为强化溶出过程的一个重要原因。比高压溶出器内矿浆流速高200倍到300倍，这样一来，扩散速度便不会成为溶出过程的限制性因素，溶出温度便只取决于随温度升高而迅速提高化学反应速度。所以难溶矿石在300℃高温下只几分钟便可溶出完。铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺影响铝土矿溶出过程的因素矿石磨细程度矿石磨细程度大，增加反应界面，溶出速度加快矿石磨细程度大，使原来被杂质包裹的氧化铝水合物暴露出来，增多矿量内部的裂缝，促使溶出过程的进行不同矿石对细度的要求不同：三水铝石，易溶且本身缝隙多，不必细磨（一般0.2-0.5mm以下）；一水硬铝石型要求细磨（70-80um以下）。过细不利赤泥的沉降分离，增加磨矿费用铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺影响铝土矿溶出过程的因素添加石灰的影响•避免钛酸钠形成；•提高氧化铝溶出速度；•促进针铁矿转变；•降低碱耗；•清除杂质；•改善沉降性能。反苛化；增加AO损失。铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺影响铝土矿溶出过程的因素溶出时间铝土矿溶出过程中，Al2O3的溶出率没有达到最大值时，增加溶出时间，Al2O3的溶出率就会增加。铝土矿类型不同，溶出时间不同。延长溶出时间对一水硬铝石的溶出率影响较大。溶出温度不同，溶出时间不同。250-260℃时，溶出时间影响溶出率较大；温度大于260℃时，溶出时间对溶出率影响相对减弱；特别是温度大于300℃时，不管氧化铝矿态如何，大多数铝土矿溶出过程都可以在几分钟内完成，且溶液接近饱和。过长增加溶出时间造成产量减少，根据实际生产条件确定溶出时间。铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺%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环赤泥的产出率及碱耗)/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A/S=7时，η理=85.7%，Na2O耗=101KgA/S=5时，η理=80.0%,Na2O耗=152Kg拜耳法生产氧化铝时，为什么要求高的A/S比？在高于循环母液沸点的温度下加热和保温料浆的密封容器，也叫压煮器2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺高压溶出器对溶出的高温高压料浆借其显热自行沸腾蒸发降温的容器。自蒸发器将预热器、高压溶出器和自蒸发器以及高压泥浆泵串联而成的庞大机组。高压溶出器组溶出过程名词由专门的蒸汽锅炉产生的蒸汽，又称一次蒸汽。新蒸汽由自蒸发器产生的蒸汽，又称二次蒸汽或乏汽。自蒸发蒸汽铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺蒸汽直接加热溶出技术蒸汽间接加热溶出技术管道化溶出技术高压溶出技术蒸汽直接通入高压溶出器中加热矿浆的溶出技术。单罐溶出、多罐串联连续溶出。优点：缺点：结构简单，易于操作控制高压溶出器本体没有运转部件，易于制造和维修减轻热交换表面结垢的清整工作预热温度低，新蒸汽消耗大蒸汽直接加热料浆，碱浓度被稀释，增加母液蒸发设备的负担和蒸汽的消耗量；溶出矿浆降压过程，压差大，减压装置磨损快。蒸汽间接加热高压溶出器是通过加热管壁把热量传给原矿浆而进行加热。单罐和多罐串联溶出。优点：缺点：避免了矿浆被蒸汽冷凝水稀释采用多级自蒸发，提高热利用率降低母液蒸发成本设备流程复杂换热面表面结垢严重，清理困难料浆泵磨损严重管道化溶出就是矿浆在管道中以较高温度和较高流速下的溶出技术。有：德国多管单流、匈牙利多管多流，法国单管预热-高压釜溶出、我国管道预热-储留罐溶出。优点：缺点：溶出时间短矿浆流速快，结疤少溶出液分子比低，有利于分解多级自蒸发，热利用率高低碱浓度溶出，降低能耗投资成本低因料浆流速快，在管道转弯处易磨损因硝酸盐腐蚀环型加热管，易爆管铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺管道化溶出技术(德国RA6)铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺管道化溶出技术(单管预热-高压釜溶出)管道化溶出技术的优越性项目希腊派拉斯铝矿山西铝矿比较项目管道溶出压煮器溶出管道溶出压煮器溶出溶出容度/℃280250270-280260碱液分子比/溶出液分子比2.85/1.502.85/1.502.85/1.502.80/1.48加热原矿浆流速/(m/s)2-32-3传热系数/(kJ/m2·h·c)3000-50002500-30003000-50002500-3000碱液浓度/(g/L)140220155230溶出及蒸发热耗/(GJ/t·AO)3.98.24.28.5管道溶出和压煮器溶出的参数比较2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺管道化溶出技术的优越性名称设备质量/t设备费/万元设备运杂费/万元设备安装费/万元设备投资总