氧化铝生产工艺流程.ppt

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1、第一讲第一讲 氧化铝的生产氧化铝的生产 1.绪论2.氧化铝生产工艺3.氧化铝生产新技术和综合利用 绪论绪论n n氧化铝及其水合物n n氧化铝生产方法n n铝土矿氧化铝氧化铝n n氧化铝：氧化铝：氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分子式通常写为子式通常写为Al2O3Al2O3，分子量为，分子量为101.96101.96。氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。中的溶解

2、度及溶解速度也不同。氧化铝有多种同素异构体，如：氧化铝有多种同素异构体，如：-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3、-Al2O3Al2O3、-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3、K-Al2O3K-Al2O3、-Al2O3-Al2O3。而常见稳定结构的氧化铝主要是而常见稳定结构的氧化铝主要是-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3。-Al2O3-Al2O3性质稳定，熔点性质稳定，熔点20502050，沸点，沸点29002900，比重。，比重。-Al2O3 -Al2O3是将各种是将各种AlAl（OHOH）3 3加热脱水获得的，加热脱水获得的，-Al2O3Al2O

3、3呈立方晶系。晶格常数呈立方晶系。晶格常数=7.91=7.91。n n氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分子式通常写为构，分子式通常写为Al2O3Al2O3，分子量为，分子量为101.96101.96。n n氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、无机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。n n氧化铝有多种同素异构体，如：氧化铝有多种同素异构体，如：-Al2O3-Al2O3、-Al2O

4、3Al2O3、-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3、K-Al2O3K-Al2O3、-Al2O3-Al2O3。而常见稳定结构的氧化铝主要是。而常见稳定结构的氧化铝主要是-Al2O3Al2O3、-Al2O3-Al2O3。n n-Al2O3-Al2O3性质稳定，熔点性质稳定，熔点20502050，沸点，沸点29002900，比重。比重。n n -Al2O3 -Al2O3是将各种是将各种AlAl（OHOH）3 3加热脱水获得的，加热脱水获得的，-Al2O3-Al2O3呈立方晶系。晶格常数呈立方晶系。晶格常数=7.91=7.91。氧化铝水合物氧化铝水合物 氧化铝水

5、合物是由氧化铝水合物是由OH-OH-、O2-O2-、Al3+Al3+构成的化合构成的化合物，其中并不含水分子，是人们对该种化合物的俗称。物，其中并不含水分子，是人们对该种化合物的俗称。氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。自然界中氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。自然界中OH-OH-、O2-O2-、Al3+Al3+构成的化合物主要有三水铝石、一水软铝构成的化合物主要有三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石和刚玉。其分子式为：石、一水硬铝石和刚玉。其分子式为：三水铝石：三水铝石：AlAl（OHOH）3 3、一水软铝石：、一水软铝石：-AlOOH-AlOOH、一水硬铝石：一水硬铝石：-AlOOH-AlOOH

6、、刚玉：、刚玉：Al2O3Al2O3。氧化铝水合。氧化铝水合物的化学性质也由于其结构不同而有很大差别。化学物的化学性质也由于其结构不同而有很大差别。化学活性按下列次序递减：活性按下列次序递减：三水铝石化学活性最大、一水软铝石次之、一水三水铝石化学活性最大、一水软铝石次之、一水硬铝石较弱、刚玉则是非常稳定的氧化铝。硬铝石较弱、刚玉则是非常稳定的氧化铝。氧化铝生产方法氧化铝生产方法n n碱法n n酸法n n酸碱联合法n n热法碱法生产氧化铝碱法生产氧化铝n n碱法生产氧化铝，就是用碱碱法生产氧化铝，就是用碱(NaOH(NaOH或或Na2CO3)Na2CO3)处理铝土矿，使矿石中的氧化铝水合物和碱处

7、理铝土矿，使矿石中的氧化铝水合物和碱反应生成铝酸钠溶液。铝土矿中的铁、钛等反应生成铝酸钠溶液。铝土矿中的铁、钛等杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣中。这种残渣被称为赤化合物进入固体残渣中。这种残渣被称为赤泥。铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理，泥。铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理，分解析出分解析出A1(OH)3A1(OH)3，将，将A1(OH)3A1(OH)3与碱液分离并与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。n n目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝

8、。酸法生产氧化铝酸法生产氧化铝 n n酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处理铝矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些盐溶理铝矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些盐溶液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐的水合物晶体，便得到氧化铝。的水合物晶体，便得到氧化铝。n n用酸法处理铝矿石时，存在于矿石中的铁、钛、钒、用酸法处理铝矿石时，存在于矿石中的铁、钛、钒、铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引起酸的消耗，铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引起酸的消耗，而且它们与铝盐分离比较困难。氧化硅绝

9、大部分成为而且它们与铝盐分离比较困难。氧化硅绝大部分成为不溶物进入残渣与铝盐分离，但有少量成为硅胶进入不溶物进入残渣与铝盐分离，但有少量成为硅胶进入溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且需要昂贵的耐溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且需要昂贵的耐酸设备。酸设备。n n用酸法处理分布很广的高硅低铝矿用酸法处理分布很广的高硅低铝矿(如粘土、高岭土、如粘土、高岭土、煤矸石和煤灰煤矸石和煤灰)在原则上是合理的，在铝土矿资源缺在原则上是合理的，在铝土矿资源缺乏的情况下可以采用此法。乏的情况下可以采用此法。酸碱联合法生产氧化铝酸碱联合法生产氧化铝 酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿石中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化

10、铝，然后再用碱法处理。这一流程的实质是用酸法除硅，碱法除铁。热法生产氧化铝热法生产氧化铝 热法适合于处理高硅高铁的铝矿，其实质是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物，使矿石中的氧化铁、氧化硅、氧化钛等杂质还原，形成硅合金。而氧化铝则呈熔融状态的炉渣而上浮，由于密度不同而分离，所得氧化铝渣再用碱法处理从中提取氧化铝。铝土矿铝土矿n n铝土矿组成 n n铝土矿分类n n铝土矿的铝硅比n n我国铝土矿特点铝土矿组成铝土矿组成n n铝土矿是一种以氧化铝水合物为主要成分的复杂铝硅酸盐矿石，铝土矿的主要化学成分有：Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2，少量的CaO、MgO硫化物、微量的镓、钒、磷、铬等元素

11、的化合物。铝土矿分类铝土矿分类n n铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型可分为：三水铝石型铝土矿；一水软铝石型铝土矿；一水硬铝石型铝土矿和混合型铝土矿。铝土矿铝硅比铝土矿铝硅比铝土矿中的硅是碱法处理铝土矿制取氧化铝过程中最有害的杂质，铝土矿的铝硅比是衡量铝土矿质量的主要指标之一。铝硅比是指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的质量比：即A/S=矿石中的氧化铝质量/矿石中的二氧化硅质量。通常写为：A/S=Al2O3/SiO2我国铝土矿特点我国铝土矿特点n n我国铝土矿资源丰富，储量大；高铝、高硅、低铁；铝硅比较低，中低品位铝土矿居多；多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿。铝酸钠溶液铝酸钠溶液n n铝酸钠溶液成分n

12、 n铝酸钠溶液分子比n n铝酸钠溶液结构n n铝酸钠溶液诱导期n n铝酸钠溶液稳定性及其影响因素铝酸钠溶液铝酸钠溶液n n工业铝酸钠的主要成分是NaAl（OH）4、NaOH、Na2CO3、Na2SiO4等。通常把NaAl（OH）4中的Na2O叫做化合碱；把NaOH中的Na2O叫做游离碱，把Na2CO3中的Na2O叫做碳酸碱，并把碳酸碱和苛性碱统称为全碱。铝酸钠溶液分子比铝酸钠溶液分子比铝酸钠溶液的分子是指溶液中的苛性碱与氧化铝的摩尔比，用MR表示：分子比（MR）=苛性碱（Na2O）（mol）/氧化铝（Al2O3）（mol）=苛性碱（g）/氧化铝（g）1.645铝酸钠溶液结构铝酸钠溶液结构通过对

13、铝酸钠溶液进行的大量的研究揭示，铝酸钠溶液是通过对铝酸钠溶液进行的大量的研究揭示，铝酸钠溶液是离子真溶液，铝酸钠溶液能够完全解离为钠离子和铝酸离子真溶液，铝酸钠溶液能够完全解离为钠离子和铝酸根离子。根离子。关于铝酸钠溶液的结构问题，实质是指铝酸根离子的组成关于铝酸钠溶液的结构问题，实质是指铝酸根离子的组成及结构。及结构。根据近年来的研究结果，可归纳为以下几点：根据近年来的研究结果，可归纳为以下几点：（1 1）在一定温度下，中等浓度的铝酸钠溶液中，铝酸根）在一定温度下，中等浓度的铝酸钠溶液中，铝酸根离子是以离子是以Al(OH)4-Al(OH)4-为主。据此，从铝或氢氧化铝转入溶为主。据此，从铝或

14、氢氧化铝转入溶液的阳离子液的阳离子A13+A13+与与4 4个个OH-OH-化合时形成化合时形成Al(OH)4-Al(OH)4-。3 3个个OH-OH-离子与阳离子离子与阳离子A1 3+A1 3+以正常的价键结合，而第以正常的价键结合，而第4 4个个OH-OH-离子则以配价键结合离子则以配价键结合Al(OH)4-Al(OH)4-离子有正规的四面结离子有正规的四面结体构。体构。（2 2）在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离子）在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离子Al(OH)4-(H2Al(OH)4-(H2)x)x形式存在；形式存在；（3 3）在较浓的溶液中或温度较高时，发生）在较浓

15、的溶液中或温度较高时，发生Al(OH)4-Al(OH)4-离子离子脱水，并能形成脱水，并能形成A12A12(OH)62-(OH)62-聚离子。聚离子。n n一般生产条件下都用一般生产条件下都用Al(OH)4-Al(OH)4-表示铝酸根离子。表示铝酸根离子。铝酸钠溶液诱导期铝酸钠溶液诱导期铝酸钠溶液的诱导期即过饱和铝酸钠溶液自发铝酸钠溶液的诱导期即过饱和铝酸钠溶液自发分解析出氢氧化铝的时间长短。诱导期即是分解析出氢氧化铝的时间长短。诱导期即是在开头一段时间内溶液不发生明显的分解，在开头一段时间内溶液不发生明显的分解，在此期间溶液主要是发生内部变化在此期间溶液主要是发生内部变化离子聚离子聚合或晶核

16、开始形成。合或晶核开始形成。诱导期的长短取决于溶液的组成（浓度、诱导期的长短取决于溶液的组成（浓度、KK杂杂质和温度）等因素。质和温度）等因素。KK和浓度高以及有机物和浓度高以及有机物等存在时，诱导期长。添加晶种时也有诱导等存在时，诱导期长。添加晶种时也有诱导期，但诱导期的延续时间比不添加种子时短期，但诱导期的延续时间比不添加种子时短得多。以至在晶种量较多时延续时间只有几得多。以至在晶种量较多时延续时间只有几分钟甚至完全消失。分钟甚至完全消失。铝酸钠溶液稳定性及其影响因素铝酸钠溶液稳定性及其影响因素n n铝酸钠溶液的稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开始铝酸钠溶液的稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开始分

17、解析出氢氧化铝所需时间的长短。分解析出氢氧化铝所需时间的长短。n n形成铝酸钠溶液后立刻开始分解或经过短时间后即形成铝酸钠溶液后立刻开始分解或经过短时间后即开始分解的溶液，称为不稳定的溶液。能够存放很开始分解的溶液，称为不稳定的溶液。能够存放很久仍不发生明显分解的溶液，称为稳定的溶液。久仍不发生明显分解的溶液，称为稳定的溶液。n n影响工业铝酸钠溶液稳定性的主要因素有：影响工业铝酸钠溶液稳定性的主要因素有：溶液的分子比；溶液温度；溶液的氧化铝浓度；溶液溶液的分子比；溶液温度；溶液的氧化铝浓度；溶液中的杂质等。中的杂质等。氧化铝生产工艺氧化铝生产工艺n n拜耳法生产氧化铝n n烧结法生产氧化铝拜

18、耳法生产氧化铝拜耳法生产氧化铝n n拜耳法生产氧化铝工艺介绍n n拜耳法生产氧化铝基本原理n n拜耳法生产氧化铝工序拜耳法生产氧化铝工艺流程拜耳法生产氧化铝工艺流程拜耳法生产氧化铝的基本原理拜耳法生产氧化铝的基本原理n n拜耳法生产氧化铝的基本原理是：拜耳法生产氧化铝的基本原理是：n n （l l）用）用NaOHNaOH溶液溶出铝土矿，所得到的铝酸钠溶溶液溶出铝土矿，所得到的铝酸钠溶液在添加晶种、不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝液在添加晶种、不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出，即种分过程。呈氢氧化铝析出，即种分过程。n n （2 2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用）分解得

19、到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的铝土矿，即溶出过程。来溶出新的铝土矿，即溶出过程。n n交替使用这两个过程，就能够每处理一批矿石便得到交替使用这两个过程，就能够每处理一批矿石便得到一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法循环。一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法循环。n n用反应方程式表示如下：用反应方程式表示如下：n n Al2O3 Al2O3（1 1或或3 3）H2OH2O2NaOH2NaOHaq2NaAl(OH)4aq2NaAl(OH)4aqaq拜耳法生产氧化铝工序拜耳法生产氧化铝工序n n原矿浆制备n n高压溶出n n赤泥分离、洗涤n n晶种分解n n氢氧化铝分离、洗涤n n氢氧化铝焙烧原

20、矿浆制备原矿浆制备n n原矿浆制备的工艺流程n n矿石破碎n n配矿n n配碱n n配石灰n n原矿浆液固比调整n n预脱硅 原矿浆制备工艺流程原矿浆制备工艺流程原矿浆制备的主要设备包括：原矿浆制备的主要设备包括：带式输送机、球磨机、矿浆磨、螺旋分级机。铝土矿破碎铝土矿破碎n n从矿山开采的矿石一般呈不规则形状。根据目前破碎设备的生从矿山开采的矿石一般呈不规则形状。根据目前破碎设备的生产性能，一次破碎成符合磨矿粒度要求的细颗粒很困难，所以，产性能，一次破碎成符合磨矿粒度要求的细颗粒很困难，所以，破碎一般采用分段破碎，将破碎分成粗碎、中碎、细碎过程进破碎一般采用分段破碎，将破碎分成粗碎、中碎、细

21、碎过程进行。行。n n由直径由直径1500mm500 mm1500mm500 mm的矿石破碎成的矿石破碎成400125 mm400125 mm，叫粗碎；，叫粗碎；n n由由400125 mm400125 mm破碎成破碎成10025 mm10025 mm叫中碎；叫中碎；n n由由10025 mm10025 mm破碎成破碎成255 mm255 mm叫细碎。叫细碎。n n影响矿石破碎的因素很多，主要与矿石的结构、硬度、形状大影响矿石破碎的因素很多，主要与矿石的结构、硬度、形状大小以及均匀性等物理性质有关。小以及均匀性等物理性质有关。n n铝土矿破碎主要有以下几种方法：压碎、壁碎、折断、磨剥、铝土矿破

22、碎主要有以下几种方法：压碎、壁碎、折断、磨剥、击碎。击碎。n n 矿石破碎方法矿石破碎方法n n（1 1）压碎：利用两破碎工作面逼近时加压，使物料破碎。此法）压碎：利用两破碎工作面逼近时加压，使物料破碎。此法的特点是作用力逐步加大，作用力的范围较大，适用于破碎较的特点是作用力逐步加大，作用力的范围较大，适用于破碎较硬的矿石。硬的矿石。n n （2 2）壁碎：破碎工作是由尖齿楔入物料的壁面而完成的。）壁碎：破碎工作是由尖齿楔入物料的壁面而完成的。其特点是作用力的范围较为集中而发生局部破裂。此法适用干其特点是作用力的范围较为集中而发生局部破裂。此法适用干脆性矿石的破碎。脆性矿石的破碎。n n （3

23、 3）折断：物料在破碎工作面间如同承受集中负荷的支点）折断：物料在破碎工作面间如同承受集中负荷的支点梁，除在外力作用点处受壁力之外，矿石本身发生折屈而破碎。梁，除在外力作用点处受壁力之外，矿石本身发生折屈而破碎。n n （4 4）磨剥：破碎工作面在物料上相对移动，对物料施加剪）磨剥：破碎工作面在物料上相对移动，对物料施加剪压力，这种力是作用在物料的表面上。此法适用于细粒物料的压力，这种力是作用在物料的表面上。此法适用于细粒物料的磨矿。磨矿。n n（5 5）击碎：利用击碎力的瞬间作用于物料上使物料破裂，是动）击碎：利用击碎力的瞬间作用于物料上使物料破裂，是动力破碎。力破碎。配矿计算配矿计算n n

24、假设已知两种铝土矿的成分如下：假设已知两种铝土矿的成分如下：n n SiO2 SiO2（%）Fe2O3 Fe2O3（%）Al2O3 Al2O3（%）A/S A/Sn n 第一种第一种 S1 F1 A1 K1 S1 F1 A1 K1 n n 第二种第二种 S2 F2 A2 K2 S2 F2 A2 K2n n要求混矿的要求混矿的A/SA/S为为K K，计算两种矿石的配矿比例。，计算两种矿石的配矿比例。n n根据条件必须是根据条件必须是K1K1K KK2K2或或K1K1K KK2K2，否则达不到调整要，否则达不到调整要求。求。n n假设第一种矿石用假设第一种矿石用1 1吨时，需要配入第二种矿石吨时，

25、需要配入第二种矿石X X吨，根据铝土吨，根据铝土矿铝硅比的定义进行计算：矿铝硅比的定义进行计算：n n 配碱配碱n n单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。n n生产中，要求溶出液具有一定分子比。此指标是工厂根据具体生产中，要求溶出液具有一定分子比。此指标是工厂根据具体生产条件而确定。配碱量主要考虑以下三方面的用碱量：生产条件而确定。配碱量主要考虑以下三方面的用碱量：n n（1 1）铝酸钠结合碱。例如当规定的）铝酸钠结合碱。例如当规定的MRMR1.451.45时，即是溶出一时，即是溶出一个分子的氧化铝，在溶液中就要保留有个分子的氧化铝，在溶液中就要保留有1.4

26、51.45个分子的氧化钠；个分子的氧化钠；n n（2 2）与氧化硅反应生成钠硅渣所需碱。矿石中有一公斤的氧化）与氧化硅反应生成钠硅渣所需碱。矿石中有一公斤的氧化硅就要配入硅就要配入MM（KgKg）的苛性钠；）的苛性钠；n n（3 3）在溶出过程中由于反苛化反应和机械损失的苛性碱。）在溶出过程中由于反苛化反应和机械损失的苛性碱。n n但配料时加入的碱并不是纯苛性氧化钠，而是生产中返回的循但配料时加入的碱并不是纯苛性氧化钠，而是生产中返回的循环母液。循环母液中除苛性氧化钠外，还有氧化铝、碳酸钠和环母液。循环母液中除苛性氧化钠外，还有氧化铝、碳酸钠和硫酸钠等成份。所以在循环母液中有一部分苛性氧化钠与

27、母液硫酸钠等成份。所以在循环母液中有一部分苛性氧化钠与母液本身的氧化铝化合，称为惰性碱。剩下的部分才是游离苛性氧本身的氧化铝化合，称为惰性碱。剩下的部分才是游离苛性氧化钠，它对配料才是有效的。化钠，它对配料才是有效的。石灰配入量石灰配入量n n 拜耳法配料加入的石灰量是以铝矿石中含氧化钛（Ti02）量计算的，按其反应式要求氧化钙和氧化钛的克分子比为2.0。原矿浆液固比调整原矿浆液固比调整n n在磨矿中，球磨机的下料量要求稳定。因此，原矿浆在磨矿中，球磨机的下料量要求稳定。因此，原矿浆液比固的调节是调节循环母液的加入量来实现的。在液比固的调节是调节循环母液的加入量来实现的。在拜耳法磨矿中，循环母

28、液由三个点加入，而磨机内和拜耳法磨矿中，循环母液由三个点加入，而磨机内和分级机溢流的液固比在磨矿的操作中要求稳定。因此，分级机溢流的液固比在磨矿的操作中要求稳定。因此，调节原矿浆的液固比，实际上是靠增减加人混合槽的调节原矿浆的液固比，实际上是靠增减加人混合槽的循环母液量来实现。循环母液量来实现。n n 稳定循环母液的浓度和严格铝土矿的配矿制度，稳定循环母液的浓度和严格铝土矿的配矿制度，是确保拜耳法正确配碱的有效措施。同时应尽量减少是确保拜耳法正确配碱的有效措施。同时应尽量减少非生产用水进入流程及提高石灰质量等，也是拜耳法非生产用水进入流程及提高石灰质量等，也是拜耳法正确配料，达到良好溶出指标的

29、重要保证。正确配料，达到良好溶出指标的重要保证。预脱硅预脱硅 n n为了减轻拜耳法过程中，硅渣在溶出时析出，影响溶为了减轻拜耳法过程中，硅渣在溶出时析出，影响溶出效果，在原矿浆进入溶出之前进行预脱硅，是减轻出效果，在原矿浆进入溶出之前进行预脱硅，是减轻结疤的有效途径。结疤的有效途径。n n预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在9090以上以上搅拌搅拌6-10h6-10h，添加钠硅渣晶种，使硅矿物尽可能转变，添加钠硅渣晶种，使硅矿物尽可能转变为硅渣，该过程称为预脱硅。为硅渣，该过程称为预脱硅。n n 预脱硅过程并不是所有的硅矿物都能参加反应，预脱硅过程并不是所有

30、的硅矿物都能参加反应，只有高岭石和多水高岭石这些活性的硅矿物才能反应只有高岭石和多水高岭石这些活性的硅矿物才能反应生成钠硅渣，保持较长时间，可以使生成钠硅渣的反生成钠硅渣，保持较长时间，可以使生成钠硅渣的反应进行得更充分。应进行得更充分。铝土矿拜耳法溶出铝土矿拜耳法溶出 n n溶出的目的 n n溶出简易工艺流程 n n铝土矿中各组分在溶出过程中的行为n n铝土矿溶出过程n n铝土矿溶出技术n n高压溶出系统n n结疤高压溶出的目的高压溶出的目的n n高压溶出的目的就是用苛性碱溶液将铝土矿高压溶出的目的就是用苛性碱溶液将铝土矿中的氧化铝溶出，生成铝酸钠溶液，有效地中的氧化铝溶出，生成铝酸钠溶液，

31、有效地提取铝土矿的氧化铝。使溶液充分脱硅，避提取铝土矿的氧化铝。使溶液充分脱硅，避免过量的免过量的SiO2SiO2影响，把苛性碱的消耗减至最影响，把苛性碱的消耗减至最少。少。n n工业生产中一般采用循环母液来溶出铝土矿。工业生产中一般采用循环母液来溶出铝土矿。为了加快氧化铝水合物（特别是一水硬铝石）为了加快氧化铝水合物（特别是一水硬铝石）的溶出速度，添加石灰，并且把铝土矿、石的溶出速度，添加石灰，并且把铝土矿、石灰、循环母液磨制成矿浆后在溶出设备中完灰、循环母液磨制成矿浆后在溶出设备中完成溶出过程。成溶出过程。铝土矿中各组分在溶出过程中的行为铝土矿中各组分在溶出过程中的行为铝土矿中各组分在溶出

32、过程中的行为铝土矿中各组分在溶出过程中的行为n n氧化铝水合物n n氧化硅n n氧化钛n n氧化铁氧化铝水合物在溶出过程中的行为氧化铝水合物在溶出过程中的行为氧化铝水合物在溶出过程中的行为氧化铝水合物在溶出过程中的行为n n铝土矿所含氧化铝水合物在溶出条件下与循环母液中的铝土矿所含氧化铝水合物在溶出条件下与循环母液中的NaOHNaOH作作用生成铝酸钠进入溶液中。用生成铝酸钠进入溶液中。n n 三水铝石型铝土矿中的三水铝石型铝土矿中的Al(OH)3Al(OH)3与与Al(OH)3Al(OH)3在常压下即可反应，在常压下即可反应，反应方程式如下：反应方程式如下：n n Al(OH)3 Al(OH)

33、3Al(OH)3+aqAl(OH)3+aqNaAl(OH)4NaAl(OH)4aqaqn n而一水软铝石型或一水硬铝石型铝土矿中的而一水软铝石型或一水硬铝石型铝土矿中的AlOOHAlOOH在相应的高在相应的高温（高压）及高碱浓度下发生下列反应：温（高压）及高碱浓度下发生下列反应：n nA1OOHA1OOHNaOHNaOHaqaqNaAl(OH)4NaAl(OH)4aqaqn n 含在某些一水硬铝石型铝土矿中的刚玉在一般工业高压溶出含在某些一水硬铝石型铝土矿中的刚玉在一般工业高压溶出条件下与苛性钠不发生作用而残留于赤泥中。条件下与苛性钠不发生作用而残留于赤泥中。n n氧化铝水合物与苛性钠发生的反

34、应是溶出过程的主反应。氧化铝水合物与苛性钠发生的反应是溶出过程的主反应。氧化硅水合物在溶出过程中的行为氧化硅水合物在溶出过程中的行为氧化硅水合物在溶出过程中的行为氧化硅水合物在溶出过程中的行为铝土矿中的氧化硅一般以石英（铝土矿中的氧化硅一般以石英（SiO2SiO2），蛋白石），蛋白石（SiO2.nH2OSiO2.nH2O）、高龄石（）、叶腊石（）等形式存在。）、高龄石（）、叶腊石（）等形式存在。SiO2SiO2在溶出过程的行为取决于它的矿物组成、溶出温度和在溶出过程的行为取决于它的矿物组成、溶出温度和溶出过程的时间。溶出过程的时间。无定形的蛋白石，不仅易溶于苛性碱溶液，而且还能溶于无定形的蛋白

35、石，不仅易溶于苛性碱溶液，而且还能溶于碳酸钠溶液，其反应方程式如下：碳酸钠溶液，其反应方程式如下：SiO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aqSiO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aqSiO2.nH2O+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+CO2+aqSiO2.nH2O+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+CO2+aq 游离状态的游离状态的SiO2SiO2和石英只有在较高温度下，才开始和石英只有在较高温度下，才开始和铝酸钠溶液起反应。和铝酸钠溶液起反应。在低温下溶出三水铝石时，矿石中以石英形态存在的那部在低温下溶出三水铝石时，矿石中以石英形态存在的那部分分Si

36、O2SiO2将转移到赤泥中被分离出去，不会引起氧化铝和将转移到赤泥中被分离出去，不会引起氧化铝和氧化钠的损失。氧化钠的损失。n n溶出一水硬铝石时，在溶出条件下铝土矿中所有形态溶出一水硬铝石时，在溶出条件下铝土矿中所有形态的的SiO2SiO2都与碱反应，生成含水铝硅酸钠，反应方程式都与碱反应，生成含水铝硅酸钠，反应方程式为：为：n nAl2O3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3Al2O3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq+aqn n2NaAlO2+2Na2SiO3+aq=3 2NaAlO2+2Na2SiO3+

37、aq=3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+4NaOHNa2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+4NaOHn n添加石灰时进一步反应生成含水铝硅酸钙。反应方程添加石灰时进一步反应生成含水铝硅酸钙。反应方程式为：式为：n n 3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+3Ca 3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+3Ca（OHOH）（）（6-6-2n2n）H2O+6NaOHH2O+6NaOHn n不添加石灰，溶出一水硬铝石时，不添加石灰，溶出一水硬铝石时，SiO2SiO2成为钠硅渣进成为钠硅渣进入赤泥中。入赤泥中。n n添加石灰溶出一水硬铝石时，还会生成水化石榴石。添加石灰

38、溶出一水硬铝石时，还会生成水化石榴石。n n生产上称含水铝硅酸钠为钠硅渣，生产含水铝硅酸钠生产上称含水铝硅酸钠为钠硅渣，生产含水铝硅酸钠的反应为脱硅反应。的反应为脱硅反应。n n含硅矿物能对氧化铝生产带来危害。含硅矿物能对氧化铝生产带来危害。SiO2造成的危害造成的危害 n n由于SiO2的存在，溶出时造成氧化铝和苛性碱的损失，生成的铝硅酸盐绝大多数进到赤泥之中而排除。但还有少量仍残留在溶液之中。在生产条件发生变化时，SiO2在溶液之中过饱和而析出，导致整个工厂管道和设备器壁上产生结疤，妨碍生产。残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解对会随同氢氧化铝一起析出，影响产品质量。因此，在生产过程要控制和

39、减少SiO2的有害作用。氧化铁水合物在溶出过程中的行为氧化铁水合物在溶出过程中的行为氧化铁水合物在溶出过程中的行为氧化铁水合物在溶出过程中的行为n n铝土矿中主要含有赤铁矿铝土矿中主要含有赤铁矿(a(aFe2O3)Fe2O3)，菱铁矿，菱铁矿（FeCO3FeCO3）针铁矿）针铁矿(a(aFeOOH)FeOOH)和水赤铁矿（和水赤铁矿（Fe2O3-Fe2O3-0.5H2O0.5H2O）等。）等。n n 铝土矿溶出时所有赤铁矿全部残留在赤泥中，成为铝土矿溶出时所有赤铁矿全部残留在赤泥中，成为赤泥的重要组成部分。赤泥的重要组成部分。n n赤泥中以针铁矿形式存在的赤泥中以针铁矿形式存在的Fe2O3Fe

40、2O3，通常都具有不良，通常都具有不良的沉降和过滤性能。因此，在溶出时添加石灰促进了的沉降和过滤性能。因此，在溶出时添加石灰促进了针铁矿转变为赤铁矿。可以提高氧化铝的溶出率，也针铁矿转变为赤铁矿。可以提高氧化铝的溶出率，也改善了赤泥的沉降性能。改善了赤泥的沉降性能。n n氧化铁含量越多，赤泥量越大，则洗涤用水越多，因氧化铁含量越多，赤泥量越大，则洗涤用水越多，因此水的蒸发量大，相应赤泥分离设备、洗涤设备及蒸此水的蒸发量大，相应赤泥分离设备、洗涤设备及蒸发设备相应增多，提高了产品成本。发设备相应增多，提高了产品成本。n n在生产溶液中往往含有在生产溶液中往往含有2323毫克毫克/升以铁酸钠形态溶

41、解升以铁酸钠形态溶解的铁，还含有细度在的铁，还含有细度在3 3微米以下的含铁矿物微粒，这微米以下的含铁矿物微粒，这些微粒很难滤除，则成为氢氧化铝被铁污染的来源。些微粒很难滤除，则成为氢氧化铝被铁污染的来源。氧化钛水合物在溶出过程中的行为氧化钛水合物在溶出过程中的行为氧化钛水合物在溶出过程中的行为氧化钛水合物在溶出过程中的行为铝土矿含钛矿物多以金红石和锐钛矿物存在。铝土矿含钛矿物多以金红石和锐钛矿物存在。不加石灰时，含钛矿物能引起氧化铝溶出率降低和氧化钠损失，不加石灰时，含钛矿物能引起氧化铝溶出率降低和氧化钠损失，还导致赤泥沉降性能变坏以及在加热设备表面形成结疤。还导致赤泥沉降性能变坏以及在加热

42、设备表面形成结疤。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不溶性的钛酸钠成不溶性的钛酸钠3TiO2+2NaOH+aq=Na2O3TiO22.5H2O+aq3TiO2+2NaOH+aq=Na2O3TiO22.5H2O+aq钛酸钠结晶致密，在矿粒表面形成一致密薄膜，把矿粒包裹起来，钛酸钠结晶致密，在矿粒表面形成一致密薄膜，把矿粒包裹起来，阻碍一水硬铝石的溶出。阻碍一水硬铝石的溶出。由于三水铝石易溶解，在钛酸钠生成之前已经溶解完毕，所以由于三水铝石易溶解，在钛酸钠生成之前已经溶解完毕，所以 TiO2TiO2不影响三水铝石的溶出

43、。不影响三水铝石的溶出。一水软铝石型铝土矿，则受到一定程度的影响。一水软铝石型铝土矿，则受到一定程度的影响。生产中为了消除氧化钛在溶出过程中的危害，一般采用添加石灰生产中为了消除氧化钛在溶出过程中的危害，一般采用添加石灰的办法，使的办法，使TiO2TiO2与与CaOCaO作用生成不溶解的钛酸钙：作用生成不溶解的钛酸钙：2CaO2CaOTiO2TiO2十十2H2O=2CaOTiO22H2O2H2O=2CaOTiO22H2O由于钛酸钙结晶粗大松脆，易脱落，所以氧化铝溶出不受影响，由于钛酸钙结晶粗大松脆，易脱落，所以氧化铝溶出不受影响，并且消除了生成钛酸钠所造成的碱损失。并且消除了生成钛酸钠所造成的

44、碱损失。添加石灰的作用添加石灰的作用n n高压溶出过程添加石灰的主要作用是：n n（l）消除含钛矿物的有害作用，显著提高Al2O3的溶出速度和溶出率；n n（2）促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中的氧化铝充分溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善：n n（3）活化一水硬铝石的溶出反应。n n（4）生成水化石榴石，减少Na2O损失，降低碱耗。铝土矿溶出过程铝土矿溶出过程n n铝土矿溶出，属于多相反应。反应发生于液体和固体两相的界面上，铝土矿溶出，属于多相反应。反应发生于液体和固体两相的界面上，两相接触界面上的两相接触界面上的OH-OH-离子，由于不断地参与反应而逐渐消失，因而离子，由于不断地参与反应而逐渐

45、消失，因而靠近矿粒表面溶液中的靠近矿粒表面溶液中的OH-OH-离子浓度逐渐降低。同时紧靠矿粒表面这离子浓度逐渐降低。同时紧靠矿粒表面这一层的反应产物一层的反应产物 AlAl（OHOH）4 4的浓度则趋于饱和，形成扩散层。的浓度则趋于饱和，形成扩散层。因此，新的因此，新的OHOH不断地通过扩散层向固相表面移动，与氧化铝反不断地通过扩散层向固相表面移动，与氧化铝反应，而反应产物应，而反应产物AlAl（OHOH）4 4则不断地通过扩散层向外移动，使反则不断地通过扩散层向外移动，使反应不断地进行。应不断地进行。n n铝土矿溶出过程包括如下几个步骤：铝土矿溶出过程包括如下几个步骤：n n1 1、循环母液

46、湿润矿粒表面；、循环母液湿润矿粒表面；n n2 2、氧化铝水合物与、氧化铝水合物与OH-OH-相互作用生成铝酸钠；相互作用生成铝酸钠；n n3 3、形成、形成Al(OH)4-Al(OH)4-的扩散层；的扩散层；n n 4 4、Al(OH)4-Al(OH)4-从扩散层扩散出来。而从扩散层扩散出来。而OH-OH-则从溶液中扩散到固相接触则从溶液中扩散到固相接触面上，使反应继续下去。面上，使反应继续下去。影响铝土矿溶出过程的主要因素n n主要的影响因素如下：n n（1）溶出温度n n（2）保温时间n n（3）溶出液中氧化铝浓度n n（4）溶出分子比n n（5）搅拌强度 n n（6）矿浆细度高压溶出技

47、术高压溶出技术n n高压溶出系统组成n n我国高压溶出技术高压溶出系统组成高压溶出系统组成n n原矿浆在进压煮器溶出以前须进行预热，高压溶出的高温压煮矿浆要通过一系列自蒸发器逐步冷却，将压力降为常压，由预热器、压煮器、自蒸发器等设备组成高压溶出系统。我国高压溶出技术：我国高压溶出技术：n n我国高压溶出技术主要有以下几种：（1）单管预热高压釜溶出技术；（2）管道化溶出技术；（3）管道停留罐溶出技术；（4）双流法溶出技术。结疤分类结疤分类n n拜耳法过程结疤可分为四大类：拜耳法过程结疤可分为四大类：n n（1 1）因溶液分解而产生，以）因溶液分解而产生，以AlAl（OHOH）3 3为主，主要在赤

48、泥分离为主，主要在赤泥分离沉降槽、赤泥洗涤沉降糟、分解槽等设备的器壁上生成。视条沉降槽、赤泥洗涤沉降糟、分解槽等设备的器壁上生成。视条件不同，可以是三水铝石、拜耳石、诺尔石，一水软铝石及胶件不同，可以是三水铝石、拜耳石、诺尔石，一水软铝石及胶体。体。n n（2 2）由溶液脱硅以及铝土矿与溶液间反应而产生。如钠硅渣，）由溶液脱硅以及铝土矿与溶液间反应而产生。如钠硅渣，水化石榴石等。此类结疤主要是在矿浆预热，溶出过程及母液水化石榴石等。此类结疤主要是在矿浆预热，溶出过程及母液蒸发过程中出现。其结晶形态与温度、溶液组成、时间等多种蒸发过程中出现。其结晶形态与温度、溶液组成、时间等多种因素有关。因素有

49、关。n n（3 3）因铝土矿中含钛矿物在拜耳法高温溶出过程中与添加剂）因铝土矿中含钛矿物在拜耳法高温溶出过程中与添加剂及溶液反应而生成。主要成份为钛酸钙及溶液反应而生成。主要成份为钛酸钙CaOTiO2CaOTiO2和羟基钛酸钙和羟基钛酸钙CaTi2 O4CaTi2 O4（OHOH）2 2。这类结疤主要在高温区生成。这类结疤主要在高温区生成。n n（4 4）除上述三种以外的结疤成分，如一水硬铝石、铁矿物、）除上述三种以外的结疤成分，如一水硬铝石、铁矿物、磷酸盐、含镁矿物、氟化物及草酸盐等。这类结疤相对较少。磷酸盐、含镁矿物、氟化物及草酸盐等。这类结疤相对较少。n n结疤的实际矿物组成则更复杂，如

50、在钙钛矿的结疤中含有相当结疤的实际矿物组成则更复杂，如在钙钛矿的结疤中含有相当量的锆、铌和钇。量的锆、铌和钇。结疤危害结疤危害n n在氧化铝生产过程中,结疤形成和危害比较复杂。对氧化铝生产带来的危害主要是使热交换设备的传热系数下降,能耗升高,造成生产成本增加。当加热面的结疤厚达1 mm 时,为达到相同的加热效果,必须增加一倍的传热面积,或者相应地提高热介质温度。结疤能直接影响生产工艺、技术经济指标。结疤清除方法结疤清除方法n n结疤清除方法有物理和化学清理两种方法。n n物理方法主要有：n n机械清理；火焰清理等。n n化学清理是用混合酸反复冲洗管道。拜耳法赤泥分离、洗涤、粗液精制拜耳法赤泥分