[精选]氧化铝生产工艺教学337169.pptx

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1、L/O/G/O拜耳法生产氧化铝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 液固多相反应铝土矿的溶出过程：铝土矿的溶出过程：铝土矿与碱液的反应属于复杂的液 铝土矿与碱液的反应属于复杂的液-固多 固多相反应 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

2、铝土矿溶出动力学步骤1.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。Al OOH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铝土矿溶出动力学三水铝石型铝土矿 三水铝石型铝土矿K常数A表面积，m2CNaOH苛性碱浓度,%T溶出温度,K一水软铝石型铝土矿 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

3、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铝土矿溶出动力学一水硬铝石型铝土矿 一水硬铝石型铝土矿K+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CAAlO2-浓度CNOH-浓度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铝土矿溶出过

4、程的要求 铝土矿溶出过程的要求2.2 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2.2 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2.2 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

5、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1.03 1.15 1.22 1.66相对溶出率99.12 98.62 97.04 92.23溶出液MR 1.57 1.59 1.61 1.622.2 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kA/S

6、（赤泥）N/S（赤泥）A相（%）245 1.73 2.31 0.601 85260 1.63 1.33 0.582 96.3280 1.61 1.16 0.573 98.2Na2Ok=200g/l，配料分子比MR=1.6，C/T=2.52，溶出时间为1.5小时2.2 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

7、/L。溶出温度2202.2 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配碱分子比为了保证高的循环效率和高的Al2O3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。2.2 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搅拌强度扩散速率方程 加强搅拌，强化

8、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1.55m/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。2.2 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

9、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2.2 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。2.2 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-

10、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。2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺氧化铝实际溶出率：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。2.2 铝土矿溶出过程的化学反应

11、及溶出工艺赤泥的产出率：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碱耗：铝土矿溶出过程，每溶出1tAl2O3所损失的碱量A/S=7 时，理=85.7%，Na2O耗=101KgA/S=5 时，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

12、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2.2 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u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。u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

13、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u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，易爆管蒸气直接加热的高压溶出器组 管道化溶出原理流程图2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺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(德国RA6)2.

14、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(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/280 250 270-280 260碱液分子比/溶出液分子比 2.85/1.50 2.85/1.50 2.85/1.50 2.80/1.48加热原矿浆流速/(m/s)2-3 2-3传热系数/(kJ/m2hc)3000-5000 2500-3000 3000-5000 2500-3000碱液浓度/(g/L)140 220 155 230溶出及蒸发热耗/(GJ/tAO)3.9 8.2 4.2 8.5管道溶出和

15、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/万元设备投资总价值/万元2套RA6装置 1700 1360 110 14701系列压煮溶出器 1900 2090 167 45 2302管道溶出和压煮器溶出的投资比较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生产操作和维护1、溶出系统开停车所需时间短 管道溶出装置放空及开车各需2h,压煮器溶出装置放空需10h，开车需16-20h.2、维修费用低 管道化溶出系统没有搅拌等传动装置，没有备用中间设备（高压阀门、管件等），维修费用低。3、清

16、理方法比较简单管道化溶出的清理采用化学清理和机械清理相结合的方法，压煮器组的清理采用化学清理、机械清理和人工清理相结合的方法。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生产操作和维护4、操作容易 管道溶出系统结构简单，附件少，易操作；而压煮溶出系统设备间管道连接复杂，密封、转动部分多，单个压煮器的切换、旁通频繁而复杂。5、管道溶出可以采用熔盐加热 熔盐加热的热效率高达90%，且熔盐加热简单可靠，熔盐加热炉靠近溶出装置，输送热载体的路程较短，热损失小；而高压蒸汽锅炉一般距溶出装置较远，输送热载体的热损失大，还存在冷凝水的回流问题。2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺我

17、国拜耳法溶出技术的进步2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺蒸汽直接加热的压煮器溶出管道化溶出技术 山西铝厂和平果铝厂从法国引进的单管预热-高压釜溶出 长城铝业郑州铝厂从德国引进的管道化溶出（RA6)我国具有自主知识产权的管道-停留罐溶出双流法溶出技术 是将配矿用的碱液分成两部分，第一部分为总液量的20%，与铝矿磨制成矿浆流，剩余的大部分碱液为碱液流，两股料流分别用溶出矿浆多级自蒸发产生的二次蒸汽预热后，碱液流在用新蒸汽加热，在第一个溶出器中两股料流混合；汇合矿浆在溶出器中用新蒸汽直接加热至溶出温度并完成溶出过程。2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺结疤的形成：在铝土矿预热和溶出过程

18、中，一些矿物与循环母液发生化学反应，生成溶解度很小的化合物从液相中结晶析出并沉积在容器表面上，形成结疤。结疤分类：以Al(OH)3为主的结疤，由溶解、分解过程而生成。主要在赤泥分离、洗涤设备和分解设备的器壁上生成。以钠硅渣，水化石榴石为主的结疤，由溶液脱硅以及铝土矿与溶液间反应而产生。主要在矿浆预热，溶出过程及母液蒸发过程中出现。以钛酸钙类为主的结疤，由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。主要在高温区生成。难清除。其他结疤，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。2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺结疤生成的温度：10016

19、0 生成钠硅渣和少量的钙钛渣；160220 生成钙钛渣和少量的钠硅渣；220280 生成钙钛渣、钠硅渣、钙钛渣、磷酸钙和赤铁矿。影响结疤生成的因素：矿浆矿物组成：矿浆矿物组成不同，生成的结疤不同。温度：升温过程，低温段（100-180）结疤轻微，高温段（180-265）有结疤；溶出阶段结疤严重。停留罐技术适合我国铝土矿的溶出特点。矿浆加热管道两侧介质温差增大催进结疤的生长；矿浆温度升高，还使结疤结晶逐渐致密和牢固。石灰添加量：不同温度段，石灰添加量对结疤的生成规律不同。165-210，结疤生成速度随石灰添加量增加而减少；245280 增加石灰量使钛结疤的生成速度加快。矿浆Al2O3浓度：矿浆A

20、l2O3浓度增加，结疤速度增加。结疤主要以水合铝硅酸钠为主。2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺结疤的危害：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。2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺结疤的防治：预脱硅为主，保持矿浆的良好流动状态。预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在90以上搅拌6-10h，使大部分SiO2在高压溶出前的预热阶段成为水合铝硅酸钠结晶析出。是减轻溶出器和管道结疤的有效途径。影响预脱硅效果的因素：含硅矿物活性

21、：含活性SiO2低的铝土矿溶出过程脱硅效果差，必须进行预脱硅。含硅矿物种类：含硅矿物不同，预脱硅性能差别很大。国外铝土矿一般在95，8h条件下，顶脱硅率达75-80。而我国只有山西铝土矿可以达到较高的顶脱硅率。铝土矿含量：预脱硅时，矿浆中铝土矿含量越高产生的脱硅产物晶种就越多，较多的晶种，会使脱硅过程加快。温度：脱硅初期温度越高，脱硅速度越快。随着预脱硅时间的延长，脱硅温度的影响减小。2.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺常压预脱硅试验结果矿石 温度/时间/h 脱硅率/%脱钛率/%贵州矿95 4-5 26.5-31 4.5贵州矿100 8 34 5贵州矿105 4-8 31.8-38.8

22、5.2-8.7平果矿90-95 5-8 34.8 25.9河南矿90-95 4-6 24.2 8.52山西矿100 4-8 75-802.2 铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺结疤的清除：机械清理、火焰清理、高压水清洗和酸洗等方法。机械清理:用风动硬质合金钻头进行，钻头中间可以通水同时冲洗，是用10-100MPa水冲碎结疤使结疤脱落。火焰清理:是骤然加热管道，使结疤中的水合物急剧脱水暴裂脱落，再用清水冲洗。酸洗:是用混合酸清洗结疤。不同的结疤，有不同的酸洗方法 一般的结疤：可用5-15%的H2SO4或10%的HCl清洗。含钛酸钙的结疤：酸中应添加1.5-2.5%HF。为避免HF的毒性，可以用NaF来代替，此时应延长清洗时间，为防止设备被酸腐蚀。对于致密的含钛酸钙的高温结疤，须先经酸洗再用高压水冲洗才能奏效。原矿浆由100 升温到150 时，在预热器内所生成的结疤用草酸加磷酸的混合酸进行清洗，效果较好。原矿浆由180 加热到220 时，所生成的结疤用盐酸、草酸和氢氟酸的混合酸进行清洗效果较好。L/O/G/OThank You!L/O/G/O演讲完毕，谢谢观看！