拜耳法生产氧化铝第四章高压溶出课件.ppt

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1、冶金化工系冶金教研室山东铝业职业学院一、概述 铝土矿的溶出过程一般是在高压高压(高温)条件下进行的。高压溶出的目的:用循环母液(苛性碱溶液)迅速将铝土矿中的Al2O3溶出,制成铝酸钠溶液。第四章 高压溶出二、铝土矿及循环母液的主要成分有用成分:有用成分:氧化铝(Al2O3)(主要有用成分)、镓杂质:杂质:氧化硅(SiO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧化钛(TiO2)、碳酸盐第四章 高压溶出1.拜耳法生产中所用铝土矿的主要成分 苛性钠(NaOH),铝酸钠NaAl(OH)4,碳酸钠(Na2CO3)第四章 高压溶出2.溶出所用循环母液的主要成分三、铝土矿各种成分在溶出过程中的行为 铝土矿在溶出过程中发

2、生的主要反应是氧化铝水合物的溶出。溶出过程中绝大部分的杂质多进入赤泥中,但也有少量的杂质溶解于碱液中,杂质在溶出过程中的反应也影响到氧化铝生产的技术经济指标。第四章 高压溶出 铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶液,形成铝酸钠溶液。反应方程式:Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq 这是溶出过程的主反应。第四章 高压溶出1.氧化铝水合物溶出时的行为 SiO2在溶出过程中的行为取决于它的矿物组成、溶出温度和溶出过程的时间。游离状态的游离状态的SiO2 和石英和石英只有在较高的温度下(150)才开始和铝酸钠溶液起反应。如果在

3、低温下溶出三水铝石,这部分SiO2将转移到赤泥中被分离出去。而以硅酸盐状态存在的氧化硅以硅酸盐状态存在的氧化硅在溶出过程中于碱液作用生成Na2SiO3进入溶液中,Na2SiO3随即与溶液中的铝酸钠发生脱硅反应生成含水铝硅酸钠(钠硅渣)(Na2OAl2O31.7SiO2nH2O)进入固相赤泥中。高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达150-200。第四章 高压溶出2.氧化硅在溶出过程中的行为 SiO2在在Al2O3生产中的危害:生产中的危害:生成含水铝硅酸钠,造成生成含水铝硅酸钠,造成Na2OK和和Al2O3的损失。的损失。按Na2OAl2O31.7SiO2nH2O分子式计算,每公斤SiO2造成

4、0.608公斤的Na2OK和1公斤Al2O3的损失,因而拜耳法只适应于处理低硅优质铝土矿。由于由于溶出液在流程中发生脱硅反应,造成工厂管道溶出液在流程中发生脱硅反应,造成工厂管道和设备器壁上产生结疤,妨碍生产。和设备器壁上产生结疤,妨碍生产。残留在铝酸钠溶液中的残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解时会随在分解时会随Al(OH)3一起析出,影响产品质量。一起析出,影响产品质量。因此,在生产过程中要控制和减少SiO2的有害作用。第四章 高压溶出 在铝土矿溶出过程中所有铁矿物全部残留在赤泥中,成为赤泥的重要组成部分。第四章 高压溶出3.氧化铁在溶出过程中的行为 铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。

5、氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O3TiO22H2O。造成Na2O的损失。生成的钛酸钠会在一水硬铝石的表面形成一层致密的保护膜,使溶解过程恶化,Al2O3溶出率降低。(但氧化钛对三水铝石的溶解起不到阻碍作用,对一水软铝石的阻碍作用也小得多。)第四章 高压溶出4.氧化钛在溶出过程中的行为消除消除TiO2危害的有效措施:危害的有效措施:在铝土矿溶出时添加石灰 此时TiO2与CaO生成结晶状的钛酸钙Ca2OTiO2(松脆多孔、极易脱落),使Al2O3的溶出过程不再受到阻碍,也降低了Na2O的消耗。第四章 高压溶出 1)氧化钙的来源:氧化钙的来源:工艺流程中添加石灰 铝土矿本身含有石灰(在原矿浆

6、中氧化钙以Ca(OH)2形态参与反应)第四章 高压溶出5.氧化钙在溶出过程中的行为 2 2)氧化钙的行为)氧化钙的行为 在原矿浆的制备、储存过程以及压煮后矿浆的自蒸发冷却稀释过程中,生成3 CaOAl2O36 H2O,造成Al2O3的损失。3 Ca(OH)2+2 NaAl(OH)4+aq=3 CaOAl2O36 H2O+2 H2O+aq 当物料中含有硅矿物时,往铝酸钠溶液中添加石灰将引起水花石榴石3CaOAl2O3xSiO2(6-2x)H2O的生成。(活化一水硬铝石的溶出,使溶出过程强化)(水花石榴石比钠硅渣更易脱离矿粒表面)第四章 高压溶出 3 3)铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用铝土矿高

7、压溶出过程中添加石灰的作用 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。促进针铁矿转变为赤铁矿,使其中的Al2O3充分溶出,并使赤泥的沉降性能得到改善。(针铁矿FeOOH,赤铁矿Fe2O3,针铁矿具有不良的沉降和过滤性能。)活化一水硬铝石的溶出反应。生成水化石榴石,减少Na2O损失,降低碱耗。第四章 高压溶出四、铝土矿的溶出过程 铝土矿的溶出过程包括以下几个步骤:铝土矿的溶出过程包括以下几个步骤:循环母液湿润矿粒表面;氧化铝水合物与OH-相互作用生成铝酸钠;形成NaAl(OH)4的扩散层;Al(OH)4-从扩散层扩散出来,而OH-则从溶液中扩散到固相接触面上,使反应继续下去。

8、第四章 高压溶出五、溶出过程的质量指标苛性比值是指铝酸钠溶液中Na2Ok与Al2O3的分子比。第四章 高压溶出1.苛性比值:322322645.1OAlONaOAlONaKKK 理论溶出率:理论溶出率:理论上矿石中可以溶出的Al2O3量与矿石中Al2O3量之比。第四章 高压溶出2.氧化铝溶出率%100)/(1)/(矿石矿石理SASAA实际溶出率:实际溶出率:实际溶出的Al2O3量与矿石中Al2O3量之比。%100)/()/(1矿石赤泥实SASAA六、影响溶出过程的因素 溶出温度是影响溶出速度最主要的因素。提高温度,溶出速度增大,氧化铝溶出率(A)增大,溶液中Al2O3的平衡浓度亦增大,溶出液A

9、/S增高。但对三水铝石而言,溶出温度过高(150),溶液中的氧化铝会发生晶型转变,生成一水软铝石进入赤泥中,降低A/S和实际溶出率。(因此,拜耳法管道溶出采用低温高压溶出技术。)第四章 高压溶出1.溶出温度 溶出反应进行完全需要一定的时间,随管道化溶出后溶出液保温时间的延长,溶出率增大,溶出液A/S增高。(拜耳法:物料在保温罐中保温40分钟以上。)第四章 高压溶出2.保温时间 在铝酸钠溶液中,Al2O3浓度增高,SiO2的平衡浓度增高,而且增高速率大于Al2O3浓度增高速率,所以过高的Al2O3浓度使溶液的A/S降低。脱硅反应:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O Na2SiO3+Na

10、Al(OH)4+aq=Na2OAl2O31.7SiO2nH2O+aq第四章 高压溶出3.溶出液中氧化铝浓度 溶出液Na2OK浓度较高,溶出K较高时,能保证矿石中氧化铝完全溶出,溶液的Al2O3浓度高,A/S高。溶出K很低时,不能保证矿石中氧化铝完全溶出,溶液的Al2O3浓度低,A/S低。但溶液Na2O浓度过高时,Al2O3溶出率(A)的增幅较小,且蒸汽消耗较多。因此溶出液的K:1.401.50。第四章 高压溶出4.溶出液K的影响铝土矿溶出时,增大搅拌强度,可强化溶出过程,A/S。第四章 高压溶出5.搅拌强度 铝土矿的溶出过程是液固两相反应。矿浆细度愈细,固相比表面积愈大,溶出速度愈快,溶出液A/S。第四章 高压溶出6.矿浆细度第四章 高压溶出二级(节)标题位置三级(讲授内容)标题位置四级标题位置 正文位置,正文位置。正文位置,正文位置。重点词正文位置正文位置正文位置,正文位置。正文位置正文位置正文位置正文位置正文位置热字,正文位置。第四章 高压溶出

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