氧化铝生产工艺教学拜耳法学习资料.ppt

1、氧化铝生产工艺教学(拜耳法)第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳循环拜耳循环拜耳循环拜耳循环3060200MR=3.40拜耳法生产拜耳法生产AlAl2 2O O3 3的四个组要工序的四个组要工序MR=1.65铝土矿的溶出铝土矿的溶出铝酸钠溶液的稀释铝酸钠溶液的稀释晶种分解晶种分解分解母液蒸发分解母液蒸发拜耳法循环从铝土矿的溶出开始，拜耳法循环从铝土矿的溶出开始，溶出初温为溶出初温为3030，终温为，终温为200200。在此温度范围内实现溶出、稀释分在此温度范围内实现溶出、稀释分解、蒸发过程。解、蒸发过程。ABA A点：循环母液的组成点点：循环母液的组成点ABA

2、B线：溶出线线：溶出线BCBC线：稀释线线：稀释线CDCD线：分解线线：分解线DADA线：蒸发线线：蒸发线拜耳循环：拜耳循环：ABCDAABCDA至至Al2O3H2OCD至至Al2O33H2O第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳循环拜耳循环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中与拜耳法循环的理想过程有差别实际生产过程存在实际生产过程存在NaNa2 2O O和和AlAl2 2O O3 3的化学损失和机械损失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

3、的分子比有所提高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回复到循环开始点A A点，然后继续进行下一次循环。点，然后继续进行下一次循环。第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的循环效率拜耳法的循环效率循环效率循环效率E是指一吨是指一吨Na2O在一次拜在一次拜耳循环中所产出的耳循环中所产出的Al2O3的量（吨）的量（吨）循环碱量循环碱量N是指生产一吨是指

4、生产一吨Al2O3在循环母在循环母液中所必须含有的碱量（不包括碱损失）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和改革途径的重要指标循环效率和循环碱量循环效率和循环碱量呈互为倒数关系呈互为倒数关系第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的基本流程拜耳法的基本流程1 1原矿浆制备原矿浆制备2 2高压溶出高压溶出3 3溶出矿浆的稀释及溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤赤泥的分离洗涤4 4晶种分解晶种分解 5 5氢氧化铝的分离与洗涤氢氧化铝的分离与洗涤6 6氢氧化铝煅烧氢氧化铝煅烧7 7种分母液的蒸

5、发及种分母液的蒸发及一水碳酸钠的苛化一水碳酸钠的苛化第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳循环拜耳循环原矿浆制备原矿浆制备原矿浆制备：原矿浆制备：是把拜耳法生产氧是把拜耳法生产氧化铝所用的原料，如铝土矿、石灰、循化铝所用的原料，如铝土矿、石灰、循环母液等按一定的比例配制出化学成分、环母液等按一定的比例配制出化学成分、物理性能都符合物理性能都符合溶出溶出要求的原矿浆。要求的原矿浆。l原矿浆制备要求：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料要有一定细度参与化学反应的物质之间要有一定参与化学反应的物质之间要有一定的配比和均匀混合的配比和均匀混合

6、原矿浆制备是氧化原矿浆制备是氧化铝生产的第一道工铝生产的第一道工序，也是重要的工序，也是重要的工序，影响着氧化铝序，影响着氧化铝的溶出率、赤泥沉的溶出率、赤泥沉降性能、种分分解降性能、种分分解率以及氧化铝产量率以及氧化铝产量等技术经济指标。等技术经济指标。原料堆取原料堆取原料堆取原料堆取翻车机：翻车机：翻车机：翻车机：主要用于原料的装卸主要用于原料的装卸主要用于原料的装卸主要用于原料的装卸第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程斗轮式堆取料机：斗轮式堆取料机：斗轮式堆取料机：斗轮式堆取料机：主要用于原料的混合。主要用于原料的混合。主要用于原料的混合。主要用于原料的混合

7、湿磨：湿磨：湿磨：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，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。管磨产出的原矿浆通过输送系统输送到料浆槽。第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程高压溶出高压溶出是拜耳法生产氧化铝的主要工序之一。影是拜耳法

8、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。响拜耳法生产氧化铝的技术经济指标。溶出目的：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影响产品质量，且把苛性碱的消耗减至最少。最少。工业生产中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。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：溶出过程的主要技术条件和经

9、济指标：溶出温度、溶出时间、溶出温度、溶出时间、Al2O3溶出率、碱耗、热耗等。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铝土矿类型第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程高压溶出高压溶出管道化溶出管道化溶出高压釜溶出高压釜溶出第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程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溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤赤泥是溶出铝土矿赤泥是溶出铝土矿后得到的泥渣后得到的泥渣溶出矿浆稀释的目的溶出矿浆稀释的目的赤泥分离洗涤的目的赤泥分离洗涤的目的降低铝

10、酸钠溶出的浓度，便于晶种分解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。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促使铝酸钠溶液进一步脱硅有利于稳定沉降槽的操作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。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，为了减少分离后的赤泥附带有一部分铝酸钠溶液，为了减少Al2O3和和Na2O的损失，需要对赤泥进行洗涤。的损失，需要对赤泥进行洗涤。赤泥沉降

11、赤泥沉降赤泥沉降赤泥沉降第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程赤泥洗涤赤泥洗涤赤泥洗涤赤泥洗涤溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤赤泥堆场赤泥堆场赤泥堆场赤泥堆场第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程赤泥堆场赤泥堆场赤泥堆场赤泥堆场溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程晶种分解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。量、产量以及全

12、厂的技术经济指标有着重大影响。晶种分解：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。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。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：晶种分解过程的主要技术指标：氧化铝浓度、分子比、分解初氧化铝浓度、分子比、分解初温、终温、种子比、

13、分解时间等。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：衡量分解过程效率的技术经济指标：种分分解率、分解槽单种分分解率、分解槽单位产能，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。过程的控制。第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程分解槽分解槽分解槽分解槽晶种分解晶种分解第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程分离目的：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

14、离，分离得到的氢氧化铝一部分直接返回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。成品。技术经济指标：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。水率、过滤机产能等。氢氧化铝的分离与洗涤氢氧化铝的分离与洗涤洗涤目的：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，以回收量的分解母液，必须加以洗涤，以回收

15、Na2O和和Al2O3，并保证氢氧化，并保证氢氧化铝产品中铝产品中Na2O含量符合质量标准要求。含量符合质量标准要求。第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程平盘过滤机平盘过滤机转鼓过滤机转鼓过滤机转鼓过滤机转鼓过滤机氢氧化铝的分离与洗涤氢氧化铝的分离与洗涤第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳循环拜耳循环氢氧化铝煅烧氢氧化铝煅烧煅烧目的：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，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，得到具有一定物理并发生分解反应，形成氧化铝，再进行晶型

16、转变，得到具有一定物理和化学性能的氧化铝产品。和化学性能的氧化铝产品。煅烧产品的质量指标：煅烧产品的质量指标：化学纯度、灼减、化学纯度、灼减、-Al2O3含量、粒度、含量、粒度、安息角等。安息角等。煅烧过程的技术经济指标：煅烧过程的技术经济指标：煅烧温度、燃料消耗量、产量等。煅烧温度、燃料消耗量、产量等。第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳循环拜耳循环氢氧化铝煅烧氢氧化铝煅烧 焙烧炉平面图焙烧炉平面图生产现场焙烧炉生产现场焙烧炉第四章第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程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种分母液的蒸发及一水碳酸钠的苛化母液

17、蒸发的目的：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。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。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：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(因煅烧不完因煅烧不完全全)与苛性碱作用生成的碳酸钠，以及铝酸钠溶液中的与苛

18、性碱作用生成的碳酸钠，以及铝酸钠溶液中的NaOH吸收空气吸收空气中的中的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：理以回收苛性碱：Na2CO3H2O+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3+H2O第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出氧化铝的溶出行为：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铝土矿所含氧化铝水合物在溶出条件下与循环母液中的环母液中的NaOH作用生

19、成铝酸钠进入溶液中。作用生成铝酸钠进入溶液中。是铝土矿溶出过程的是铝土矿溶出过程的主要反应主要反应Al2O3(1或或3)H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq溶出溶出分解分解铝土矿类型铝土矿类型温度（温度（）Na2O(g/L)Al2O3(g/L)分子比分子比MRMR三水铝石三水铝石1451101301.40一水软铝石一水软铝石2301101201.50一水硬铝石一水硬铝石2501201201.65铝土矿类型不同溶出条件不同铝土矿类型不同溶出条件不同铝土矿溶出动力学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主流体中通过固体颗粒表面的扩散层的传质流

20、体反应物在固体表面的吸附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-固多相反应固多相反应固多相反应固多相反应含氧化铝矿物的表面被含大量游离含氧化铝矿物的表面被含大量游离NaOH的循环母液所浸润的循环母液所浸润含氧

21、化铝矿物与含氧化铝矿物与OH-相互作用生成铝酸钠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骤决定着整个反应过程的速度第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿溶出动力学铝土矿溶出动力学三水铝石型铝土矿三水铝石型铝土矿三水铝石型铝土矿三水铝石型铝土矿K常数常数A表面积，表面积，m2CNaOH苛性碱浓度苛性碱浓度

22、T溶出温度溶出温度,K一水软铝石型铝土矿一水软铝石型铝土矿一水软铝石型铝土矿一水软铝石型铝土矿K常数常数A表面积，表面积，m2CNaOH苛性碱浓度苛性碱浓度,%T溶出温度溶出温度,K表观活化能表观活化能81.93kJ/nol表观活化能表观活化能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步骤的一个重要

23、参数，一般扩散控制活化能小于13kJ/mol13kJ/mol，混合控制为，混合控制为20-20-34kJ/mol34kJ/mol，而化学反应控制活化能大于，而化学反应控制活化能大于40kJ/mol40kJ/mol，这是因为化学反应需要在反应物，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。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。第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿溶出动力学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+正反应的速率常数正反应的速

24、率常数K-逆反应的速率常数逆反应的速率常数KE铝土矿溶出反应的平衡常数铝土矿溶出反应的平衡常数CAAlO2-浓度浓度CNOH-浓度浓度溶出过程的表观活化能溶出过程的表观活化能83.8kJ/mol，逆反应的活化能，逆反应的活化能为为54.6kJ/mol。溶出过程处于表面化学反应控制阶段。溶出过程处于表面化学反应控制阶段第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿溶出铝土矿溶出铝土矿溶出过程的要求铝土矿溶出过程的要求铝土矿溶出过程的要求铝土矿溶出过程的要求第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出尽可能高的尽可能高的Al2O3溶出率溶出率Na2O化学损失尽可能低化学损失

25、尽可能低溶出液具有足够的硅量指数溶出液具有足够的硅量指数溶出液具有低的分子比溶出液具有低的分子比循环母液具有高的分子比和循环母液具有高的分子比和Na2O浓度浓度第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出氧化铝实际溶出率：氧化铝实际溶出率：铝土矿与铝土矿与NaOH反应实际溶出到溶液中的反应实际溶出到溶液中的Al2O3量与铝土矿中量与铝土矿中Al2O3总量之比。总量之比。拜耳循环拜耳循环氧化铝溶出率氧化铝溶出率氧化铝理论溶出率：氧化铝理论溶出率：理论上矿石中可以溶出的理论上矿石中可以溶出的Al2O3量（扣除不量（扣除不可避免的化学损失）与矿石中可避免的化学损失）与矿石中Al2O3总量之

26、比。总量之比。氧化铝相对溶出率：氧化铝相对溶出率：氧化铝实际溶出率与理论溶出率之比。氧化铝实际溶出率与理论溶出率之比。第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出赤泥的产出率：赤泥的产出率：每处理每处理1t铝土矿所生成的赤泥量铝土矿所生成的赤泥量拜耳循环拜耳循环赤泥的产出率及碱耗赤泥的产出率及碱耗碱耗：碱耗：铝土矿溶出过程，每溶出铝土矿溶出过程，每溶出1tAl2O3所损失的碱量所损失的碱量A/S=7时，时，理理=85.7%，Na2O耗耗=101KgA/S=5时，时，理理=80.0%,Na2O耗耗=152Kg拜耳法生产氧化拜耳法生产氧化铝时，为什么要铝时，为什么要求高的求高的A/S比？

27、比？第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出配料计算的目的：配料计算的目的：铝土矿溶出前，为了得到预期的溶出效果，须通铝土矿溶出前，为了得到预期的溶出效果，须通过配料计算确定铝土矿、石灰和循环母液的比例，以制取合格的原矿浆过配料计算确定铝土矿、石灰和循环母液的比例，以制取合格的原矿浆拜耳循环拜耳循环溶出过程的配料计算溶出过程的配料计算配料分子比：配料分子比：预期铝土矿中预期铝土矿中Al2O3充分溶出时，溶出液所应达到的充分溶出时，溶出液所应达到的分子比。分子比。即铝土矿中的氧化铝达到理论溶出率时，溶出液达到的分子比即铝土矿中的氧化铝达到理论溶出率时，溶出液达到的分子比溶出液的分子

28、比：溶出液的分子比：在一定生产条件下，铝土矿溶出时获得的溶出在一定生产条件下，铝土矿溶出时获得的溶出液的分子比。液的分子比。该溶出液可以是饱和的，也可以是为饱和的。该溶出液可以是饱和的，也可以是为饱和的。平衡分子比：平衡分子比：溶出液在该生产条件下达到饱和时的分子比溶出液在该生产条件下达到饱和时的分子比惰性苛性碱：惰性苛性碱：循环母液中以铝酸钠形态存在的苛性碱。不参与溶出循环母液中以铝酸钠形态存在的苛性碱。不参与溶出铝土矿中氧化铝的反应铝土矿中氧化铝的反应有效苛性碱：有效苛性碱：循环母液中参与溶出铝土矿中氧化铝的反应的苛性碱循环母液中参与溶出铝土矿中氧化铝的反应的苛性碱第五章第五章 铝土矿中氧

29、化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出已知：已知：拜耳循环拜耳循环溶出过程的配料计算溶出过程的配料计算矿石组成：矿石组成：A%，S矿矿%，T%，C矿矿%循环母液：循环母液：nkg/L，ag/L石灰：石灰：添加量为干矿石量的添加量为干矿石量的w%，C灰灰%，S灰灰%赤泥中碱硅比：赤泥中碱硅比：Na2O:SiO2=b%Al2O3实际溶出率：实际溶出率：A配料分子比：配料分子比：MR每吨铝土矿需每吨铝土矿需要的循环母液量要的循环母液量生产上根据原矿浆的液固比（生产上根据原矿浆的液固比（L/S）来检验配制的原矿浆是否合格来检验配制的原矿浆是否合格第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出影响铝土矿

30、溶出过程的因素影响铝土矿溶出过程的因素溶出温度的影响溶出温度的影响搅拌强度的影响搅拌强度的影响循环母液碱浓度的影响循环母液碱浓度的影响配料分子比的影响配料分子比的影响矿石磨细程度影响矿石磨细程度影响溶出时间的影响溶出时间的影响第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出影响铝土矿溶出过程的因素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。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，增加溶出率提高温度，增加设备产能提高温度，增加设备产能提高温度，降低溶出液苛性比值提高温度，降低溶出液苛性比值提高温度，提高循环效率提高温度，提高循环效率提高温度，消除矿物形

31、态差别的影响提高温度，消除矿物形态差别的影响提高温度，改善提高温度，改善赤泥结构和沉降性能赤泥结构和沉降性能提高温度提高温度，对设备的要求苛刻，对设备的要求苛刻溶出温度溶出温度化学反应速率常数化学反应速率常数扩散速率常数扩散速率常数温度（）溶出液kA/S（赤泥）N/S（赤泥）A相（%）2451.732.310.601852601.631.330.58296.32801.611.160.57398.2NaNa2 2O Ok k=200g/l=200g/l，配料分子比，配料分子比MR=1.6MR=1.6，C/T=2.52C/T=2.52，溶出时间为，溶出时间为1.51.5小时小时第五章第五章 铝土

32、矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出影响铝土矿溶出过程的因素影响铝土矿溶出过程的因素搅拌强度搅拌强度扩散速率方程扩散速率方程 加强搅拌，强化传质过程加强搅拌，强化传质过程加强搅拌，强化溶出过程加强搅拌，强化溶出过程加强搅拌，降低加热表明结疤加强搅拌，降低加热表明结疤 管道化溶出，矿浆流速达管道化溶出，矿浆流速达1.55m/s1.55m/s，湍流程度高，成为强化溶出过程，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的一个重要原因。比高压溶出器内矿浆流速高200200倍到倍到300300倍，这样一来，扩倍，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

33、随温度升高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。所以难溶矿石在而迅速提高化学反应速度。所以难溶矿石在300300高温下只几分钟便可溶出完。高温下只几分钟便可溶出完。第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出影响铝土矿溶出过程的因素影响铝土矿溶出过程的因素循环母液碱浓度循环母液碱浓度其他溶出条件固定时，氧其他溶出条件固定时，氧化铝的溶出率随循环母液化铝的溶出率随循环母液苛性碱浓度的提高而增大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

34、工序带来困难。工序带来困难。一般循环母液碱浓度一般循环母液碱浓度200g/L200g/L以上，直接加热溶出器，碱浓度以上，直接加热溶出器，碱浓度270-280g/L270-280g/L，间接加热溶出器，碱浓度，间接加热溶出器，碱浓度220-230g/L220-230g/L。溶出温度溶出温度第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出影响铝土矿溶出过程的因素影响铝土矿溶出过程的因素配料分子比配料分子比为了保证高的循环效率和为了保证高的循环效率和高的高的Al2O3溶出速率及溶出溶出速率及溶出率，应尽可能降低配料分率，应尽可能降低配料分子比，通常配料分子比要子比，通常配料分子比要比相同条件

35、下平衡溶液分比相同条件下平衡溶液分子比高子比高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（工业生产上，提高溶出温度可以得到分子比低的溶出液（MR=1.4-1.45MR=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，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1.55-1.651.55-1.65，以保证溶液有足够的稳定性。，以保证溶液有足够的稳定性。第五章第五章

36、 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出影响铝土矿溶出过程的因素影响铝土矿溶出过程的因素矿石磨细程度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，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（一般多，不必细磨（一般0.2-0.5mm0.2-0.5mm以下）；一水硬铝石型要以下）；一水硬铝石型

37、要求细磨（求细磨（70-80um70-80um以下）。以下）。过细不利赤泥的沉降分离，增加磨矿费用过细不利赤泥的沉降分离，增加磨矿费用第五章第五章 铝土矿中氧化铝的溶出铝土矿中氧化铝的溶出影响铝土矿溶出过程的因素影响铝土矿溶出过程的因素溶出时间溶出时间铝土矿溶出过程中，铝土矿溶出过程中，AlAl2 2O O3 3的溶出率没有达到最大值时，增加溶出时间，的溶出率没有达到最大值时，增加溶出时间，AlAl2 2O O3 3的溶出率就会增加。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。影响较大。

38、溶出温度不同，溶出时间不同。溶出温度不同，溶出时间不同。250-260 250-260 时，溶出时间影响溶出率较时，溶出时间影响溶出率较大；温度大于大；温度大于260 260 时，溶出时间对溶出率影响相对减弱；特别是温度时，溶出时间对溶出率影响相对减弱；特别是温度大于大于300 300 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。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。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。第六章第六章 铝土矿中各种成

39、分在溶出中的行为铝土矿中各种成分在溶出中的行为氧化铝水合物的溶出行为氧化铝水合物的溶出行为含硅矿物的溶出行为、产生的危害及防治措施含硅矿物的溶出行为、产生的危害及防治措施含铁矿物的溶出行为含铁矿物的溶出行为、产生的危害及防治措施产生的危害及防治措施含钛矿物的溶出行为、含钛矿物的溶出行为、产生的危害及防治措施产生的危害及防治措施含硫矿物的溶出行为、产生的危害及防治措施含硫矿物的溶出行为、产生的危害及防治措施有机物的溶出行为、产生的危害及防治措施有机物的溶出行为、产生的危害及防治措施掌握的主要内容掌握的主要内容第六章第六章 铝土矿中各种成分在溶出的行为铝土矿中各种成分在溶出的行为氧化铝的溶出行为：

40、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铝土矿所含氧化铝水合物在溶出条件下与循环母液中的环母液中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶液中。作用生成铝酸钠进入溶液中。是铝土矿溶出过程的是铝土矿溶出过程的主要反应主要反应Al2O3(1或或3)H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq溶出溶出分解分解铝土矿类型铝土矿类型温度（温度（）Na2O(g/L)Al2O3(g/L)分子比分子比MRMR三水铝石三水铝石1451101301.40一水软铝石一水软铝石2301101201.50一水硬铝石一水硬铝石2501201201.65铝土矿类型不同溶出条件不同铝土矿类型不同溶出条件不同第六章

41、第六章 铝土矿中各种成分在溶出的行为铝土矿中各种成分在溶出的行为含硅矿物：含硅矿物：含硅矿物在溶出中的行为含硅矿物在溶出中的行为含硅矿物是碱法生产氧含硅矿物是碱法生产氧化铝中最有害的杂质化铝中最有害的杂质高岭石高岭石蛋白石蛋白石石英石英伊利石等其他含硅矿物伊利石等其他含硅矿物l分子式分子式Al2O32SiO22H2Ol是铝土矿中主要含硅矿物存在形态是铝土矿中主要含硅矿物存在形态l化学活性高于石英，在较低温度下化学活性高于石英，在较低温度下就与碱反应就与碱反应l分子式分子式SiO2l无定性形态无定性形态l含硅矿物中化学活性最高含硅矿物中化学活性最高l分子式分子式SiO2l结晶形态结晶形态l化学活

42、性最稳定，在较高温度下才化学活性最稳定，在较高温度下才开始分解开始分解含硅矿物的溶出行为：含硅矿物的溶出行为：含硅矿物与碱反应，首先分解成铝酸钠和硅酸含硅矿物与碱反应，首先分解成铝酸钠和硅酸钠进入溶液，然后当硅酸钠浓度达一定值后与铝酸钠溶液反应生成水合铝硅钠进入溶液，然后当硅酸钠浓度达一定值后与铝酸钠溶液反应生成水合铝硅酸钠（钠硅渣）进入赤泥。酸钠（钠硅渣）进入赤泥。Al2O32SiO22H2O+6NaOH+aq2NaAl(OH)4+2NaH2SiO4+aq溶解反应溶解反应2NaAl(OH)4+xNaH2SiO4+aqNa2OAl2O3xSiO2nH2O+2xNaOH+aq脱硅反应脱硅反应第六

43、章第六章 铝土矿中各种成分在溶出的行为铝土矿中各种成分在溶出的行为含硅矿物在溶出中的行为含硅矿物在溶出中的行为溶出溶出稀释稀释沉降分沉降分离离晶种分解晶种分解蒸发蒸发Al2O3SiO2321铝土矿溶出时溶液中铝土矿溶出时溶液中SiO2含量随时间的变化含量随时间的变化1-Na2O140g/L,2-Na2O200g/L,3-Na2O240g/L,拜耳法溶液中拜耳法溶液中Al2O3和和SiO2浓度浓度的变化的变化第六章第六章 铝土矿中各种成分在溶出的行为铝土矿中各种成分在溶出的行为含硅矿物所造成的危害含硅矿物所造成的危害含硅矿物在溶出中的行为含硅矿物在溶出中的行为引起引起Al2O3和和Na2O的损失

44、的损失钠硅渣进入氢氧化铝后，降低产钠硅渣进入氢氧化铝后，降低产品质量品质量钠硅渣在生产设备和管道上，特钠硅渣在生产设备和管道上，特别是在换热表面上析出成为结别是在换热表面上析出成为结疤，使传热系数大大降低，增加疤，使传热系数大大降低，增加能耗和清理工作量能耗和清理工作量大量钠硅渣的生产增大赤泥量，大量钠硅渣的生产增大赤泥量，并且可能成为极分散的细悬浮并且可能成为极分散的细悬浮体，极不利于赤泥的分离洗涤体，极不利于赤泥的分离洗涤防治措施：防治措施：预脱硅预脱硅l预脱硅就是在高压溶出之前，将预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在原矿浆在90以上搅拌以上搅拌6-10h，使，使大部分大部分SiO2在高压

45、溶出前的预热在高压溶出前的预热阶段成为水合铝硅酸钠结晶析出。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是减轻溶出器和管道结疤的有效途径。途径。l预脱硅过程并不是所有的硅矿物预脱硅过程并不是所有的硅矿物都能参加反应，只有高岭石和多都能参加反应，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，反应生成钠硅渣，保持较长时间，可以使生成钠硅渣的反应进行得可以使生成钠硅渣的反应进行得更充分。更充分。第六章第六章 铝土矿中各种成分在溶出的行为铝土矿中各种成分在溶出的行为含铁矿物：含铁矿物：含铁矿物在溶出中的行为含铁矿物在溶出中的行为氧化矿

46、氧化矿硫化矿硫化矿碳酸盐矿碳酸盐矿赤铁矿的溶出行为：赤铁矿的溶出行为：铝土矿中的赤铁矿在拜耳法溶出过称中不与苛性铝土矿中的赤铁矿在拜耳法溶出过称中不与苛性碱反应，直接进入赤泥，对溶出过程不产生影响，是一种有利矿物。碱反应，直接进入赤泥，对溶出过程不产生影响，是一种有利矿物。l黄铁矿黄铁矿FeS2l高硫铝土矿中含有较多黄铁矿高硫铝土矿中含有较多黄铁矿l菱铁矿菱铁矿FeCO3l赤铁矿赤铁矿Fe2O3、针铁矿、针铁矿FeOOH、磁铁、磁铁矿矿Fe3O4，褐铁矿，褐铁矿Fe2O3H2Ol赤铁矿和针铁矿是我国主要含铁矿物赤铁矿和针铁矿是我国主要含铁矿物针铁矿的溶出行为：针铁矿的溶出行为：铝土矿中的针铁矿

47、在拜耳法溶出过称中会晶格脱铝土矿中的针铁矿在拜耳法溶出过称中会晶格脱水转变为赤铁矿。由于针铁矿的高度分散性，影响赤泥的沉降和过滤性能。水转变为赤铁矿。由于针铁矿的高度分散性，影响赤泥的沉降和过滤性能。是一种不利矿物。是一种不利矿物。第六章第六章 铝土矿中各种成分在溶出的行为铝土矿中各种成分在溶出的行为含铁矿物在溶出中的行为含铁矿物在溶出中的行为针铁矿晶格中针铁矿晶格中Al的取代，降低了氧化铝的溶出率的取代，降低了氧化铝的溶出率对赤泥的分离和沉降不利对赤泥的分离和沉降不利溶解苛性碱损失增大溶解苛性碱损失增大针铁矿型铝土矿不利影响针铁矿型铝土矿不利影响溶出过程，可以通过添加溶出过程，可以通过添加C

48、aO将针将针铁矿转变为赤铁矿而消除不利影响铁矿转变为赤铁矿而消除不利影响降低赤泥中的降低赤泥中的Na2O/SiO2促使针铁矿转变为赤铁矿，改善赤泥沉降和分离性能促使针铁矿转变为赤铁矿，改善赤泥沉降和分离性能提高铝土矿中氧化铝的溶出率提高铝土矿中氧化铝的溶出率提高循环母液中钒的浓度，有利于回收提高循环母液中钒的浓度，有利于回收针铁矿型铝土矿溶出时加入针铁矿型铝土矿溶出时加入CaO的作用的作用(Fe1-xAlx)2O33xH2O+2xOH-+aq(1-x)Fe2O3+2xAl(OH)4-+第六章第六章 铝土矿中各种成分在溶出的行为铝土矿中各种成分在溶出的行为含钛矿物：含钛矿物：无定性无定性TiO2

49、锐钛矿，板钛矿，金红石，与，锐钛矿，板钛矿，金红石，与碱反应活性逐渐降低。碱反应活性逐渐降低。含钛矿物在溶出中的行为含钛矿物在溶出中的行为含钛矿物的溶出行为：含钛矿物的溶出行为：在溶出一水硬铝石型铝土矿时，不添加石灰，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氧化钛与碱作用生成不溶性的钛酸钠Na2O3TiO22H2O，钛酸钠结晶致密，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。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。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

50、前已经溶解完毕，所以TiO2不影响不影响三水铝石的溶出。三水铝石的溶出。含钛矿物在溶出过程的危害：含钛矿物在溶出过程的危害：造成碱损失，阻碍一水硬铝石溶出和形造成碱损失，阻碍一水硬铝石溶出和形成高温钛结疤。成高温钛结疤。消除消除TiO2不良影响的措施：不良影响的措施：添加石灰，使添加石灰，使TiO2与与CaO作用生成不溶解作用生成不溶解的钛酸钙：的钛酸钙：2CaOTiO2=2CaOTiO2，由于钛酸钙结晶粗大松脆，易脱落，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。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。溶出过程添加石灰的作用