氧化铝的生产.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一讲 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,氧化铝及其水合物,氧化铝生产方法,铝土矿,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，分子式通常写为,Al2O3,，分子量为,101.96,。,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、碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。,氧化铝有多种同素异构体，如：,-Al2O3,、,-Al2O3,、,-Al2O3,、,-Al2O3,、,-Al2O3,、,K-Al2O3,、,-Al2O3,。而常见稳定结构的氧化铝主要是,-Al2O3,、,-Al2O3,。,-Al2O3,性质稳定，熔点,2050,，沸点,2900,，比重,3.9-4.0g/cm3,。,-Al2O3,是将各种,Al,（,OH,）,3,加热脱水获得的，,-Al2O3,呈立方晶系。晶格常数,=7.91,。,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,Al2O3,，分子量为,101.96,。,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、碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。,氧化铝有多种同素异构体，如：,-Al2O3,、,-Al2O3,、,-Al2O3,、,-Al2O3,、,-Al2O3,、,K-Al2O3,、,-Al2O3,。而常见稳定结构的氧化铝主要是,-Al2O3,、,-Al2O3,。,-Al2O3,性质稳定，熔点,2050,，沸点,2900,，比重,3.9-4.0g/cm3,。,-Al2O3,是将各种,Al,（,OH,）,3,加热脱水获得的，,-Al2O3,呈立方晶系。晶格常数,=7.91,。,氧化铝水合物,氧化铝水合物是由,OH-,、,O2-,、,Al3+,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。,氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。自然界中,OH-,、,O2-,、,Al3+,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：,三水铝石：,Al,（,OH,）,3,、一水软铝石：,-AlOOH,、一水硬铝石：,-AlOOH,、刚玉：,Al2O3,。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、一水硬铝石较弱、刚玉则是非常稳定的氧化铝。,氧化铝生产方法,碱法,酸法,酸碱联合法,热法,碱法生产氧化铝,碱法生产氧化铝，就是用碱,(,NaOH,或,Na2CO3),处理铝土矿，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。这种残渣被称为赤泥铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理，分解析出,A1(OH)3,，将,A1(OH)3,与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。,目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。,酸法生产氧化铝,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。,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，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溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且需要昂贵的耐酸设备。用酸法处理分布很广的高硅低铝矿,(,如粘土、高岭土、煤矸石和煤灰,),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。,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,铝土矿组成,铝土矿分类,铝土矿的铝硅比,我国铝土矿特点,铝土矿组成,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、铬等元素的化合物。,铝土矿分类,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,铝酸钠溶液成分,铝酸钠溶液分子比,铝酸钠溶液结构,铝酸钠溶液诱导期,铝酸钠溶液稳定性及其影响因素,铝酸钠溶液,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,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及结构。,根据近年来的研究结果，可归纳为以下几点：,（,1,）在一定温度下，中等浓度的铝酸钠溶液中，铝酸根离子是以,Al(OH)4-,为主。据此，从铝或氢氧化铝转入溶液的阳离子,A13+,与,4,个,OH-,化合时形成,Al(OH)4-,。,3,个,OH-,离子与阳离子,A1 3+,以正常的价键结合，而第,4,个,OH-,离子则以配价键结合,Al(OH)4-,离子有正规的四面结体构。,（,2,）在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离子,Al(OH)4-(H2,)x,形式存在；,（,3,）在较浓的溶液中或温度较高时，发生,Al(OH)4-,离子脱水，并能形成,A12,(OH)62-,聚离子。,一般生产条件下都用,Al(OH)4-,表示铝酸根离子。,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，在此期间溶液主要是发生内部变化,离子聚合或晶核开始形成。,诱导期的长短取决于溶液的组成（浓度、,K,杂质和温度）等因素。,K,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,铝酸钠溶液的稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开始分解析出氢氧化铝所需时间的长短。,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。能够存放很久仍不发生明显分解的溶液，称为稳定的溶液。,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；溶液中的杂质等。,氧化铝生产工艺,拜耳法生产氧化铝,烧结法生产氧化铝,拜耳法生产氧化铝,拜耳法生产氧化铝工艺介绍,拜耳法生产氧化铝基本原理,拜耳法生产氧化铝工序,拜耳法生产氧化铝工艺流程,拜耳法生产氧化铝的基本原理,拜耳法生产氧化铝的基本原理是：,（,l,）用,NaOH,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，溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出，即种分过程。,（,2,）分解得到的母液，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。,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。,用反应方程式表示如下：,Al2O3,（,1,或,3,）,H2O,2NaOH,aq2NaAl(OH)4,aq,拜耳法生产氧化铝工序,原矿浆制备,高压溶出,赤泥分离、洗涤,晶种分解,氢氧化铝分离、洗涤,氢氧化铝焙烧,原矿浆制备,原矿浆制备的工艺流程,矿石破碎,配矿,配碱,配石灰,原矿浆液固比调整,预脱硅,原矿浆制备工艺流程,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,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，破碎一般采用分段破碎，将破碎分成粗碎、中碎、细碎过程进行。,由直径,1500mm500 mm,的矿石破碎成,400125 mm,，叫粗碎；,由,400125 mm,破碎成,10025 mm,叫中碎；,由,10025 mm,破碎成,255 mm,叫细碎。,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。,铝土矿破碎,主要有以下几种方法：压碎、壁碎、折断、磨剥、击碎。,矿石破碎方法,（,1,）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，适用于破碎较硬的矿石。,（,2,）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。此法适用干脆性矿石的破碎。,（,3,）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。,（,4,）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磨矿。,（,5,）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。,配矿计算,假设已知两种铝土矿的成分如下：,SiO2,（,%,）,Fe2O3,（,%,）,Al2O3,（,%,）,A/S,第一种,S1 F1 A1 K1,第二种,S2 F2 A2 K2,要求混矿的,A/S,为,K,，计算两种矿石的配矿比例。,根据条件必须是,K1,K,K2,或,K1,K,K2,，否则达不到调整要求。,假设第一种矿石用,1,吨时，需要配入第二种矿石,X,吨，根据铝土矿铝硅比的定义进行计算：,配碱,单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。,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：,（,1,）铝酸钠结合碱。例如当规定的,MR,1.45,时，即是溶出一个分子的氧化铝，在溶液中就要保留有,1.45,个分子的氧化钠；,（,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硅就要配入,M,（,Kg,）的苛性钠；,（,3,）在溶出过程中由于反苛化反应和机械损失的苛性碱。,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化钠，它对配料才是有效的。,石灰配入量,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,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，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。,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重要保证。,预脱硅,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，是减轻结疤的有效途径。,预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在,90,以上搅拌,6-10h,，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。,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应进行得更充分。,铝土矿拜耳法溶出,溶出的目的,溶出简易工艺流程,铝土矿中各组分在溶出过程中的行为,铝土矿溶出过程,铝土矿溶出技术,高压溶出系统,结疤,高压溶出的目的,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，有效地提取铝土矿的氧化铝。使溶液充分脱硅，避免过量的,SiO2,影响，把苛性碱的消耗减至最少。,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）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成溶出过程。,铝土矿中各组分在溶出过程中的行为,氧化铝水合物,氧化硅,氧化钛,氧化铁,氧化铝水合物在溶出过程中的行为,铝土矿所含氧化铝水合物在溶出条件下与循环母液中的,NaOH,作用生成铝酸钠进入溶液中。,三水铝石型铝土矿中的,Al(OH)3,与,Al(OH)3,在常压下即可反应，反应方程式如下：,Al(OH)3,Al(OH)3+aq,NaAl(OH)4,aq,而一水软铝石型或一水硬铝石型铝土矿中的,AlOOH,在相应的高温（高压）及高碱浓度下发生下列反应：,A1OOH,NaOH,aq,NaAl(OH)4,aq,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。,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,铝土矿中的氧化硅一般以石英（,SiO2,），蛋白石（,SiO2.nH2O,）、高龄石（,Al2O3.2SiO2.2H2O,）、叶腊石（,Al2O3.4SiO2.H2O,）等形式存在。,SiO2,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。,无定形的蛋白石，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：,SiO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aq,SiO2.nH2O+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+CO2+aq,游离状态的,SiO2,和石英只有在较高温度下，才开始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分,SiO2,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。,溶出一水硬铝石时，在溶出条件下铝土矿中所有形态的,SiO2,都与碱反应，生成含水铝硅酸钠，反应方程式为Al2O3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq,2NaAlO2+2Na2SiO3+aq=3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+4NaOH,添加石灰时,3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O,进一步反应生成含水铝硅酸钙。反应方程式为：,3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+3Ca,（,OH,）,2=3CaO.Al2O3.nSiO2,（,6-2n,）,H2O+6NaOH,不添加石灰，溶出一水硬铝石时，,SiO2,成为钠硅渣进入赤泥中。,添加石灰溶出一水硬铝石时，还会生成水化石榴石。,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。,含硅矿物能对氧化铝生产带来危害。,SiO2,造成的危害,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减少,SiO2,的有害作用。,氧化铁水合物在溶出过程中的行为,铝土矿中主要含有赤铁矿,(a,Fe2O3),，菱铁矿（,FeCO3,）针铁矿,(a,FeOOH,),和水赤铁矿（,Fe2O30.5H2O,）等。,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。,赤泥中以针铁矿形式存在的,Fe2O3,，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。,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、洗涤设备及蒸发设备相应增多，提高了产品成本。,在生产溶液中往往含有,23,毫克,/,升以铁酸钠形态溶解的铁，还含有细度在,3,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。,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。,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。,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,3TiO2+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，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,TiO2,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。,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,TiO2,与,CaO,作用生成不溶解的钛酸钙：,2CaO,TiO2,十,2H2O=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，并且消除了生成钛酸钠所造成的碱损失。,添加石灰的作用,高压溶出过程添加石灰的主要作用是：,（,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；,（,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：,（,3,）活化一水硬铝石的溶出反应。,（,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，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,OH-,离子，由于不断地参与反应而逐渐消失，因而靠近矿粒表面溶液中的,OH-,离子浓度逐渐降低。同时紧靠矿粒表面这一层的反应产物,Al,（,OH,）,4,的浓度则趋于饱和，形成扩散层。因此，新的,OH,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,Al,（,OH,）,4,则不断地通过扩散层向外移动，使反应不断地进行。,铝土矿溶出过程包括如下几个步骤：,1,、循环母液湿润矿粒表面；,2,、氧化铝水合物与,OH-,相互作用生成铝酸钠；,3,、形成,Al(OH)4-,的扩散层；,4,、,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。,影响铝土矿溶出过程的主要因素,主要的影响因素如下：,（,1,）溶出温度,（,2,）保温时间,（,3,）溶出液中氧化铝浓度,（,4,）溶出分子比,（,5,）搅拌强度,（,6,）矿浆细度,高压溶出技术,高压溶出系统组成,我国高压溶出技术,高压溶出系统组成,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,拜耳法过程结疤可分为四大类：,（,1,）因溶液分解而产生，以,Al,（,OH,）,3,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。视条件不同，可以是三水铝石、拜耳石、诺尔石，一水软铝石及胶体。,（,2,）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。,（,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及溶液反应而生成。主要成份为钛酸钙,CaOTiO2,和羟基钛酸钙,CaTi2 O4,（,OH,）,2,。这类结疤主要在高温区生成。,（,4,）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。,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。,结疤危害,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,结疤清除方法有物理和化学清理两种方法。,物理方法主要有：,机械清理；火焰清理等。,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,溶出矿浆稀释、分离、洗涤精制的目的,赤泥沉降、分离、洗涤的简单工艺流程,拜尔法赤泥沉降分离洗涤主要包括哪些步骤,主要设备,溶出矿浆稀释的目的,溶出矿浆在分离之前用赤泥洗液稀释，其目的主要是：,（,1,）降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解,溶出矿浆浓度很高，高浓度的铝酸钠溶液比较稳度，不利于晶种分解。用赤泥洗液将溶出矿浆稀释，降低溶液的稳定性，加快分解速度，有利于种分过程进行。,（,2,）使铝酸钠溶液进一步脱硅,氧化硅在高浓度的铝酸钠溶液中的的平衡浓度也很高。稀释使溶液浓度降低，二氧化硅的过饱和程度增大，溶液中有大量的赤泥颗粒作种子，溶液温度又高，有利于脱硅反应的进行。因此，稀释能使溶液进一步脱硅。,（,3,）有利于赤泥分离,溶出后的矿浆浓度高，粘度大，不利于赤泥分离。稀释的结果溶液浓度降低，粘度下降，赤泥沉降速度加快，从而有利于赤泥分离。,（,4,）便于沉降槽的操作,矿浆浓度波动将影响沉降槽操作，矿浆稀释使溶液浓度稳定，在稀释槽内混合后使矿浆的成份波动较小，有利于沉降槽的操作。,赤泥分离、洗涤的目的,赤泥分离的目的是将稀释矿浆中的铝酸钠溶液和赤泥分离开来，以获得工业生产上认为纯净的铝酸钠溶液。,赤泥洗涤是为了回收赤泥中带有的氧化钠和氧化铝，以减少损失。,粗液精制的目的是净化清除粗液中浮游物，使净化后的铝酸钠溶液含浮游物小于,0.02g/l,，满足产品质量要求。,拜尔法赤泥沉降分离洗涤的简单工艺流程,拜尔法赤泥沉降分离洗涤主要包括哪些步骤,拜尔法赤泥沉降分离洗涤主要包括：,（,1,）浆液的稀释高压溶出后的压煮矿浆，用一次和二次赤泥洗液稀释，以便于赤泥沉降分离，并且可满足种分对溶液浓度和纯度的（,SiO2,）要求。,（,2,）赤泥的沉降分离稀释后的赤泥浆液,稀释浆液送入沉降槽进行沉降分离赤泥。沉降槽溢流（粗液）中的浮游物含量应小于,0.2,克,/,升，以减轻下一步叶滤机的负担。,（,3,）赤泥反向（逆流）洗涤分离底流即含有一定附液（铝酸钠溶液）的赤泥再经过,4,6,个沉降槽进行,4,6,次反向洗涤，回收附液中的,A12O3,和,Na2O,。,（,4,）赤泥的浓缩过滤洗涤沉降槽的末次底流赤泥送过滤机进行浓缩分离，进一步回收赤泥中附液的,A12O3,和,Na2O,，滤饼与碳分母液混合后送烧结法配料，以进一步回收赤泥中的,A12O3,和,Na2O,。,赤泥分离、洗涤，粗液精制主要设备,赤泥分离与洗涤的主体设备主要有沉降槽和转鼓真空过滤机。目前，赤泥分离和洗涤的最佳工艺配置是大型平底沉降槽加深锥高效沉降槽。,精制粗液的设备目前在工业生产上大都采用叶滤机。,铝酸钠溶液的晶种分解,晶种分解的目的,种分分解的简易工艺流程,晶种分解的机理,晶种分解影响因素,晶种分解,技术,晶种分解设备,晶种分解的目的,晶种分解（简称种分）就是在降温、加晶种、搅拌的条件下，使铝酸钠溶液分解，获得具有一定性能的氢氧化铝产品，同时得到分子比较高的种分母液，作为溶出铝土矿的循环母液。,种分过程是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一。它对产品的产量、质量以及全厂的技术经济指标有着重大的影响。,晶种分解的机理,晶种分解是将铝酸钠溶液中的氧化铝以氢氧化铝结晶析出的过程，化学反应如下：,NaAl,（,OH,）,4Al,（,OH,）,3+NaOH,该反应是可逆反应。,氢氧化铝结晶析出的过程是极其复杂的，分解过程包括晶核形成、氢氧化铝的破裂、晶体的长大和附聚。,（,1,）晶核形成,晶核形成与温度、过饱和度和晶种等因素有关。当分解温度低，晶种表面积小，分解精液的过饱和度高时，生成晶核表面粗糙，长成向外突出细小的晶体，在颗粒相互碰撞或流体的剪切力作用下，这些细小晶体便脱离母晶而进入溶液中，成为新的晶核。新晶核形成过程叫做二次成核。,（,2,）氢氧化铝破裂,破裂是颗粒之间的碰撞以及颗粒与糟壁、搅拌器之间的碰撞结果，使结晶体破裂，氢氧代铝结晶粒度变细。,（,3,）晶体长大,种分过程存在着晶体直接长大的过程，即在晶种表面结晶并沿平面展开，使晶粒直径长大。该过程一般在温度高，溶液过饱和度大，种子比大的条件下发生。但晶体长大的速度与晶种粒度大小无关。,（,4,）附聚,附聚是指一些细小的晶粒互相依附并粘结成为一个较大晶体的过程。氢氧化铝颗粒附聚分为两部分：,1,细颗粒晶体互相碰撞，其中一些结合成松散的絮团，其机械强度小，容易重新分裂2,絮团在未分裂时，由于溶液分解出来的,Al,（,OH,）,3,起到了一种“粘结剂”的作用，将絮团中的各个晶粒胶结在一起，形成了坚实的附聚物。,溶液过饱和度大、温度高，有利于附聚。,晶种分解的主要影响因素,晶种分解的主要影响因素有：,1.,分解精液苛性比值,2.,分解精液氧化铝浓度,3.,分解温度,4.,晶种,5.,分解时间,6.,搅拌,7.,杂质,晶种分解工艺,晶种分解工艺主要分为间断分解和连续分解,间断分解包括进料、分解、出料周期性作业，为单槽作业方式。,连续分解是指分解过程中，进料、分解、出料都在一个分解槽系列进行。其工艺流程：,晶种分解的主要设备,晶种分解的主要设备有：,冷却设备：鼓风冷却塔、板式热交换器及闪速蒸发换热系统等；,分解槽：空气搅拌分解槽、机械搅拌分解槽。,氢氧化铝分离、洗涤,氢氧化铝分离、洗涤的主要目的,氢氧化铝的分离、洗涤的简易工艺流程,氢氧化铝分离、洗涤的主要设备,氢氧化铝分离的主要目的,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成品。,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,Na2O,，并保证氢氧化铝产品中,Na2O,含量符合质量标准要求。,氢氧化铝分离、洗涤的主要设备,氢氧化铝分离、洗涤的主要设备目前主要有：,转鼓式真空过滤机,平盘过滤机,氢氧化铝焙烧,氢氧化铝焙烧目的,氢氧化铝焙烧发生的主要反应,氢氧化铝焙烧的主要影响因素,氢氧化铝焙烧的主要设备,氢氧化铝焙烧目的,氢氧化铝焙烧的目的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，得到具有一定物理和化学性能的氧化铝产品。,氢氧化铝焙烧发生的主要反应,工业生产出的氢氧化铝含有,10%-15%,的附着水，其分子组成为,Al(OH)3(Al2O33H2O),，焙烧是在,900-1250,下进行的，氢氧化铝在焙烧过程中发生一系列变化。,当温度达到,100-120,时，附着水即被完全蒸发掉。继续提高温度则发生结晶水的脱除，以及无水氧化铝的晶形转变。,焙烧反应方程式如下：,100-120,2Al(OH)3+,附水,Al2O33H2O+H2O,200-250,失去两个结晶水转变为一水软铝石,(Al2O3H2O),；,Al2O33H2OAl2O3H2O+2 H2O,500,左右，一水软铝石转变为无水,-A12O3,；,Al2O3H2O-A12O3+H2O,900,以上转变为,a-A12O3,；,-A12O3a-A12O3,氢氧化铝焙烧的主要影响因素,氢氧化铝焙烧的主要影响因素有：,1.,温度,2.,氢氧化铝粒度和强度,3.,矿化剂,4.,燃料及燃烧,氢氧化铝焙烧的主要设备,氧化铝的焙烧设备主要有：,回转窑；循环焙烧炉,回转焙烧窑能耗较高，自动控制水平较低，飞扬损失大，对氧化铝的磨损大，故焙烧窑已逐渐被淘汰。,目前焙烧主要采用具有较高自动控制水平的循环焙烧炉。,循环焙烧炉也叫沸腾焙烧炉。,循环焙烧炉是由焙烧炉和一个直接与焙烧炉连在一起的旋风器及,U,型料密封槽组成。焙烧过程所需要的热能是由燃料在焙烧炉内直接燃烧而产生的燃烧气体提供，它同时也是焙烧物料的沸腾介质。,烧结法生产氧化铝,烧结法生产氧化铝工艺介绍,烧结法生产氧化铝基本原理,烧结法生产氧化铝工序,烧结法生产氧化铝工艺流程,烧结法生产氧化铝的基本原理,烧结法生产氧化铝的基本原理是将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石）配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙,2CaOSiO2,氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠,Na2OAl2O3,、而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠,Na2OFe2O3,，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时,Na2OAl2O3,便进入溶液，,Na2OFe2O3,水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。再用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝。经过焙烧后产出氧化铝。分离氢氧化铝后的母液成为碳分母液（主要成分为,Na2CO3,），,经蒸发后返回配料。,烧结法生产氧化铝工序,生料浆的制备,熟料烧结,熟料溶出,铝酸钠溶液脱硅,碳酸钠分解,氢氧化铝分离、洗涤氢氧化铝焙烧,碳分母液蒸发,生料浆的制备,烧结法生产氧化铝的原料,配料,配方,烧结法生产氧化铝的原料,铝土矿、石灰、纯碱、白煤和循环,母液,配料,为了保证炉料中各组分在烧结时能生成预期的化合物，因此各组分间必须严格地保持一定的配合比例，即配料。,烧结法生料浆的配料指标主要根据烧结反应来确定。即使各原料经烧结过程形成,Na2OAl2O3,和不溶于水的,2CaOSiO,以及,2Na2OFe2O3,等。,烧结法生产氧化铝配料主要包括碱比、钙比、铁铝比、铝硅比四项指标。,碱比是指生料浆中氧化钠与氧化铝和氧化铁的分子比。,钙比是指生料浆中氧化钙与氧化硅的分子比。,铁铝比是指生料浆中氧化铁和氧化铝的,分子比,。,生料浆配方,饱和配方：生产上把按化学反应所需理论量计算出的配方，习惯地叫做“饱和配方”或正碱，正钙配方。,即碱比,N/R=1,；钙比,C/S=2.0,的配方。,饱和配方：,生产上把不能按化学反应所需理论量计算出的量进行的配方统称为非饱和配方。,非饱和配方中，又把碱比,N/R,l,0,的叫做低碱配方；,钙比,C/S,2.0,的叫高钙配方；,钙比,C/S,2.0,的叫做低钙配方。,熟料烧结,熟料烧结目的,熟料烧结简易工艺流程,熟料烧结主要反应,烧结设备,影响熟料的主要因素,硫在烧结过程中的危害及脱硫措施,熟料烧结目的,烧结过程的目的就是要使调配合格后的生料浆在回转窑中高温烧结，使生料各成分互相反应。使其中的,Al2O3,尽可能转变成易溶于水或稀碱溶液的,Na2OAl2O3,，而使,Fe2O3,转变成易水解的,Na2OFe2O3,，,SiO2,等杂质转变为不溶于水或稀碱溶液的,2CaOSiO2,，并形成具有一定容积密度和孔隙率、可磨性好的熟料，以便在溶出过程中将有用成份与有害杂质较好的进行分离，最大限度提取氧化铝和回收碱。,熟料烧结发生的主要反应,熟料烧结发生的主要反应是：,（,1,）,A12O3,与,Na2CO3,反应，生成铝酸钠固熔体；,（,2,）,SiO2,与,CaO,反应，生成,2CaOSiO2,；,（,3,）,Fe2O3,和,Na2CO3,反应，生成铁酸钠固熔体。,另外还发生副反应,熟料烧结过程中炉料中的,A12O3,在较高的温度下可以与,Na2CO3,相互作用，生成铝酸钠,Na2OAl2O3,，其反应如下：,A12O3+Na2CO3,Na2OA12O3+CO2,上述反应在,500800,开始反应，且反应速度较慢。随着温度升高，反应速度加快，温度高于,1150,时，烧结反应可在,1,小时内完成。,加热炉料时，炉料中,SiO2,和,Na2CO3,便先发生如下反应：,Na2CO3+SiO2,Na2OSiO2+CO2,在,800820,时进行剧烈反应，,3,小时左右即可完成。,随后发生如下反应：,n,（,Na2OSiO2,）,+n Al2O3,n/2(Na2OAl2O32SiO2)+n/2 Na2OAl2O3,这一反应在,850950,时进行很快，在,1000,之前便可完成。,温度继续升高，则发生如下反应：,Na2OAl2O32 SiO2+2,CaO,Na2OAl2O3SiO2+2CaOSiO2,Na2OAl2O3SiO2+2,CaO,Na2OAl2O3+2CaOSiO2,生成物为,Na2OAl2O3,和,2CaOSiO2,。,SiO2,和,CaO,在高温下也能直接生成,CaOSiO2,，,3CaO2SiO2,，,2CaOSiO2,和,3CaOSiO2,等化合物，在,1100,时，首先生成,2CaOSiO2,。,Fe2O3,和,Na2CO3,在加热时相互作用生成铁酸钠。,Fe2O3+Na2CO3,Na2OFe2O3+CO2,此反应在,500,时尚未开始，,700,时己较快进行，在,1000,下可在,1,小时内完成。,（,l,）结晶水脱出反应：,Na2OAl2O32 SiO2nH2ONa2OAl2O32 SiO2+nH2O,（钠硅渣脱水）,3CaOAl2O3xSiO2yH2O3CaOAl2O3xSiO2+yH2O,（含水铝硅酸三钙脱水）,2 A1OOHAl2O3+H2O,（一水软铝石脱水）,Al2O32 SiO2H2OAl2O32 SiO2+H2O,（高岭石脱水）,Fe2O3nH2OFe2O3+nH2O,（含水氧化铁脱水）,CaCO3CaOCO2,（碳酸钙分解）,Ca(OH)2CaO+H2O,（消石灰脱水）,上述反应在物料从,145,升至,600,时反应开始进行。,（,2,）高碱或低碱配方发生的反应：,Al2O3+Na2OFe2O3=Na2OAl2O3+Fe2O3,此反应在,800900,之间进行。,在烧结温度下，碱量不足时，反应向生成,Na2OAl2O3,的方向进行。如果碱量过低，则有,Al2O3+CaO,CaOAl2O3,反应进行，造成,Al2O3,的损失。,如果碱比,N/A+F,1,时则发生下列反应：,2CaOSiO2+Na2CO3,Na2OCaOSiO2+CaO+CO2,此反应在,1000,时进行，由于,Na2OCaOSiO2,实际上不溶于水，因此，高碱配方会造成碱的损失。,当炉料中,Na2CO3,配量不足，而又有,CaO,存在时，则发生下列反应：,2CaO+Fe2O3=2CaOFe2O3,CaO+Fe2O3=CaOFe2O3,上述反应在,1200,下可在半小时内完成。因此，在碱比小于,1,时，要适当多配部分,CaO,。,另外，铝土矿中,TiO2,在高温下与,CaO,反应：,TiO2,CaO,CaOTiO2,烧结设备,熟料烧结目前基本使用的是熟料烧结窑,熟料窑的构造主要有如下部分：,筒体、支撑装置、传动装置、窑衬、窑内热交换器、燃烧装置、喂料装置,熟料烧结的主要影响因素,熟料烧结的主要影响因素有：,（,1,