2.6铝酸钠溶液的脱硅.ppt

一、概述 在烧结法熟料溶出过程中，由于二次反应的发生造成铝酸钠粗液中含有5-6g/l的SiO2，粗液的硅量指数（A/S）只有20-30。若把粗液直接送入碳分工序，则碳分分解率低，产品AO质量差，蒸发器管壁结疤。因此，为了提高溶液的硅量指数，提高分解率，烧结法粗液必须设置单独的脱硅工序。第六章 铝酸钠溶液的脱硅二、铝酸钠溶液脱硅过程的实质铝酸钠溶液脱硅的实质是使铝酸钠溶液中的SiO2转变为溶解度小的固相物质沉淀析出，液固分离，提高溶液的硅量指数，同时降低溶液中的浮游物含量。第六章 铝酸钠溶液的脱硅三、铝酸钠溶液脱硅的方法铝酸钠溶液脱硅的方法铝酸钠溶液脱硅的方法有两大类：一类是使SiO2成为含水铝硅酸钠析出；另一类是使SiO2成为水化石榴石析出。第六章 铝酸钠溶液的脱硅四、脱硅工序对氧化铝生产的影响 1.脱硅的深度和指标的稳定性以及溶液精滤程度对氧化铝质量至关重要。2.加压脱硅是高耗能工序，其装备和工艺流程的改进对氧化铝汽耗和成本有重大影响（脱硅工序的加工费最高时可占全部成本10%以上）。3.脱硅过程中生成的钠硅渣和钙硅渣含有较高的碱和铝，当采用返回配料烧成加以回收时，将造成物料循环加工的费用损失。第六章 铝酸钠溶液的脱硅4.由于加钙脱硅比加压脱硅氧化铝损失高出310倍，所以只有尽可能提高一次脱硅A/S才能减少脱硅过程的Al2O3损失。5.钠硅渣的溶解度高于钙硅渣，所以当溶液中钠硅渣未分离干净时，将会严重影响加钙脱硅的深度。6.烧结法脱硅工序要分别设置钠硅渣和钙硅渣两道沉降分离、过滤工序，还要进行分离后溶液的精滤，因此沉降、过滤和叶滤往往成为影响脱硅车间甚至整个氧化铝生产的关键。第六章 铝酸钠溶液的脱硅五、SiO2在铝酸钠溶液中的溶解性第六章 铝酸钠溶液的脱硅SiO2在铝酸钠溶液中的溶解度和介稳状态溶解度在铝酸钠溶液中的溶解度和介稳状态溶解度(70)前图表明SiO2在70下的铝酸钠溶液（分子比1.72.0）中的溶解情况。向铝酸钠溶液中添加Na2SiO3，搅拌12小时后即可得到SiO2在铝酸钠溶液中的介稳溶解度曲线AB，继续搅拌56昼夜，才能得到溶解度曲线AC，析出的固相是含水铝硅酸钠。这两支曲线将此图分为三个区域三个区域：AC下面的区为SiO2未未饱和区饱和区；AB曲线上面的区是SiO2的不稳定区不稳定区，即过饱和区过饱和区；在此区中溶液中的SiO2成为含水铝硅酸钠迅速沉淀析出；曲线AB和AC之间的区是SiO2的介稳状态区介稳状态区，所谓介稳状态是指溶液中的SiO2在热力学上虽属于不稳定，但是在不加含水铝硅酸钠作为晶种时，经长时间搅拌仍不至于结晶析出的状态。曲线AB表示SiO2在铝酸钠溶液中含量的最高限度，氧化铝生产过程的溶出粗液中，SiO2含量大体上接近这一极限含量。第六章 铝酸钠溶液的脱硅熟料溶出温度改变，AB、AC曲线的位置会有所不同，但仍保持上述形状。在20100温度范围内，SiO2在铝酸钠溶液中的介稳溶解度随溶液中Al2O3浓度的增加而提高，可按以下经验公式计算。当Al2O3浓度在50g/l以上时：SiO2=2+1.65n(n-1)g/l式中n为Al2O3浓度(g/l)除以50后的数值。当Al2O3浓度在50g/l以下时：SiO2=0.35+0.08n(n-1)g/l此时n为Al2O3浓度(g/l)除以10后的数值。据此可以大致地估计溶出时，粗液的SiO2浓度以及碳分母液所允许的SiO2含量，从而可预计脱硅过程所必须达到的最低要求，即精液硅量指数的最低值。但是碳分母液中含有大量Na2CO3，使SiO2的介稳溶解度要比计算值小得多，精液的硅量指数应该比计算值高，通常不应低于400。第六章 铝酸钠溶液的脱硅六、铝酸钠溶液的结构 铝铝酸酸钠钠溶溶液液中中的的铝铝酸酸钠钠实实际际上上完完全全离离解解为为钠钠离离子子和和铝铝酸酸根根阴阴离离子子。通常我们所说的铝酸钠溶液的结构，指的是铝酸根阴离子的组成及结构。综合近年来较为肯定的关于铝酸根阴离子结构的研究结果，得出：1.在中等浓度的铝酸钠溶液中,铝酸根离子以形式存在。2.在稀溶液中且温度较低时，以水化离子(H2O)形式存在。3.在较浓的溶液中或温度较高时，发生离子脱水，形成Al2O(OH)62-二聚离子，在150以下，这两种形式的离子可同时存在。第六章 铝酸钠溶液的脱硅七、铝酸钠溶液不添加石灰脱硅的基本原理SiO2在工业铝酸钠溶液中呈过饱和的介稳状态，能自发地转变成其平衡固相（含水铝硅酸钠），从溶液中沉淀出来。2Na2SiO3+2NaAl(OH)4+aq=Na2OAl2O32SiO2nH2O +4NaOH+aq 此反应在常压和不加搅拌以及无添加物的情况下，反应速度很慢。为了加快脱硅反应的速度，缩短脱硅时间，工业脱硅是在高温（高压）和添加晶种的条件下进行的，称为压压煮脱硅煮脱硅。生产上称此脱硅的产物为钠硅渣钠硅渣。第六章 铝酸钠溶液的脱硅八、影响含水铝硅酸钠析出的主要因素温度升高，化学反应速度加快，脱硅时间缩短。第六章 铝酸钠溶液的脱硅1.温度第六章 铝酸钠溶液的脱硅温度（压力）对脱硅过程的影响温度（压力）对脱硅过程的影响原液成分工作压力（Kgf/cm2）脱硅时间（小时）脱硅后溶液SiO2含量(g/l)Al2O3(g/l)SiO2(g/l)K99.73.251.60122.71101.62.951.61320.61101.82.761.55520.3799.02.891.60720.24107.82.931.60920.26101.82.671.621220.29脱硅时间越长，脱硅效果越好。第六章 铝酸钠溶液的脱硅2.时间常压脱硅时间与脱硅深度的关系脱硅时间（小时）01261215精液SiO2含量（克/升）5.80.870.70.640.250.22脱硅程度（%）08688.689.595.596当Na2OK浓度一定时，SiO2浓度随着Al2O3浓度降低而降低。但这对提高硅量指数意义不大，=。第六章 铝酸钠溶液的脱硅3.原液Al2O3浓度当Al2O3浓度一定时，Na2OK浓度，SiO2浓度,K=,在保证溶液稳定性的前提下，K越低，脱硅效果越好。第六章 铝酸钠溶液的脱硅4.原液Na2OK浓度钠盐（Na+）有利于脱硅过程第六章 铝酸钠溶液的脱硅5.原液中的钠盐含量（Na2CO3、Na2SO4、Na2Cl）（Na+）添加晶种可以避免含水铝硅酸钠在结晶时形成晶核的困难，提高脱硅速度和深度。烧结法粗液脱硅采用混合硅渣（钠硅渣和钙硅渣）第六章 铝酸钠溶液的脱硅6.添加晶种九、铝酸钠溶液添加石灰脱硅的基本原理石灰是以石灰乳Ca(OH)2浆的形式加入铝酸钠溶液的，加入石灰后将发生如下反应：3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaOAl2O36H2O+2NaOH+aq CaOAl2O36H2O+xNaSiO3+aq=3CaOAl2O3xSiO2(6-2x)H2O+2xNaOH+aq 由于以上反应生成的水化石榴石系固溶体的溶解度比含水铝硅酸钠的溶解度更小，所以可以加深脱硅，从而提高溶液的硅量指数。生产上此脱硅产物叫钙硅渣钙硅渣。第六章 铝酸钠溶液的脱硅十、影响添加石灰脱硅过程的主要因素添加石灰过程中，Al2O3150g/l，添加石灰脱硅效果不明显。Na2OK，K，（促进水化石榴石分解），添加石灰脱硅效果 （K：1.47-1.57）第六章 铝酸钠溶液的脱硅1.溶液中Na2OK浓度和Al2O3浓度Na2OC，添加石灰脱硅效果原因：Na2CO3可分解水化石榴石，提高溶液中SiO2浓度 Na2CO3与Ca(OH)2发生苛化反应，增加石灰的消耗，增加Na2OK浓度（不利于SiO2的脱除）第六章 铝酸钠溶液的脱硅2.溶液的Na2OC浓度SiO2含量一定时，石灰添加量，溶液A/S，但Al2O3损失 （因此，为了保证溶液的A/S，减少石灰用量和Al2O3的损失，应使脱硅原液中的SiO2含量低一些。）石灰乳中，（石灰质量），脱硅效果 （石灰添加量为10g/l石灰乳中200g/l）第六章 铝酸钠溶液的脱硅3.石灰添加量和质量原液中SiO2，精液A/S第六章 铝酸钠溶液的脱硅4.溶液中SiO2含量温度，脱硅速度和深度生产上一般在溶液沸点温度100-105时进行。第六章 铝酸钠溶液的脱硅5.温度十一、铝酸钠溶液脱硅工艺及方法脱硅工艺：脱硅工艺：一段脱硅（压煮脱硅）二段脱硅 三段脱硅（深度脱硅）压煮脱硅的方法：压煮脱硅的方法：按压力分：高压脱硅、常压脱硅按加热方式分：直接加热、间接加热按操作周期分：连续脱硅、间断脱硅第六章 铝酸钠溶液的脱硅十二、铝酸钠溶液脱硅工艺及发展 一次高压脱硅采用蒸汽直接加热的脱硅机，间断作业。脱硅机的规格为2.59.5m，自蒸发器为4.09.5m。一次脱硅后，为了进一步提高溶液硅量指数，再添加石灰进行二次脱硅。在1994年以前，一直沿用的是直接加热脱硅工艺。第六章 铝酸钠溶液的脱硅1.蒸汽直接加热一次脱硅与加石灰二次脱硅 第六章 铝酸钠溶液的脱硅铝酸钠溶液铝酸钠溶液二次脱硅工艺流程二次脱硅工艺流程乏汽滤饼粗液粗液槽脱硅机硅渣缓冲槽沉降分离底流溢流叶滤机石灰乳精液送分解送配料自蒸发器过滤机滤液蒸汽乏汽预热赤泥洗水 粗液预热到一定温度后，用泵打入脱硅机，通入蒸汽进行预热，加热方式为蒸汽直接加热。脱硅后的料浆进入自蒸发器和缓冲槽降温降压，产生的二次蒸汽用于加热赤泥洗水和预热粗液。在缓冲槽中加入石灰乳进行二次脱硅。从缓冲槽出来的料浆进入硅渣沉降槽，溢流用叶滤机进行过滤，除去精液中的浮游物，送分解过程；过滤后的硅渣返回配料。第六章 铝酸钠溶液的脱硅 间接加热连续脱硅与直接加热脱硅相比，具有如下特点特点：实现了脱硅工业连续化、自动化作业，大大降低了劳动强度，易于操作管理，设备检修工作量少。采用列管间接加热，蒸汽冷凝水不进入溶液中，因此，溶液浓度不仅没有被冲淡，反而得到浓缩，使后续工序物料流量减少，提高了溶液生产率，配套设备投入减少。同时脱硅耗用蒸汽的冷凝水不带入后续蒸发工序，因此使蒸发汽耗降低。采用间接加热连续脱硅工艺蒸汽消耗量下降。因为是间接加热，蒸汽可以连续利用，所以每生产一吨氧化铝蒸汽消耗由原来的4.2t降低到3.6t以下。第六章 铝酸钠溶液的脱硅2.间接加热连续脱硅第六章 铝酸钠溶液的脱硅乏汽乏汽乏汽原液槽喂料泵一级预热器二级预热器三级预热器四级预热器保温罐自蒸发器缓冲槽分料箱沉降槽新蒸汽一级冷凝水蒸发器二级冷凝水蒸发器冷凝水槽乏汽 铝酸钠溶液脱硅是决定烧结法氧化铝产品质量及碳分分解率的关键工序，并对生产能耗等项指标有一定影响。多年来国内外对脱硅过程进行了大量的研究，工艺不断改进。20世纪60年代以前，工业上采用一段高压脱硅，精液硅量指数仅约350左右。60年代以来广泛采用以石灰为添加剂的两段深度脱硅方式。精液硅量指数可提高到700-800，氧化铝质量明显提高。但这一方法也存在一些缺点，产品质量仍然不高。另外，此法石灰添加量大，精液稀释（石灰乳带入水），生产能耗增加，氧化铝回收率降低，因此改进脱硅工艺的研究一直在继续进行。第六章 铝酸钠溶液的脱硅3.铝酸钠溶液的深度脱硅 某厂采用的三段脱硅工艺，其实质是将两段脱硅法中第二段的石灰分两次加入，即增加一次脱硅。其流程图如图所示。第六章 铝酸钠溶液的脱硅第六章 铝酸钠溶液的脱硅粗液槽东西组脱硅机连脱管道化新东组预热器一二级自蒸发器一二级缓冲槽一二级自蒸发器三级自蒸发器叶滤机分料箱滤液返晶种新蒸汽石灰乳种分沉降槽溢流原液槽叶滤机二次精液反应槽20米沉降槽袋滤机三次精液六车间碳分溢流底流底流混合槽过滤机滤饼二车间配料滤饼底流滤饼石灰乳新蒸汽六车间种分特铝特铝粗液 20世纪80年代前期，国外某些氧化铝厂成功地采用了以水合碳铝酸钙代替石灰作第二段脱硅添加剂，这种方法称为超深度脱硅法。采用此法，精液可达到很高的硅量指数（精液硅量指数约5000）。水合碳铝酸钙采用石灰乳与精液合成，工艺简单，易于在工业上实现。水合碳铝酸钙脱硅工艺包括两个步骤：首先合成水合碳铝酸钙，然后以它作为脱硅添加剂，经过一段高压脱硅。第六章 铝酸钠溶液的脱硅第六章 铝酸钠溶液的脱硅4.粗液两段常压脱硅工艺 （1 1）一段常一段常压压脱硅理脱硅理论论分析分析 铝硅酸钠溶液中的主要离子是 和 ，随着溶液中碱浓度和Al2O3浓度的增大，使得铝酸钠溶液中铝酸根离子形成结构复杂的铝酸根络合离子；硅酸根离子以 取代复杂铝酸根离子中的 ，生成稳定状态的钠硅渣：2Na+2+1.7=Na2OAl2O31.7SiO2xH2O+3.4OH-+（4-x）H2O生产过程中，可采用加入晶种、强化搅拌、升高温度、溶液改性等措施破坏SiO2这种热力学上的介稳状态，加速钠硅渣的形成。（2）二段常二段常压压脱硅理脱硅理论论分析分析在烧结法二段添加石灰乳深度脱硅过程中，石灰乳首先与铝酸钠溶液反应生成水合铝酸三钙（C3AH6），然后C3AH6再与溶液中的结合形成水化石榴石C3ASXH(6-2X)。反应方程式如下：3Ca(OH)2+23CaOAl2O36H2O+2OH-3CaOAl2O36H2O+xH2SiO42-3CaOAl2O3xSiO2(6-2X)H2O+2xOH-+2xH2O第六章 铝酸钠溶液的脱硅 如此反应形成的钙硅渣结构如图所示，最内层为尚未反应的Ca(OH)2，中间为C3AH6，外层为C3ASXH(6-2X)。第六章 铝酸钠溶液的脱硅水化石榴石水化石榴石水合铝酸钙水合铝酸钙氢氧化钙氢氧化钙由于钙硅渣中含有一部分尚未结合SiO2的Ca(OH)2和C3AH6，且它们具有较强的结合SiO2的能力，因此可利用钙硅渣作为晶种，返回一段粗液进行常压脱硅。这样可以提高粗液的预脱硅效果，大大降低随钙硅渣返回熟料窑的氧化铝量。第六章 铝酸钠溶液的脱硅（3 3）常压脱硅工艺流程及其特点常压脱硅工艺流程及其特点改进后的粗液两段常压脱硅工艺流程如图所示。第六章 铝酸钠溶液的脱硅溢流溢流底流底流粗液一段常压脱硅分离二段常压脱硅分离合成含钙添加剂去烧结法配料或处理后弃之返回晶种或去拜耳法溶出系统去叶滤 上述工艺流程与传统的脱硅工艺流程相比有如下特点特点:由于取消了粗液的中压脱硅工序,可以明显降低能耗,同时可以降低设备维护、清理的难度；一段常压脱硅渣（钠硅渣）比中压脱硅渣更容易处理可回收钠硅渣中的碱后直接弃之；二段常压深度脱硅渣（水化石榴石）可送去拜耳法溶出系统，以代替石灰石，回收其中的氧化铝；相对于原来的脱硅工艺，常压脱硅多了一道分离工序，并延长了脱硅时间，从总体上来考虑该工艺是合理可行的第六章 铝酸钠溶液的脱硅十三、铝酸钠溶液在脱硅前添加种分母液的作用,种分母液加入量的确定 烧结法生产氧化铝过程中，熟料溶出采用低苛性比溶出技术，溶液K1.201.25。而在后续的粗液脱硅过程中，这种低苛性比值的铝酸钠溶液由于稳定性差，会分解出Al(OH)3，造成Al2O3的损失，影响生产的正常进行，因此，生产上向脱硅前的铝酸钠粗液中添加种分母液，使溶液的K提高到1.45以上，保证铝酸钠溶液的稳定性。种分母液加入量的计算：第六章 铝酸钠溶液的脱硅十四、烧结法生产氧化铝过程中铝酸钠粗液为什么要先进行一次压煮脱硅后再进行添加石灰的二次脱硅？一次脱硅与二次脱硅之间为何应分离钠硅渣？第六章 铝酸钠溶液的脱硅一 次 脱 硅 的 产 物 为 钠 硅 渣，分 子 式 为：NaOAl2O32SiO2nH2O，其中SiO2：Al2O31.51.8二次加石灰乳脱硅的产物为钙硅渣，分子式为：3CaOAl2O3xSiO2（6-2x）H2O，其中x值为二氧化硅的饱和度，约为0.10.2，即在钙硅渣中CaO：SiO21530，Al2O3：SiO2510。若直接采用添加石灰乳脱硅会造成Al2O3的大量损失和CaO的损耗，因此烧结法生产氧化铝过程中铝酸钠粗液要先进行一次压煮脱硅使溶液中的大部分二氧化硅以钠硅渣的形式析出后再进行添加石灰的二次脱硅。钙硅渣的溶解度远远小于钠硅渣的溶解度，钙硅渣析出时，若溶液中存在钠硅渣，钠硅渣将溶解进入溶液并转化为钙硅渣析出，造成溶液中Al2O3的损失增加，溶液A/S下降，以及石灰乳加入量增加，因此一次脱硅与二次脱硅之间为何应分离钠硅渣。第六章 铝酸钠溶液的脱硅十五、脱硅工艺主要设备简介 1.1.脱硅机构造脱硅机构造 脱硅机是一个圆筒密封高压容器，球形盖，底由25mm钢板制成，有进料口和进出汽口，有效容积为30m3，规格为2.5m9.5m和2.6m9.5m。2.2.脱硅机工作原理脱硅机工作原理 将溶液送入脱硅机内进行加温加压，是粗液中的过饱和介稳状态的SiO2转变为固相（含水铝硅酸钠）从溶液中沉析出来。第六章 铝酸钠溶液的脱硅（一）脱硅机构造及工作原理 1.1.叶滤机构造叶滤机构造 叶滤机是加压双筒过滤器，由圆形机筒、机头、机架轨道、滤片及进出料系统、电机及搅拌组成。叶滤机工作过程是以进料、卸料、刷车、上车周期性的间断操作。叶滤机滤筒的规格是：1300mm3500mm，电机功率2.6KW，台时产能100m3/h，有效过滤面积23.4m2。滤片规格：大号为2900mm1100mm1000mm；中号为2900mm960mm860mm；小号为2900mm860mm760mm。第六章 铝酸钠溶液的脱硅（二）叶滤机构造及工作原理 2.2.叶滤机工作原理叶滤机工作原理 叶滤机的作用主要是将浮游物从液体中分离出来。硅渣沉降槽的溢流用泵打进叶滤机内，因滤片上过滤介质的前后压力不同，精液在压力差的作用下穿过过滤介质从出口流出制成纯净透明的精液，而浮游物被隔在介质面上形成硅渣滤饼被分离出来。第六章 铝酸钠溶液的脱硅 1.1.硅渣过滤机构造硅渣过滤机构造 硅渣过滤机由滤鼓、半圆槽，搅拌器、分配头等组成。规格为3000mm4000mm。2.2.硅渣过滤机工作原理硅渣过滤机工作原理 利用真空泵所产生的负压，用卡布龙做过滤介质，使介质两边形成压力差，将来料中的硅渣浆液迅速分离，滤饼附着在介质表面，随滤鼓转动，经卸泥辊时，由于滤布急折回而自动脱落，被喷液冲入漏斗，滤液经真空受液槽送往沉降槽。第六章 铝酸钠溶液的脱硅（三）硅渣过滤机构造及工作原理 1.1.袋滤机构造袋滤机构造 袋滤机主要部件及规格为：机筒3500mm6300mm，滤筒300mm16400mm，每台袋滤机内装30个滤筒，有效过滤面积为40m2，滤液量为200-300m3/h，进出料球阀200mm，由300mm530mm摆动汽缸带动，由时间程序控制换向阀，换向阀控制气缸，清扫器气缸为300mm450mm，自动换向。第六章 铝酸钠溶液的脱硅（四）袋滤机构造及工作原理 2.2.袋滤机工作原理袋滤机工作原理 过滤：深度脱硅的浆液用泵打入袋滤机内，在泵的压力作用下，液体通过滤布经滤筒出料管流出，固体被均匀地阻挡在滤布外面形成滤饼达到液固分离。蓄泥：当滤饼达到一定厚度时，出料阀便自动关闭，滤液在储能室积存，储能室的空气被压缩，其压力不断升高而达到蓄能的目的。卸泥：当蓄能压力达到规定值时，在关闭进料阀的同时，打开回流球阀，机内压力猛然下降，蓄能室里被压缩的气体膨胀，使积存在滤筒里的滤液反喷出来，把滤饼吹落，同时滤布得到一次清洗，随即开始第二次循环。排泥：滤渣堆积在机筒锥底，其量达到一定值时，排泥阀自动打开排出滤渣，量小到一定值时，排泥阀又自动关闭。第六章 铝酸钠溶液的脱硅