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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,*,第四章 高压溶出,冶金化工系冶金教研室,山东铝业职业学院,第四章 高压溶出冶金化工系冶金教研室山东铝业职业学院,1,一、概述,铝土矿的溶出过程一般是在,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,Al,2,O,3,溶出,制成铝酸钠溶液。,第四章 高压溶出,一、概述 铝土矿的溶出过程一般是在高压(高温)条,2,二、铝土矿及循环母液的主要成分,有用成分:,氧化铝(,Al,2,O,3,)(,主要有用成分)、镓,杂质:,氧化硅(,SiO,2,)、,氧化铁(,Fe,2,O,3,)、,氧化钛(,TiO,2,)、,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,二、铝土矿及循环母液的主要成分有用成分:氧化铝(Al2O3),3,苛性钠(,NaOH,),,铝酸钠,NaAl(OH),4,,,碳酸钠(,Na,2,CO,3,),第四章 高压溶出,2.溶出所用循环母液的主要成分,苛性钠(NaOH),铝酸钠NaAl(OH)4,碳酸钠(N,4,三、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,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,5,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:,Al,2,O,3,(1,或3),H,2,O+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,铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液,6,SiO,2,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,SiO,2,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。如果在低温下溶出三水铝石,这部分,SiO,2,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,在溶出过程中于碱液作用生成,Na,2,SiO,3,进入溶液中,,Na,2,SiO,3,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)(,Na,2,OAl,2,O,3,1.7SiO,2,nH,2,O),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在溶出过程中的行为取决于它的矿物组,7,SiO,2,在,Al,2,O,3,生产中的危害:,生成含水铝硅酸钠,造成,Na,2,O,K,和,Al,2,O,3,的损失。,按,Na,2,OAl,2,O,3,1.7SiO,2,nH,2,O,分子式计算,每公斤,SiO,2,造成0.608公斤的,Na,2,O,K,和1公斤,Al,2,O,3,的损失,因而拜耳法只适应于处理低硅优质铝土矿。,由于,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。,残留在铝酸钠溶液中的,SiO,2,在分解时会随,Al(OH),3,一起析出,影响产品质量。,因此,在生产过程中要控制和减少,SiO,2,的有害作用。,第四章 高压溶出,SiO2在Al2O3生产中的危害:第四章,8,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,在铝土矿溶出过程中所有铁矿物全部残留在赤泥中,9,铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。,氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠,Na,2,O3TiO,2,2H,2,O。,造成,Na,2,O,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,,Al,2,O,3,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,铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。第四章 高,10,消除,TiO,2,危害的有效措施:,在铝土矿溶出时添加石灰,此时,TiO,2,与,CaO,生成结晶状的钛酸钙,Ca,2,OTiO,2,(,松脆多孔、极易脱落),使,Al,2,O,3,的溶出过程不再受到阻碍,也降低了,Na,2,O,的消耗。,第四章 高压溶出,消除TiO2危害的有效措施:在铝土矿溶出时添加石灰第四章,11,1,),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,1)氧化钙的来源:第四章 高压溶出5.氧化钙在溶出过程,12,2)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,CaOAl,2,O,3,6 H,2,O,,造成,Al,2,O,3,的损失。,3,Ca(OH),2,+2 NaAl(OH),4,+aq=3 CaOAl,2,O,3,6 H,2,O+2 H,2,O+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3,CaOAl,2,O,3,xSiO,2,(6-2x)H,2,O,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,2)氧化钙的行为第四章 高压溶出,13,3),铝土矿高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,Al,2,O,3,的溶出速度和溶出率。,促进针铁矿转变为赤铁矿,使其中的,Al,2,O,3,充分溶出,并使赤泥的沉降性能得到改善。,(针铁矿,FeOOH,,赤铁矿,Fe,2,O,3,,,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,Na,2,O,损失,降低碱耗。,第四章 高压溶出,3)铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用第,14,四、铝土矿的溶出过程,铝土矿的溶出过程包括以下几个步骤:,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。,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,15,五、溶出过程的质量指标,苛性比值是指铝酸钠溶液中,Na,2,O,k,与,Al,2,O,3,的分子比。,第四章 高压溶出,1.苛性比值:,五、溶出过程的质量指标苛性比值是指铝酸钠溶液中Na2Ok与A,16,理论溶出率:,理论上矿石中可以溶出的,Al,2,O,3,量与矿石中,Al,2,O,3,量之比。,第四章 高压溶出,2.氧化铝溶出率,实际溶出率:,实际溶出的,Al,2,O,3,量与矿石中,Al,2,O,3,量之比。,理论溶出率:理论上矿石中可以溶出的Al2O3量与矿石,17,六、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,Al,2,O,3,的平衡浓度亦增大,溶出液,A/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,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,18,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,溶出反应进行完全需要一定的时间,随管道化溶,19,在铝酸钠溶液中,,Al,2,O,3,浓度,增高,,SiO,2,的平衡浓度,增高,而且增高速率大于,Al,2,O,3,浓度,增高速率,所以过高的,Al,2,O,3,浓度使溶液的,A/S,降低。,脱硅反应:,SiO,2,+2NaOH=Na,2,SiO,3,+H,2,O,Na,2,SiO,3,+NaAl(OH),4,+aq=Na,2,OAl,2,O,3,1.7SiO,2,nH,2,O,+aq,第四章 高压溶出,3.溶出液中氧化铝浓度,在铝酸钠溶液中,Al2O3浓度增高,SiO2的平衡浓,20,溶出液,Na,2,O,K,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,Al,2,O,3,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,Al,2,O,3,浓度低,,A/S,低。,但溶液,Na,2,O,浓度过高时,,Al,2,O,3,溶出率(,A,),的增幅较小,且蒸汽消耗较多。,因此溶出液的,K,:,1.40,1.50,。,第四章 高压溶出,4.溶出液,K,的影响,溶出液Na2OK浓度较高,溶出K较高时,能保证矿石,21,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,铝土矿溶出时,增大搅拌强度,可强化溶出过程,A/S。第四章,22,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,铝土矿的溶出过程是液固两相反应。矿浆细度愈细,固相,23,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 高压溶出二级(节)标题位置三级(讲授内容)标题位置,24,第四章 高压溶出,第四章 高压溶出,25,
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