拜耳法生产氧化铝第四章高压溶出课件

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,