有色金属冶金概论

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,*,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,轻有色金属,铝,冶金学,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,在有色金属之中，轻金属发展较晚，十八世纪末被陆续发展后，十九世纪初才得以分离为单独的金属本世纪才开始工业生产。然而轻金属的生产迅速，铝的产量在1956年超过了铜，跃居有色金属之首，成为产量仅次于钢铁的金属。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,轻金属元素的性质,比重小，还与它们的物理化学性质和冶炼技术有许多共同的特点有关：,与氧、卤族元素、硫和碳的化合物都非常稳定，,在电化次序表上，都是负电性很强的元素。,不能用碳直接还原其氧化物来制取金属。,轻金属的冶炼方法：,熔盐电解法,金属热还原法,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,在轻金属中最重要和最有代表性的是铝和镁。,地壳中含量最多的金属元素是,；,Al,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,第一节 绪 论,1.1 铝冶金的历史,19世纪初，法国皇帝拿破仑三世，为显示自己的富有和尊贵，命令官员给自己制造一顶比黄金更名贵的王冠,铝王冠,。在举行宴会时，只有他使用一套,铝质餐具,，其他人只能用银制餐具。,即使在化学界，铝也被看成最贵重的。英国皇家学会为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，不惜重金制作了一只,铝杯,，赠送给门捷列夫。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,3Na+AlCl,3（熔融）,3NaCl +Al,一定条件,1886年，美国霍尔和法国埃鲁用电解法冶炼得到铝,2Al,2,O,3（熔融）,4Al +3O,2,通电,法国的德维尔于1854年制得铝,氧化铝的熔点（2054,）很高，直接加热使其溶化需要消耗很大的能量。,霍尔和埃鲁最重要的突破是找到了助熔剂冰晶石(Na,3,AlF,6,)，使氧化铝熔融温度降低，减低了能耗，大大降低了生产铝的成本。,电解铝方法的发明,德国的沃勒于1827年发现铝,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝冶金发展概况,有关铝的文字记录最早出现于公元一世纪罗马作家盖斯普利纽斯（Gaius Plinius）的论文集。但是，铝的问世应是1825年。至今虽然为时不长，但铝冶金发展较快。,1746年Pott从明矾制取了纯的氧化铝（Alumina）,1825年丹麦化学家,奥斯特 (,Orested)用钾汞还原无水氯化铝，得到一种灰色的金属粉末，在研磨时呈现金属光泽，但当时未能加以鉴定。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,1827年德国化学家韦勒（F.Wohler）先用钾汞齐，后来用钾还原无水氯化铝制得少量细微的金属颗粒，1845年，他把氯化铝气体通过熔融的金属钾表面，得到金属铝珠，并测定了铝的密度和部分性质,1854年法国的一位小学教师戴维尔(H.S.Deville)用钠还原NaClAlCl,3,混合盐也得到金属铝，并在法国进行小规模生产。随后罗西和别凯托夫分别用钠和镁还原冰晶石炼铝成功，并用此方法建厂炼铝。应用化学法炼出的金属铝总共约200吨。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,1854年法国的德维尔Deville和德国人本生Bunsen各自独立使用炭电极在陶瓷容器内电解NaAlCl,4,制得了少量铝，直到1876年，这种方法才得以实现。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,1886年美国霍尔（Hall）和法国埃鲁特（Heroult）不约而同地提出了利用冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝的专利，开创了电解法炼铝阶段。Hall认为氧化铝是炼铝的适当原料，唯一的问题是要寻找一种适宜的熔剂，因为氧化铝的熔点很高。所以他系统地研究了各种熔剂，进行试验，一直到冰晶石为止。而埃鲁特则相反，自从电解纯冰晶石熔液得到铝之后，为了寻找炼铝原料他先添加了NaCl-AlCl3络合盐，但由于NaCl-AlCl3易水解，故改用氧化铝。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,1888年美国匹兹堡电解厂开始用冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝。瑞士冶炼公司也在同时采用该法炼铝。以后，其他各国也相续采用电解法炼铝，法国于1889年，英国1890年，德国1898年，奥地利1899年，挪威1906年，意大利1907年，西班牙1927年，前苏联1931年，中国1938年。与化学法炼铝相比，电解法成本较低，而且产品质量好。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,1.2 现代铝工业,辅助环节：,炭素电极制造,氟盐生产,从铝土矿提取纯氧化铝,用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产金属铝,铝加工,三个主要生产环节,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝土矿,生产氧化铝,纯氧化铝,电解制铝,原铝,精炼,拜耳法,烧结法,拜耳烧结联合法,铝的生产方法,精铝,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,1.3 铝的性质和用途,物理性质,银白色,比重小: 2.7g/cm,3,导电性好: 2635 (10,-4,1,cm,-1,),导热性好: 0.50 (cal/cm S K),良好的延展性和其合金的高比強度,抗腐蚀性,易着色,.,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,导电性很好,，仅次于银、铜；,可以做电线、电缆,铝的用途,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝的用途,延展性很好，做成铝箔可以用在食品工业,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,热的良导体: 导热能力比铁大三倍，,可以做炊具以及各种热交换器。,铝的用途,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝的用途,制铝合金，硬铝:含铝、镁、铜、锰、硅,广泛应用于飞机、汽车、船舶等制造业，,窗门框等建筑业。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝的用途,京广铁路的焊接现场,焊接铁轨（铝热剂）,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,化学性质,铝的原子结构,8,+13,2,3,铝容易失去最外层3个电子，成为带3个单位正电荷的,铝离子。因此铝的还原性很强。,（1）跟非金属反应,跟氧气反应,在空气中,生成致密而坚固的氧化铝薄膜,在纯氧中加热或在空气里高温下能与,氧气激烈反应,发生燃烧,4Al3O,2,= 2Al,2,O,3,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝也能与硫、卤素等起反应。,2Al3S Al,2,S,3,2Al3Cl,2,2AlCl,3,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,（2）跟酸反应,a. 与非氧化性酸反应,：,2Al,3+,6H, 2Al,3,3H,2,b. 与强氧化性酸反应：常温钝化。因此，可以用铝制,的容器来装运浓硫酸或浓硝酸。,2Al,6H,2,SO,4,(,浓,) Al2(SO4),3,3SO,2,6H,2,O,Al,6HNO,3,(,浓,) Al(NO,3,),3,3NO,2,3H,2,O,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,（3）与水反应,铝能与沸水反应，带膜的铝不与水反应。,2Al6H,2,O 2Al(OH),3, 3H,2,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,（4）跟强碱溶,液反应生成氢气和偏铝酸盐。,2Al2NaOH2H,2,O 2NaAlO,2,3H,2,铝制容器不能用来盛放烧碱溶液。,（5）跟某些金属氧化物反应,此反应叫铝热反应，可产,生2000以上的高温。工业,上应用这个反应焊接钢轨。,与氧化铁反应,铝热剂：铝粉与金属氧化物的混合物,（铝和氧化铁的混合物是最常用的铝热剂）,铝热剂法：用加热铝粉和金属氧化物的混合物还原金,属的方法。,2AlFe,2,O,3,2FeAl,2,O,3,热,高温,铝除了能与氧化铁反应，还原出铁外，,还能与五氧化二钒、氧化铬、二氧化锰等,金属氧化物发生类似反应，如：,2AlCr,2,O,3,= 2CrAl,2,O,3,热，,并放出大量的热，使被还原的金属在较高,的温度下，呈熔融状态并跟形成的炉,渣分离，从而获得较纯的金属。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,单元问题,现代铝工业的三个主要生产环节,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,第二讲,氧化铝的生产概述,氧化铝是铝冶炼的主要原料，每生产1吨原铝需要消耗近2吨氧化铝。此外，各种特殊性能的氧化铝也广泛应用于电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、造纸、制药等行业，因此，氧化铝生产在我国经济建设中占有十分重要的地位。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,2.,1.,氧化铝及其水合物,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Al,2,O,3,，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。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。,氧化铝水合物实际上是由OH,-,、O,2-,、 Al,3+,构成的，其中并不存在水分子。,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： Al,2,O,3,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。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,2.,2 氧化铝生产方法,氧化铝是两性氧化物，故它既可以用碱性溶液也可以用酸性溶液使得铝土矿中的氧化铝溶出。,碱法：拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳-烧结联合法等。,酸法、酸碱联合法、热法,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,碱法生产氧化铝，就是用碱(NaOH或Na,2,CO,3,)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。,碱法生产氧化铝,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,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。,酸法生产氧化铝,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,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。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,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。,酸碱联合法生产氧化铝,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,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。,热法生产氧化铝,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,2.,3 铝土矿,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：Al,2,O,3,、SiO,2,、Fe,2,O,3,、TiO,2,，少量的CaO、MgO硫化物、微量的镓、钒、磷、铬等元素的化合物。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝土矿分类,铝土矿中Al,2,O,3,含量大致为50%70%，其矿物成分有三水铝石Al(OH),3,、一水软铝石AlOOH和一水硬铝石AlOOH。,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,；,混合型铝土矿。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,我国铝土矿除了分布集中外，以大、中型矿床居多。储量大于2000万t的大型矿床共有31个，其拥有的储量占全国总储量的49%；储量在2000500万t之间的中型矿床共有83个，其拥有的储量占全国总储量的37%，大、中型矿床合计占到了86%。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝土矿中SiO,2,主要以高岭石Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O等硅酸盐矿物存在，有的含少量石英(晶质SiO,2,)、蛋白石(SiO,2,n,H,2,O)及其他粘土矿物。,二氧化硅是铝土矿的主要有害成分，它是氧化铝生产中引起碱和氧化铝损失的主要来源。在氧化铝生产中评价铝土矿的质量即以铝土矿中氧化铝和氧化硅的重量比为标准，称为“铝硅比”(A/S)。目前工业生产中要求铝土矿的铝硅比不低于7(用于拜耳法者)，用烧结法处理者应不低于3.5。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,我国铝土矿特点,我国铝土矿资源丰富，储量大，,根据目前已探明的具有工业价值的铝土矿床，主要分布在河南、山西、广西、贵州及山东等省。我国铝土矿的一般特点是,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。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,其他铝矿资源,除铝土矿外，可用于生产氧化铝的其他原料主要有：,明矾石矿 我国浙江、安徽有很大的明矾石矿床。苏联、美国等都拥有丰富的明矾石矿。,霞石矿 霞石常与长石、磷灰石等矿物伴生，经选矿后的霞石精矿可用于生产氧化铝、碱和水泥。我国云南和四川有储量很大的霞石矿。苏联有丰富的霞石资源，工业生产近50年，但处理霞石的氧化铝产量不到其氧化铝总产量的1/5。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,单元问题,1、,氧化铝生产方法,2、,我国铝土矿特点,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,第三讲,拜耳法生产氧化铝,回顾：,氧化铝的主要生产方法：,碱法、酸法、酸碱联合法、热法,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,碱处理,分解,煅,烧,铝土矿,铝酸钠溶液,Al(OH),3,Al,2,O,3,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,3.1 拜耳法原理和基本流程,3.1.1拜耳法的基本原理和实质,拜耳法是澳大利亚化学家拜耳（,Karl Josef Bayer）在1889-1892年间所发明的。拜耳法用在处理,低硅铝土矿,，特别是处理,三水铝石型铝土矿,时，流程简单、产品质量好，因而得到广泛的应用。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,1 拜耳法的基本原理,（,1）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，溶液中的氧化铝便呈氢氧化铝析出。,（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一批铝土矿。,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。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,拜耳法的实质就是使下一反应在不同的条件下朝不同的方向交替进行：,Al,2,O,3,(1或3)H,2,O+2NaOH(aq)=2NaAl(OH),4,(aq),溶出,140 ,分解,96%，,N标,97%；,联合法厂：,A标,93.5%，,N标,95.5%,反应烧结强度和气孔率。,密度：,烧结法厂1.2-1.3g/L;联合法厂1.2-1.45g/L,粒度：,粒度应均匀，30-50mm。,S,2-,0.25%的熟料是黑心多孔，质量好； S,2-,7%，烧结过程遇到困难，硫酸钠容易融化，使熟料中液相增加，造成熟料窑结圈，运转不能正常。在蒸发过程中呈复盐析出，影响蒸发作业,生料加煤可消除氧化铁和硫的有害作用,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,4.2.5 影响熟料质量的主要因素,炉料成分：铝硅比，铁铝比，碱比、钙比，生料中硫酸钠,烧结温度,煤粉质量,炉料的粒度和混合程度,熟料窑的操作,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,4.2.6 提高烧结窑产能和降低热耗得途径,降低生料浆的含水量,扩大窑体直径,提高窑的发热能力,提高冷却机的冷却效果,生料掺煤,选择最佳作业制度,提高窑的运转率,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,4.3 铝酸盐熟料的溶出,4.3.1 溶出过程的目的和要求,目的：使熟料中的Na,2,OA1,2,O,3,尽可能完全地转入溶液，而Na,2,OFe,2,O,3,尽可能完全地分解，以获得A1,2,O,3,、Na,2,O高的溶出率。,要求：溶出液要与赤泥尽快地分离，以减少氧化铝和碱的化学损失。分离后的赤泥，挟带着附液，应充分洗涤，以减少碱和氧化铝的机械损失。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,4.3.2 熟料溶出过程的主要反应,铝酸钠：,铝酸钠及其与铁酸钠组成的固溶体易溶于水和稀减溶液。,铁酸钠,：固体铁酸钠在水中是极不稳定的，在溶出时立即发生水解:,Na,2,OFe,2,O,3,+H,2,O=2NaOH + Fe,2,O,3,H,2,O,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铝酸钙：,CaOAl,2,O,3,+ Na,2,CO,3,+aq=2NaAl(OH),4,+CaCO,3,+aq,12CaO7Al,2,O,3,+ 12Na,2,CO,3,+aq=14NaAl(OH),4,+12CaCO,3,+10NaOH+aq,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O + 3Na,2,CO,3,+aq =2NaAl(OH),4,+3CaCO,3,+4NaOH+aq,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,铁酸钙,CaOFe,2,O,3,和,2CaOFe,2,O,3,两种铁酸钙在碱溶液和铝酸钠溶液中都可能分解，反应式如下：,3(CaOFe,2,O,3,) +,aq,2(3CaOFe,2,O,3,6H,2,O )+2Fe(OH),3,+,aq,3(CaOFe,2,O,3,)+4NaAl(OH),4,+aq,2(3CaOFe,2,O,3,6H,2,O )+6Fe(OH),3,+aq,CaOFe,2,O,3,+ 4H,2,OCa(OH),3,+2Fe(OH),3,3Ca(OH),3,+2Fe(OH),3,3CaOFe,2,O,3,1.5H,2,O+4.5H,2,O,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,熟料中的硫酸钠和硫化钠在溶出时全部进入铝酸钠溶液。,由于熟料溶出时的温度和碱浓度都比拜耳法溶出铝土矿时低，溶出时间也短，所以熟料中的Fe,2,O,3,SiO,2,不致与铝酸钠溶液反应。,熟料中的其他组分在溶出时大都直接转入赤泥。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,4.3.3 溶出时原硅酸钙的行为和二次反应,在溶出过程中赤泥中的2CaOSiO,2,（原硅酸钙）可以与铝酸钠溶液发生一系列的化学反应，使已经溶出来的Al,2,O,3,、Na,2,O，又有一部分重新转人赤泥而损失。这些反应称为二次反应或副反应，由此造成的氧化铝和氧化钠的损失为二次反应损失或副反应损失。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,溶出过程的二次反应主要有：,2CaOSiO,2,+2Na,2,CO,3,+aq=Na,2,SiO,3,+2CaCO,3,+2NaOH+aq,2CaOSiO,2,+2NaOH+aq=2Ca(OH),2,+Na,2,SiO,3,+aq,3Ca(OH),2,+2NaAl(OH),4,+aq=3CaOAl,2,O,3,6H,2,O+2NaOH+aq,2Na,2,SiO,3,+(2+n)NaAl(OH),4,+aq= Na,2,OAl,2,O,3,2SiO,2,nNaAl(OH),4,xH,2,O+4NaOH+aq,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O+xNa,2,SiO,3,+aq,=3CaOAl,2,O,3,xSiO,2,yH,2,O+2xNaOH+aq,3Ca(OH),2,+NaAl(OH),4,+xNa,2,SiO,3,+aq,=3CaOAl,2,O,3,xSiO,2,yH,2,O+2(1+x)NaOH+aq,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,4.3.4 二次反应的影响因素和抑制措施,溶出温度,提高溶出温度使溶出过程中的所有反应都加速进行。,溶出的苛性比值,在氧化铝浓度一定的条件下，提高溶出液苛性比值增进二次反应。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,碳酸钠浓度,溶液中的Na,2,CO,3,能分解2CaOSiO,2,，从这一方面说它的浓度越高，2CaOSiO,2,分解越多。但是当溶液中Na,2,CO,3,浓度增高到一定程度后，它又能促使Ca(OH),2,转变为CaCO,3,，从而抑制了水合铝酸钙和水化石榴石的生成，使Al,2,O,3,的二次反应损失大幅度降低。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,氧化硅浓度,如果溶液中SiO,2,浓度大于2CaOSiO,2,分解反应的SiO,2,平衡浓度，那么就可以抑制2CaOSiO,2,的分解，减少二次损失。,溶出时间,溶出液固比,熟料质量和粒度,良好的熟料质量是保证达到预期溶出效果的前提。熟料粒度也必须适当。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,4.4.1 脱硅过程的意义和要求,熟料在溶出过程中，由于2CaOSiO,2,与溶液中的NaOH、Na,2,CO,3,及NaAl（OH）,4,相互作用而被分解，使较多的二氧化硅进入溶液。通常在熟料溶出液中，Al,2,O,3,浓度约120gL，SiO,2,含量高达4.56g/L，高出铝酸钠溶液中SiO,2,平衡浓度许多倍。在进行分解以前，粗液必须经过专门的脱硅处理。脱硅并经过控制过滤后的铝酸钠溶液叫做精液。它的脱硅程度用,硅量指数,（AS）来表示。精液的硅量指数越高，表示溶液中 SiO,2,含量越低，脱硅越彻底。碳分分解率和产品质量就会越好。,要求精液的硅量指数大于400,4.4 铝酸盐溶液的脱硅,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,目前国内外烧结法厂已经发展了多种脱硅流程，例如先在温度为150170的压煮器中进行一段脱硅，使溶液硅量指数提高到400左右，然后再在常压下加石灰进行二段脱硅，使溶液硅量指数达到10001500的“两段脱硅”流程。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,采用合成水合碳铝酸钙添加剂（CaOAl,2,O,3,（0.250.5）CO,2,11H,2,O）进行超深度脱硅，其效果优于石灰，脱硅后精液的硅量指数可达5000以上，同时可以减少石灰用量，降低能耗，提高了Al,2,O,3,的回收率。超深度脱硅还能大大改善氧化铝产品的物理性能，使其流动性增加，强度提高，细粒子数量减少等，达到砂状氧化铝的要求。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,目前提出的脱硅方法概括起来有两类：,一类是使SiO,2,成为水合铝硅酸钠析出；另一类是添加石灰使SiO,2,成为水化石榴石析出。,其实质都是使铝酸钠溶液中的SiO,2,转变为溶解度很小的化合物折出。由于SiO,2,脱出后的铝酸钠溶液的稳定性显著降低，故在采用低苛性比值溶出熟料的工艺时，为防止脱硅时溶液的分解，在脱硅之前须预先将粗液的苛性比值提高到1.501.55以上。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,4.4.2 铝酸钠溶液不加石灰的脱硅过程,基本原理,它是使铝酸钠溶液中过饱和溶解的SiO,2,通过控制一定的条件使之成为水合铝硅酸钠析出:,1.7Na,2,SiO,3,+2NaAl(OH),4,+aq,=Na,2,OAl,2,O,3,2SiO,2,nH,2,O+3.4NaOH+aq,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,脱硅条件不同，析出的水合铝硅酸钠的化学组成和结晶形态也不同。在碱石灰烧结法粗液脱硅过程中，由于在水合铝硅酸钠的核心上吸附了NaAl(OH),4,等附加盐，因此，钠硅渣的成分大体上相当于Na,2,OAl,2,O,3,1.7SiO,2,2H,2,O。不加石灰的脱硅深度取决于水合铝硅酸钠在溶液中的溶解度。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,粗液中的SiO,2,含量是处于过饱和状态的，所以在不添加石灰的情况下就要考虑哪些因素会使SiO,2,过饱和的溶液更快、更深地析出含水铝硅酸钠。,安徽工业大学 冶金与资源学院,有色金属冶金概论,2影响脱硅过程的主要因素,温度,提高温度会加大脱硅深度。在100170范围内，随着温度的升高水合铝硅酸钠结晶析出的速度显著提高，溶解度降低，硅量指数不断提高。在压力为0.7Mpa(约1