(精品)1-氧化铝生产 (2)

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,*,自我介绍,邹兴,，冶金与生态工程学院有色系教授,办 公 室,： 冶金楼,608,联系电话,：,13701243399,专 业,： 湿法（化工）冶金,研究方向,：湿法冶金新原理、新方法和新工艺、电池 材料、磁性材料、纳米材料等。,主要成果,：用锰矿石直接制备高纯,Mn,3,O,4,（,国际领先,）,用锰矿石直接制备超高纯,MnCO,3,(,国际领先,),用锰矿石直接制备高纯,Mn,2,O,3,（,国际领先,）,用锰矿石直接制备高纯水合氧化锰,(MnOOH),有色金属冶金学,主讲教师：,教材,:,邱竹贤主编：,有色金属冶金学,冶金工业出版社，,2007,参考书 ：,1.,杨重愚：,轻金属冶金学,2.,彭荣秋：,重金属冶金学,3.,吴炳干：,稀土冶金学,4.,彭荣秋：,稀有金属冶金学,5.,卢宜源等：,贵金属冶金学,邹兴,曹战民,侯军钢,第一章 氧化铝生产,4,学时,概 况,氧化铝,生产和,铝电解,是现代铝冶金工业的两大组成部分。,氧化铝是铝电解用的原材料，铝电解是冶炼金属铝的方法，我只讲氧化铝生产这部分。,我国铝工业是在解放以后发展起来的，特别是近三十,发展非常快，不论是品种、质量、还是生产技术水平都,有很大的提高，但是与世界先进水平相比，我国的氧化,铝生产在技术装备和技术经济指标还是比较落后的，尤,其突出的是能耗高、自动化程度和劳动生产率低，所以还有很多工作需要我们去做。,中国,2008,年氧化铝产量 万吨。,2009,年,因经融危机国内产量为,2285,万吨，进口,514,万吨。,2009,年国内氧化铝生产能力约 万吨,/,年。,全球冶金级氧化铝供需情况表 万吨,2005,2006,2007,同比,/%,全球产量,6118,6801,7563,11.4,中国产量,774,1284,53,中国之外产量,5344,5517,5598,1.5,全球消耗量,6258,6685,7518,12.5,全球平衡,-140,116,45,-,1965,2439,3000,第一节 铝矿石,一、种类,氧化铝生产的原料是铝矿石，铝矿石的种类很多，有,250,多种，其中主要有：,铝土矿,明矾石（,K,2,SO,4,.Al,2,(SO,4,),3,.2Al,2,O,3,.6H,2,O,）,霞石（,(Na,K),2,O.Al,2,O,3,.2SiO,2,）,粘土等。,二、铝土矿,1,、种类,铝土矿是氧化铝生产的主要原材料，国内外,95%,的氧化铝是用铝土矿生产的，种类有：,三水铝石,（,-Al,2,O,3,.3H,2,O,）,一水软铝石,（,-Al,2,O,3,.H,2,O,）,一水硬铝石,（,-Al,2,O,3,.H,2,O,）,2,、性质,铝土矿中的三水铝石和一水软铝石处理较容易，一水硬铝石处理较难。,3,、分布,铝土矿资源世界不缺，中国缺。按已探明的储量，全世界可以,用,200,年（,230,亿吨）。中国铝土矿保有资源储量,28,亿吨，远景资,源储量约,50,亿吨，且主要为一水硬铝石，三水铝石在福建、河南,和广西等地有少量发现，储量很少。,4,、组成,铝土矿的主要化学成分是,Al,2,O,3,、,SiO,2,、,Fe,2,O,3,、,TiO,2,，,其中含氧化铝约,50-70%,；少量的,有,CaO,、,MgO,、硫化物；微量的有镓、钒、磷、铬等。,三、铝土矿中的主要杂质,主要杂质为：,SiO,2,、,Fe,2,O,3,、,TiO,2,。,1,氧化硅（,SiO,2,）,氧化硅是主要的有害成分，,是氧化铝生产中造成碱,和氧化铝损失,的主要根源。,在氧化铝生产中评价铝土矿,的质量是以铝土矿中,氧化铝和氧化硅的重量比,（铝硅比）为标准,。,1,）铝硅比（,A / S,）,铝土矿中氧化铝和氧化硅的,重量比,称为铝硅比，用,A / S,表示。铝硅比越大，铝土矿的质量越好。,2,）铝土矿质量与铝土矿处理方法的关系,当铝硅比,A/S,7,时，,该矿石可以采用拜耳法处理,，当然也可以采用,烧结法,处理；,当,3.5,A/S,7,时，就不宜用拜耳法处理，但可以采用烧结法处理；,当,A/S,3.5,时，可以采用烧结法处理，但这时已无实际意义。,我国的一水硬铝石矿属高硅矿，,铝硅比一般在,4 7,之间,，不适合单独采用拜尔法处理，只能采用烧结法或联合法等。,2,三氧化二铁,三氧化二铁在矿石处理过程中，只有极少部分以铁,酸钠的形式进入溶液，但在以后的稀释工艺中又水解除,去，所以对过程的影响比二氧化硅要小得多。我国的一,水硬铝石中三氧化二铁含量在,5%,以下，属低铁矿，所以,我国的铝土矿是属高铝、高硅、低铁矿，不适合拜尔,法,，而国外的是属低硅高铁矿，很适合拜耳法生产。,3,氧化钛,加石灰，生成钛酸钙除去。另外，钒、镓在矿石处理,过程中有积累，镓以,NaGa(OH),4,形态进入溶液，钒以,Na,3,VO,4,形态进入溶液，二者加石灰可以除去并回收。,第二节 氧化铝生产方法,一、 氧化铝的质量,1,、氧化铝的纯度（化学质量）,氧化铝纯度严重影响电解铝质量和电流效率。,A,氧化铝中的主要杂质,氧化铁、,氧化硅、,氧化钠,和水等,。,B,杂质在氧化铝电解过程中的影响,铁和硅,因比铝更容易在阴极上析出,，所以含这些杂质时，就会因它们的析出影响铝的纯度；,氧化钠,因与电解液中的氟化铝反应生成氟化钠和氧化铝破坏了电解质的组成。,3Na,2,O + 2AlF,3,= 6NaF + Al,2,O,3,水,可以和氟化物反应生成氟化氢,。,C,氧化铝的质量标准,国标规定一级氧化铝杂质含量,SiO,2,Fe,2,O,3,Na,2,O,灼减,0.02% 0.03% 0.50% 0.8%,2,、氧化铝物理性质,A,物理性质,包括,-Al,2,O,3,含量、真比重、,粒度,、比表面积、磨损系数、安息角。,B,影响,这些物理性质影响氧化铝的溶解速度、流动性、粉尘大小、保温性能、吸附氟化氢能力等。,粒度,是一个重要指标，它会影响氧化铝的流动性、溶解速度、粉尘大小、氟化氢吸附性能等。,根据粒度大小，氧化铝可分为,砂状、中间状和粉状,氧,化铝，砂状氧化铝具有更好的物理性质，国外已改为生,产砂状氧化铝为主，国内也已经开始生产砂状氧化铝。,二、氧化铝生产方法分类,种类有：碱法、酸法及电热法，,但在工业上得到广泛应用的只有碱法,。,1.,碱法,就是用碱（烧碱或纯碱）处理铝矿石，使氧化铝转变为可溶解的铝酸钠,。,1,）碱法的种类,可分为,烧结法,和,拜耳法,两种基本方法。,烧结法和拜耳法,又可以联合起来组成,联合法,。,联合法,又分为,并联法,、,串联法,及,混联法,。,国外拜耳法和烧结法用得比较多，尤其是拜耳法用得更多（全世界氧化铝大于,90%,用拜尔法生产） ，主要是因为国外的铝矿石含硅较低，铝硅比大于,7,。,生产方法由铝矿石中的铝硅比决定,。,国内因铝土矿的特点是铝高、硅高、铁低，铝硅比在,4,7,之间，一般采用混联法，小部分采用烧结法，极少部分采用拜耳法。,2,）两种基本方法的优缺点,烧结法与拜耳法相比较，前者,能耗高约,6,倍以上,，而,且拜耳法的,产品质量明显优于烧结法,。拜耳法虽然具有,很多优点，但是其应用有严格的限制条件，主要限制条,件是铝硅比，拜耳法要求铝硅比大于,7,的矿石；而对烧结,法来讲，原则上可以处理各种类型的矿石，但从经济角度考虑，一般只处理铝硅比大于,3.5,以上的矿石。,3,）混联法,在我国是一项十分成熟而又行之有效的方法，它收率高，能耗低，在我国这三种方法中数它经济效益最好。,第三节 铝酸钠溶液,一,.,铝酸钠溶液的组成,1.,铝酸钠碱性溶液的结构及特点,铝酸钠在碱性溶液中可以离解为钠离子（,Na,+,）和铝,酸根离子（,Al(OH),4,-,），这已为大量实验结果所证实，,人们也发现铝酸钠溶液的性质与常见电解质溶液有很大的,差别，如粘度、电导性、,过饱和溶液的稳定性,等具有明显,的特殊性，这一切都不能用经典的电解质溶液理论来解,释。铝酸钠溶液的性质,不同于一般电解质溶液是由其结构特点决定的。特点就是：铝酸根离子在溶液中的存在形态与溶液的温度、,pH,值及铝酸钠浓度等有关,。,据,文献报道铝酸钠浓度较小以及,pH,值大,于,13,的溶液中，主要以,Al(OH),4,-,形式存在；,在温度较高或较浓的铝酸钠溶液以及,pH,小于,13,时，则发生,Al(OH),4,-,离子脱水，并聚,合为,Al,2,(OH),6,2-,二聚体离子。,2.,铝酸钠溶液的苛性比,k,苛性比,：是指铝酸钠溶液中,Na,2,O,与,Al,2,O,3,的摩尔数之比：,式中,Na,2,O,包括,NaAlO,2,（,NaAl(OH),4,）中的,Na,2,O,和溶液中游离,NaOH,中的,Na,2,O,；,Al,2,O,3,为,NaAlO,2,中的,Al,2,O,3,。,k,是铝酸钠溶液的一个重要参数。,第四节 拜耳法生产氧化铝,一,.,拜耳法循环过程,拜耳法是奥地利科学家拜耳（,Bayer,）在,1887,提出而得名，当时拜耳提出了两项专利也就是拜耳法的两个基本过程：,一是,Na,2,O,和,Al,2,O,3,的摩尔比（苛性比）为,1.8,的铝酸钠溶液在,常温下，加入,Al(OH),3,种子，不断搅拌，溶液中可不断析出,Al(OH),3,，直到,k,达,6,为止，后来称这一过程为种分过程。,二是已析出,Al(OH),3,的种分母液，在加热时，又可以溶解铝土,矿中氧化铝水合物，交替使用这两个过程就能够不断分解铝土,矿，不断得到,Al(OH),3,和不断使,NaOH,循环使用，,构成拜耳循环,。,拜尔法生产氧化铝的流程包括,三个步骤,：,铝土矿溶出，铝酸钠溶液种分，氢氧化铝煅烧。,用化学反应过程表示拜耳循环过程：,用工艺简图表示拜耳循环过程：,Al,2,O,3,.3H,2,O +,2NaOH,+ aq,2NaAl(OH),4,+ aq,溶出,种分,NaOH,溶液,二、拜耳法工艺流程,三、铝土矿矿浆预脱硅,矿浆进行溶出反应之前，须经预热。为防止 矿浆在加热过程中形成的水合铝硅酸钠（称硅 渣）在预热器的管道和器壁上生成水垢，须经预脱硅：一般是,95,0,C,，保温,6,8,小时，使部分硅形成水合铝硅酸钠（称硅渣）除去。,四、铝土矿的溶出,1,、,铝土矿溶出的主要反应,1,）,氧化铝的溶出,一般采用加温加压溶出，根据矿石的种类不同，压力和温度也不同。,三水铝石（,-Al,2,O,3,.3H,2,O,）：,140,145,o,C,，溶出碱浓度,100,130g/L(Na,2,O),一水软铝石（,-Al,2,O,3,.H,2,O,）：,240,260,o,C,，溶出碱浓度,180,240g/L(Na,2,O),一水硬铝石,（,-Al,2,O,3,.H,2,O,）,：,240,300,o,C,，溶出碱浓度,180,250g/L(Na,2,O),2,）,杂质的溶出,除铝溶出外，矿石中的硅酸盐及其氧化物也将与氢氧化钠生成硅酸钠进入溶液。,A.,硅的溶出,Al,2,O,3,.2SiO,2,.2H,2,O +NaOH,Na,2,SiO,3,+ aAl(OH),4,SiO,2,+NaOH,Na,2,SiO,3,+ H,2,O,a.,脱硅反应,溶液中硅酸钠又会与铝酸钠反应生成溶解度比较小的水,合铝硅酸钠,(,称,霞石,),沉淀,：,2Na,2,SiO,3,+2NaAl(OH),4,+2H,2,O,Na,2,O.Al,2,O,3,.,2,SiO,2,.nH,2,O,+2NaOH,这一反应也叫,脱硅反应,，在脱硅反应中因有氧化铝和氧化钠参与反应，,造成碱损和铝的溶出率降低,。,说明硅是主要有害杂质,。,在处理一水硬铝石时，因温度较高，硅溶出量较多，,为,减少,碱损失,，,通常加入,3,7% CaO,，使硅与钙生成水合铝硅酸钙（水合石榴石）,3CaO.Al,2,O,3,.nSiO,2,(6-2n)H,2,O,，,但不能消除氧化铝的损失,。,b.,氧化铝的理论溶出率,根据霞石的分子组成可知，,1kg SiO,2,要结合,0.85kg Al,2,O,3,损失到赤泥中，,氧化铝的理论溶出率：,式中,A/S,为铝硅比。,多数情况下，铝土矿高压溶出的脱硅产物的组成为,Na,2,O.Al,2,O,3,.,1.7,SiO,2,.nH,2,O,，这时,1.0 kg SiO,2,要结合,1.0 kg Al,2,O,3,损,失到赤泥中，所以有的则采用这种组成的关系来计算,氧化铝的理论溶出率,：,B.,氧化钛的溶出,矿石中的钛矿与氢氧化钠生成钛酸钠,Na,2,O.3TiO,2,.2H,2,O,，可以水解为,Na,2,O.6TiO,2,，,造成碱损,。,加入氧化钙生成钛酸钙,CaO.TiO,2,，,减少碱损,。,C.,其它杂质的溶出,系统中的碳酸盐如碳酸钙、碳酸镁、碳酸亚铁等与氢氧化钠生成碳酸钠，这是系统中碳酸钠的来源。,2,、,影响铝土矿溶出过程的因素,A,溶出温度,温度升高，溶出快，得到的,k,就越小，水解率也高，提高碱的循环效率。,B.,配料比,配碱量大，溶出快，但,k,不能太大，影响碱循环效率；配碱量小，溶出慢，且,k,可能太小，使铝酸钠种分前部分水解。,C,搅拌强度,温度高时，溶出速度可能由扩散速度控制，所以搅拌可以加速溶出。,D,氧化钙的影响,钛矿与氢氧化钠生成钛酸钠，以胶态膜形式包裹在铝矿石表面，阻止其分解。有氧化钙存在时可生成结晶较好的水合钛酸钙或钛酸钙，破坏保护膜。,氧化钙的作用,：,1,）,减少碱损,（将水合铝硅酸钠转化为水合铝硅酸钙；将钛酸钠转化为钛酸钙,),；,2,）,加速铝土矿的溶出过程,。,五,.,铝酸钠溶液种分,1.,种分目的,达到铝与苛性钠分离的目的；得到具有一定强度、粒度和纯度的氢氧化铝。,2.,铝酸钠溶液的种分过程,过饱和铝酸钠溶液只有在晶种存在的情况下，铝酸钠溶液才能不断分解析出,Al(OH),3,。,Al(OH),4,-,+ x Al(OH),3,(,晶种,) (x+1)Al(OH),3,+ OH,-,过饱和铝酸钠溶液具有很大的稳定性，洁净的溶液可以长期放,置不分解，主要是因为它的,成核能大,。但当有,Al(OH),3,晶种存在,时，,NaAl(OH),4,将自发分解，因此晶种对铝酸钠溶液的分解至关重要。,在晶种存在下，种分分两个步骤，,一是铝酸根的分解,；,二是氢氧化铝结晶,。,A,铝酸根离子的分解（机理）,有晶种存在时，铝酸根离子被吸附在晶体表面而发生分解，生成,Al(OH),3,。,晶体表面不同部位活性是不相同的，一般在晶体的缺,陷部位以及晶体的边、棱、角是活性部位，易吸附铝酸,根离子，分解过程如下：,Al(OH),4,-,+ Al(OH),2,+,(,晶体表面,),2Al(OH),3,Al(OH),4,-,+ Al(OH),2+,(,晶体表面,),Al(OH),2,+,（晶体表面）,+ Al(OH),3,由于,Al(OH),4,-,分解过程奇特和复杂，造成其成核能大，铝酸钠很难分解沉淀。,B,氢氧化铝结晶,氢氧化铝结晶过程中包括以下过程：,晶体生长，晶粒附聚，次生晶核的生成，晶粒磨损破裂。,不讲解,。,3.,影响种分（分解率）的因素,有苛性比、净化液（精液）中氧化铝浓度、温度、时间、晶种比及晶种的活性等都影响种分过程。,4.,分解率和分解时间,分解率：,式中,ko,是分解前溶液的苛性比，,k,是分解后苛性比。,分解率一般：,40,60%,。,分解时间：,60,80,小时,。,六,.,氢氧化铝煅烧,三水铝石在大约,1100,o,C,煅烧得,Al,2,O,3,第五节 烧结法生产氧化铝,一、烧结法原理及工艺流程,1,、原理,铝土矿在碳酸钠存在下，经焙烧，铝转化为铝酸钠。反应为：,Al,2,O,3,.xH,2,O + Na,2,CO,3,Na,2,O.Al,2,O,3,+ CO,2,+ xH,2,O,烧结熟料水浸得铝酸钠水溶液，然后将净化后的铝酸钠水溶液送去碳分或种分得,Al(OH),3,。,2,、工艺流程图,二、碱石灰铝土矿烧结,1,、,碱石灰铝土矿烧结反应,Al,2,O,3,.2SiO,2,+ Na,2,CO,3,Na,2,O.Al,2,O,3,.2SiO,2,+ CO,2,Na,2,O.Al,2,O,3,.2SiO,2,+,CaO,Na,2,O.Al,2,O,3,.SiO,2,+,2,CaO.SiO,2,Na,2,O.Al,2,O,3,.SiO,2,+2,CaO,Na,2,O.Al,2,O,3,+2CaO.SiO,2,Al,2,O,3,+ Na,2,CO,3,Na,2,O.Al,2,O,3,+ CO,2,Fe,2,O,3,+ Na,2,CO,3,Na,2,O.Fe,2,O,3,+ CO,2,TiO,2,+,CaO,CaO.TiO,2,从以上反应可知，配钙时必须考虑,CaO,与,SiO,2,和,TiO,2,生成,2CaO. SiO,2,和,CaO.TiO,2,的要求，否则配钙量不足会引起碱损和铝的溶出率降低。,氧化钙的作用,：消除硅和钛的影响；减少碱损和铝损。,2,、熟料的物相组成,熟料中除含有铝酸钠以外，还含有其它物质。,A,铁酸钠 （,Na,2,O.Fe,2,O,3,）,是在高温下氧化铁与纯碱反应的产物。在高温下，当配碱量,适当时：,Na,2,CO,3,+ Fe,2,O,3,= Na,2,O.Fe,2,O,3,+ CO,2,不足时：,Na,2,O.Fe,2,O,3,+ Al,2,O,3,= Na,2,O.Al,2,O,3,+ Fe,2,O,3,B,硅酸二钙（,2CaO.SiO,2,）,矿石中的硅与添加的氧化钙生成硅酸二钙，达到除去大部分硅的目的。,C,钛酸钙（,CaO.TiO,2,）,矿石中的氧化钛能与添加的氧化钙生成不溶于水的钛酸钙，达到除钛的目的。,三,、熟料溶出与赤泥分离,1,、,熟料溶出,A,铝酸钠溶出,固体和液体中铝酸钠的结构是不同的，反应为：,Na,2,O.Al,2,O,3,+ 4H,2,O 2 NaAl(OH),4,B,铁酸钠溶出及水解,Na,2,O.Fe,2,O,3,+ 2H,2,O 2 NaOH + Fe,2,O,3,.H,2,O,因铁酸钠的水解，生成游离碱，溶液的碱度增加，增加了铝酸钠溶液的稳定性。是溶液中氢氧化钠的主要来源。,C,硅酸二钙在,NaOH,水溶液中的反应,2CaO.SiO,2,+ NaOH,Na,2,SiO,3,+,Ca(OH),2,使溶液中硅含量和碱损增加。铝硅比约,30,40,。,D,钛酸钙,：是沉淀，不反应。,2,、,熟料溶出过程中的脱硅反应,也叫二次反应，主要是硅酸二钙在碱中分解,后的产物引起的。,水合石榴石的溶解度比霞石更,小,，所以二次反应优先生成石榴石，由此造成部铝损。,2CaO.SiO,2,+,NaOH,Na,2,SiO,3,+,Ca(OH),2,3,Ca(OH),2,+ NaAl(OH),4,3CaO.Al,2,O,3,.6H,2,O,+ 2NaOH,水合铝酸钙,3CaO.Al,2,O,3,.6H,2,O,+,nNa,2,SiO,3,3CaO.Al,2,O,3,.nSiO,2,.(6-2n)H,2,O,+2nNaOH,水合石榴石,（,铝损,）,3,、减少二次反应的发生或减少,Al,2,O,3,的损失,从上述反应可知,2CaO.SiO,2,在氢氧化钠水溶液中生成,Na,2,SiO,3,和,Ca(OH),2,，它们与铝酸钠进一步反应生成水合,石榴石，造成铝损，如何阻止,硅酸二钙的溶解,和,石榴石,的生成,是控制铝损的关键。方法有：,采用较低的溶出温度,78,82,0,C,；,快速分离赤泥等；,用调整液调整溶出液的苛性比为,1.25,左右，以减少溶液中苛性碱的浓度，使硅酸二钙的分解受到抑制；,增加溶液中碳酸钠的浓度，使,Ca(OH),2,与之生成碳酸钙。,2CaO.SiO,2,+ NaOH Na,2,SiO,3,+ Ca(OH),2,4,、赤泥分离,熟料溶出液过滤分离赤泥，赤泥主要含硅酸二钙，钛酸钙，铁的氧化物等。,四、铝酸钠溶液脱硅,1,、铝酸钠溶液脱,硅的目的,熟料溶出时，由于其中的硅酸钠溶于水以及硅酸二钙,等分解产生部分硅酸钠，使溶出液中,SiO,2,含量达,4.5,6g/L,，铝硅比为,30,40,，超过该条件下二氧化硅的平衡浓,度，这种含大量,SiO,2,的溶出液称,粗液,。这种粗液不能直接,送去种分或碳分，因,种分要求,铝硅比,大于,250,350,；,碳分,90%,时，要求,铝硅比,大于,550,600,，很明显粗液中二氧化硅含量过高，要进行脱硅。,2,、脱硅方法,方法为,常规高压一段脱硅,（,150,170,0,C,）和,加石灰深度二段脱硅,，经二段脱硅，铝硅比可达,1200,以上,。,3,、脱硅过程分析（常规高压一段脱硅的理论依据）,下图可见，熟料溶出液中，,SiO,2,处于介稳状态，如果破坏介稳,状态，并使之达到平衡，则溶液中二氧化硅的含量应该是比较低的。,温度是,70,0,C,，溶液苛性比是,1.7,，都加入,Na,2,SiO,3,晶种，搅拌，,AB,线只搅拌,1,2,小时,，而,AC,线搅拌,5,6,天,，结果,AC,线对应的溶液中,SiO,2,含量比,AB,线要低得多，可以,认为,AC,线溶液中的二氧化硅是平衡,浓度,，而,AB,线中二氧化硅还处于介稳态。,加压加晶种脱硅（,7atm,，,约,170,0,C,，,2,小时），硅浓度为,0.25-0.30g/L,，,A/S,最高为,350-450,，,满足种分要求，但还不能满足碳分的要求（,A/S,为,550-600,）。,4,、,加石灰脱硅,上述脱硅方法只能使铝硅比达到,350,450,，不,能满足碳分工艺要求，有时还需要进行深度脱,硅。加石灰脱硅的原理是能使,硅,生成比,水合硅铝,酸钠（霞石）,溶解度更小的,水合铝硅酸钙（水合,石榴石），,达到深度脱硅的目的。,3Ca(OH),2,+ NaAl(OH),4,3CaO.Al,2,O,3,.6H,2,O,+ 2NaOH,水合铝酸钙,3CaO.Al,2,O,3,.6H,2,O,+,nNa,2,SiO,3,3CaO.Al,2,O,3,.nSiO,2,.(6-2n)H,2,O +2nNaOH,水合石榴石,（,铝损,）,五、铝酸钠溶液的碳分,1,、碳分原理,CO,2,与溶液中的游离,NaOH,反应生成,Na,2,CO,3,，随着溶,液中氢氧化钠浓度降低，铝酸钠过饱和度增大，引起溶,液分解，生成,Al(OH),3,。,2,NaOH,+ CO,2,= Na,2,CO,3,+ H,2,O,NaAl(OH),4,=,NaOH,+ Al(OH),3,在,CO,2,气泡与铝酸钠溶液的边界上，先形成,碳酸铝钠,（,Na,2,O.Al,2,O,3,.2CO,2,.nH,2,O,），然后分解为,Al(OH),3,和,NaCO,3,。,当溶液中,NaOH,浓度较大时，,Al(OH),3,又和,NaOH,反应生成,NaAl(OH),4,，所以反应初期，只是,NaOH,变为,Na,2,CO,3,，,Al(OH),3,并未析出。随着碱浓度减小，碳酸铝钠才分解为碳酸钠和氢氧化铝。,碳分末期，因碱浓度很低和碳酸钠浓度大，且温度,也较高，,水合,碳酸铝钠,容易从溶液中析出，所以当把溶,液彻底碳分时，最后的氢氧化铝中含有大量碳酸钠，就是这个原因,。,2NaAl(OH),4,+ CO,2,Na,2,O.Al,2,O,3,.2CO,2,.nH,2,O,Na,2,O.Al,2,O,3,.2CO,2,.nH,2,O Na,2,CO,3,+ 2Al(OH),3,2,、碳分过程中,SiO,2,的析出,SiO,2,析出分三段：,一段在,A/S,比较小时明显，这时,SiO,2,和,Al(OH),3,一起析出，造,成这一现象的原因可能是二氧化硅还处于过饱和状态，因析出的,氢氧化铝表面积大，破坏了介稳态。,二段是,SiO,2,不与,Al(OH),3,一起析出。,三段是,SiO,2,强烈析出，可能是随,Al(OH),3,析出和,NaOH,转化为,Na,2,CO,3,，,SiO,2,过饱和度增加，达到一定程度时，,SiO,2,即以硅酸钠,的形式和氢氧化铝一块析出。,加入氢氧化铝和深度脱硅后，则没有第一段，即开始无二氧化硅析出。,为了控制,Al(OH),3,的纯度，铝酸钠的碳分率不能太高,（,85%,）,3,、 碳分条件,A,碳分时间,快速分解的碳分时间：,3,小时,慢速分解的碳分时间：,68,小时,两者碳分产物杂质的差别,：两者各有利有弊，碳分快,时，得到的二氧化硅含量较碳分慢时显著减少，可能与,二氧化硅析出滞后有关。但碳分过快，易夹带母液，使,得到的氢氧化铝中氧化钠含量升高。另外，碳分过快，二氧化碳利用率下降，氢氧化铝颗粒粒度变小。,B,碳分温度：,8090,0,C,C,碳分,Al,2,O,3,浓度,: 90110g/L,D,碳分率：,85%,第六节 联合法,拜尔法和烧结法两种基本方法联合起来可以组成三种流程（方法）：并联法，串联法和混联法。,并联法,：就是,以拜耳法处理高品位铝土矿,，以烧,结法处理低品位铝土矿,。烧结法系统的溶液全部并入拜耳法中的种分系统，以补充拜耳法系统的苛性碱损失。,优点,：,1,）可以同时处理高低品位的铝土矿，充分利用铝矿资源；,2,）可以取消拜尔法的苛化工序（种分获得的碳酸钠可以直接送烧结法） ，同时因高温烧掉了碳酸钠吸附的有机物，减少了有机物对种分的影响，,缺点,：,1,）工艺复杂；,2,）拜耳法系统的生产受烧结法的影响和制约。,串联法,：用于处理中等品位的铝土矿和,低品位的三水铝石型铝土矿。先用拜耳法处,理铝土矿，提取大部分铝，然后再用,烧结法,处理拜耳法的赤泥,，进一步提取其中的铝和,碱，所得的,铝酸钠溶液全部并入拜耳法中的 种分系统,。,优点,：,1,）可以克服矿石中碳酸盐和有机物含量高带来的影响；,2,）氧化铝回收率高，碱耗低；,3,）产品成本较低；,4,）适合处理中低品位铝土矿,。,缺点,：,1,）赤泥烧结时，因其中,A/S,之比小和,Fe,2,O,3,量较高，在烧结的技术上有困难；,2,）如果,Fe,2,O,3,低，则存在补碱不足的问题；,3,）拜耳法中矿石品位和溶出条件的波动，则引起烧结法生产的波动，反过来又影响拜耳法。,如果铝土矿中铁含量低，则串联法中的烧结系统向拜耳法系统提供的碱不足，解决这个问题的办法是混联法。,混联法,：就是在拜耳法赤泥中添加一部分低品位矿石一起烧结，这种相当于把,并联法,和,串联法,结合在一起的联合法叫,混联法,，是我国独有的一种方法，在我国只有该法经济效益最好。,混联法工艺流程：,优点,：,1,）可以有效的调节拜耳系统的碱平衡（混联法中的烧结法所得的溶出液一部分并入拜耳法中的种分系统，多余的部分进行碳分）；,2,）用于处理低品位矿石时是十分有效的。,缺点,：流程长；控制复杂。,在我国只有极少数厂采用拜耳法和烧结法，大部分采用混联法。,混联法的特点：,1.,拜尔法产生的全部赤泥用于烧结法处理。,2.,赤泥外加一部分低品位矿石烧结。,3.,烧结法的部分净化液送往拜尔法种分，补充碱。,4.,烧结法剩余的净化液用于碳分法。,5.,烧结法和拜尔法浓缩结晶获得的碳酸钠用于烧结法,。,习 题,1.,铝土矿的类型以及我国铝土矿的特点？,2.,判断铝土矿质量高低的指标是什么？该指,标的定义？,3.,铝土矿的主要杂质？,4.,碱法生产氧化铝有哪些方法？,5.,决定碱法生产氧化铝方法的主要因素是什,么？请具体指出来。,6.,拜尔法和烧结法的优缺点？,7.,什么叫苛性比？,8,.,拜尔法的步骤以及各步骤的作用,?,9.,指出硅在拜尔法中的危害？（解释为什么硅在拜,尔法是最有害的杂质？,10.,拜尔法氧化铝的理论浸出率？,11.,拜尔法中加入氧化钙的作用？,12.,影响氢氧化铝（种分）颗粒大小的因素？,13.,烧结后的熟料组成？,14.,烧结法中加入,CaO,的作用？,15.,烧结法中怎样减少或控制二次反应的发生？,16.,铝酸钠溶液脱硅的方法？,17.,碳化过程中怎样减少,SiO,2,和碳酸铝钠？,18.,混联法原理及优缺点？,