氧化铝-烧结法

烧结法
1. 熟料溶出的 主要反应 2. 溶出时原硅 酸钙的行为 和二次反应 3. 熟料溶出工 艺
3 熟料溶出
溶出过程中的二次反应结果： 溶出过程中的二次反应结果：
使已经进入到溶液中的氧化铝、 使已经进入到溶液中的氧化铝、氧化钠 又重新生成溶解度很小的水化石榴石和 水合铝硅酸钠进入赤泥而损失； 水合铝硅酸钠进入赤泥而损失； 使溶液中的SiO2浓度达到 ～10g/L，必 浓度达到8～ 使溶液中的 浓度达到 ， 须采取脱硅工序； 须采取脱硅工序；
烧结法
4 铝酸钠溶液脱硅
目前的脱硅方法： • 使SiO2成为水合铝硅酸钠析出 成为水合铝硅酸钠析出 • 添加石灰使 添加石灰使SiO2成为水化石榴石析出 成为水化石榴石析出
实质：使铝酸钠溶液中的 实质：使铝酸钠溶液中的SiO2转变为溶解度很小 转变为溶解度很小 的化合物析出。 的化合物析出。
烧结法
3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+3Na2CO3+aq=3CaCO3 2. 添加石灰 +X/2(NaO·Al2O3·SiO2·2H2O)+(2· · · 的溶出过 x)NaAl(OH)4+NaOH+aq
程 3. 从水化石 榴石中回 收氧化铝
回收过程同时发生苏打的苛化，所得铝酸钠－ 碱溶液的苛性比在3.4左右。
溶出过程中的二次反应
2CaO·SiO2+2NaOH=Na2SiO3+2Ca(OH)2↓ 2CaO·SiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2NaO H+2CaCO3↓+aq 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO·Al2O3·6 H2O+2NaOH+aq 3CaO·Al2O3·6H2O+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2 O3·x SiO2·yH2O+2xNaOH+aq 3Ca(OH)2+NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3Ca O·Al2O3·xSiO2·yH2O+2(x+1)NaOH+aq
烧结法
1. 不加石灰 的脱硅过 程 2. 添加石灰 的溶出过 程
4 铝酸钠溶液脱硅
脱硅原理： 脱硅原理：
铝酸钠溶液不添加石灰脱硅其精液的硅量指 数一般只能达到350～450，满足不了碳分过程生 数一般只能达到350～450，满足不了碳分过程生 产优质高产的要求。当添加一定数量的石灰时， SiO2以溶解度更小的水化石榴石析出，精液硅量 SiO2以溶解度更小的水化石榴石析出，精液硅量 指数可提高到1000以上。用化学方程式表示为： 指数可提高到1000以上。用化学方程式表示为：
熟料 调整液 溶出湿磨 分级机
熟料 调整液 湿磨 返 砂 湿磨 泥 液 返 砂 分级机
分级机 赤泥沉降过滤
返砂
赤泥
磨料溶出
液
分
沉降
磨料溶出
沉降
熟料溶出
烧结法
4 铝酸钠溶液脱硅
在熟料溶出过程中，由于 在熟料溶出过程中，由于2CaO·SiO2与溶液中 与溶液中 NaOH，Na2CO3和NaAl(OH)4相互作用而被分解， 相互作用而被分解， ， 和 相互作用而被分解 使得SiO2进入溶液，所以得到的铝酸钠溶液中含有较 进入溶液， 使得 进入溶液 多SiO2。 。 在碳酸化分解或晶种分解之前， 在碳酸化分解或晶种分解之前，必须要进行脱硅 处理。使得溶液中的SiO2尽可能转变为固相，并分离 尽可能转变为固相， 处理。使得溶液中的 尽可能转变为固相 出来。我们将这个过程叫做脱硅， 出来。我们将这个过程叫做脱硅，经过脱硅净化处理 的铝酸钠溶液，在生产中叫做精液。 的铝酸钠溶液，在生产中叫做精液。它的脱硅程度用 硅量指数（A/S）来表示，精液的硅量指数越高，表 硅量指数（ ）来表示，精液的硅量指数越高， 示溶液中SiO2含量越低，脱硅越彻底。 含量越低， 示溶液中 含量越低 脱硅越彻底。
烧结法
2 熟料烧结
熟料烧结主要反应 烧结过程中硫的行为和脱硫措施 烧结过程工艺 影响熟料的主要因素
烧结法
1. 熟料烧结主 要反应 2. 烧结过程中 硫的行为和 脱硫措施 3. 烧结过程工 艺 4. 影响熟料的 主要因素
2 熟料烧结
熟料烧结发生的主要反应是： 熟料烧结发生的主要反应是：
(1) A12O3与Na2CO3反应，生成铝酸钠 反应， 与 反应 固溶体； 固溶体； (2) SiO2与CaO反应，生成 反应， 与 反应 生成2CaO·SiO2； ； (3) Fe2O3和Na2CO3反应，生成铁酸钠 和 反应， 反应 固溶体。 固溶体。 (4) TiO2和CaO烧结反应的生成物是 和 烧结反应的生成物是 CaO·TiO2(钙钛矿 。 钙钛矿)。 钙钛矿
Al2O3+Na2O → NaAlO2
焙烧
→ NaAlO2
溶解
烧结法工艺流程
1. 生料浆的制备 2. 熟料烧结 3. 熟料溶出 4. 铝酸钠溶液脱硅 5. 分解：种分 碳分 分解：种分+碳分 6. 氢氧化铝分离、洗涤 氢氧化铝分离、 7. 氢氧化铝焙烧 8. 碳分母液蒸发
烧结法
1 生料浆的制备
配料： 配料：为了保证炉料中各组分在烧结时 能生成预期的化合物， 能生成预期的化合物，因此各组分间必 须严格地保持一定的配合比例，即配料。 须严格地保持一定的配合比例，即配料。 配料指标：烧结法生料浆的配料指标主 配料指标： 要根据烧结反应来确定。 要根据烧结反应来确定。即使各原料经 烧结过程形成Na2O·Al2O3 和 烧结过程形成 Na2O·Fe2O3，以及 ，以及2CaO·SiO等。 等
烧结法
3 熟料溶出
熟料溶出的目的就是将熟料中的 A12O3和Na2O最大限度地溶解于溶液中， A12O3和Na2O最大限度地溶解于溶液中， 制取铝酸钠溶液（粗液），而熟料中的 原硅酸钙转入固相赤泥中。实现有用成 份氧化钠和氧化铝与杂质进行分离，并 为赤泥分离洗涤创造良好的条件。
烧结法
3 熟料溶出
溶出率的计算： 溶出率的计算：
根据洗净后的赤泥组成计算出的Al2O3和 根据洗净后的赤泥组成计算出的Al2O3和 Na2O 的溶出率(ηA净和ηN净)是衡量熟料溶出过程 的溶出率( 好坏的标志。（以CaO作内标） 好坏的标志。（以CaO作内标）
CaO 熟 Al 2 O 3 熟－ Al 2 O 3 泥 CaO 泥 η A 净＝ Al 2 O 3 熟 CaO 熟 Na 2 O 熟－ Na 2 O 泥 CaO 泥 η N 净＝ Na 2 O 熟 × 100 ％ × 100 ％
OH-+ CO2=HCO3OH-+ HCO3-=H2O+CO32-
3. 从水化石 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2 O3·xSiO2·yH2O+2(1+x)NaOH+aq 榴石中回 收氧化铝
烧结法
1. 不加石灰 的脱硅过 程
4 铝酸钠溶液脱硅
二段脱硅得到的水化石榴石渣中含 Al2O3量约为26％。采用碳酸钠溶液来 Al2O3量约为26％。采用碳酸钠溶液来 提取其中的Al2O3较为合适。 提取其中的Al2O3较为合适。
A12O3熟 —熟料中 2O3含量 熟料中A1 熟料中 熟 A12O3泥 —赤泥中 2O3含量 赤泥中A1 赤泥中 泥 熟料中Na 含量 Na2O熟 —熟料中 2O含量 熟料中 Na2O泥 —赤泥中 2O含量 赤泥中Na 含量 赤泥中
烧结法
2 熟料溶出
熟料溶出的主要反应 溶出时原硅酸钙的行为和二次反应 熟料溶出工艺
烧结法
5 铝酸钠溶液的分解
1. 采取两种分解过程的原因 2. 碳酸化分解的原理 3. 碳分过程中 碳分过程中SiO2的行为 的行为 4. 影响碳分过程的主要因素
烧结法
1. 碳酸化分 解的原理 2. 碳分过程 中SiO2的 的 行为
5 铝酸钠溶液的碳酸化分解
铝酸盐的碳酸化分解包括CO2与铝酸钠溶液的 与铝酸钠溶液的 铝酸盐的碳酸化分解包括 反应和Al（ 的结晶析出等物理化学过程。 反应和 （OH）3的结晶析出等物理化学过程。 ） 的结晶析出等物理化学过程 对于碳酸化分解的机理至今还没有一致的观点。 对于碳酸化分解的机理至今还没有一致的观点。 一般认为： 一般认为：
第四章 烧结法生产氧化铝
4.1 碱石灰烧结法的原理和工艺流程 4.2 烧结法工序
1. 2. 3. 4. 5.
生料浆的制备 熟料烧结 熟料溶出 铝酸钠溶液脱硅 分解制备氧化铝
4.1 碱石灰烧结法的原理和基本流程
烧结是使原料中的Al2O3转变为易溶于水或 烧结是使原料中的Al2O3转变为易溶于水或 稀碱液的化合物(Na2O·Al2O3)从而使二氧化硅和 稀碱液的化合物(Na2O·Al2O3)从而使二氧化硅和 氧化铁、氧化钛等杂质转变为不溶于水或稀碱液 的铁酸钠、原硅酸钙、钛酸钙等化合物，以便在 下一步溶出过程中将有用成分和有害杂质分离出 来。
另外还发生副反应
烧结法
1. 熟料烧结主 要反应 2. 烧结过程中
2 熟料烧结
硫对氧化铝生产造成的危害
（1）生料中含有的硫能使碱耗增加。 ）生料中含有的硫能使碱耗增加。
（2）熟料中的 ）熟料中的Na2SO4升高对大窑操作带来 升高对大窑操作带来 硫的行为和 困难。 困难。
脱硫措施
）母液中Na2SO4含量升高给蒸发操作带 含量升高给蒸发操作带 3. 烧结过程工 （3）母液中
Na2O·A12O3+4H2O+aq=2NaAl(OH)4+aq 2. 铁酸钠（Na2O·Fe2O3） 铁酸钠（ ）
Na2O·Fe2O3+2H2O+aq=2NaOH+Fe2O3·3H2O↓+aq
烧结法
1. 熟料溶出的 主要反应 2. 溶出时原硅 酸钙的行为 和二次反应 3. 熟料溶出工 艺
3 熟料溶出
碱比是指生料浆中氧化钠与氧化铝和氧化铁 碱比是指生料浆中氧化钠与氧化铝和氧化铁 的分子比。 的分子比。 钙比是指生料浆中氧化钙与氧化硅的分子比 是指生料浆中氧化钙与氧化硅的分子比。 钙比是指生料浆中氧化钙与氧化硅的分子比。
烧结法
2 熟料烧结
烧结过程的目的就是要使调配合格后的生 料浆在熟料烧结窑中高温烧结，使生料各成分 料浆在熟料烧结窑中高温烧结， 互相反应。使其中的Al2O3尽可能转变成易溶于 互相反应。使其中的 尽可能转变成易溶于 水或稀碱溶液的Na2O·Al2O3，而使 水或稀碱溶液的 ，而使Fe2O3转变 转变 成易水解的Na2O·Fe2O3，SiO2等杂质转变为不 成易水解的 ， 等杂质转变为不 溶于水或稀碱溶液的2CaO·SiO2，并形成具有 溶于水或稀碱溶液的 ， 一定容积密度和孔隙率、可磨性好的熟料， 一定容积密度和孔隙率、可磨性好的熟料，以 便在溶出过程中将有用成份与有害杂质较好的 进行分离，最大限度提取氧化铝和回收碱。 进行分离，最大限度提取氧化铝和回收碱。
艺 4. 影响熟料的 主要因素
来困难，并且增加汽耗。 来困难，并且增加汽耗。 排硫措施：加固体还原剂（生料加煤） 排硫措施：加固体还原剂（生料加煤）
烧结法
1. 熟料烧结主 要反应 2. 烧结过程中 硫的行为和 脱硫措施 3. 烧结过程工 艺 4. 影响熟料的 主要因素
2 熟料烧结
五个阶段 烘干 预热 分解 烧成 冷却
烧结法
3 熟料溶出
பைடு நூலகம்
溶出用的原液：赤泥洗液、氢氧化铝洗液、 1. 熟料溶出的 溶出用的原液：赤泥洗液、氢氧化铝洗液、 一定数量的碳分母液调配而成的调整液。 一定数量的碳分母液调配而成的调整液。 主要反应
2. 溶出时原硅 酸钙的行为 和二次反应 3. 熟料溶出工 艺
1. 铝酸钠（Na2O·Al2O3） 铝酸钠（Na2O·Al2O3）
1. 不加石灰 的脱硅过 程 2. 添加石灰 的溶出过 程 3. 从水化石 榴石中回 收氧化铝
4 铝酸钠溶液脱硅
脱硅原理： 脱硅原理：
是使铝酸钠溶液中过饱和溶解的SiO2经过长 是使铝酸钠溶液中过饱和溶解的SiO2经过长 时间的搅拌后成为水合铝硅酸钠析出。 用化学方程式表示为：
1.7Na2SiO3+2NaO·Al2O3·4H2O+aq=Na2O·A12O 3·1.7SiO2·H2O+3.4NaOH+aq 为了加快脱硅反应速度，一次脱硅是在高温、 为了加快脱硅反应速度，一次脱硅是在高温、 高压和添加晶种的条件下进行的，称为压煮脱硅。 高压和添加晶种的条件下进行的，称为压煮脱硅。