【正文】 掌握堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理 掌握堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程 熟悉堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的主要設(shè)備 第 13章 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的原理和基本流程 學(xué)習(xí)要求 第 13章 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的原理和基本流程 ? 將鋁土礦與一定數(shù)量的蘇打、石灰、循環(huán)母液配成爐料，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，爐料中的 Al2O3與 Na2CO3反應(yīng)生成易溶于水或稀堿溶液的鋁酸鈉 (Na2O?Al2O3)，雜質(zhì)氧化鐵生成易水解的鐵酸鈉 (Na2O?Fe2O3)，二氧化硅和氧化鈦分別生成不溶性的原硅酸鈣 (2CaO?SiO2)和鈦酸鈣 (CaO?TiO2) 。 ? 將燒結(jié)產(chǎn)物（熟料）用稀堿溶液溶出時(shí) Na2O〃Al 2O3便進(jìn)入溶液，Na2O〃Fe 2O3水解放出堿，原硅酸鈣 (2CaO?SiO2)和鈦酸鈣(CaO?TiO2)不溶進(jìn)入赤泥。 堿石灰燒結(jié)法的原理 ? 生料漿的制備（原料準(zhǔn)備） ? 熟料燒結(jié) ? 熟料溶出 ? 鋁酸鈉溶液脫硅 ? 碳酸鈉分解 ? 氫氧化鋁分離、洗滌 ? 氫氧化鋁焙燒 ? 碳分母液蒸發(fā) 堿石灰燒結(jié)法的主要工序 第 13章 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的原理和基本流程 ?鋁 土 礦 ?石灰礦 ?燃料 ?生料漿制備 第 13章 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的原理和基本流程 原料 堿石灰燒結(jié)法適用原料：高硅鋁土礦， 一水硬鋁石型， A/S=36 化學(xué)成分要求：碳酸鈣 硅礦物等雜質(zhì)含量 技術(shù)指標(biāo)要求：礦物類型 ,粒度 堿石灰燒結(jié)法在濕磨時(shí)配入一定量的 石灰，使礦石中 SiO2和 TiO2生成不溶性的 原硅酸鈣 (2CaO?SiO2)和鈦酸鈣 (CaO?TiO2) 主 要用煙煤、無煙煤、焦炭。 主要技術(shù)指標(biāo)要求其燃燒值，碳含量。 堿石灰燒結(jié)法除用于焙燒工藝外，還在 生料中加煤，作為還原劑，可以消除氧 化鐵和硫的有害影響，使 Na2SO4分解 而生成 Na2O?Al2O3，有利于溶出，同 時(shí)強(qiáng)化燒結(jié)過程。 從母液蒸發(fā)工序送來的蒸發(fā)母液，通過 堿液泵送到管磨與按比例分配下料的鋁 土礦，石灰及干燥的堿粉一道進(jìn)入磨機(jī) 桶體進(jìn)行濕磨，管磨產(chǎn)出的生料漿通過 輸送系統(tǒng)輸送到料漿槽，生料漿在此進(jìn) 行料漿調(diào)整和成分分析，料漿在此調(diào)配 合格。 熟料燒結(jié) 熟料燒結(jié)是將制成的合格的料漿經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)成為熟料。熟料燒結(jié)在燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁中占著非常重要的地位，目前氧化鋁企業(yè)一般采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行熟料燒結(jié)。熟料燒結(jié)能耗占總能耗的三分之一以上，孰料的質(zhì)量直接影響氧化鋁生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) ? 就是要使調(diào)配合格后的生料漿在回轉(zhuǎn)窯中高溫?zé)Y(jié)，使生料各成分互相反應(yīng)。使其中的 Al2O3盡可能轉(zhuǎn)變成易溶于水或稀堿溶液的 Na2OAl2O3，而使 Fe2O3轉(zhuǎn)變成易水解的 Na2OFe2O3， SiO2等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒蛳A溶液的 2CaOSiO2。 ? 并形成具有一定容積密度和孔隙率、可磨性好的熟料，以便在溶出過程中將有用成份與有害雜質(zhì)較好的進(jìn)行分離，最大限度提取氧化鋁和回收堿。 熟料燒結(jié)目的 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) ? 熟料中 Al2O3含量高，生產(chǎn)一噸氧化鋁的熟料量少 ? Al2O3與 Na2O必須是可溶性的物相，其余雜質(zhì)則要成為不溶性物相 ? 原硅酸鈣 2CaOSiO2還應(yīng)盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚宰钚?，在鋁酸鈉溶液中最穩(wěn)定的形態(tài)，結(jié)晶應(yīng)該粗大 ? 熟料應(yīng)有一定的強(qiáng)度和氣孔率 熟料燒結(jié)要求 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) ? 標(biāo)準(zhǔn)溶出率 ? 熟料的密度和粒度 ? 負(fù)二價(jià)硫含量 S2 判斷熟料質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn) 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)溶出率： 熟料中的 Al2O3和 Na2O在標(biāo)準(zhǔn)溶出條件下的溶出率。 標(biāo)準(zhǔn)溶出條件： 是為了使熟料中可溶性的 Al2O3和 Na2O能夠全部溶出來，而且不再進(jìn)入赤泥而制定的溶出條件。 燒結(jié)法廠： ηA標(biāo) 96%， η N標(biāo) 97%； 聯(lián)合法廠： ηA標(biāo) %， ηN標(biāo) % 反應(yīng)燒結(jié)強(qiáng)度和氣孔率。 密度： 燒結(jié)法廠 。聯(lián)合法廠粒度： 粒度應(yīng)均勻， 3050mm。 S2%的熟料是黑心多孔，質(zhì)量好； S2%的熟料黃心或粉狀黃料，質(zhì)量差。 堿石灰燒結(jié)法，煤生產(chǎn) 1t氧化鋁需 ，每噸熟料的熱耗達(dá)。燒結(jié)車間的投資為全廠的 1/3，燒成費(fèi)用約為成本的 1/2，能量消耗為全廠總能耗的一半。 固相反應(yīng)： 是以固體物質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的相互交換（擴(kuò)散）來實(shí)現(xiàn)的，是在遠(yuǎn)低于原料及最終產(chǎn)物熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。 鋁土礦熟料燒結(jié)過程是固態(tài)反應(yīng)過程。 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) A固 →A氣 ， A氣 +B固 →AB固 A固 +X固 →AX液 ， AX液 +B固 →AB固 +X固 熟料燒結(jié)過程是復(fù)雜的多相固相反應(yīng)過程，硅酸鹽和鋁酸鹽的形成都是經(jīng)過各種中間相最后形成熟料的礦物組成。固態(tài)物質(zhì)開始燒結(jié)的溫度與其熔點(diǎn)間存在大致一定的規(guī)律： 金屬： T燒結(jié) ≈（ ） T熔點(diǎn) 鹽類： T燒結(jié) ≈ 硅酸鹽及有機(jī)物： T燒結(jié) ≈（ ） T熔點(diǎn) 生料漿： 鋁土礦，石灰，循環(huán)母液，硅渣 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) ? 鋁土礦： Al2O3nH2O(氧化鋁水合物）， Fe2O3（赤鐵礦等），Al2O32SiO22H2O（高嶺石）， TiO2（銳鈦礦等） ? 石灰： CaO(石灰）， CaCO3（石灰石） ? 循環(huán)母液： Na2CO3， Na2SO4， NaAl(OH)4， H2O ? 硅渣： Na2OAl2O3nSiO22H2O(鈉硅渣 )， CaOAl2O3xSiO2yH2O(水化石榴石 ) 這些成分在高溫下燒結(jié)，總是朝向一定條件下的平衡物相轉(zhuǎn)變，得到的平衡產(chǎn)物和同樣條件下由單體氧化物得到的平衡物相是一樣的，即最終都達(dá)到相同的熱力學(xué)溫度狀態(tài)。 因此生料燒結(jié)在充分進(jìn)行前提下，可以看成是有單體氧化物組成的生料體系結(jié)構(gòu)。 Al2O3的反應(yīng)： 熟料燒結(jié)過程中爐料中的 Al2O3在較高的溫度下可以與 Na2CO3相互作用，生成鋁酸鈉 Na2OAl2O3。 A12O3+Na2CO3＝ Na2OA12O3+CO2↑ 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) ? 常溫下反應(yīng)向左進(jìn)行 ? 溫度在 500~800℃ 開始反應(yīng)，且反應(yīng)速度較慢。 ? 隨著溫度升高，反應(yīng)速度加快，溫度高于 1150℃ 時(shí)，燒結(jié)反應(yīng)可在 1小時(shí)內(nèi)完成。 ? Na2O:Al2O31，過量的 Na2CO3 在 800 ℃ 左右促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，1000 ℃ 以上阻礙反應(yīng)進(jìn)行。 在 Na2OAl2O3二元系中可構(gòu)成 5Na2OAl2O3， Na2OAl2O3， Na2O5Al2O3， Na2O11Al2O3等鋁酸鹽，對于堿石灰燒結(jié)法來說，只有 Na2OAl2O3是有用的，因?yàn)樗兹苡谒?，堿含量也不高，更重要的是只有它才能在高溫下與原硅酸鈣并存。 Al2O3的反應(yīng)： 高溫下 Al2O3與 CaO作用生成 3CaOAl2O3，12CaO7Al2O3， CaOAl2O3， 3CaO5Al2O3， 12CaO7Al2O3和CaOAl2O3可以溶于碳酸鈉溶液，對氧化鋁生產(chǎn)有意義。 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) 制取同時(shí)含鋁酸鈉和鋁酸鈣的熟料是不合理的。因?yàn)?: ? 溶出鋁酸鈣時(shí)，溶出液中 Al2O3濃度不應(yīng)超過 70g/L， Na2Oc濃度為 5060g/L ? 溶出鋁酸鈉熟料時(shí)，溶出液中 Al2O3濃度為 120g/L， Na2Oc濃度小于 40g/L ? 熟料燒結(jié)時(shí)，當(dāng) Na2CO3數(shù)量足以和 Al2O3化合時(shí)，鋁酸鈣不至于生成，而生成鋁酸鈉。 Fe2O3的反應(yīng)： Fe2O3在 熟料燒結(jié)過程中的行為與 Al2O3的相似，燒結(jié)溫度下可以與 Na2CO3相互作用，生成鐵酸鈉 Na2OFe2O3。 Fe2O3+Na2CO3＝ Na2OFe2O3+CO2↑ 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) ? Na2OFe2O3的形成速度比 Na2OAl2O3的快 ? 500℃ 反應(yīng)尚未進(jìn)行， 700 ℃ 反應(yīng)較快進(jìn)行，在 1000℃ 時(shí)，反應(yīng)可在 1小時(shí)內(nèi)完成。 當(dāng) Na2OAl2O3， Fe2O3同時(shí)存在時(shí)，低溫下主要是鐵酸鈉，隨著溫度升高，鐵酸鈉數(shù)量減少，鋁酸鈉數(shù)量增加。鋁酸鈉和鐵酸鈉可生成連續(xù)固溶體，固溶體中的 Na2OFe2O3和 Na2OAl2O3與單獨(dú)的氧化物質(zhì)一樣可與堿和水反應(yīng) 。 當(dāng)爐料中 Na2CO3配量不足且有 CaO存在時(shí)，高溫下 Fe2O3與 CaO反應(yīng)生成 CaOFe2O3和 2CaOFe2O3， 他們可與 Na2OAl2O3反應(yīng)，降低氧化鋁的溶出率。 SiO2的反應(yīng)： 燒結(jié)法處理的是高硅鋁土礦，因此 Al2O3與 SiO2的分離，燒結(jié)過程生成的含硅化合物必須滿足： 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) ? 燒結(jié)過程中爐料中 SiO2應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴缓?Na2O和 Al2O3的化合物 ? 在高溫下能與 Na2O和 Al2O3同時(shí)穩(wěn)定存在 ? 在溶出時(shí)不與鋁酸鈉溶液顯著反應(yīng) 。 SiO2可與 CaO生成： 因此燒結(jié)時(shí)控制條件使 SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)?2CaOSiO2。堿石灰燒結(jié)法熟料中 2CaOSiO2以 β2CaOSiO2形式存在 ? CaOSiO2(偏硅酸鈣）： 在高溫下易與鋁酸鈉反應(yīng)生成鋁硅酸鈉，造成氧化鋁和氧化鈉的損失 ? 3CaO2SiO2(二硅酸鈣）： 同上 ? 3CaOSiO2(三硅酸鈣）： 含 CaO多，穩(wěn)定存在范圍窄，不穩(wěn)定 ? 2 CaOSiO2(原硅酸鈣）：具備上述三個條件。 TiO2的反應(yīng)： TiO2在燒結(jié)過程中生成 CaOTiO2（鈣鈦礦 ),存在于熟料和溶出渣中。因此配制爐料時(shí)， CaO的配入應(yīng)同時(shí)滿足 SiO2和 TiO2所需的量。 第 14章 鋁酸鹽爐料燒結(jié)過程的物理化學(xué)反應(yīng) 堿石灰鋁土礦爐料燒結(jié)過程反應(yīng)順序： ? 加熱到 500℃ 時(shí)： 脫水過程。氧化鋁和氧化鐵水合物脫出結(jié)晶水；高嶺石（ Al2O32SiO2H 2O）脫水后成