【正文】 e2O3+nH2O（含水氧化鐵脫水） ? CaCO3→ CaO+CO2↑ （碳酸鈣分解） ? Ca(OH)2→ CaO+H2O（消石灰脫水） ? 上述反應在物料從 145℃ 升至 600℃ 時反應開始進行。xSiO2+yH2O（含水鋁硅酸三鈣脫水） ? 2 A1OOH→ Al2O3+H2O（一水軟鋁石脫水） ? Al2O3Al2O32 SiO2 ? Fe2O3+Na2CO3＝Na2OSiO2和3CaOSiO2。SiO2+2 CaO＝ Na2OAl2O3Al2O3 ? 這一反應在 850~950℃ 時進行很快，在 1000℃ 之前便可完成。 ? 隨后發(fā)生如下反應： ? n（ Na2OA12O3+CO2↑ ? 上述反應在 500~800℃ 開始反應，且反應速度較慢。 熟料燒結(jié)發(fā)生的主要反應 ? 熟料燒結(jié)發(fā)生的主要反應是： ? （ 1） A12O3與 Na2CO3反應，生成鋁酸鈉固熔體； ? （ 2） SiO2與 CaO反應，生成 2CaO使其中的 Al2O3盡可能轉(zhuǎn)變成易溶于水或稀堿溶液的 Na2O ? 即堿比 [N]/[R]=1；鈣比 [C]/[S]=。 ? 堿比是指生料漿中氧化鈉與氧化鋁和氧化鐵的分子比。Al2O3 和不溶于水的 2CaO分離氫氧化鋁后的母液成為碳分母液（主要成分為Na2CO3），經(jīng)蒸發(fā)后返回配料。Al2O3便進入溶液，Na2O 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁 ? 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝介紹 ? 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁基本原理 ? 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工序 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理是將鋁土礦與一定量的純堿、石灰（或石灰石）配成爐料在高溫下進行燒結(jié)，使氧化硅與石灰化合成不溶于水的原硅酸鈣 2CaO ? 目前焙燒主要采用具有較高自動控制水平的循環(huán)焙燒爐。H2O)； Al2O3 當溫度達到 100120℃ 時，附著水即被完全蒸發(fā)掉。 ? 氫氧化鋁漿液經(jīng)分離所得的氫氧化鋁濾餅仍含有一定量的分解母液，必須加以洗滌，以回收 Na2O，并保證氫氧化鋁產(chǎn)品中 Na2O含量符合質(zhì)量標準要求。 晶種分解的主要影響因素 ? 晶種分解的主要影響因素有： 晶種分解工藝 ? 晶種分解工藝主要分為間斷分解和連續(xù)分解 ? 間斷分解包括進料、分解、出料周期性作業(yè)，為單槽作業(yè)方式。但晶體長大的速度與晶種粒度大小無關。新晶核形成過程叫做二次成核。 晶種分解的機理 ? 晶種分解是將鋁酸鈉溶液中的氧化鋁以氫氧化鋁結(jié)晶析出的過程，化學反應如下： ? NaAl（ OH） 4Al（ OH） 3+NaOH ? 該反應是可逆反應。 ? 精制粗液的設備目前在工業(yè)生產(chǎn)上大都采用葉濾機。 ? （ 3）赤泥反向（逆流）洗滌分離底流即含有一定附液（鋁酸鈉溶液）的赤泥再經(jīng)過 4－ 6個沉降槽進行 4－ 6次反向洗滌，回收附液中的 A12O3和 Na2O。 ? 粗液精制的目的是凈化清除粗液中浮游物，使凈化后的鋁酸鈉溶液含浮游物小于 ，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。稀釋的結(jié)果溶液濃度降低，粘度下降，赤泥沉降速度加快，從而有利于赤泥分離。 ? （ 2）使鋁酸鈉溶液進一步脫硅 ? 氧化硅在高濃度的鋁酸鈉溶液中的的平衡濃度也很高。 ? 物理方法主要有： ? 機械清理；火焰清理等。對氧化鋁生產(chǎn)帶來的危害主要是使熱交換設備的傳熱系數(shù)下降 ,能耗升高 ,造成生產(chǎn)成本增加。 ? （ 4）除上述三種以外的結(jié)疤成分，如一水硬鋁石、鐵礦物、磷酸鹽、含鎂礦物、氟化物及草酸鹽等。 ? （ 3）因鋁土礦中含鈦礦物在拜耳法高溫溶出過程中與添加劑及溶液反應而生成。 ? （ 2）由溶液脫硅以及鋁土礦與溶液間反應而產(chǎn)生。 影響鋁土礦溶出過程的主要因素 ? 主要的影響因素如下： ? （ 1）溶出溫度 ? （ 2）保溫時間 ? （ 3）溶出液中氧化鋁濃度 ? （ 4）溶出分子比 ? （ 5）攪拌強度 ? （ 6）礦漿細度 高壓溶出技術(shù) ? 高壓溶出系統(tǒng)組成 ? 我國高壓溶出技術(shù) 高壓溶出系統(tǒng)組成 ? 原礦漿在進壓煮器溶出以前須進行預熱，高壓溶出的高溫壓煮礦漿要通過一系列自蒸發(fā)器逐步冷卻，將壓力降為常壓，由預熱器、壓煮器、自蒸發(fā)器等設備組成高壓溶出系統(tǒng)。同時緊靠礦粒表面這一層的反應產(chǎn)物 ［ Al（ OH） 4］ —的濃度則趨于飽和，形成擴散層。 添加石灰的作用 ? 高壓溶出過程添加石灰的主要作用是： ? （ l）消除含鈦礦物的有害作用，顯著提高Al2O3的溶出速度和溶出率； ? （ 2）促進針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，使其中的氧化鋁充分溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善： ? （ 3）活化一水硬鋁石的溶出反應。 一水軟鋁石型鋁土礦，則受到一定程度的影響。 在溶出一水硬鋁石型鋁土礦時，不添加石灰，氧化鈦與堿作用生成不溶性的鈦酸鈉 3TiO2+2NaOH+aq=Na2O ? 氧化鐵含量越多，赤泥量越大，則洗滌用水越多，因此水的蒸發(fā)量大，相應赤泥分離設備、洗滌設備及蒸發(fā)設備相應增多，提高了產(chǎn)品成本。 ? 鋁土礦溶出時所有赤鐵礦全部殘留在赤泥中，成為赤泥的重要組成部分。殘留在鋁酸鈉溶液中的 SiO2在分解對會隨同氫氧化鋁一起析出，影響產(chǎn)品質(zhì)量。 ? 含硅礦物能對氧化鋁生產(chǎn)帶來危害。 ? 溶出一水硬鋁石時，在溶出條件下鋁土礦中所有形態(tài)的 SiO2都與堿反應，生成含水鋁硅酸鈉，反應方程式為： ? +6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq ? 2NaAlO2+2Na2SiO3+aq = 3 +4NaOH ? 添加石灰時 3 成含水鋁硅酸鈣。 氧化硅水合物在溶出過程中的行為 鋁土礦中的氧化硅一般以石英（ SiO2），蛋白石（ ）、高齡石（ ）、葉臘石（ ）等形式存在。為了加快氧化鋁水合物（特別是一水硬鋁石）的溶出速度，添加石灰，并且把鋁土礦、石灰、循環(huán)母液磨制成礦漿后在溶出設備中完成溶出過程。 ? 預脫硅過程并不是所有的硅礦物都能參加反應，只有高嶺石和多水高嶺石這些活性的硅礦物才能反應生成鈉硅渣，保持較長時間，可以使生成鈉硅渣的反應進行得更充分。 ? 穩(wěn)定循環(huán)母液的濃度和嚴格鋁土礦的配礦制度，是確保拜耳法正確配堿的有效措施。 原礦漿液固比調(diào)整 ? 在磨礦中，球磨機的下料量要求穩(wěn)定。循環(huán)母液中除苛性氧化鈉外，還有氧化鋁、碳酸鈉和硫酸鈉等成份。配堿量主要考慮以下三方面的用堿量： ? （ 1）鋁酸鈉結(jié)合堿。 ? 根據(jù)條件必須是 K1＜ K＜ K2或 K1＞ K＞ K2，否則達不到調(diào)整要求。 ? （ 4）磨剝：破碎工作面在物料上相對移動，對物料施加剪壓力，這種力是作用在物料的表面上。 ? （ 2）壁碎：破碎工作是由尖齒楔入物料的壁面而完成的。 ? 影響礦石破碎的因素很多，主要與礦石的結(jié)構(gòu)、硬度、形狀大小以及均勻性等物理性質(zhì)有關。 ? 用反應方程式表示如下： ? Al2O3（ 1或 3） H2O＋ 2NaOH＋ aq2NaAl(OH)4＋aq 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工序 ? 原礦漿制備 ? 高壓溶出 ? 赤泥分離、洗滌 ? 晶種分解 ? 氫氧化鋁分離、洗滌 ? 氫氧化鋁焙燒 原礦漿制備 ? 原礦漿制備的工藝流程 ? 礦石破碎 ? 配礦 ? 配堿 ? 配石灰 ? 原礦漿液固比調(diào)整 ? 預脫硅 原礦漿制備工藝流程 原礦漿制備的主要設備包括： 帶式輸送機、球磨機、礦漿磨、螺旋分級機。 ? 影響工業(yè)鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的主要因素有： 溶液的分子比；溶液溫度；溶液的氧化鋁濃度；溶液中的雜質(zhì)等。以至在晶種量較多時延續(xù)時間只有幾分鐘甚至完全消失。誘導期即是在開頭一段時間內(nèi)溶液不發(fā)生明顯的分解，在此期間溶液主要是發(fā)生內(nèi)部變化 —離子聚合或晶核開始形成。 3個OH離子與陽離子 A1 3+以正常的價鍵結(jié)合，而第 4個OH離子則以配價鍵結(jié)合 Al(OH)4離子有正規(guī)的四面結(jié)體構(gòu)。 鋁酸鈉溶液分子比 鋁酸鈉溶液的分子是指溶液中的苛性堿與氧化鋁的摩爾比，用 MR表示： 分子比（ MR） =苛性堿（ Na2O）（ mol）/氧化鋁（ Al2O3）（ mol） =苛性堿（ g）/氧化鋁（ g） 鋁酸鈉溶液結(jié)構(gòu) 通過對鋁酸鈉溶液進行的大量的研究揭示，鋁酸鈉溶液是離子真溶液，鋁酸鈉溶液能夠完全解離為鈉離子和鋁酸根離子。 鋁硅比是指鋁土礦中的氧化鋁和二氧化硅的質(zhì)量比：即 A/S=礦石中的氧化鋁質(zhì)量 /礦石中的二氧化硅質(zhì)量。而氧化鋁則呈熔融狀態(tài)的爐渣而上浮，由于密度不同而分離，所得氧化鋁渣再用堿法處理從中提取氧化鋁。 ? 用酸法處理分布很廣的高硅低鋁礦 (如粘土、高嶺土、煤矸石和煤灰 )在原則上是合理的，在鋁土礦資源缺乏的情況下可以采用此法。 ? 目前工業(yè)上幾乎全部采用堿法生產(chǎn)氧化鋁。 氧化鋁生產(chǎn)方法 ? 堿法 ? 酸法 ? 酸堿聯(lián)合法 ? 熱法 堿法生產(chǎn)氧化鋁 ? 堿法生產(chǎn)氧化鋁，就是用堿 (NaOH或 Na2CO3)處理鋁土礦，使礦石中的氧化鋁水合物和堿反應生成鋁酸鈉溶液。自然界中 OH、O Al3+構(gòu)成的化合物主要有三水鋁石、一水軟鋁石、一水硬鋁石和剛玉。 ? γAl2O3是將各種 Al（ OH） 3加熱脫水獲得的，γAl2O3呈立方晶系。 ? 氧化鋁是典型的兩性氧化物，不溶于水，可溶于無機酸和堿性溶液，由于其結(jié)晶形式不同，在酸、堿溶液中的溶解度及溶解速度也不同。 αAl2O3性質(zhì)穩(wěn)定，熔點 2050℃ ，沸點 2900℃ ，比重。第一講 氧化鋁的生產(chǎn) 緒論 ? 氧化鋁及其水合物 ? 氧化鋁生產(chǎn)方法 ? 鋁土礦 氧化鋁 ? 氧化鋁： 氧化鋁外觀為白色粉末，結(jié)晶狀態(tài)為六方晶體結(jié)構(gòu)，分子式通常寫為 Al2O3，分子量為 。而常見穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的氧化鋁主要是 αAl2O γAl2O3。 ? 氧化鋁外觀為白色粉末，結(jié)晶狀態(tài)為六方晶體結(jié)構(gòu)，分子式通常寫為 Al2O3，分子量為 。 ? αAl2O3性質(zhì)穩(wěn)定，熔點 2050℃ ，沸點 2900℃ ，比重 。 氧化鋁水合物是鋁土礦中的主要礦物。化學活性按下列次序遞減： 三水鋁石化學活性最大、一水軟鋁石次之、一水硬鋁石較弱、剛玉則是非常穩(wěn)定的氧化鋁。鋁酸鈉溶液與赤泥分離后，經(jīng)凈化處理，分解析出 A1(OH)3，將 A1(OH)3與堿液分離并經(jīng)過洗滌和焙燒后，即獲得產(chǎn)品氧化鋁。氧化硅絕大部分成為不溶物進入殘渣與鋁鹽分離，但有少量成為硅膠進入溶液，所以鋁鹽溶液還需要脫硅，而且需要昂貴的耐酸設備。 熱法生產(chǎn)氧化鋁 熱法適合于處理高硅高鐵的鋁礦，其實質(zhì)是在電爐中熔煉鋁礦石和碳的混合物，使礦石中的氧化鐵、氧化硅、氧化鈦等雜質(zhì)還原，形成硅合金。 鋁土礦鋁硅比 鋁土礦中的硅是堿法處理鋁土礦制取氧化鋁過程中最有害的雜質(zhì)，鋁土礦的鋁硅比是衡量鋁土礦質(zhì)量的主要指標之一。通常把NaAl（ OH） 4中的 Na2O叫做化合堿；把 NaOH中的 Na2O叫做游離堿，把Na2CO3中的 Na2O叫做碳酸堿，并把碳酸堿和苛性堿統(tǒng)稱為全堿。據(jù)此，從鋁或氫氧化鋁轉(zhuǎn)入溶液的陽離子 A13+與 4個 OH化合時形成 Al(OH)4。 鋁酸鈉溶液誘導期 鋁酸鈉溶液的誘導期即過飽和鋁酸鈉溶液自發(fā)分解析出氫氧化鋁的時間長短。添加晶種時也有誘導期，但誘導期的延續(xù)時間比不添加種子時短得多。能夠存放很久仍不發(fā)生明顯分解的溶液，稱為穩(wěn)定的溶液。 ? 交替使用這兩個過程，就能夠每處理一批礦石便得到一批氫氧化鋁，構(gòu)成所謂的拜耳法循環(huán)。 ? 由直徑 1500mm~500 mm的礦石破碎成 400~125 mm，叫粗碎； ? 由 400~125 mm破碎成 100~25 mm叫中碎； ? 由 100~25 mm破碎成 25~5 mm叫細碎。此法的特點是作用力逐步加大，作用力的范圍較大，適用于破碎較硬的礦石。 ? （ 3）折斷：物料在破碎工作面間如同承受集中負荷的支點梁，除在外力作用點處受壁力之外，礦石本身發(fā)生折屈而破碎。 配礦計算 ? 假設已知兩種鋁土礦的成分如下： ? SiO2（ %） Fe2O3（ %） Al2O3（ %） A/S ? 第一種 S1