【正文】 有色金屬冶金概論 熱法適合于處理高硅高鐵的鋁礦 ， 其實(shí)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 。 熱法生產(chǎn)氧化鋁 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁土礦 鋁土礦組成 鋁土礦是一種以氧化鋁水合物為主要成分的復(fù)雜鋁硅酸鹽礦石 ， 鋁土礦的主要化學(xué)成分有： Al2O SiO Fe2OTiO2， 少量的 CaO、 MgO硫化物 、 微量的鎵 、 釩 、 磷 、 鉻等元素的化合物 。鋁土礦按其含有的氧化鋁水合物的類(lèi)型可分為： 三水鋁石型鋁土礦； 一水軟鋁石型鋁土礦； 一水硬鋁石型鋁土礦 ； 混合型鋁土礦。 儲(chǔ)量大于 2023萬(wàn) t的大型礦床共有 31個(gè) ， 其擁有的儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的 49%；儲(chǔ)量在 2023～ 500萬(wàn) t之間的中型礦床共有 83個(gè) ， 其擁有的儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的 37%， 大 、 中型礦床合計(jì)占到了 86%。2SiO2nH2O)及其他粘土礦物。在氧化鋁生產(chǎn)中評(píng)價(jià)鋁土礦的質(zhì)量即以鋁土礦中氧化鋁和氧化硅的重量比為標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為“鋁硅比” (A/S)。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 我國(guó)鋁土礦特點(diǎn) 我國(guó)鋁土礦資源豐富 ， 儲(chǔ)量大 ， 根據(jù)目前已探明的具有工業(yè)價(jià)值的鋁土礦床 ， 主要分布在河南 、 山西 、 廣西 、貴州及山東等省 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 其他鋁礦資源 除鋁土礦外，可用于生產(chǎn)氧化鋁的其他原料主要有： 明礬石礦 我國(guó)浙江、安徽有很大的明礬石礦床。 霞石礦 霞石常與長(zhǎng)石、磷灰石等礦物伴生，經(jīng)選礦后的霞石精礦可用于生產(chǎn)氧化鋁、堿和水泥。蘇聯(lián)有豐富的霞石資源，工業(yè)生產(chǎn)近 50年，但處理霞石的氧化鋁產(chǎn)量不到其氧化鋁總產(chǎn)量的 1/5。 拜耳法用在處理 低硅鋁土礦 ，特別是處理 三水鋁石型鋁土礦 時(shí) ， 流程簡(jiǎn)單 、 產(chǎn)品質(zhì)量好 ，因而得到廣泛的應(yīng)用 。 ? （ 2） 分解得到的母液 ， 經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來(lái)溶出新的一批鋁土礦 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 拜耳法的實(shí)質(zhì)就是使下一反應(yīng)在不同的條件下朝不同的方向交替進(jìn)行： Al2O3(1或 3)H2O+2NaOH(aq)====2NaAl(OH)4(aq) 溶出 140 ℃ 分解 70℃ 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 首先是在高溫下在壓煮器中以 NaOH溶液溶出鋁土礦 ， 將其中氧化鋁水合物溶浸出來(lái)；使反應(yīng)向右進(jìn)行 ， 得到鋁酸鈉溶液 ， 雜質(zhì)則進(jìn)入殘?jiān)?。 分解后的母液 （ 循環(huán)母液 ）再返回用以溶出下一批礦石 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝有許多個(gè)工序組成 ， 其中主要有：鋁土礦的溶出 、 溶出漿液的稀釋 、 晶種分解和分解母液蒸發(fā)等四個(gè)工序 。 破碎 鋁土礦 濕磨 溶出 稀釋 沉降分離 葉濾 溶出礦漿 精液 粗液 稠濃赤泥漿 稀釋漿液 赤泥洗滌 洗液 赤泥 堆場(chǎng) 熱水 石灰 補(bǔ)充 苛性堿 晶種分解 晶種 氫氧化鋁漿液 氫氧化鋁 沉降分離 洗滌 氫氧化鋁 煅燒 氧化鋁 母液 洗液 蒸發(fā) 蒸發(fā)母液 石灰乳 分離 Na2CO3 Al2O3(1或 3)H2O+2NaOH(aq)==2NaAlO2(aq) 鋁土礦溶出過(guò)程的化學(xué)反應(yīng) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 溶出的目的 ： 在于將其礦石中的氧化鋁充分溶解成為鋁酸鈉溶液而與其它雜質(zhì)分離 。 溶出方式通常是在加壓的情況下進(jìn)行的 ， 所以稱(chēng)為 “ 高壓溶出 ” 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 三水鋁石型溶出反應(yīng)式 也有寫(xiě)成下式的 ? 三水鋁石典型的主要溶出條件： 溶出溫度 140～ 145℃ 溶出壓力 4kg/cm2 溶出堿濃度 120～ 140g/L 溶出后液苛性比（ α） ～ 4C1 003 2NaA l( OH) 2NaO HAl(O H) ?? ??? ?? OH2NaA lO NaO HAl(O H) 22C1 003 ??? ??? ?? aq2Na AlO aq2Na OHOH3OAl 2C1 00232 ??? ????? ?? 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 也可寫(xiě)為 ? 一水軟鋁石的主要溶出條件： ? 對(duì)于一水鋁石和一水硬鋁石型鋁土礦： 其溶出條件主要取決于一水硬鋁石的含量，當(dāng)以一水硬鋁石形態(tài)存在的三氧化二鋁含量在 5%以上時(shí)，實(shí)際上上必須采取適宜于一水硬石溶出的條件，這樣才能保證得到滿(mǎn)意的三氧化二鋁溶出率。 含水鋁酸鈣： 3CaO6H 2O 水合鋁硅酸鈣（水化石榴石）： 3CaO3SiO 2 鈦酸鈣： CaO 鋁土礦中的含硅礦物有無(wú)定形的蛋白石 、 石英等一類(lèi)的氧化硅及其水合物以及高嶺石等 。 以 高嶺石 為例 ， 它與鋁酸鈉母液發(fā)生如下反應(yīng)： Al2O32H 2O+6NaOH(aq)==2NaAl(OH)4+2Na2SiO3(aq) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 反應(yīng)生成的鋁酸鈉和硅酸鈉都進(jìn)入溶液 。Al2O3H 2O++ 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 行為 各種形式的含硅礦物與苛性堿反應(yīng)，均有硅酸鈉進(jìn)入溶液，然后與溶液中的鋁酸鈉反應(yīng)，生成溶解度很小的水合鋁硅酸鈉沉淀， 造成 Al2O3和 Na2O的損失 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 因此 ， 當(dāng)處理氧化硅含量較高 ， 而且以高嶺石或其他易溶礦物存在的鋁土礦時(shí) ， 在生產(chǎn)中常將原礦漿進(jìn)行預(yù)脫硅作業(yè) 。 從而減輕預(yù)熱器 、 壓煮器的結(jié)垢程度和清理頻率 。 最常見(jiàn)的是氧化物 ， 其中包括赤鐵礦α – Fe2O 水赤鐵礦 α – Fe2O3aq 、 纖鐵礦 γ – FeOOH、 褐鐵礦Fe2O3Fe 2O3和磁赤鐵礦 γ Fe2O3。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 碳酸鹽與堿液的化學(xué)反應(yīng)： FeCO3+2NaOH=Fe(OH)2+Na2CO3 ? 4Fe(OH)2水解 Fe3O4+FeO+3H2O+H2 后果： a使得苛性鈉轉(zhuǎn)為碳酸鈉（蘇打） b生成高度分散的氧化亞鐵及磁鐵礦，使得赤泥沉降性能變壞 FeS2氧化 FeS、 Na2SO Na2SO4 危害： 污染了鋁酸鈉溶液，使赤泥沉降性惡化，引起蒸發(fā)器管結(jié)垢、堵管。 TiO2只在 Al2O3含量未達(dá)到飽和的鋁酸鈉溶液中才能與 NaOH相互作用產(chǎn)生鈦酸鈉。 特別是在原礦漿預(yù)熱器和壓煮器的加熱表面生成鈦結(jié)疤 ， 增加熱能的消耗和清理工作量 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 含鈣、鎂的礦物在溶出過(guò)程中的行為 在鋁土礦中有少量的方解石 CaCO3和白云石 CaCO3碳酸鹽是鋁土礦中常見(jiàn)的 有害雜質(zhì) 它們?cè)趬A溶液中容易分解 ，使苛性鈉轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕c： MeCO3+2NaOH=Na2CO3+Me(OH)2 Me表示鈣或鎂，氫氧化鈣和氫氧化鎂與鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成水合鋁酸鈉鹽析出，造成 Al2O3的損失： 3(Ca， Mg) (OH)2+2NaAl(OH)4= 3(Ca， Mg)O?Al2O3 ?6H2O+6NaOH 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 有機(jī)物可以分為腐植酸及瀝青兩大類(lèi) 。 腐植酸類(lèi)的有機(jī)物與堿作用生成各種腐植酸鈉 ， 然后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿牟菟徕c （ Na2C2O4）或蟻酸鈉 ， 在流程中循環(huán)積累 ， 使溶液粘度顯著升高 ， 容易產(chǎn)出泡沫 。 有機(jī)物和某些微量雜質(zhì)在溶出過(guò)程中的行為 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 影響鋁土礦溶出過(guò)程的因素 ? 1．溶出溫度 ? 2．循環(huán)母液堿濃度及苛性比值 ? 3．礦石磨細(xì)的程度 ? 4．石灰添加量 ? 5. 攪拌強(qiáng)度 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 氫氧化鋁的煅燒 煅燒氫氧化鋁的目的是除去其附著水和結(jié)晶水，并得到吸濕性能較差的氧化鋁以滿(mǎn)足電解鋁生產(chǎn)的需要，是氧化鋁生產(chǎn)的最后一道工序。3H 2O)，并帶有 10～ 15%的附著水。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ①附著水的脫除 (110℃ 120 ℃ ) ②結(jié)晶水的脫除 (200℃ 250 ℃ ) Al2O3H 2O+2H2O（氣） 繼續(xù)提高到 500℃ 時(shí)，再脫掉一個(gè)結(jié)晶水，成為無(wú)水 γ Al2O3 ③氧化鋁的晶型轉(zhuǎn)變 γ － Al2O3結(jié)晶不完善，需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的晶型轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)?α － A12O3。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 單元問(wèn)題 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理 含硅礦物在溶出過(guò)程中的危害 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 第四講 堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁 堿石灰燒結(jié)法是目前對(duì)處理鋁硅比較低的鋁土礦或者二氧化硅含量較高的其他含鋁原料的實(shí)際應(yīng)用較好的辦法。Al 2O3） 。Fe 2O3） 原硅酸鈣 （ 2CaOTiO 2） 。 堿石灰燒結(jié)法的原理和基本流程 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁酸鈉極易溶于水或稀堿溶液 ， 鐵酸鈉則易水解 。SiO 2和鈦酸鈣 CaO 因此用稀堿溶液溶出時(shí) ， 可以將熟料中的Al2O3和 Na2O溶出 ， 得到鋁酸鈉溶液 ， 與進(jìn)入赤泥中的2CaOTiO 2和 Fe2O3 熟料的溶出液 （ 粗液 ） 經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的脫硅凈化過(guò)程得到純凈的鋁酸鈉精液 。 后者經(jīng)蒸發(fā)濃縮后返回配料 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 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 ?鋁土礦 ?石灰礦 ?燃料 ?生料漿