雜質(zhì)在溶出過程的行為

雜質(zhì)在溶出過程的行為第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.1含硅礦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（SiO2.nH2O）、高齡石（Al2O3.2SiO2.2H2O）、葉臘石（Al2O3.4SiO2.H2O）等形式存在。在含硅礦物溶出時首先被堿分解，以硅酸鈉的形式進入溶液，然后硅酸鈉與鋁酸鈉反應(yīng)進入赤泥。含硅礦物所造成的危害有：引起Al2O3和Na2O的損失；含水鋁硅酸鈉進入成品AH，影響產(chǎn)品質(zhì)量；結(jié)垢，增加能耗和設(shè)備維護工作量；增加赤泥量。第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.1.1氧化硅水合物在溶出過程中的行為SiO2在溶出過程的行為取決于它的礦物組成、溶出溫度和溶出過程的時間。無定形的蛋白石，不僅易溶于苛性堿溶液，而且還能溶于碳酸鈉溶液，其反應(yīng)方程式如下：SiO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aqSiO2.nH2O+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+CO2+aq游離狀態(tài)的SiO2和石英只有在較高溫度下，才開始和鋁酸鈉溶液起反應(yīng)。在低溫下溶出三水鋁石時，礦石中以石英形態(tài)存在的那部分SiO2將轉(zhuǎn)移到赤泥中被分離出去，不會引起氧化鋁和氧化鈉的損失。第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日溶出一水硬鋁石時，在溶出條件下鋁土礦中所有形態(tài)的SiO2都與堿反應(yīng)，生成含水鋁硅酸鈉，反應(yīng)方程式為：Al2O3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq2NaAlO2+2Na2SiO3+aq=3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+4NaOH

添加石灰時3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O進一步反應(yīng)生成含水鋁硅酸鈣。反應(yīng)方程式為：3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+3Ca（OH）2=3CaO.Al2O3.nSiO2（6-2n）H2O+6NaOH

不添加石灰，溶出一水硬鋁石時，SiO2成為鈉硅渣進入赤泥中。添加石灰溶出一水硬鋁石時，還會生成水化石榴石。生產(chǎn)上稱含水鋁硅酸鈉為鈉硅渣，生產(chǎn)含水鋁硅酸鈉的反應(yīng)為脫硅反應(yīng)。含硅礦物能對氧化鋁生產(chǎn)帶來危害。第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日主要硅礦物形態(tài)及其反應(yīng)條件硅礦物分子式反應(yīng)條件蛋白石SiO2·nH2ONaOH,Na2CO3高嶺石Al2O3

·2SiO2·2H2O70-95℃葉臘石Al2(Si4O10)(OH)2>150℃伊利石（水白云母）KAl2[(S,Al)4O10](OH)2>180℃鮞綠泥石[Fe42+Al2Si3O10(OH)6·nH2O]>220℃石英SiO2>260℃第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.1.1.1高嶺石與堿溶液的反應(yīng)溶解Al2O3·

2SiO2·

2H2O+6NaOH+aq→2NaAl(OH)4+2Na2SiO3+aq析出xNa2SiO3+2NaAl(OH)4+2xNaOH+aq→

Na2O

·Al2O3·

xSiO2·

nH2O+2xNaOH+aqX1.7,n≦2第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日

第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.1.1.2伊利石與堿液的作用伊利石難于用預(yù)脫硅法脫除，在預(yù)熱溫度下大量反應(yīng)，嚴重影響預(yù)熱設(shè)備的傳熱效率。鉀使方鈉石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，較難向鈣霞石轉(zhuǎn)化；硫酸鈉促進鈣霞石的生成，有利于伊利石的溶解過程。故提高溶液中K2O的含量，降低Na2SO4的濃度，在添加CaO的同時配入少量MgO，會對伊利石的溶解反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用，從而減輕預(yù)熱器加熱結(jié)疤。第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.1.1.3石英與堿液的作用石英在低溫下不易溶解于溶液中，但在高溫下與同鋁酸鈉溶液作用，從而造成堿和氧化鋁的損失。影響溶解的因素見P70圖6-8石英的溶解速度與溶液中存在的石英量成正比。其溶解過程是屬化學反應(yīng)控制。第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.1.2鋁酸鈉溶液中硅礦物析出的平衡固相平衡固相分子式方沸石(Ⅰ)Na2O·Al2O3·

4SiO2·

2H2OA相含水鋁硅酸鈉(Ⅱ)Na2O·Al2O3·

(2.3-2.5)SiO2·

2H2OA型沸石(Ⅲ)Na2O·Al2O3·

2.5SiO2·

(2.25-4)H2O堿性方沸石(Ⅳ)3(Na2O·Al2O3·

2SiO2)

·(Na,Ca)X

無定形含水鋁硅酸鈉(Ⅴ)第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日含水鋁硅酸鈉晶體的穩(wěn)定序:

X型沸石→A型沸石→方鈉石→黝方石→鈣霞石提高溫度和堿濃度加速轉(zhuǎn)變。含水鋁硅酸鈉

核心為Na2O·Al2O3·

2SiO2,結(jié)合其它附加鹽。溫度和堿濃度對其組成和結(jié)構(gòu)影響很大。

第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日鋁酸鈉溶液中硅礦物析出的平衡固相

X物相名稱NaOHNaAl(OH)4堿性方沸石Cl-方鈉石SO4=黝方石S=青金石CO3=鈣霞石第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.2含鐵礦物在溶出過程中的行為

一、分類氧化物硫化物和硫酸鹽碳酸鹽硅酸鹽綠泥石赤鐵礦a-Fe2O3水赤鐵礦a-Fe2O3·aq針鐵礦a-FeOOH水針鐵礦a-FeOOH·aq褐鐵礦Fe2O3·

nH2O磁鐵礦FeO·Fe2O3磁赤鐵礦

γ-Fe2O3鐵膠Fe第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日赤鐵礦穩(wěn)定，溶解度??；針鐵礦脫水(>200℃):2a-FeOOH→a-Fe2O3+H2O(有利)菱鐵礦反苛化(有害):2FeCO3+2NaOH→Fe(OH)2

+Na2CO34Fe(OH)2→Fe3O4+FeO+3H2O+H2↑綠泥石，高壓溶出時全部生成含水鋁硅酸鈉和高度分散的FeO:3FeO+H2O→Fe3O4+H2↑(有害）黃鐵礦：形成可溶、介穩(wěn)或穩(wěn)定的二、三價羥基硫化物的復合配合物，再氧化成高度分散的FeO和Fe3O4、亞硫酸鈉、硫酸鈉。有害。第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日二、危害和措施反苛化和形成鈉的含硫化合物，損失苛性堿，且蒸發(fā)時析出鈉鹽；高度分散的FeO、FeS和Fe3O4難分離，沉降性能變壞。影響產(chǎn)品質(zhì)量；不凝性氣體增加，導致溶出器有效容積減少；腐蝕設(shè)備：Fe+Na2S2O3+2NaOH→Na2S+Na2SO4+Fe(OH)2Fe(OH)2+Na2S→Na2[FeS2(OH)2]·2H2O措施：控制S含量；加氧化劑。第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.3含鈦礦物在溶出過程中的行為

第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日一、反應(yīng)序：

無定形→銳鈦礦→板鈦礦→金紅石二、反應(yīng)條件：

只有在Al2O3未飽和時才可，飽和時停止。三、危害和措施導致Na2O損失；膜的形成包裹礦石表面，降低溶出率；結(jié)垢，降低傳熱效率。

措施：添加石灰使之形成鈣鈦礦CaO·TiO2羥基鈦酸鈣CaTi2O4(OH)2

第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.4鈣鎂氧化物在溶出過程中的行為

一、石灰的作用促進針鐵礦向赤鐵礦轉(zhuǎn)變，使其中以類質(zhì)同晶形態(tài)存在的Al2O3充分溶出；并有利于沉降；破壞鈦酸鈉膜的包裹，顯著提高溶出速度；使赤泥中的方鈉石轉(zhuǎn)變?yōu)殁}霞石或黝方石，減少Na2O和Al2O3的損失；且后兩者中的鈉更易被CaO置換。第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日Na2O210g/L；Al2O3110.5g/L；90min；A、B一水軟鋁石；C、D一水硬鋁石；二、石灰對溶出的影響第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日三、石灰的反應(yīng)3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2O3·

xSiO2·(6-2x)H2O+2(1+x)NaOH+aq3CaCO3+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2O3·

xSiO2·(6-2x)H2O+(1+x)Na2CO3+aqX

由核心向外梯度增加

結(jié)果：反苛化；損失Al2O3第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日四、MgO的行為鋁酸鈉溶液中可能形成的含鎂化合物：尖晶石，MgO·Al2O3極為穩(wěn)定；堇青石，2MgO·2Al2O3·5SiO2Mg4Al4(Al2Si2)O10(OH)8鈦酸鎂或類質(zhì)同晶的鈦酸鎂鈣；碳酸鋁鎂，Mg6Al2CO3(OH)16·4H2O

結(jié)果：增加Al2O3損失，減少Na2O損失第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日6.5有機物及其它雜質(zhì)的行為一、有機物的來源和危害腐質(zhì)酸→腐質(zhì)酸鈉→草酸鈉或蟻酸鈉，（減緩溶出）甘油，纖維素等形成醇酸鈣，使石灰的溶解度和活性增大，（加速溶出）瀝青不溶，但包裹礦石，減緩溶出；有機物積累：分離困難；起泡；細化產(chǎn)品；產(chǎn)品灰褐，不宜作填料。第二十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日二、有機物的排除提高溫度，鼓入空氣加強其分解和氧化；添加石灰進行吸附；蒸發(fā)母液中加晶