氧化鋁拜耳法

氧化鋁拜耳法第一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三第三章

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁3.1拜耳法生產(chǎn)氧化鋁基本原理3.2拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程3.3拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工序第二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理基本原理：

（l）鋁酸鈉溶液在添加晶種、不斷攪拌的條件下，溶液中的氧化鋁呈氫氧化鋁析出，即種分過(guò)程。（2）鋁酸鈉溶液分解氫氧化鋁后得到的母液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來(lái)溶出新的鋁土礦，即溶出過(guò)程。交替使用這兩個(gè)過(guò)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)。Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq＝2NaAl(OH)4+aq第三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三30℃60℃200℃ADCB1020Na2O％Al2O3/％拜耳法循環(huán)圖αK＝3.40αK＝1.654020第四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三高壓溶出溶出礦漿稀釋和赤泥分離洗滌晶種分解氫氧化鋁分離、洗滌、焙燒分解母液的蒸發(fā)與碳酸鈉的苛化預(yù)處理浸出提取稀釋礦漿拜耳法工藝流程圖主要工序第五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三高壓溶出溶出目的及原料溶出過(guò)程中各組分的行為溶出過(guò)程的影響因素溶出過(guò)程中的結(jié)疤溶出設(shè)備稀釋礦漿？？？第六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三高壓溶出目的：就是用苛性堿溶液將鋁土礦中的氧化鋁溶出，生成鋁酸鈉溶液，使溶液充分脫硅，避免過(guò)量的SiO2影響，把苛性堿的消耗減至最少。原料：鋁土礦：破碎后的鋁土礦，（難溶的一水硬鋁石70～80mm）母液組成：NaOH、NaAlO2、Na2CO3、Na2SO4。工業(yè)生產(chǎn)中一般采用循環(huán)母液來(lái)溶出鋁土礦。把鋁土礦、石灰、循環(huán)母液、補(bǔ)充的苛性堿磨制成礦漿后在溶出設(shè)備中完成溶出過(guò)程。第七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三鋁土礦中各組分在溶出過(guò)程中的行為氧化鋁水合物氧化硅氧化鐵氧化鈦氧化鈣、氧化鎂第八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氧化鋁水合物在溶出過(guò)程中的行為鋁土礦所含氧化鋁水合物有三水鋁石、一水軟鋁石、一水硬鋁石。三水鋁石，在常壓下即可反應(yīng)：Al(OH)3＋2NaOH+aq＝2NaAlO2＋aq一水軟鋁石，在相應(yīng)的高溫（高壓）及高堿濃度下發(fā)生反應(yīng)：AlOOH＋2NaOH＋aq＝2NaAlO2＋aq剛玉在一般工業(yè)高壓溶出條件下與苛性鈉不發(fā)生作用而殘留于赤泥中。第九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氧化硅水合物在溶出過(guò)程中的行為鋁土礦中的氧化硅一般以石英(SiO2)，蛋白石(SiO2.nH2O)、高嶺石(Al2O3.2SiO2.2H2O)等形式存在。無(wú)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石英只有在較高溫度下(150℃)，才開(kāi)始和苛性堿溶液起反應(yīng)。高嶺石在50℃便開(kāi)始與NaOH溶液顯著作用。第十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氧化硅水合物在溶出過(guò)程中的行為水合硅鋁酸鈉的生成Al2O3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq2NaAlO2+2Na2SiO3+aq=3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+4NaOH預(yù)脫硅第十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三SiO2造成的危害

造成氧化鋁和苛性堿的損失結(jié)疤影響產(chǎn)品質(zhì)量第十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氧化鐵水合物在溶出過(guò)程中的行為鋁土礦中主要含有赤鐵礦(a－Fe2O3)，菱鐵礦（FeCO3）針鐵礦(a－FeOOH)等。所有赤鐵礦全部殘留在赤泥中，成為赤泥的重要組成部分。針鐵礦可以脫水為赤鐵礦菱鐵礦（FeCO3）與鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成高度分散的氧化亞鐵，使赤泥的沉降性能變壞，同時(shí)使苛性鈉轉(zhuǎn)變?yōu)樘K打。FeCO3+2NaOH＝Fe(OH)2+Na2CO3第十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氧化鐵水合物在溶出過(guò)程中的行為鋁土礦中主要含有赤鐵礦(a－Fe2O3)，菱鐵礦（Fe·CO3）針鐵礦(a－FeOOH)和水赤鐵礦（Fe2O3-0.5H2O）等。鋁土礦溶出時(shí)所有赤鐵礦全部殘留在赤泥中，成為赤泥的重要組成部分。針鐵礦可以脫水為赤鐵礦菱鐵礦（Fe·CO3）與鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成高度分散的氧化亞鐵，使赤泥的沉降性能變壞，同時(shí)使苛性鈉轉(zhuǎn)變?yōu)樘K打。FeCO3+2NaOH＝Fe(OH)2+Na2CO3在生產(chǎn)溶液中往往含有2~3毫克/升以鐵酸鈉形態(tài)溶解的鐵，還含有細(xì)度在3微米以下的含鐵礦物微粒，這些微粒很難濾除，則成為氫氧化鋁被鐵污染的來(lái)源。第十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氧化鈦水合物在溶出過(guò)程中的行為鋁土礦含鈦礦物多以金紅石和銳鈦礦物存在。氧化鈦與苛性鈉溶液作用生成鈦酸鈉。2NaOH+TiO2+aq=Na2O·TiO2·2H2O+aq第十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氧化鈦水合物在溶出過(guò)程中的行為在溶出一水硬鋁石時(shí)，氧化鈦能引起氧化鋁溶出率降低和氧化鈉損失，還在加熱設(shè)備表面形成鈦結(jié)疤。生產(chǎn)中為了消除氧化鈦在溶出過(guò)程中的危害，一般采用添加石灰的辦法，使TiO2與CaO作用生成不溶解的鈦酸鈣：2CaO＋TiO2十2H2O=2CaO·TiO2·2H2O由于鈦酸鈣結(jié)晶粗大松脆，易脫落，所以氧化鋁溶出不受影響，并且消除了生成鈦酸鈉所造成的堿損失。第十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三含鈣、鎂的礦物在溶出過(guò)程中的行為鋁土礦含少量方解石CaCO3和白云石CaCO3·MgCO3。碳酸鹽是有害雜質(zhì)，在堿液中容易分解，使苛性鈉轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕c。MeCO3＋2NaOH=Na2CO3＋Me(OH)23Me(OH)2＋2NaAlO2=3MeO·Al2O3·6H2O＋2NaOH碳酸鈉溶液苛化，返回生產(chǎn)流程。水合硅鋁酸鈣（水化石榴石）3Ca(OH)2＋2NaAlO2＋mNa2SiO3=3CaO·Al2O3·mSiO2·(6-2m)H2O＋2(1+m)NaOH+mH2O第十七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三稀釋礦漿高壓溶出各組分的行為氧化鋁水合物氧化硅氧化鐵氧化鈦氧化鈣、氧化鎂為什么補(bǔ)充苛性堿為什么添加石灰第十八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三影響鋁土礦溶出過(guò)程的主要因素主要的影響因素如下：（1）溶出溫度（2）循環(huán)母液堿濃度和苛性比（3）礦石粒度（4）攪拌強(qiáng)度（5）石灰添加量第十九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三結(jié)疤現(xiàn)象結(jié)疤的形成結(jié)疤的危害結(jié)疤的清除第二十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三高壓溶出各元素的溶出行為溶出礦漿稀釋為什么要稀釋？為什么用洗液稀釋？赤泥洗滌葉濾稀釋礦漿第二十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三溶出礦漿稀釋：在分離之前用赤泥洗液稀釋，其目的主要是：（1）降低鋁酸鈉溶液的濃度，便于晶種分解（2）使鋁酸鈉溶液進(jìn)一步脫硅（3）有利于赤泥分離（4）便于沉降槽的操作赤泥洗滌：是為了回收赤泥中帶有的氧化鈉和氧化鋁，以減少損失。赤泥洗液再去稀釋溶出礦漿是為了回收洗液中帶有的氧化鈉和氧化鋁，同時(shí)使水得到循環(huán)。葉濾：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0.02g/l，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。第二十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三高壓溶出各元素的溶出行為溶出礦漿稀釋晶種分解晶種分解的目的晶種分解的機(jī)理晶種分解影響因素晶種分解設(shè)備稀釋礦漿第二十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三晶種分解的目的晶種分解（簡(jiǎn)稱種分）就是在降溫、加晶種、攪拌的條件下，使鋁酸鈉溶液分解，獲得具有一定性能的氫氧化鋁產(chǎn)品，同時(shí)得到分子比較高的種分母液，作為溶出鋁土礦的循環(huán)母液。種分過(guò)程是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一。它對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及全廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重大的影響。第二十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三晶種分解的機(jī)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(guò)程：Al(OH)4-+xAl(OH)3→(x+1)Al(OH)3

+OH-氫氧化鋁結(jié)晶析出的過(guò)程是極其復(fù)雜的，分解過(guò)程包括次生成核、晶粒破裂、晶體長(zhǎng)大和附聚。第二十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三（1）次生成核次生成核又叫二次成核，所形成的晶核成為次生晶核或二次晶核。在晶種分解過(guò)程中，生成晶核表面粗糙，長(zhǎng)成向外突出細(xì)小的晶體，在顆粒相互碰撞或流體的剪切力作用下，這些細(xì)小晶體便脫離母晶而進(jìn)入溶液中，成為新的晶核。分解溫度在75℃以上時(shí)，都無(wú)次生晶核形成。第二十七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三（2）晶體長(zhǎng)大種分過(guò)程存在著晶體直接長(zhǎng)大的過(guò)程，即在晶種表面結(jié)晶并沿平面展開(kāi)，使晶粒直徑長(zhǎng)大。晶體長(zhǎng)大的速度取決于分解條件。溶液的過(guò)飽和度大，有利于晶體長(zhǎng)大。第二十八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三（3）氫氧化鋁破裂破裂是顆粒之間的碰撞以及顆粒與糟壁、攪拌器之間的碰撞結(jié)果，使結(jié)晶體破裂，產(chǎn)生細(xì)小的新顆粒。氫氧化鋁結(jié)晶粒度變細(xì)。第二十九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三（4）附聚附聚是指一些細(xì)小的晶?；ハ嘁栏讲⒄辰Y(jié)成為一個(gè)較大晶體的過(guò)程。氫氧化鋁顆粒附聚分為兩部分：1．細(xì)顆粒晶體互相碰撞，其中一些結(jié)合成松散的絮團(tuán)，其機(jī)械強(qiáng)度小，容易重新分裂；2．絮團(tuán)在未分裂時(shí)，由于溶液分解出來(lái)的Al(OH)3起到了一種“粘結(jié)劑”的作用，將絮團(tuán)中的各個(gè)晶粒膠結(jié)在一起，形成了堅(jiān)實(shí)的附聚物。溶液過(guò)飽和度大、溫度高，有利于附聚。第三十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三晶種分解的主要影響因素晶種分解的主要影響因素有：1.分解原液濃度和苛性比值2.分解溫度3.晶種數(shù)量和品質(zhì)4.分解時(shí)間和母液苛性比5.攪拌速度6.雜質(zhì)的影響第三十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三空氣攪拌分解槽示意圖

MIG型種分槽結(jié)構(gòu)示意圖第三十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三高壓溶出各元素的溶出行為溶出礦漿稀釋晶種分解氫氧化鋁制備分離洗滌煅燒稀釋礦漿第三十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氫氧化鋁分離、洗滌的主要目的經(jīng)種子分解或碳酸化分解得到的氫氧化鋁漿液，用過(guò)濾設(shè)備將氫氧化鋁和母液分離，分離得到的氫氧化鋁一部分直接返回生產(chǎn)流程，作種子分解的晶種，其余部分經(jīng)進(jìn)一步洗滌生產(chǎn)氫氧化鋁成品。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(biāo)準(zhǔn)要求。第三十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三氫氧化鋁焙燒焙燒的目的：是在一定溫度下把氫氧化鋁的附著水和結(jié)合水脫除，并發(fā)生分解反應(yīng)，形成氧化鋁，再進(jìn)行晶型轉(zhuǎn)變，得到具有一定物理和化學(xué)性能的氧化鋁產(chǎn)品。100-120℃2Al(OH)3+附水→Al2O3·3H2O+H2O↑200-250℃失去兩個(gè)結(jié)晶水轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石(Al2O3·H2O)；Al2O3·3H2O→Al2O3·H2O+2H2O↑500℃左右一水軟鋁石轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)水γ-A12O3；Al2O3·H2O→γ-Al2O3+H2O↑900℃以上轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Al2O3；γ-Al2O3→a-Al2O3第三十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三稀釋礦漿軟水高壓溶出溶出礦漿稀釋和赤泥分離洗滌晶種分解氫氧化鋁洗滌、焙燒分解母液的蒸發(fā)與碳酸鈉的苛化分解母液蒸發(fā)的目的碳酸鈉苛化的目的碳酸鈉苛化的方法第三十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期三分解母液的蒸發(fā)與一水碳酸鈉的苛化分解母液的蒸發(fā)：排除多余的水分（兩次引入了水分），保持循環(huán)體系中水量的平衡，使蒸發(fā)母液達(dá)到拜耳法溶出的濃度要求。在蒸發(fā)的過(guò)程中，還排出了部分雜質(zhì)—碳酸鈉（它是苛性堿與鋁土礦中的碳酸鹽和空氣中的二氧化碳在溶出過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)生成的。溶解度隨苛性堿濃度的提高和溫度的降低而下降）一水碳酸鈉的苛化它是苛性堿與鋁土礦中的碳酸鹽和空氣中的二氧化碳在溶出過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)生成的。母液每一次循環(huán)都有一部分（3％）苛性堿變成了蘇打。石灰法Na2CO3+Ca(OH)2+aq=2NaOH+CaCO3+aq第三十七