有色金屬冶金 教學(xué)課件 作者 王鴻雁 主編燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁.ppt

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1、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)氧化鋁的基本原理在堿石灰燒結(jié)法中,將鋁土礦與一定量的碳酸鈉、石灰配成爐料進(jìn)行燒結(jié),使氧化硅與石灰化合成不溶于水的原硅酸鈣2CaO·SiO2,而氧化鋁與碳酸鈉化合成可溶于水的鋁酸鈉Na2O·Al2O3,氧化鐵與碳酸鈉化合成可水解的鐵酸鈉Na2O·Fe2O3。將燒結(jié)產(chǎn)物(通稱燒結(jié)塊或熟料)用水或稀堿溶液浸出,其中鋁酸鈉易溶于水和稀堿溶液,鐵酸鈉則易水解為NaOH和Fe2O3·H2O,原硅酸鈣則不溶于水和稀堿溶液。這樣,通過溶出,可以得到含有Al2O3和Na2O的鋁酸鈉溶液和

2、含有Fe2O3·H2O、2CaO·SiO2的固體雜質(zhì),經(jīng)過赤泥分離洗滌,得到鋁酸鈉溶液,在經(jīng)過脫硅精制后,通入CO2氣體,降低鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性,析出氫氧化鋁晶體,此法稱為碳酸化分解。碳分母液主要含有Na2CO3,通過蒸發(fā)處理,可再用去配料。燒結(jié)法中堿也是循環(huán)使用的。堿石灰燒結(jié)法和拜耳法比較,它的作業(yè)環(huán)節(jié)多,能量消耗大,投資和成本都較高,成品氧化鋁的質(zhì)量有時還差些,這是它的缺點方面;但是它可以處理SiO2含量較高的礦石,更有條件實現(xiàn)原料的綜合利用,則是它的優(yōu)點和具有發(fā)展前途的方面。燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工序生料漿的制備熟料燒結(jié)熟料溶出鋁酸鈉溶液脫硅碳酸鈉分解氫氧化鋁分

3、離、洗滌氫氧化鋁焙燒碳分母液蒸發(fā)生料漿的制備燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的原料配料配方熟料的物相組成堿石灰燒結(jié)法熟料的物相組成,對熟料的溶出性能有重要影響。高硅鋁土礦的堿石灰燒結(jié)法熟料不是均一的產(chǎn)物,而是幾種礦物的集合體,各有不同的溶出特性。已確定工業(yè)熟料中主要含有下列礦物:(1)鋁酸鈉(Na2O·A12O3)鋁酸鈉為A12O3與等分子數(shù)或更多的Na2CO3在高溫700~1150℃煅燒的唯一產(chǎn)物。鋁酸鈉為無色結(jié)晶,熔點為1650℃。在溫度高于1150℃時,鋁酸鈉開始部分地分解,Na2O揮發(fā);但只有在高于1250~1300℃時,鋁酸鈉的分解才較顯著。高溫長時間加熱時能生成部分

4、β—氧化鋁(Na2O·11A12O3)。鋁酸鈉易溶于水,若無過剩OHˉ離子時,會分解析出氫氧化鋁。(2)鐵酸鈉(Na2O·Fe2O3)鐵酸鈉是Fe2O3與Na2CO3在高溫500~1150℃煅燒的唯一產(chǎn)物。熔點為1845℃。在高溫下鐵酸鈉分解,Na2O揮發(fā),生成β—氧化鐵(Na2O·11Fe2O3)。鐵酸鈉在熱水中水解為NaOH和Fe(OH)3。高溫下,鐵酸鈉中的氧化鐵可被氧化鋁置換生成鋁酸鈉:Na2O·Fe2O3+A12O3→Na2O·A12O3+Fe2O3若燒結(jié)配料中堿量不足,則主要生成鋁酸鈉。但為在熟料溶出時鋁酸鈉溶液具有一定的穩(wěn)定性,燒結(jié)時必須同時考慮A

5、12O3和Fe2O3含量以確定配堿量。熟料中鋁酸鈉和鐵酸鈉可形成連續(xù)固溶體,在溶出時易于溶解,然后鐵酸鈉水解。(3)硅酸二鈣(2CaO·SiO2)硅酸二鈣是SiO2與CaO在高溫反應(yīng)時的最初產(chǎn)物。硅酸二鈣有三種穩(wěn)定的變體,它們之間的轉(zhuǎn)變溫度為:α—2CaO·SiO2?β—2CaO·SiO2?γ—2CaO·SiO2在堿石灰燒結(jié)法熟料中硅酸二鈣都以β—2CaO·SiO2存在。(4)鈦酸鈣(鈣鈦石CaO·TiO2)原料中的氧化鈦在堿石灰燒結(jié)法熟料中均成CaO·TiO2存在。所以配料時的石灰量必須同時考慮氧化硅和氧化鐵的要求,否則由于石灰配量不足會引起氧化鋁和堿的溶出率

6、降低。鈦酸鈣不溶于水和堿溶液。此外,在某些條件下,熟料中還可能含有少量下列化合物:鋁酸鈣(CaO·A12O3),鐵酸二鈣(2CaO·Fe2O3);鐵鋁酸四鈣(4CaO·A12O3·Fe2O3);游離石灰(CaO);鋁硅酸鈉(霞石(Na,K)2O·A12O3·2SiO2);鈉鈣硅化合物(如2Na2O·8CaO·SiO2等),硫酸鈉(Na2SO4);二價硫化物(Na2S、CaS、FeS)等等。其中鋁酸鈣和鐵酸二鈣的生成主要是由于生料配堿量不足,但配堿量過多則又會形成鈉鈣硅三元化合物;配鈣不足會使生成的霞石不能分解,而配入石灰量過多又可能生成鐵鋁酸四鈣和游離石灰。硫酸

7、鈉是鋁土礦和燃料中的硫在燒結(jié)過程中與堿作用的產(chǎn)物。在生料加煤條件下部分硫可變?yōu)槎r硫化物。我國工廠還將熟料中的負(fù)二價硫S2-含量規(guī)定為熟料的質(zhì)量指標(biāo)。長期的生產(chǎn)經(jīng)驗證明:S2-含量>0.25%的熟料是黑心多孔的,質(zhì)量好;而黃心熟料改粉狀黃料,S2-含量小于0.25%,特別是小于0.1%的,它們在各方面的性能都比較差。砸開熟料觀察它的斷面,就可以對熟料質(zhì)量作出快速而又有效的鑒別。熟料在化學(xué)成分、物相成分和組織結(jié)構(gòu)上都應(yīng)該符合一定的要求:(1)熟料中Al2O3含量越高,生產(chǎn)1噸成品氧化鋁的熟料量(工廠稱為熟料折合比)越小。這主要取決于礦石中Al2O3和SiO2的含量

8、。(2)熟料中的有用成分

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