有色金属冶金 教学课件 作者 王鸿雁 主编烧结法生产氧化铝.ppt

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1、烧结法生产氧化铝烧结法生产氧化铝工艺介绍烧结法生产氧化铝基本原理烧结法生产氧化铝工序烧结法生产氧化铝的基本原理在碱石灰烧结法中，将铝土矿与一定量的碳酸钠、石灰配成炉料进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙2CaO·SiO2，而氧化铝与碳酸钠化合成可溶于水的铝酸钠Na2O·Al2O3，氧化铁与碳酸钠化合成可水解的铁酸钠Na2O·Fe2O3。将烧结产物(通称烧结块或熟料)用水或稀碱溶液浸出，其中铝酸钠易溶于水和稀碱溶液，铁酸钠则易水解为NaOH和Fe2O3·H2O，原硅酸钙则不溶于水和稀碱溶液。这样，通过溶出，可以得到含有Al2O3和Na2O的铝酸钠溶液和

2、含有Fe2O3·H2O、2CaO·SiO2的固体杂质，经过赤泥分离洗涤，得到铝酸钠溶液，在经过脱硅精制后，通入CO2气体，降低铝酸钠溶液的稳定性，析出氢氧化铝晶体，此法称为碳酸化分解。碳分母液主要含有Na2CO3，通过蒸发处理，可再用去配料。烧结法中碱也是循环使用的。碱石灰烧结法和拜耳法比较，它的作业环节多，能量消耗大，投资和成本都较高，成品氧化铝的质量有时还差些，这是它的缺点方面；但是它可以处理SiO2含量较高的矿石，更有条件实现原料的综合利用，则是它的优点和具有发展前途的方面。烧结法生产氧化铝工序生料浆的制备熟料烧结熟料溶出铝酸钠溶液脱硅碳酸钠分解氢氧化铝分

3、离、洗涤氢氧化铝焙烧碳分母液蒸发生料浆的制备烧结法生产氧化铝的原料配料配方熟料的物相组成碱石灰烧结法熟料的物相组成，对熟料的溶出性能有重要影响。高硅铝土矿的碱石灰烧结法熟料不是均一的产物，而是几种矿物的集合体，各有不同的溶出特性。已确定工业熟料中主要含有下列矿物:(1)铝酸钠(Na2O·A12O3)铝酸钠为A12O3与等分子数或更多的Na2CO3在高温700~1150℃煅烧的唯一产物。铝酸钠为无色结晶，熔点为1650℃。在温度高于1150℃时，铝酸钠开始部分地分解，Na2O挥发；但只有在高于1250~1300℃时，铝酸钠的分解才较显著。高温长时间加热时能生成部分

4、β—氧化铝(Na2O·11A12O3)。铝酸钠易溶于水，若无过剩OHˉ离子时，会分解析出氢氧化铝。(2)铁酸钠(Na2O·Fe2O3)铁酸钠是Fe2O3与Na2CO3在高温500~1150℃煅烧的唯一产物。熔点为1845℃。在高温下铁酸钠分解，Na2O挥发，生成β—氧化铁(Na2O·11Fe2O3)。铁酸钠在热水中水解为NaOH和Fe(OH)3。高温下，铁酸钠中的氧化铁可被氧化铝置换生成铝酸钠：Na2O·Fe2O3+A12O3→Na2O·A12O3+Fe2O3若烧结配料中碱量不足，则主要生成铝酸钠。但为在熟料溶出时铝酸钠溶液具有一定的稳定性，烧结时必须同时考虑A

5、12O3和Fe2O3含量以确定配碱量。熟料中铝酸钠和铁酸钠可形成连续固溶体，在溶出时易于溶解，然后铁酸钠水解。(3)硅酸二钙(2CaO·SiO2)硅酸二钙是SiO2与CaO在高温反应时的最初产物。硅酸二钙有三种稳定的变体，它们之间的转变温度为:α—2CaO·SiO2↔β—2CaO·SiO2↔γ—2CaO·SiO2在碱石灰烧结法熟料中硅酸二钙都以β—2CaO·SiO2存在。(4)钛酸钙(钙钛石CaO·TiO2)原料中的氧化钛在碱石灰烧结法熟料中均成CaO·TiO2存在。所以配料时的石灰量必须同时考虑氧化硅和氧化铁的要求，否则由于石灰配量不足会引起氧化铝和碱的溶出率

6、降低。钛酸钙不溶于水和碱溶液。此外，在某些条件下，熟料中还可能含有少量下列化合物：铝酸钙(CaO·A12O3)，铁酸二钙(2CaO·Fe2O3)；铁铝酸四钙(4CaO·A12O3·Fe2O3)；游离石灰(CaO)；铝硅酸钠(霞石(Na，K)2O·A12O3·2SiO2)；钠钙硅化合物(如2Na2O·8CaO·SiO2等)，硫酸钠(Na2SO4)；二价硫化物(Na2S、CaS、FeS)等等。其中铝酸钙和铁酸二钙的生成主要是由于生料配碱量不足，但配碱量过多则又会形成钠钙硅三元化合物；配钙不足会使生成的霞石不能分解，而配入石灰量过多又可能生成铁铝酸四钙和游离石灰。硫酸

7、钠是铝土矿和燃料中的硫在烧结过程中与碱作用的产物。在生料加煤条件下部分硫可变为二价硫化物。我国工厂还将熟料中的负二价硫S2-含量规定为熟料的质量指标。长期的生产经验证明：S2-含量>0.25%的熟料是黑心多孔的，质量好；而黄心熟料改粉状黄料，S2-含量小于0.25%，特别是小于0.1%的，它们在各方面的性能都比较差。砸开熟料观察它的断面，就可以对熟料质量作出快速而又有效的鉴别。熟料在化学成分、物相成分和组织结构上都应该符合一定的要求：(1)熟料中Al2O3含量越高，生产1吨成品氧化铝的熟料量(工厂称为熟料折合比)越小。这主要取决于矿石中Al2O3和SiO2的含量

8、。(2)熟料中的有用成分