有色金属冶金 教学课件 作者 王鸿雁 主编第十章 烧结法的原理和基本流程.doc

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1、第十章烧结法的原理和基本流程第一节烧结法的原理随着矿石铝硅比的降低，拜耳法生产氧化铝的经济效果明显恶化。对于铝硅比低于7的矿石，单纯的拜耳法就不适用了。处理铝硅比在4以下的矿石，碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的方法。在处理SiO2含量更高的其它炼铝原料时，如霞石、绢云母以及正长石时，它也得到应用，可以同时制取氧化铝、钾肥和水泥等产品，实现了原料的综合利用。据报导，国外以霞石为原料的烧结法企业，由于原料综合利用，实现了无废料生产，氧化铝的生产成本反而最低。在我国已经查明的铝矿资源中，高硅铝土矿占有很大的数量，因而烧结法对于我国氧化铝工业具有很重要的意义。我国

2、第一座氧化铝厂——山东铝厂就是采用碱石灰烧结法生产的。它在改进和发展碱石灰烧结法方面作出了许多贡献，其Al2O3的总回收率，碱耗等指标都居于世界先进水平。法国人勒·萨特里在1858年提出了碳酸钠烧结法，即用碳酸钠和铝土矿烧结，得到含固体铝酸钠Na2O·Al2O3的烧结产物。这种产物称为熟料或烧结块，将其用稀碱溶液溶出便可以得到铝酸钠溶液。往溶液中通入CO2气体，即可析出氢氧化铝。残留在溶液中的主要是碳酸钠，可以再循环使用。这种方法，原料中的SiO2仍然是以铝硅酸钠的形式转入泥渣，而成品氧化铝质量差，流程复杂，耗热量大，所以拜耳法问世后，此法就被淘汰了。用碳酸钠

3、和石灰石按一定比例与铝土矿77烧结，可以在很大程度上减轻SiO2的危害，使Al2O3和Na2O的损失大大减少。这样就形成了碱石灰烧结法。在处理高硅铝土矿时，它比拜耳法比越。除了这两种烧结法外，还有单纯用石灰与矿石烧结的石灰烧结法，它比较适用干处理粘土类原料，特别是含有一定可燃成分的煤矸石、页岩等。这时原料中的Al2O3，烧结成铝酸钙，经碳酸钠溶液溶出后，可得到铝酸钠溶液。目前用在工业上的只有碱石灰烧结法。它所处理的原料有铝土矿、霞石和拜耳法赤泥。这些炉料分别称为铝土矿炉料。霞石炉料和赤泥炉料，它们各有特点，例如，铝土矿炉料的铝硅比一般在Na2O·Fe2O3左右

4、，而霞石炉料只有0.7左右；赤泥炉料为l.4左右，而且常常含有大量的氧化铁。在碱石灰烧结法中，一般是使炉料中的氧化物通过烧结转变为铝酸钠Na2O·Al2O3，铁酸钠Na2O·Fe2O3、原硅酸钙2CaO·SiO2和钛酸钙CaO·TiO2。因为铝酸钠很易溶于水或稀碱溶液，铁酸钠则易水解为NaOH和Fe2O3·H2O沉淀：在溶出条件控制适当时，原硅酸钙和钛酸钙不致与溶液反应而全部转入沉淀。所以，由这四种化合物组成的熟料，在用稀碱溶液溶出时，就可以溶出Al2O3和Na2O，而将其余杂质分离出去。得到的铝酸钠溶液经过净化精制，通入CO2气体，降低其稳定性，便析出氢氧化

5、铝，这个过程叫做碳酸化分解。碳酸化分解后的溶液称为碳分母液，主要成分为Na2CO377，可以再用来配料。因此在烧结法中，碱也是循环使用的。在碱石灰烧结法中，原料中的SiO2，Fe2O3，TiO2等杂质都不致于影响Al2O3和Na2O的回收，因而可以用来处理一切含铝原料。然而杂质含量增加，不仅增大物料流量和加工费用，而且使熟料品位和质量变差，溶出困难，技术经济效果显著恶化，通常要求碱石灰烧结法所处理的矿石，铝硅比应在3以上。但是，如在原料中还有其它可以综合利用的成分，则不受此限制。例如在处理霞石时，由于同时提取了其中的氧化铝、碳酸钾，碳酸钠．并且利用残渣生产了水

6、泥，这样一来，烧结法的经济效果甚至可以高于处理优质铝土矿的拜耳法。第二节烧结法的基本流程77烧结过程是其中关键环节。物料在生料浆中应细磨到在170#筛上的践留量小于16%，并且充分混合。为了保证在熟料中生成预期的化合物，应该严格控制生料浆中各种氧化物的配合比例。除了严格控制各种物料的入磨数量外，还设置了调整生料浆成分的专门过程。为了减轻熟料溶出过程的化学损失并得到成分合适的铝酸钠溶液，溶出用的原液是由赤泥洗液，氢氧化铝洗液和一定数量碳分母液调配而成的调整液。熟料溶出时，其中原硅酸钙仍在一定程度上与溶液发生反应，一方面造成Al2O3和Na2O的损失，另一方面又使

7、所得铝酸钠溶液含有5~6克/升SiO2，需要组织专门的脱硅过程加以清除，才能使溶液的硅量指教提高到400~600甚至1000以上。在脱硅过程中，添加种分母液是为了提高溶液的稳定性，防止氢氧化铝过早地析出。脱硅过程析出的泥渣称为硅渣，其中含有相当数量的Na2O和Al2O3，所以返回配料烧结，予以回收。脱硅以后的铝酸钠精液大部分进行碳酸化分解，但为了供应流程中用来提高溶液稳定性所需要的NaOH，也将少量溶液进行晶种分解。由于具体条件不同，各个工厂采用的具体流程常常与上述流程有所差别。例如，有的工厂不设石灰窑，直接用石灰石配制生料，用CO2含量为10~12%的熟料窑

8、窑气进行碳酸化分解。有的工厂不设种分过