预脱硅及高压溶出生产工艺技术

1、1,预脱硅及高压溶出生产工艺技术,2,第一节概述 1、 预脱硅及高压溶出简介第二节 工艺原理 2-1 预脱硅 2-2 高压溶出及矿浆稀释第三节 主要设备工作原理及作用 3-1 预脱硅主要设备 3-2 高压溶出主要设备 3-3 辅助主要设备第四节 工艺流程描述 4-1 预脱硅 4-2 高压溶出第五节 主要工艺条件和技术参数,3,第一节概述1、预脱硅及高压溶出简介 高压溶出选用国内处理一水硬铝石铝土矿比较成熟的单管预热器及压煮器间接加热工艺流程。此方案最早于1992年底在山西铝厂建成投产第一系列，后来又于1994年建成投产了第二系列。在此基础上我国又相继建成了平果铝厂和贵州铝厂的四个系列高压溶出。

2、 单管预热器及压煮器间接加热工艺方案在处理一水硬铝石铝土矿时表现出良好的技术指标和经济效益，其特点主要表现在： 溶出温度高，可达260-270，山西铝厂、平果铝厂和贵州铝厂的高压溶出温度都在260以上。 十一级自蒸发，蒸汽间接加热。从进料温度,4,92.9加热到157.6是6级单套管预热器二次蒸汽间接加热， 157.6加热到212.5是5级预热压煮器二次蒸汽间接加热，212.5 加热到265是压煮器用60bar新蒸汽间接加热。溶出用循环母液浓度较低。设计循环母液浓度为Nk=245g/l，因采用间接加热循环母液不被稀释。溶出效果好，能耗低。由于溶出温度高、循环母液浓度较低，溶出液的k、溶出率及循

3、环效率较高。单管预热器和预热压煮器利用自蒸发器产生的料浆二次蒸汽加热，因而能耗也低。机组运转率高。从山西铝厂、平果铝厂和贵州铝厂的运行实践来看其运转率在92%以上。为减轻加热管壁的铝硅酸钠（Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O）结疤，在原矿浆进入溶出机组之前进行常压预脱硅，降低了加热管壁的结疤速度，延长了结疤清理周期,5,预脱硅槽采用阶梯配置，每相邻两台预脱硅槽间高度相差600mm，以便铝矿浆在进行预脱硅时能按顺序逐台自流，这样就减少了采用泵输送而消耗的电能。第二节 工艺原理2-1 预脱硅 高压溶出所处理的矿石是一水硬铝石型铝土矿铝矿，矿石中SiO2主要以高岭石（Al2O3.2SiO2.

4、2H20）形态存在，其余以石英(SiO2)形态存在。 铝土矿中的SiO2如果在热交换器中分解，将会造成大量结疤，附着在热交换器管壁上，大大降低了管束的传热系数，降低了热交换效率；因结疤的积累增大了设备的清理量，使清理周期缩短。在分解阶段还会与氢氧化铝一起分解，影响氧化铝的质量。因而，必须在进溶出系统之前将SiO2分解，使之提前生成铝硅酸钠,6,在100的温度条件下，以高岭石（Al2O3.2SiO2.2H20）形态存在的SiO2在苛性碱溶液中溶解生成硅酸钠进入溶液，当溶液中的SiO2含量达到临界饱和状态时铝硅酸钠就会分解出来，进入固相。二氧化硅的分解产物是方钠石3(Na2O.Al2O3.2SiO

5、2.2H2O)Na2X，(分子式中的X代表CO2、 SiO2 、Cl，)方钠石和赤泥一起被排除,7,在添加石灰的情况下，Ca就可以取代方钠石中的Na从而减少苛性碱的消耗量。在预脱硅阶段主要发生以下两个反应：1、高岭石的溶解：Al2O3.2SiO2.2H20(固)+NaOH(液) 2NaAlO2（液）+Na2SiO(液)+H2O2、方钠石的分解：NaAlO2（液）+1.7 Na2SiO3（液）+(n+1.7)H2O Na2O.Al2O3.1.7SiO2. nH2O+3.4 NaOH分解速度和溶液中最终的SiO2含量受以下因素影响：溶液中苛性碱（Na2Ok）浓度。苛性碱浓度越低分解速度越快，溶液中

6、最终的SiO2含量越低。脱硅温度。温度越高分解速度越快，溶液中最终的SiO2含量越低。溶液中Al2O3浓度。Al2O3浓度越低分解速度越快，溶液中最终的SiO2含量越低,8,脱硅停留时间。时间越长分解速度越快，溶液中最终的SiO2含量越低。铝土矿中存在的高岭石含量和质量。高岭石含量越高分解速度越快，溶液中最终的SiO2含量越低。2-2高压溶出2-2-1相关名词2-2-1-1铝硅比铝土矿或赤泥中所含的Al2O3与SiO2的重量之比称为铝硅比，用A/S表示。2-2-1-2 k值k值是指铝酸钠溶液中所含的氧化铝（Al2O3）与苛性氧化钠（Na2OK或减称Nk）的分子比:k =1.645*NK/A2-

7、2-1-3 循环效率1m3循环母液在一次拜耳法循环过程中所能生产出的氧化铝量称为循环效率,用E表示:循环效率用k表示为,9,E=1.645*（k 1-k 2）/ （k 1*k 2）*NK(kg/m3)式中: k1循环母液的k值 k2溶出液的k值2-2-1-4 氧化铝的溶出率 铝土矿溶出过程中，由于溶出条件与矿石特性等因素的影响矿石中的氧化铝并不能完全进入溶液。实际反应后进入到铝酸钠溶液中的Al2O3与原料铝土矿中的Al2O3总量之比，称为氧化铝的实际溶出率。 实 =(A/S矿、A/S赤 )/ A/S矿*100%式中： A/S矿矿石的铝硅比 A/S赤 赤泥的铝硅比,10,由于铝土矿中含有许多杂质

8、，其中主要是SiO2，SiO2在铝土矿的溶出过程中与氧化铝、氧化钠反应生成铝硅酸钠，其分子式大致为：Na2O.Al2O3.1.7SiO2.2H2O。其中Al2O3和SiO2的重量正好相等，即A/S=1。如果铝土矿中的SiO2全部进入这种含水铝硅酸钠，每1kg SiO2就会造成1kg Al2O3的损失，所以理论上铝土矿能达到的最大溶出率为： 理 =(A-S)/A*100%式中： A铝土矿中Al2O3的含量 % S铝土矿中SiO2的含量 %上式计算出的溶出率称为理论溶出率。在实际的溶出过程中SiO2并不能完全反应，另外反应后的SiO2也会有一部分停留在溶液，并不生成铝硅酸钠，即赤泥中的SiO2量少

9、于铝土矿中的SiO2量，这样也会造成实际溶出率大于理论溶出率。还,11,有，即使矿石中的SiO2完全反应，溶出反应后的SiO2也析出进入赤泥，但生成的含硅矿物的A/S并不能保证为1。由此可见用上式计算出的理论溶出率会因溶出条件的不同产生一定的误差。 在处理难溶出的矿石时，其中的Al2O3常常不能充分溶出。由此可见只用溶出率并不能说明某一种作业条件的好坏，因为矿石本身就会造成溶出率的差别。为了消除这种矿石本身品位（A/S）不同造成的影响，通常采用相对溶出率作为比较各种溶出作业条件好坏的标准之一。它是实际溶出率与理论溶出率的比值，即 相 = 实 / 理,12,2-2-2高压溶出原理1、溶出反应：脱

10、硅后在隔膜泵进口与补充循环母液混合后的调整矿浆进入溶出机组后主要发生以下反应：Al2O3.H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq反应产物NaAl(OH)4在一定的苛性碱浓度和温度下都可以在苛性碱溶液中稳定存在，形成铝酸钠溶液，经过这一反应就可将铝土矿中大部分的Al2O3提取出来，进入铝酸钠溶液。2、溶出速度：铝土矿的拜耳法溶出属于多相反应，反应过程发生于两相(矿物和碱液)界面上。两相界面上的OH不断反应而逐渐消耗,靠近表面溶液的OH浓度显著降低；同时这一层中反应产物AlO(OH)的浓度接近于饱和，形成扩散层。因而新的OH必须不断地通过扩散层的固相表面移动，与氧化铝水合物反应；而反应

11、产物AlO(OH)则不断的通过扩散层向外移动，使反应继续进行下去,13,因此，铝土矿的溶出过程可分为下列几个步骤：、经循环母液润湿矿粒表面。、OH与氧化铝水合物反应生成AlO(OH)。、形成AlO(OH)的扩散层。、AlO(OH)从扩散层扩散出来，OH从溶液中扩散到固相接触界面上。对于铝土矿来说第二个步骤（化学反应和第四个步骤（扩散）在一定条件下起主导作用，在高压和高温的条件下扩散过程决定着溶出反应速度。 2-2-3影响溶出过程的主要因素1、铝土矿的矿物组成及结构：铝土矿按其矿物组成可分为三水铝石、一水软铝石及一水硬铝石，由于其矿物组成、结晶结构不同，因而溶出难易及对溶出条件要求各异。溶出过程

12、的困难程度，依三水铝石一水软铝石一水硬铝石顺序递增,14,三水铝石在接近常压、温度140150、循环母液较低的情况下即可溶出，并能达到工业溶出的速度。而一水软铝石型铝土矿则较难溶出，溶出温度160左右，苛性碱浓度要求比三水铝石高。一水硬铝石最难溶出，温度要求在200以上，在高温、高压、高碱浓度时才能较好地溶出。另外，铝土矿中的杂质含量（如TiO2、Fe2O3、SiO2等）越多、越分散，氧化铝水合物被其包裹的程度越大，与碱溶液接触越少，溶出越困难。2、溶出温度：温度是影响溶出过程中最重要的影响因素。提高溶出温度，使溶出速度加快，溶液的粘度下降，有助于矿石和碱液表面接触，从而提高氧化铝的溶出率。提

13、高溶出温度由于溶出速度快，可以缩短溶出时间。随着温度的提高，Al2O3在碱溶液中的溶解度显著增加，溶出液Rp值升高，有利于分解率的提高，从而可以提高碱液的循环效率。提高溶出温度后，用浓度较低的循环母液亦可获,15,得较好的溶出效果，从而减轻蒸发负担，节约蒸汽，降低能耗。但是，当采用新蒸汽作为热源时，随着饱和蒸汽温度的提高，压力急剧上升，使溶出设备的制作和操作都将增加难以克服的困难。3、循环母液的苛性碱浓度Na2Ok及k值：循环母液中的苛性碱浓度Na2Ok越高、k越低，Al2O3溶解度越大，未饱和程度即（C饱-C溶）值越大，溶出速度越快。然而循环母液浓度太高，蒸水量则大，在加重蒸发负担的同时，增

14、加了新蒸汽的消耗。因此，在不同的生产工艺条件，循环母液的浓度和k值宜保持在一个适当的范围。4、溶出后铝酸钠溶液k值：在一定条件下的溶出过程中，铝土矿中氧化铝达到理论溶出率后，溶出液的k的高低取决于配入的循环母液量的多少。溶出液的最高k值即是在一定溶出温度及碱浓度下的饱和k值。对单位重量的矿石配碱量越多，实际溶出液的k值与平衡k值的数值差便越大，这样在溶出过程中，溶液始终保持着较大的未饱和度，溶出速度加快,16,由循环效率公式可以看出，在循环母液苛性碱浓度Nk一定时，溶出液k值降低，循环效率E下降；生产单位Al2O3所需循环母液量增加；还会增加溶出后铝酸钠溶液的稳定性，不利于分解过程的进行。因此

15、工业实践中，往往尽可能获得较高k值的溶出液。5、矿石细度：铝土矿溶出过程是固相与液相多相反应过程，反应是在两相界面上进行。溶出速度Vt与其两相接触面积F成正比。所以矿石越细，其接触面积越大，溶出速度加快，溶出率提高。但矿石磨得太细，不但增加磨矿费用，还将为赤泥分离带来困难。因此，矿石磨矿细度必须根据生产工艺的要求确定。6、搅拌强度：搅拌可使矿粒表面的扩散层厚度减小，增加溶出物质的扩散速度，使溶液成份趋于均匀，从而保证碱液与矿物之间的充分接触，强化溶出过程。同时增加搅拌强度还可以避免矿粒的沉积,17,7、添加石灰： 在溶出一水硬铝石铝土矿时，氧化钛与碱液反应形成钛酸钠薄膜包裹在矿粒表面，阻碍溶出

16、过程的进行。加入石灰可以破坏其薄膜，提高氧化铝的溶出率。但是加入石灰量太多，不但增加赤泥量，而且由于3CaO.Al2O3.6H2O的生成，造成大量氧化铝损失。2-2-3各种杂质在溶出过程行为 铝土矿中杂质化学反应的结果，除极少量杂质溶于碱溶液以外，绝大部分杂质都进入赤泥。铝土矿中的主要杂质：SiO2变成不溶的钠硅渣（Na2O.Al2O3.1.7SiO2. nH2O）和水化石榴石（CaO.Al2O3.1.1SiO2.nH2O）而进入赤泥；氧化钛生成不溶于碱溶液的2CaO.TiO2.2H2O而进入赤泥；铁的化合物最终基本上都以铁的氧化物形态，进入赤泥,18,2-3高压矿浆稀释溶出后的矿浆在赤泥分离

17、之前用一次赤泥洗液稀释，其作用有四个方面：便于赤泥分离溶出后的矿浆浓度高、粘度大，直接分离非常困难，工业生产实际上不能分离。图为30溶液浓度与粘度变化曲线,19,铝酸钠溶液粘度与浓度关系很大。溶出后矿浆浓度Al2O3一般都在280g/l以上，固含110g/l左右，这种赤泥浆液粘度较大。稀释的结果，使溶液浓度降到中等浓度，而且固含也降低到60g/l左右，比重下降，且赤泥溶剂化程度降低，促进了粒子的聚结。因而赤泥沉降速度增加，分离洗涤效率提高。降低溶液稳定性，便于晶种分解 溶出后的铝酸钠溶液中Al2O3浓度都在280g/l以上，这样的溶液很稳定，不能直接分解，必须稀释。另一方面，赤泥洗液必须回收。但赤泥洗液中Al2O3浓度一般在3060g/l，不能单独分解，必须加入高压溶出浆液中。使铝酸钠溶液进一步脱硅 在溶出前和溶出过程中虽然进行了脱硅反应，但由于溶液浓度高，铝酸钠中Si2的溶解度大，溶出液的硅量指数一般在160左右，而晶种分解要求精液的硅量指数在200以上。稀释可以使溶液进一步脱硅。随着溶液浓度降低，SiO2平衡浓度,20,也相应大大地降低，又因浆液中含有大量铝硅酸钠的赤泥作晶种，浆液温度又