高压溶出基础知识

1、2009年3月29日 开曼铝业 高压溶出 一、概述 铝土矿的溶出过程一般是在高压高压、高温、高碱条件 下进行的。 溶出车间主要任务：溶出车间主要任务： 溶出车间的主要任务是：将原料车间送来的原矿浆 进行预脱硅，再将预脱硅矿浆和补充循环母液混合后的 调整矿浆压入高压溶出，使矿石中的氧化铝有用成分充 分反应生成铝酸钠溶液，并用一次洗液稀释成合格浆液 送往沉降车间。 将合格的新蒸汽冷凝水及时返送回热电，不合格的新蒸 汽冷凝水及闪蒸二次含碱冷凝水送往沉降热水站。 。 高压溶出 二、铝土矿及循环母液的主要成分 有用成分：有用成分：氧化铝（Al2O3）（主要有用成分）、镓 杂质：杂质：氧化硅（SiO2）、

2、氧化铁（Fe2O3）、 氧化钛（TiO2）、碳酸盐 高压溶出 1.拜耳法生产中所用铝土矿的主要成分 苛性钠（NaOH），铝酸钠NaAl(OH)4，碳酸钠（Na2CO3） 高压溶出 2. 溶出所用循环母液的主要成分 三、铝土矿各种成分在溶出过程中的行为 铝土矿在溶出过程中发生的主要反应是氧 化铝水合物的溶出。溶出过程中绝大部分的杂 质多进入赤泥中，但也有少量的杂质溶解于碱 液中，杂质在溶出过程中的反应也影响到氧化 铝生产的技术经济指标。 高压溶出 铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液 中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶液，形成铝酸钠溶液。 反应方程式： Al2O3（1或3）H2O+2NaO

3、H+aq=2NaAl(OH)4+aq aq为液相中反应 这是溶出过程的主反应。 高压溶出 1.氧化铝水合物溶出时的行为 SiO2在溶出过程中的行为取决于它的矿物组成、溶 出温度和溶出过程的时间。 游离状态的游离状态的SiO2 和石英和石英只有在较高的温度下 （150）才开始和铝酸钠溶液起反应。如果在低温下 溶出三水铝石，这部分SiO2将转移到赤泥中被分离出去。 而以硅酸盐状态存在的氧化硅以硅酸盐状态存在的氧化硅在溶出过程中于碱液 作用生成Na2SiO3进入溶液中，Na2SiO3随即与溶液中的铝 酸钠发生脱硅反应生成含水铝硅酸钠（钠硅渣） （Na2OAl2O31.7SiO2nH2O）进入固相赤泥

4、中。 高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达150-200。 高压溶出 2. 氧化硅在溶出过程中的行为 SiO2在在Al2O3生产中的危害：生产中的危害： 生成含水铝硅酸钠，造成生成含水铝硅酸钠，造成Na2OK和和Al2O3的损失。的损失。 按Na2OAl2O31.7SiO2nH2O分子式计算，每公斤SiO2造成 0.608公斤的Na2OK和1公斤Al2O3的损失，因而拜耳法只适 应于处理低硅优质铝土矿。 由于由于溶出液在流程中发生脱硅反应，造成管道和设溶出液在流程中发生脱硅反应，造成管道和设 备器壁上产生结疤。备器壁上产生结疤。 残留在铝酸钠溶液中的残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解时会随在

5、分解时会随Al(OH)3 一起析出，影响产品质量。一起析出，影响产品质量。 因此，在生产过程中要控制和减少SiO2的有害作用。 高压溶出 铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。 氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O3TiO22H2O。 造成Na2O的损失。 生成的钛酸钠会在一水硬铝石的表面形成一层致密的 保护膜，使溶解过程恶化，Al2O3溶出率降低。 （但氧化钛对三水铝石的溶解起不到阻碍作用，对一水软铝 石的阻碍作用也小得多。 ） 高压溶出 3. 氧化钛在溶出过程中的行为 消除消除TiO2危害的有效措施：危害的有效措施：在铝土矿溶出时添加石灰 此时TiO2与CaO生成结晶状的钛酸钙Ca2

6、OTiO2（松 脆多孔、极易脱落），使Al2O3的溶出过程不再受到阻 碍，也降低了Na2O的消耗。 高压溶出 1）氧化钙的来源：氧化钙的来源： 工艺流程中添加石灰 铝土矿本身含有石灰 （在原矿浆中氧化钙以Ca(OH)2形态参与反应） 高压溶出 4. 氧化钙在溶出过程中的行为 2 2）氧化钙的行为）氧化钙的行为 在原矿浆的制备、储存过程以及压煮后矿浆的自蒸 发冷却稀释过程中，生成3 CaOAl2O36 H2O，造成Al2O3的 损失。 3 Ca(OH)2+2 NaAl(OH)4+aq=3 CaOAl2O36 H2O+2 H2O+aq 当物料中含有硅矿物时，往铝酸钠溶液中添加石灰 将引起水花石榴石

7、3CaOAl2O3xSiO2(6-2x)H2O的生成。 （活化一水硬铝石的溶出，使溶出过程强化）（水花石榴 石比钠硅渣更易脱离矿粒表面） 高压溶出 3 3） 铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用 消除含钛矿物的有害作用，显著提高Al2O3的溶 出速度和溶出率。 促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中的Al2O3充分 溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善。 （针铁矿FeOOH，赤铁矿Fe2O3，针铁矿具有不良的沉 降和过滤性能。） 活化一水硬铝石的溶出反应。 生成水化石榴石，减少Na2O损失，降低碱耗。 高压溶出 四、铝土矿的溶出过程 铝土矿的溶出过程包括以下几个步骤：铝土矿

8、的溶出过程包括以下几个步骤： 循环母液湿润矿粒表面； 氧化铝水合物与OH-相互作用生成铝酸钠； 形成NaAl(OH)4的扩散层； Al(OH)4-从扩散层扩散出来，而OH-则从溶液中扩 散到固相接触面上，使反应继续下去。 高压溶出 五、溶出过程的指标 溶出Rp是指铝酸钠溶液中Al2O3与Na2Ok的质量比。 Rp= Al2O3/ Na2Ok 高压溶出 1. 溶出Rp： 理论溶出率：理论溶出率：理论上矿石中可以溶出的Al2O3量与矿石 中Al2O3量之比。 高压溶出 2. 氧化铝溶出率 %100 )/( 1)/( 矿石 矿石 理 SA SA A 实际溶出率：实际溶出率：实际溶出的Al2O3量与矿

9、石中Al2O3量之比。 %100 )/( )/(1 矿石 赤泥 实 SA SA A 高压溶出 氧化铝相对溶出率： 相对溶出率为实际溶出率与理论溶出率的比值实际溶出率与理论溶出率的比值 即：即：相相= 实实/理理 六、影响溶出过程的因素 溶出温度是影响溶出速度最主要的因素。提高温度， 溶出速度增大，氧化铝溶出率（A）增大，溶液中Al2O3 的平衡浓度亦增大，溶出液A/S增高。 高压溶出 1. 溶出温度 溶出反应进行完全需要一定的时间。 （拜耳法：物料在保温罐中保温40分钟以上以保证 溶出率。） 高压溶出 2. 保温时间 在铝酸钠溶液中，Al2O3浓度增高，SiO2的平衡浓度 增高，而且增高速率大

10、于Al2O3浓度增高速率，所以过高 的Al2O3浓度使溶液的A/S降低。 脱硅反应： SiO2+ 2NaOH= Na2SiO3+H2O Na2SiO3+NaAl(OH)4+aq=Na2OAl2O31.7SiO2nH2O+aq 高压溶出 3. 溶出液中氧化铝浓度 溶出液Na2OK浓度较高，溶出Rp较低时，能保证矿 石中氧化铝完全溶出。 溶出Rp很高时，不能保证矿石中氧化铝完全溶出。 但溶液Na2O浓度过高时，Al2O3溶出率（A）的 增幅较小，且蒸汽消耗较多。 高压溶出 4. 溶出液Rp的影响 铝土矿溶出时，增大搅拌强度，可强化溶出过程。 高压溶出 5. 搅拌强度 铝土矿的溶出过程是液固两相反应

11、。矿浆细度愈细， 固相比表面积愈大，溶出速度愈快。 但是矿石过细又不利于沉降液固分离。 高压溶出 6. 矿浆细度 高压溶出 溶出工艺流程 1、脱硅工艺流程 2、溶出料浆流程 3、溶出加热段汽水流程 4、溶出预热段汽水流程 高压溶出 溶出主要设备 1、隔膜泵： 俗称溶出的心脏，荷兰进口，双缸双作用活塞式往复 运动，流量范围为0到520立方米每小时，设备功率 为1160千瓦。 .隔膜泵的内部联锁 a.轴保护不装好隔膜泵不能启动 b.仪表风压0.45Mpa，隔膜泵停车 c.动力端润滑油压0.15Mpa，隔膜泵停车 d.出料压力7.1Mpa，隔膜泵停车 e.卸荷阀压力6.5Mpa，隔膜泵不能启动 f.

12、齿轮箱油压0.1Mpa，隔膜泵停车 g.齿轮箱温度80，隔膜泵不能启动 高压溶出 溶出主要设备 隔膜泵的外部联锁 a.脉冲缓冲器Tp101/102超高料位，隔膜泵停车 b. 缓冲器Tp101/102超高压力，隔膜泵停车 c. 缓冲器Tp101/102特超高压力，隔膜泵停车 高压溶出 溶出主要设备 单管：共分六级，一、四溶出前三级为四套管，每级四根，每 根80米，后三级为单套管，二、三溶出六级单套管，每级六根， 每根80米，总容积在140立方米左右，分为内管和外管，主要是 预热矿浆作用 脉冲缓冲器：缓冲器Tp101，25009000 V=35.8m3 6.9MPa 缓冲器Tp102，250090

13、00 V=35.8m3 5.2MPa，主要起到消 除隔膜泵脉冲，平稳送料作用。 高压溶出 溶出主要设备 压煮器：高压设备，主要起加热矿浆、停留反应作用，如下表 压煮器Ra107-Ra119(带加热管束)Ra107-Ra119 280016081 ,Vf=75m3 ,P=5.2Mpa,F=540 m2 压煮器Ra120-Ra122(带加热管束)Ra120-Ra122 280016081 , Vf=78m3 ,P=5.2Mpa,F=340m2 保温压煮器Ra123-Ra125Ra123-Ra125280016081 V=83.23m3 P=5.2MPa 压煮器Ra120-Ra122(带加热管束)R

14、a120-Ra122 280016081 , Vf=78m3 ,P=5.2Mpa,F=340m2 附压煮器减速机及润滑K3VB280F， 附压煮器搅拌器 附电机P=45KW n=30rpm 高压溶出 溶出主要设备 闪蒸槽：压力容器，主要起降温降压反应作用，如下表 自蒸发器Nt101Nt10150009700 V=165m3 0.4MPa 自蒸发器Nt102Nt10250009700 V=165m3 0.4MPa 自蒸发器Nt103Nt10345009700 V=135m3 0.6MPa 自蒸发器Nt104Nt10440009700 V=105.5m3 0.8MPa 自蒸发器Nt105Nt10536009700 V=85m3 1.0MPa 自蒸发器Nt106Nt10636009700 V=84.8m3 1.3MPa 自蒸发器Nt107Nt1073200