（冶金工程专业论文）氧化铝熟料烧结系统的工艺技术优化.pdf

中南大学硕士学位论文摘要 摘要 本文针对中州分公司采用强化烧结法以后氧化铝熟料烧结系统中 工艺技术的不合理部分进行了研究，提出了一系列的工艺技术优化措 施，解决了窑尾结圈、烧结带内衬周期过短、高温窑皮挂结和维护困难 等技术难题，提高了熟料窑的产量和运转率。 首先，在实验室条件下对正常生产中的熟料烧结特性进行了研究， 提出了正常生产中熟料烧结温度范围应控制在1 2 4 0 1 3 0 0 之间、熟料 容重应调整为1 o 1 4 之间为宜，探索出了强化烧结法高温窑皮挂结 的工艺控制条件，提高了窑皮的质量和厚度。 其次，通过对不同煤粉燃烧器理论与实际应用效果( 在中州分公司 熟料窑窑型上) 的比较分析，得出了单风道煤粉燃烧器适合于中州分公 司氧化铝熟料生产需要的结论；通过理论分析，并结合工业实验数据， 优化了不同生产阶段喷煤管调整的工艺指标。 最后，通过对窑尾喷枪实验，提出了能稳定窑况、提高产量的正三 角三枪喂料方式。其控制指标为：料浆压力在1 6 1 8m p a 、喷嘴直径 在巾1 6 1 7 5 m m ，尾温应随料浆水份变化控制在2 2 0 - - - - 2 4 5 之间。从而， 解决了窑尾扬料板区结圈、负压升高、提产无力的技术难题。 经过上述工艺技术优化，氧化铝熟料烧结系统现有的六台熟料窑每 年可多产氧化铝1 0 万吨以上，经济效益十分显著。 关键词氧化铝生产，烧结法，燃烧器，喂料方式 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep r o c e s sp r o b l e m se x i s t i n gi nt h ea l u m i n ac l i n k e rs i n t e r i n gs y s t e m o fz h o n g z h o ub r a n c hw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r s o m em e a s u r e sw e r e t a k e nt oo p t i m i z et h ep r o c e s s s o m et e c h n i c a lp r o b l e m si n c l u d i n ga n n u l a r s l u r r ys c a l eo ft h er o t a r yk i l nt a i l ，s h o r tp e r i o do ft h es i n t e f i n gb e l tl i n e r , t h e f o r m a t i o no ft h ek i l i ls c a l es k i nu n d e rh i g ht e m p e r a t u r ea n di t sm a i n t e n a n c e h a db e e ns o l v e d a sar e s u l t t h ec a p a c i t ya n do p e r a t i o nr a t eo ft h e1 【i l n s w e r ei n c r e a s e d f i r s t l y , b ys t u d y i n gt h ec l i n k e rs i n t e r i n gc h a r a c t e r i s t i ci nl a b o r a t o r y , t h e b e t t e rp r o c e s sc o n t r o lc o n d i t i o n sf o rh i = t e m p e r a t u r ek i l ns c a l es k i nf o r m a t i o n i nt h ei n t e n s i f i e ds i n t e r i n gp r o c e s sw e r et h ec l i n k e rs i n t e r e dt e m p e r a t u r e 1 2 4 0 1 3 0 0 a n db u l ks p e c i f i cg r a v i t yo ft h ec l i n k e r1 0n 1 4 u n d e rt h e a b o v ec o n d i t i o n , t h eq u a l i t ya n dt h i c k e rk i i ns c a l es k i nc a nb eo b t a i n e d s e c o n d l y , c o m p a r e dw i t ht h ep e r f o r m a n c ea n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o no f d i f f e r e n tt y p e so ft h ec o a lp o w d e rb u r n e r ( i nt h ea l u m i n ac l i n k e rs i n t e r i n g s y s t e mo fz h o n g z h o ub r a n c h ) ，i ti n d i c a t e dt h a tt h es i n g l ea i rd u c t p u l v e r i z e dc o a lb u r n e ri ss u i t a b l ef o rt h ea l u m i n ac l i n k e rp r o d u c t i o no f z h o n g z h o ub r a n c h t h ep a r a m e t e r so ft h ep u l v e r i z e dc o a li n j e c t i o np i p e si n d i f f e r e n ts t a g e sh a v eb e e no p t i m i z e do nt h eb a s i so ft h e o r e t i ca n a l y s i sa n d i n d u s t r i a l l ye x p e r i m e n t a ld a t a l a s t l y , b a s e do nt e s t i n gv a r i e dk i l nt a i ls p r a yg u n s ，t h en e wf e e d i n g w a y - - - r e g u l a rt r i a n g l et y p et h r e es p r a yg u n sw e r ep r o p o s e d a r e ra b o v e i m p r o v e m e n t , t h ek i l no p e r a t i o nw a ss t a b l ea n d t h ec a p a c i t yo ft h ek i l nw a s r a i s e d b a s e do np r a c t i c a ls t u d y , t h ec o n t r o li n d e xo ft h es l u r r yp r e s s u r e 1 6 1 8 m p a t h es p r a yg u nd i a m e t e r1 6 1 7 5 m ma n dt h ec h a n g eo f t e m p e r a t u r eo ft h ek i l nt a i l2 2 0 2 4 5 b yt a k e na b o v em e a s u r e s t h e p r o b l e m ss u c ha st h ea n n u l a rs l u r r ys c a l eo ft h ek i l nt a i lh e a te x c h a n g e lt h e i n c r e a s i n gn e g a t i v ep r e s s u r ea n d1 0 wc a p a c i t yw e r e r e s o l v e d b yu s i n gt h en e wt e c h n o l o g y , t h ec a p a c i t i e so ft h ee x i s t i n gs i xk i l n s w e r ei n c r e a s e dm o r et h a n1 0 0 ，0 0 0a l u m i n at o n sp e ry e a ra n dt h ee c o n o m i c 主壹盔堂堡主堂垡笙塞 垒里! 坠里! e f f i c i e n c yw a si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y k e yw o r d sa l u m i n ap r o d u c t i o n ，t h es i n t e r i n gp r o c e s s ，b u r n e r , t h e f e e d i n gw a y i i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证 书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明 确的说明。 ，一 作者躲筮蹶一年一月一日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论 文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以 采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定 送交学位论文。 作者签名：挝 导师签名： 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 前言 1 1 1 1 铝及其化合物在地壳中的存在形态及其分布“ 铝的元素符号为a l ，原子序数为1 3 ，原子量为2 6 9 8 。铝在地壳中的平均含量为 8 1 ，仅次于氧和硅，在金属元素中位居第一。铝的物理特性为：银白色、密度小 ( 2 6 9 8 9 c n p ，2 5 ) ，有好的导电性( 2 7 1 0 。o m ，2 5 ) 、导热性( 0 5 6 6 x 4 1 7 j o , s ) 、延展性，其合金具有高比强度、抗腐蚀性、易着色的特点。 但铝的化学性质活泼、具有酸碱两性( 可熔于盐酸、硫酸和碱液，可与热硝酸、卤 素、硫、碳等反应，但对冷硝酸和有机酸化学稳定) ，在自然界中仅以化合物状态 存在。地壳中的含铝矿物约有2 5 0 多种，其中最多的是各类铝硅酸盐，其次是氧化 铝的水合物。铝矿物中最重要的铝矿资源是铝土矿，铝土矿的主要成份是氧化铝水 合物。按氧化铝水合物( a 1 2 ( h n i l 2 0 ) 分子结构的不同，铝土矿一般可化分为三水 铝石型( a 1 2 0 3 3 h z 0 ) 、一水软铝石型( y - a 1 2 0 3 0 ) 、一水硬铝石型( d - a 1 2 0 3 h 2 0 ) 和各种混合型。铝土矿目前己探明储量近4 0 0 亿吨，主要分布在几内亚、澳大利亚、 牙买加、巴西、印度、越南、中国等少数几个国家。国内铝土矿主要分布在河南， 山西、贵州、广西、山东等地。铝土矿是铝行业产业链中最初的、最重要的矿物原 料，其主要用途是用来生产氧化铝，氧化铝再经电解制取金属铝。 h 一1 1 1 2 氧化铝的特性及其用途” 氧化铝及其水合物随分子组成和晶体结构不同，而性质各异、差别很大有的 象蓝宝石那样硬、有的象滑石粉那样软；有的表观密度大，可超过20o 镑英尺。， 有的很小，低于0 2 镑英尺。；既可为不溶性不溶物、也可溶于酸碱并具有显著 的活性。其性质变化范围较大，有些是流体象沙一样可过筛，有些则由于呈粘稠状 而不能过滤，有些甚至为触变胶体。其结晶体直径可以为任何尺寸，小到零点几微 米的同素异构体颗粒，大的到非结晶体。有些种类有很高的吸附能力，另一些则一 点也没有有些属于活性催化剂，有些则属于惰性物质，但如果在很高温度下长时 间的加热它们又都转化为旷氧化铝( 刚玉) 。根据炼铝工业的需要，氧化铝的物理 性质主要用o - a 1 2 0 3 的含量、容重、真密度、粒度、比表面积、安息角及磨损系数 等表示氧化铝的化学性质属于两性氧化物，在一定条件下与酸碱均可发生化学反 应，其主要化学指标工业上用纯度来表示，即含有比铝更正电性、比铝正负电性元 素的多少，一般包括a 1 2 0 3 含量、s i 0 2 含量、f e 2 0 3 含量、n a 2 0 含量、灼碱含量等指 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 标。目前，世界上9 0 以上的氧化铝是用来冶炼金属铝，而更多的多品种氧化铝则 广泛地应用于电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、磨料、防火剂、造纸、制药等 领域。 1 2 氧化铝的生产方法研究进展n 2 5 1 6 】 由于含铝原料中氧化铝水合物具有酸碱两性( 如图i - i 所示) ，它既可溶于酸， 又可溶于碱。因此，原则上可用酸性介质或碱性介质处理含铝原料以制取氧化铝， 即酸法或碱法生产氧化铝。经研究，迄今为止生产氧化铝的方法可分为酸法、碱法、 酸碱联合法、热法四种。 p h 困i - i 部分氢氧化物溶解度与介质p i i 的关系图 对于酸法生产氧化铝的研究已有近百年的历史，其生产过程主要是：用硝酸 ( f i n 0 3 ) 、硫酸( h 2 s 0 4 ) 、盐酸( h c l ) 等无机酸处理含铝原料而得到相应铝盐的酸 性水溶液。然后使这些铝盐或水合物晶体或碱式铝盐从溶液中析出，亦可用碱中和 这些铝盐水溶液，析出氢氧化铝。再煅烧氢氧化铝、各种铝盐的水合物或碱式铝盐， 便得到氧化铝。该法的优点是可处理高硅的铝硅酸盐矿( 如，粘土、高岭士、高硅 铝土矿、霞石、明矾石，煤页岩) 。其缺点是：从铝酸盐中除铁困难、设备腐蚀严 重( 需要昂贵的耐酸设备) 、溶剂量大、酸难再生、焙烧分解时热耗大、酸挥发， 环保差鉴于此，虽然近年来对该法的研究取得了一定的进展，但在经济上还远不 能与碱法生产氧化铝相竞争。所以，只能用作处理非铝土矿原料生产氧化铝的一种 技术储备，至今没有获得工业应用。 而碱法生产氧化铝起源于十九世纪，其生产过程主要是：用碱( n a o h 或n a 2 c 0 3 ) 处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠( n a z o a 1 2 0 3 ) 溶液。矿石中的铁、 2 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物将不溶解的残渣( 因含氧化铁而 呈红色，故称为赤泥) 与溶液分离，经洗涤后弃去或进行综合处理，以回收其中的 有用组分纯净的铝酸钠溶液即可分解析出氢氧化铝，经分离、洗涤后进行煅烧， 便获得氧化铝产品。分解母液则循环使用来处理下一批矿石。碱法生产氧化铝可分 为拜耳法、烧结法( 铝土矿两或三成分炉料烧结法、赤泥的三或四成分炉料烧结法、 霞石烧结法、无碱铝硅酸盐原料烧结法。) 、波诺马列夫一萨仁法、化学选矿法、高 压水化学法、联合法( 拜耳一烧结并联法、拜耳一烧结串联法、拜耳一烧结混联法、 拜耳一高压水化学法) 。由于碱法中的拜耳法、碱石灰烧结法及拜耳一烧结联合法 具有较好的经济性和实用性，是目前世界上获得工业应用生产氧化铝的主要方法。 酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿物中制取含铁、钛等杂质的非纯氢氧化铝， 然后再用碱法( 拜耳法) 处理。这一流程的实质是用酸法除硅，碱法除铁此法流 程复杂，没有获得工业应用 热法适于处理高硅高铁铝矿，其实质是在电炉或高炉内进行矿石的还原熔炼， 同时获得硅铁合金( 或生铁) 与氧化铝的炉渣，二者靠密度差分开后，再用碱法从 炉渣中提取氧化铝。原苏联和挪威个别氧化铝厂曾经用此法生产氧化铝，但后来或 改用联合法生产或停产了 1 2 1 拜耳法 拜耳法是奥地利人k a r l j o s e f b a y e r 在1 8 8 9 - 1 8 9 2 年发明并命名的拜耳 法处理铝硅比( 用a s 表示，即a 1 2 0 3 与s i 晚的重量比) 高( 一般大于7 ) 的铝土 矿，特别是三水铝石型矿，具有流程简单、能耗低、作业方便，产品质量好等优点， 因而经济效益好、使用广泛目前世界上大部分氧化铝是用该法生产的其基本原 理是基于k a r l j o s e f b a y e r 发表的两项专利：一项是低k ( 碱比) 铝酸钠溶液 在低温下添加a l 3 作晶种，不断地搅拌，溶液中的a 1 2 0 3 就以舡3 疆电0 析出， 同i 寸甍得籼a 1 2 0 3 摩尔比阿目犯这是锻瞄辩翻鼬晶陆御珲勉邑男_ 碾已经昕出了大 部分氢烈拦鼬够捕秘嘲经过嬲翻留懿动荆f f 溶出铝蜘、使a l z 0 3 溶解得到铝酸钠溶液 交替使用这两个过程就能一批批地处理铝土矿，从中得出较纯的氧化铝产品，即构 成拜耳法循环，整个循环过程可用图1 - 2 表示。图中，a - b 段表示溶出过程、b _ c 段表示稀释过程、c d 表示分解过程、d - a 段表示蒸发过程。拜耳法的实质就是下 一反应在不同条件下的交替进行： a 1 2 0 3 ( i p - - 艴) h 2 0 * 2 n a o h + a q 磐2 n a a i ( o h ) 4 + a q 低温分解 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 o - 苴a 4 0 ；h ，毒点i 斤 它 f 1 i -5 5 0 5 、蓖 l i o 。f 。鼍 、 、 3 0 f 9 ， 、 ， 、 器舶 |“雠 。c 、 m r ，；3 量l x 2 0 l戡 ，7 r c ，1 五 罨 爿砭x j 一 、1 、 1 a 以研、 、 么j 多一r l 、 、 、l - - q 1 口1 扛；qz o五oj j ,u q a n o ( 质量) 图1 - 2n a d o _ - a 1 如川b o 系中的拜耳法循环图 图l - 3拜耳法基本工艺流程图 4 苛化麓 睾 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 而实际生产中拜耳法的基本工艺流程如图1 - 3 所示流程中包括矿石破碎，料 浆磨制，高温溶出，稀释分离洗涤，晶种分解，氢氧化铝煅烧，母液蒸发及一水苏 打苛化等作业过程。其中，高温溶出是拜耳法生产氧化铝的主要工序，其过程主要 是铝土矿与苛性碱的相互作用。研究表明，铝土矿与碱的反应属多相反应，低温 下受化学反应控制，高温下受扩散控制，中间温度时受化学反应和扩散联合控制。 由于各地铝矿物成份不同，根据其溶出动力学和溶出热力学分析结果，人们研究出 了各具代表性的强化溶出技术”。既有单流法、双流法之分，又有管道化溶出、单 管预热( 1 5 0 ) 高压釜溶出、管道停留罐溶出之别。近年来，针对中国 大部分铝土矿为一水硬铝石型( 铝硅比较低) 的特点，中南工业大学、中国长城铝 业公司等六家单位合作，将选矿技术应用于拜耳法生产，研制出了较有发展前途的 选矿拜耳法生产新工艺“” 1 2 2 碱石灰烧结法 拜耳法虽然具有流程简单，经济效益好( 能耗低、产品质量好) 等优点但它 受矿石品质的限制( 只能处理三水铝石型或一水软铝石型铝土矿，矿石a s 一般要 求在7 以上；若用拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿时，其铝硅比一般不宜低于9 ) ， 随着矿石铝硅比的降低( 特别是以明矾石、霞石、粘土为原料时) ，拜耳法生产氧 化铝的经济效益显著降低对于铝硅比低于7 的矿石，单纯的拜耳法就不适用了 其实，早在奥地利人k a r l j o s e f b a y e r 发明生产氧化铝的拜耳法之前，1 8 5 8 年 法国人比路易勒萨特里首先提出了“苏打+ 矿石”的两成分烧结法，随后缪列 尔于1 8 8 0 年提出了。苏打+ 矿石+ 石灰”的三成分烧结法( 帕卡尔德经过反复研究 并于1 9 0 2 年进一步提出烧结法中石灰量加入的多少取决于矿石中s i 0 2 的量，烧结法 成份配比为钙比为2 0 、碱比为2 0 ) ，1 8 9 7 年别列阔夫提出芒硝烧结法，1 9 1 6 年 又有。石灰石+ 矿石”的两成分烧结法总之，烧结法可处理粘土、霞石、铝土矿 及其它硅酸盐矿石，对矿石品位的要求不高。但以上各种烧结法都是根据不同的矿 物成份而提出的，长期以来均存在各自的缺陷直到1 9 3 6 年至1 9 4 0 年期间，前苏 联科学家对烧结法进行了系统的研究，逐步完善和改进，才使得该技术日臻成熟。 目前碱石灰烧结法( 简称烧结法，下同) 在处理铝硅比为4 以下的矿石时，有着明 显的优势，所以，该方法几乎成为唯一得到实际应用的方法上个世纪末，随着中 州铝厂( 中州分公司的前身) 与中南工业大学( 中南大学的前身) 联合研制的强化 烧结法氧化铝生产新工艺“。的问世，为中国处理a s 在5 o 9 0 之间的一水硬 铝石型铝土矿( 拜耳法不能处理) 找到了新的生产工艺，大幅提高了烧结法的产能 和经济效益，使烧结法又焕发出了新生机。 5 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 烧结法的基本原理是：将铝土矿与一定量的苏打、石灰( 或石灰石) ，配成炉 料( 俗称生料) ，进行烧结，使之生成易溶于水的固体铝酸钠( n a 2 0 a 1 2 0 3 ) 和易 于水解的固体铁酸钠( n a z o f e 2 0 3 ) 以及不溶于水和碱的硅酸二钙( 2 c a o s i 0 2 ) 为主要成分的熟料( 又称烧结块) 。然后用水或稀碱溶液溶出使之生成n a a i ( o h ) 4 和n a o h ，从而与不溶性的2 c a o s i 0 2 和f e ( o m3 等残渣分离。所得铝酸钠溶液，用 c 0 2 进行碳酸化分解，得到a 1 ( 0 h ) 3 和以n a 2 c 0 3 为主要成分的碳分母液。氢氧化铝煅 烧得a 1 2 0 3 ，而母液返回流程与下一批矿石进行配料烧结。过程中的碳酸碱是循环使 用的，每循环一次得到一批氧化铝产品。 而烧结法的基本工艺流程如图1 1 4 所示。流程中主要包括矿石均化、生料浆制 备、炉料烧结、熟料溶出、赤泥分离、脱硅、碳分( 种分) 、氢氧化铝煅烧、母液 蒸发等作业过程。其中，炉料烧结是烧结法的关键。其投资占整个烧结法系统的三 分之一、熟料烧结成本占整个氧化铝生产成本的二分之一、工艺能耗占整个烧结法 的一半以上。熟料的质量与产量直接决定了整个烧结法的产能与产品质量，故有烧 结法的心脏和粮仓的美誉 图碱石灰烧结法基本工艺流程图图1 - 5并联联合法基本工艺流程图 6 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 3 拜耳_ 尧结联合法 拜耳法和碱石灰烧结法是氧化铝生产的两个主要方法，各有优缺点。针对矿物 类型和成份的不同，采用拜耳法和烧结法的联合生产流程，可以兼得两种方法的优 点，取得较单一的拜耳法或烧结法均无法达到的效果，同时又使铝土矿资源得到更 充分合理的利用。联合法有串联、并联及混联三种流程联合法原则上以拜耳法为 主，烧结法生产只占生产的1 0 3 0 。 并联法是由两个平行的生产系统组成( 其基本工艺流程如图卜5 所示) 。主体 部分是拜耳法处理铝硅比高的铝土矿，辅助部分是用烧结法处理铝硅比低的铝土 矿，烧结法部分的铝酸钠溶液并入拜耳法系统进行晶种分解，补偿拜耳法系统的苛 性碱损失该法可以充分合理地利用铝土矿资源。 串联法的实质在于全部铝土矿首先用拜耳法处理，而含有大量氧化铝和苛性钠 的拜耳法赤泥再用烧结法处理，所得铝酸钠溶液同样并入拜耳法系统进行晶种分 解，而从蒸发母液中析出的一水苏达则送烧结法系统配料( 其基本工艺流程如图卜6 所示) 该法a l t o s 总回收率较高，最宜处理中等品位的矿石“ 图1 - 6串联联合法基本工艺流程图图l - 7 混联联合法基本工艺流程图 混联法是兼有串联与并联的一种联合方法在拜耳法赤泥中添加入一部分铝硅 比低的矿石作为烧结法的原料进行烧结烧结法系统的铝酸钠溶液大部分并入拜耳 7 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 法系统进行种分，以补偿拜耳法的碱耗，少部分进行碳分( 其基本工艺流程如图卜7 所示) 该法是在串联法的基础上研制出来的，最适合处理高硅低铁的铝土矿，但 流程复杂、设备多、技术管理难度大。 1 。3 氧化铝熟料烧结技术的研究进展吼2 6 “1 1 3 1 氧化铝熟料烧结理论 无论对烧结法还是对拜耳烧结联合法而言，氧化铝熟料烧结既是至关重 要的，又是技术难度最大的。对纯烧结法来说熟料烧结是整个生产的关键，它不但 直接影响氧化铝的产量和质量，而且直接影响生产系统的正常运行和技术经济指标 的好坏；对拜耳烧结联合法而言，氧化铝熟料烧结也是关键，它必须用熟料烧 结来平衡和组织生产。实践证明，有了熟科才能保证氧化铝的产量，熟料质量的好 坏将直接影响氧化铝生产全过程的正常与否；只有降低了熟料生产的原燃料消耗、 能量消耗，才能降低氧化铝生产的成本氧化铝熟料烧结过程需要的“两个最佳。 ( 需要按化学最佳组成控制配料，需要在最佳的热工条件下高温烧结) 决定了其技 术难度。 工业上氧化铝熟料烧结过程全部是在回转窑内完成的，在回转窑内的烘干、预 热、分解、烧结过程中，要发生一系列的物理、化学或物理化学反应。整个反应 过程，根据冶金反应工程学分析可知，属非均相反应( 复杂的气一固相反应、液一 固相反应及固一固相反应交替混杂进行) ，而在真正的烧结过程中主要发生的是固 一固相间反应。这些反应主要有铝酸钠( n a 2 0 a h 0 2 ) 、铁酸钠( n a 2 0 f e 2 0 2 ) 及 不溶于水和碱的硅酸二钙( 2 c a o s i 0 2 ) 的生成反应。其中，具有代表性的、主要 的化学反应方程式如下： a 1 2 0 2 + n a 2 c 0 2 = n a 2 0 a 1 2 0 2 + c 0 2t ( 1 一1 ) f e 2 0 2 + n a 2 c 0 2 = n a 2 0 f e 2 0 2 + c 0 2t ( 卜2 ) s i 0 2 + 2 c a o = 2 c a o s i o z ( 卜3 ) a 1 2 0 2 2s i 0 2 + n a 2 c 0 2 = n a 2 0 a 1 2 0 2 2 s i 0 2 + c 0 2f ( 1 4 ) n a 2 0 a 1 2 0 2 2 s i 0 2 + 2 c a o = n a 2 0 a 1 2 0 2 s i 0 2 + 2 c a 0 s i 0 2 ( 1 5 ) n a 2 0 a 1 2 0 2 s i 0 2 + 2 c a o = n a 2 0 a 1 2 0 2 + 2 c a o s i 0 2 ( 1 6 ) a 1 2 0 2 + n a 2 0 f e 2 0 2 = n a 2 0 a 1 2 0 2 + f e 2 0 2 ( 卜7 ) a 1 2 0 3 h 2 0 二a 1 2 0 3 + h 2 0 ( 气) f ( 1 - 8 ) a 1 2 0 3 2 s i 0 2 2 h 2 0 曼盟= 鲤! ! a 1 2 0 3 + 2 s i 晚+ 2 h 2 0 ( 气) t ( 1 - 9 ) f e 2 0 2 + 2 c a c 0 2 娑2 c a o f e 2 0 2 + c 0 2t ( 1 一l o ) n a 2 s 0 4 + 2 c = n a 2 s + 2 c 0 2t ( 1 一i i ) 0 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 n a 2 s 0 4 + 4 c o = n a 2 s + 4 c 0 2f ( 1 1 2 ) n a 2 s 0 4 + 2 c + c a c 0 3 = c a s + n a 2 c 0 3 + 2 c 0 2t ( 1 1 3 ) 4 n a 2 s 0 4 + 2 c + 4 a 1 2 0 3 = 4 n a 2 0 a l z o s + 4 s 0 2t + 2 c 0 2t( 1 1 4 ) f e 2 0 s + c = 2 f e o + c 0l ( 1 1 5 ) f e o + n a 2 s = f e s + n a 2 0 ( 1 1 6 ) 其中，( 卜1 1 ) 至( 卜1 6 ) 是烧结过程应用生料掺煤脱硫技术l 1 5 熟料窑内发生 的化学反应。 1 3 2 氧化铝熟料烧结系统技术的研究进展 l 、f e 2 0 3 对熟料烧结过程的影响。熟料中f e 2 0 3 的含量一般用 f a 来表示( f e 2 0 3 与a 1 2 0 3 的摩尔比) ，在熟料烧结过程中，其主要行为按反应式( 1 屹) 进行。研究 表明，铁酸钠的生成吉布斯自由能比同温度下的铝酸钠小些，但反应速度较快在 1 0 0 0 c 下，可于l 小时完成铁酸钠的熔点为1 3 4 5 c 。它在高温下也分解为b f e 2 0 3 ( n a z 0 1 i f e z 0 3 ) 和蒸气。 争伽t o + 鲰o 扣镌湃障+ f e o 。+ b o 。 图l 喝为n a 2 0 - a 1 2 m f e 2 0 3 系示意图。根据n a z o ：0 3 ( t 0 0 1 ) 的比值，在体 系中的生成物如下：当n a 2 0 ：r 2 0 3 1 时，得到n a 2 0 a l z 0 3 和n a 2 0 f e 2 0 3 的固溶体 ( 用n n f 表示) 和游离的n a 2 c 0 3 ；当n a 2 0 r 2 0 3 - - - - i 时，生成n n f 的固溶体； 当n a z o ：如0 3 i 1 4 的熟 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 料位于亚共晶区，而a s 9 8 ( 只有1 # 样略低，但也接近 9 8 ) ，t 业1 1a 9 5 、t in 9 7 。从表2 - 4 中的试验数据可知，各近烧、正烧样 品熟料赤泥的沉降性能、压缩性能较好，添加絮凝剂后即刻产生絮团，沉降迅速， 上清液澄清透明、无浮游物。并且，随着烧结温度升高，相应熟料的溶出赤泥沉降 性能有明显改善。结合后序车间实际生产的相关指标，烧结制得的这类熟料完全能 够满足工业生产的需要。 表2 - 2近烧，正烧熟料标准溶出赤泥成份及溶出率 1 2 3 0 1 2 5 5 1 2 柏 1 2 6 0 1 2 5 0 1 2 7 0 1 2 6 0 1 2 8 5 1 2 6 0 1 2 8 0 5 2 3 5 2 0 5 1 l 5 4 8 5 4 8 0 4 6 9 4 6 0 4 5 0 4 5 0 4 4 4 0 4 4 8 0 4 5 1 0 4 5 5 0 4 5 6 0 4 6 0 0 4 5 4 0 4 6 4 6 2 0 4 7 1 2 8 0 4 7 04 4 8 00 8 7 9 6 0 29 7 5 7 9 6 0 89 7 8 5 9 6 1 59 7 1 9 1 9 6 2 99 8 0 4 9 6 3 29 8 0 l 9 6 4 9 9 8 2 6 9 6 5 69 8 3 5 9 6 7 39 8 5 l 9 6 7 19 8 3 0 9 6 8 99 8 5 5 9 6 8 89 8 4 8 。硎、 1 3 0 0 4 5 04 5 7 00 9 09 7 0 19 8 6 3 弘 勰 如 ! ：2 舛 鳄 i i 0 l o l 中南大学硕士学位论文第二章中等氧化铝含量及a s 熟料烧结实验研究 表2 3近烧、正烧热料工业溶出液成份、赤泥成份及溶出率 成份溶出液成份( g 1 )赤泥化学成份( ) 工业溶出率( ) 嚣a 1 2 岛m n c a l 籼c a on a 2 0n an n 1 2 3 01 1 5 3 28 3 2 12 6 1 07 1 84 4 6 71 5 59 5 3 1 1 2 5 51 1 5 5 08 3 5 52 5 8 07 0 04 4 2 01 6 0 9 5 4 2 1 2 4 0i1 7 6 78 3 7 52 2 8 56 2 04 5 3 81 2 7 9 5 4 5 1 2 6 01 1 8 5 08 4 2 82 4 2 06 0 04 5 5 01 3 0 9 5 5 4 1 2 5 01 1 8 8 08 4 5 62 4 3 05 6 84 5 1 0l 1 09 5 7 3 1 2 7 0 1 2 0 5 08 4 9 72 4 5 05 6 04 5 2 01 1 59 5 科 1 2 6 01 2 3 9 0 8 6 8 12 5 1 25 5 64 5 2 51 0 59 5 9 0 1 2 8 51 2 5 0 08 7 3 9 2 5 6 05 4 04 4 5 01 1 09 6 0 3 1 2 6 01 2 7 6 08 9 3 5 2 5 9 05 2 l4 2 2 20 9 69 6 0 2 1 2 8 01 2 8 5 08 9 8 32 6 5 0 5 0 04 2 5 01 o o9 6 1 8 9 7 4 3 9 7 5 l 9 7 9 5 9 8 0 4 9 8 1 6 9 8 2 3 9 8 2 8 9 8 3 l 9 8 3 5 9 8 4 0 1 2 8 01 2 8 9 09 1 5 72 3 7 85 3 4 4 3 1 70 8 79 6 2 89 8 5 0 酬 1 3 0 01 3 0 5 09 2 0 22 4 0 0 5 2 04 3 5 00 9 09 6 3 69 8 5 6 1 9 中南大学硕士学位论文第二章中等氧化铝含量及m s 熟辩烧结实验研究 2 4 本章小结 1 、本章通过实验研究了目前某氧化铝厂正常生产中的熟料在烧结过程的反应。 当熟料配方 n r 、 c s 、 f a 均在很小的范围波动时，a i z o s 含量在3 8 左右( 3 6 3 9 ) 、 s 在5 0 左右( 4 7 5 3 ) 的熟料在正烧结温度上比传统烧结法高1 0 0 ， 比强化烧结法( 高氧化铝含量及a s ) 的指标低大约5 0 ，烧结温度范围在7 0 左 右，实际生产中要注意烧结温度范围应控制在1 2 4 0 1 3 0 0 ，避免高烧或低烧。 2 、适当提高熟料中的 f a 可明显降低烧结温度，但烧结范围会变窄、氧化铝 含量的提高受到限制，结合生产实际， f a 应控制在0 0 7 9 0 0 8 4 范围内为宜， 当 f a 超出这一范围时，熟料窑操作上要小心应对，以稳定窑况为主 3 、六个样品在低钙配方下，其近烧、正烧熟料的溶出、沉降性能较好，完全 能够满足生产的需要。说明此类熟料在近烧、正烧条件下，质量较好，所以生产中 应采取低钙配方并调整熟料容重的控制指标( 容重控制指标应调整为1 o 1 4 ) 。 中南大学硕士学位论文 第三章煤粉燃烧的工艺技术优化 3 1 前言 第三章煤粉燃烧的工艺技术优化 目前，世界上氧化铝