高压溶出.ppt

第四章高压溶出 冶金化工系冶金教研室 山东铝业职业学院 一 概述 铝土矿的溶出过程一般是在高压 高温 条件下进行的 高压溶出的目的 用循环母液 苛性碱溶液 迅速将铝土矿中的Al2O3溶出 制成铝酸钠溶液 第四章高压溶出 二 铝土矿及循环母液的主要成分 有用成分 氧化铝 Al2O3 主要有用成分 镓杂质 氧化硅 SiO2 氧化铁 Fe2O3 氧化钛 TiO2 碳酸盐 第四章高压溶出 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 第四章高压溶出 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 第四章高压溶出 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 2NaOH aq 2NaAl OH 4 aq这是溶出过程的主反应 第四章高压溶出 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SiO2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 Na2O Al2O3 1 7SiO2 nH2O 进入固相赤泥中 高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达150 200 第四章高压溶出 2 氧化硅在溶出过程中的行为 SiO2在Al2O3生产中的危害 生成含水铝硅酸钠 造成Na2OK和Al2O3的损失 按Na2O Al2O3 1 7SiO2 nH2O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 由于溶出液在流程中发生脱硅反应 造成工厂管道和设备器壁上产生结疤 妨碍生产 残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解时会随Al OH 3一起析出 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 第四章高压溶出 在铝土矿溶出过程中所有铁矿物全部残留在赤泥中 成为赤泥的重要组成部分 第四章高压溶出 3 氧化铁在溶出过程中的行为 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Na2O 3TiO2 2H2O 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 第四章高压溶出 4 氧化钛在溶出过程中的行为 消除TiO2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Ca2O TiO2 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 第四章高压溶出 1 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 第四章高压溶出 5 氧化钙在溶出过程中的行为 2 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3CaO Al2O3 6H2O 造成Al2O3的损失 3Ca OH 2 2NaAl OH 4 aq 3CaO Al2O3 6H2O 2H2O 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 3CaO Al2O3 xSiO2 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 第四章高压溶出 3 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 第四章高压溶出 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 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 第四章高压溶出 五 溶出过程的质量指标 苛性比值是指铝酸钠溶液中Na2Ok与Al2O3的分子比 第四章高压溶出 1 苛性比值 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 第四章高压溶出 2 氧化铝溶出率 实际溶出率 实际溶出的Al2O3量与矿石中Al2O3量之比 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 但对三水铝石而言 溶出温度过高 150 溶液中的氧化铝会发生晶型转变 生成一水软铝石进入赤泥中 降低A S和实际溶出率 因此 拜耳法管道溶出采用低温高压溶出技术 第四章高压溶出 1 溶出温度 溶出反应进行完全需要一定的时间 随管道化溶出后溶出液保温时间的延长 溶出率增大 溶出液A S增高 拜耳法 物料在保温罐中保温40分钟以上 第四章高压溶出 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 H2ONa2SiO3 NaAl OH 4 aq Na2O Al2O3 1 7SiO2 nH2O aq 第四章高压溶出 3 溶出液中氧化铝浓度 溶出液Na2OK浓度较高 溶出 K较高时 能保证矿石中氧化铝完全溶出 溶液的Al2O3浓度高 A S高 溶出 K很低时 不能保证矿石中氧化铝完全溶出 溶液的Al2O3浓度低 A S低 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 因此溶出液的 K 1 40 1 50 第四章高压溶出 4 溶出液 K的影响 铝土矿溶出时 增大搅拌强度 可强化溶出过程 A S 第四章高压溶出 5 搅拌强度 铝土矿的溶出过程是液 固两相反应 矿浆细度愈细 固相比表面积愈大