第一篇铝冶金第4章.ppt

1、第四章烧结法，学习的关键是自己的体会，就像人的饮水一样，是冷温自觉。 氧化铝的生产技术，第四章利用烧结法生产氧化铝的本章内容：介绍利用碱石灰烧结法生产氧化铝的基本原理，介绍利用碱石灰烧结法生产氧化铝的流程和各工序，4.1烧结法的生产技术： 4.1.1烧结法的原理是以铝土矿和一定量的碱石灰(或石灰石)为原料烧结的二氧化硅和石灰化合成不溶于水的原硅酸(2CaO.SiO2)，使氧化铝和苏打化可溶于水的铝酸钠(Na2O.Al2O3)和硅酸钠用稀碱溶液浸出的话，铝酸钠加入溶液中，从2CaO.SiO2中分离，用CO2分解氧化铝溶液的话，就能得到氢氧化铝。 4.1.2烧结法的基本工艺烧结法的工艺包括浆料的制

2、备； 溶出浆液稀释及固液分离脱硅； 滤液碳酸钠分解； 氢氧化铝的洗涤及烧成； 把母液分解蒸发浓缩。 碱石灰烧结法的详细工艺流程、4.2烧结法的原理、烧结法生产氧化铝的基本原理，是以铝土矿和一定量的纯碱、石灰(或石灰石)为原料在高温下烧结， 氧化硅和石灰化合成不溶于水的原硅酸钙2CaOSiO2氧化铝和纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠na2oa2o3，氧化铁和纯碱化合成可水解的铁酸钠Na2OFe2O3烧结物(熟料) 用稀碱溶液溶出后，na2oa2o3进入溶液中，Na2OFe2O3水解释出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一起进入赤泥中。 用二氧化碳分解铝酸钠溶液的话，氢氧化铝就会析出。 烧制出氧化铝。 分

3、离了氢氧化铝的母液成为碳分母液(主要成分为Na2CO3)，蒸发回到原料中。 4.3烧结法的基本过程及其特征烧结法的生产技术主要由原料、烧结、熟料溶出、分离赤泥、脱硅、碳酸化分解和氢氧化铝烧成、碳分母液蒸发等主要工序组成。 缺点：全工艺长、复杂、能耗大、投资成本高，氧化铝质量也差。 优点：能处理SiO2含量高的铝土矿，有利于资源的综合利用，能生产多品种的氧化铝。 原料浆料的制备熟料烧结熟料溶出铝酸钠溶液脱硅碳酸钠分解氢氧化铝分离，洗涤氢氧化铝烧成碳分母液蒸发，烧结法生产氧化铝工序，1 .原料浆料的制备，烧结法生产氧化铝的原料铝土矿、石灰、纯碱、 在生产实践中采用了三配矿三调整的原料制度。 为了保

4、证炉材中的各成分在烧结时能生成所希望的化合物，必须在各成分之间严格保持一定的配合比例，即原料。 烧结法浆液的原料指标主要由烧结反应决定。 即使各原料经过烧结过程形成了Na2OAl2O3和不溶于水的2CaOSiO2和2Na2OFe2O3等。 烧结法生产氧化铝原料主要包括碱比、钙比、铁铝比、铝硅比、水分含量、固定碳含量、干绿细度7个主要指标。 原料、碱比是指浆液中氧化钠和(氧化铝和氧化铁)的分子比。 钙比是浆料中的氧化钙和氧化硅的分子比。 所谓铁铝比，是浆液中的氧化铁和氧化铝的分子比。 浆液配方、饱和配方：根据化学反应所需的理论量计算出的配方生产性地称为“饱和配方”或正碱、正钙配方。 即碱比N/(

5、A F)=1； 钙比C/S=2.0的处方。 饱和处方：以化学反应所需的理论量无法计算的量的处方，生产性地统称为不饱和处方。 非饱和处方中，碱比N/Rl0称为低碱处方：钙比C/S2.0的称为高钙处方； 钙比C/S2.0的称为低钙配方。熟料烧结目的熟料烧结简易工艺熟料烧结的主要反应烧结设备影响熟料的主要要素硫的烧结过程的危害和脱硫措施，2 .熟料烧结，1 .熟料烧结目的烧结过程的目的是将调合合格后的浆料用回转窑高温烧结，使浆料的各成分相互反把其中的Al2O3变成容易溶于水或稀碱溶液的Na2OAl2O3，把Fe2O3变成容易水解的Na2OFe2O3，把SiO2等杂质变成不溶于水或稀碱溶液的2CaOS

6、iO2，具有一定的容积密度和气孔率，研磨性好判断熟料质量好坏的标准1Na2O和Al2O3的标准溶出率熟料中的Na2O和Al2O3的标准溶出率。 2熟料物理性能良好的熟料的容积重量为1.2-1.25kg/m3的封闭度30-50mm； 二价硫含量0.25%为灰色，没有熔接和烧烤不足的现象，这种熟料不仅溶出率高，而且磨损性好，溶出后的红土沉淀性能较高。 二、熟料烧结发生的主要反应熟料烧结发生的主要反应是： (1)A12O3和Na2CO3反应，生成铝酸钠固融体；(2)SiO2与CaO反应，生成2 Cao SiO 2；(3) fe2o 3和Na2CO3反应另外还发生了副反应，1 .熟料烧结中的炉材中的A

7、12O3在比较高的温度下与Na2CO3相互作用，生成铝酸钠Na2OAl2O3，该反应在a12o3na2co3oa2o3co2为500800时开始反应，反应速度慢。 随着温度的提高，反应速度变快，温度超过1150时，烧结反应在1小时内完成。 2 .在加热炉材料的情况下，炉材料中的SiO2和Na2CO3，na2co3SiO2osio2co2在800820下发生激烈的反应，3小时左右就能完成。 然后，n (na2osio2) nal2o3n/2 (na2OA2o 32sio2) n/2 n2oal2o 3这样的反应在850950时最早，在1000时之前完成。 温度进一步上升时，na2OA l2o 3

8、2 SiO2caona2OA2SiO2Cao SiO2OA2SiO2caona2OA2o3Cao SiO 2生成物为na2OA2o3和2caoSiO2。 SiO2和CaO在高温下也直接生成CaoSiO2、3CaOSiO2、2CaOSiO2和3CaOSiO2等化合物，1100时第一位老师变成了2CaOSiO2。 3.Fe2O3和Na2CO3在加热时相互作用，生成铁酸钠。 Fe2O3 Na2CO3Na2OFe2O3 CO2该反应在500时还没有开始，700时早进行，1000时能在1小时内完成。 另外，结晶水脱离反应： na2OA2o 32 SiO2n h2o n2OA2o 32 SiO2n h2o

9、 (钠硅渣脱水)3caoal2o3xsio2y2o3xsio2yh2o (含水硅酸铝三钙脱水)2A1OOHAl2O3 H2O (一水al2o32sio2h2o32sio2h2o (高岭石脱水) Fe2O3nH2OFe2O3 nH2O (含水氧化铁脱水) CaCO3CaO CO2 (碳酸钙分解) Ca(OH)2CaO H2O (消石灰脱水)上述反应在材料从145上升到600时发生反应(2)高碱或低碱配方的反应： Al2O3 Na2OFe2O3=Na2OAl2O3 Fe2O3该反应在800900之间进行。 如果在烧结温度下碱量不足，则反应向生成Na2OAl2O3的方向进行。 碱量过低时，Al2O3

10、 CaOCaOAl2O3反应进行，导致Al2O3的损失。 碱比N/(A F)1时，2 Cao SiO 2n a2co 3n a2 ocaosio2Cao co 2反应在1000时进行，na2ocaosio2实际上不溶于水，因此高碱配方会导致碱的损失。 炉材中的Na2CO3的配合量不足，若存在CaO，则2 Cao Fe2o3=2Cao Fe2O3 Cao Fe2o3=Cao Fe2o 3的反应在1200小时以内完成。 因此，碱比小于1时，适当地多配合CaO的一部分。另外，铝土矿中的TiO2在高温下与CaO反应： TiO2CaOCaOTiO2，三，烧结设备熟料烧结现在基本上使用的熟料烧结窑的结构是

11、筒体、支撑装置、传动装置、窑衬、窑内热交换器、燃烧装置、进料装置四、熟料烧结的主原物质结构(3)固相物质的粒度(4)反应时间(5)影响矿化剂、熟料的质量的因素很多，其中以原料成分和配比为主的烧结温度； 烧结时间等。 1、原料成分和配比影响熟料质量的原料成分对熟料质量起着决定性的作用，铝土矿中的Al2O3、SiO2、Fe2O3含量对烧成温度及其温度范围有明显的影响。 根据生产实践，如果原料中的A/S增大，对应的Fe2O3的含量减少，因此，对应熟料的Na2OFe2O3和2CaOSiO2也减少，烧成温度上升(生产上布料吃火)，在一定的生产条件下，容易出现烧结材料不足的黄色材料材料容易烧结，但烧结温度

12、范围变窄，熟料窑的操作无法控制，引起熟料窑烧结带的堵塞、下材口堵塞等生产不良。 因此，熟料烧结时铝硅要高一点。 2 .烧结温度相对于熟料质量在原料标准范围内，烧结温度、烧结时间直接影响熟料的质量。 一定成分的熟料有一定的烧结温度范围，烧结温度低的话，熟料不足，Al2O3的提取率降低，引起红土膨胀的温度过高的话，出现过烧熟料，过烧熟料的固融体多，不仅Al2O3和Na2O的溶出率降低合适的烧结温度一般为12001260。 3 .烧结时间对熟料质量的影响烧结过程需要一定的反应时间。 在生产实践中，熟料窑的长度一定，斜率一定，材料在烧结带的停留时间的长度受熟料密的转速控制。 熟料窑的转速过快的话，材料

13、在烧成带的停留时间比材料反应所需的时间短的话，熟料就会“烧不足”，影响品质的转速慢的话，窑的生产能力会降低。 一般来说，窑的转速可以控制在22.5转/分钟。 4、硫对氧化铝生产的危害(1)原料中含有的硫增加了碱的消耗。 进入生产过程的硫与碱液反应生成Na2SO4。 Na2SO4不能与Al2O3反应，称为中性碱，增加碱消耗。 1公斤硫损失了11.5公斤NaOH或33.4公斤na2co。 (2)熟料中的Na2SO4的上升给大窑操作带来困难。 Na2SO4的熔点为884，与Na2CO3等生成熔点低的化合物，在将炉材加入烧成带前会出现液相。 Na2SO4熔体粘度大，炉壁容易附着炉材，与厚的副窑皮形成结

14、圈，熟料变成大鸡蛋，原料口堵塞。 (3)母液中Na2SO4含量的上升给蒸发操作带来了困难，也增加了蒸汽消耗。 分解母液在蒸发时大量的Na2SO4和Na2CO3等在蒸发器加热管壁结晶析出的话，管壁的传热率会降低，蒸发器能力会显着降低，蒸汽消耗会增加。 另外，蒸发器的损伤严重时，清洗次数也增加。 (4)拜耳精液中Na2SO4含量的增加，会降低分解率。 对策：在原料中加入固体还原剂(煤)，可以消除、减少s的有害影响，使相当多的硫变成二价硫化物，从红土中排出。 在原料中配合煤炭，将炉材中的一部分氧化铁还原为氧化铁和硫化铁，节约碱，而在原料中配合煤炭，强化烧结过程，提高窑的发热能力。 3 .熟料溶出熟料

15、溶出的目的熟料溶出的基本原理熟料溶出的简易过程熟料溶出的主要反应影响熟料溶出的原因熟料溶出过程熟料溶出设备，熟料溶出的主要目的是将熟料中的A12O3和Na2O最大限度地溶解于溶液中实现了有用成分氧化钠、氧化铝和杂质的分离，为红土分离清洗创造了良好的条件。 熟料溶出的原理烧结法熟料的主要成分为铝酸钠、铁酸钠、硅酸钙。 熟料的溶出过程中，铝酸钠溶解于碱溶液中，铁酸钠水解，氢氧化钠进入溶液中，含水氧化铁进入红土，化学反应式为na2oa2o 3h2o AQ=2aal (oh ) 4aq 41.82kj/mol na2ofe2O3 H2O AQ=2NaOH Fe2O3 H2O硅酸钙被少量溶液中的氢氧化钠

16、、碳酸钠、铝酸钠分解(二次反应)，二氧化硅进入溶液外，大部分残留在固体残渣中。 熟料溶出的主要反应，铝酸钠的溶出铁酸钠溶出二次反应熟料中的固体铝酸钠(Na2OAl2O3)容易溶于水和稀碱溶液，磨磨的熟料在90以上、35分钟内完全溶出Na2O、Al2O3，n 以4的形式加入溶液中制作铝酸钠溶液，铝酸钠的溶解反应为发热反应的反应式为Na2OA12O3 4H2O aq=2NaAl(OH)4 aq，固体铁酸钠在水溶液中迅速水解， 反应式是Na2OFe2O32H2Oaq2NaOHFe2O3H2Oaq生成的NaOH进入溶液，提高溶液的分子比，提高铝酸钠溶液的稳定性和Na2O溶出率，生成的Fe2O3H2O沉

17、淀进入红土，成为红土组成的一部分。 该反应是吸热反应，温度是影响酸钠水解的重要因素，低温下酸钠的水解速度极慢，随着温度的升高，水解速度加快。 但是，即使在比较高温的条件下，其水解速度也远远慢于铝酸钠的溶出速度。 熟料溶出的二次反应：在碱石灰烧结法中，熟料中的原硅酸钙以2CaOSiO2的形式存在，熟料中的含量占30%以上。 熟料溶出后，原硅酸钙与溶液之间发生一系列反应，进入溶液中的有用成分Al2O3和Na2O进入红土失去。 原硅酸钙引起的这些反应称为熟料溶出时的副反应或二次反应。 二次反应引起的Al2O3和Na2O的损失称为二次反应损失。 溶出过程的主要二次反应是2 Cao SiO2na2co3AQ=na2si o3CaCO 32 NaOH AQ2Cao SiO2NaOH AQ=na2SiO 32ca (oh )2aqca (oh )2noal (oh ) 4aq=3Cao al2o 36 h2o2NaOH AQ3AOA2o 36 h2o xna2si o3AQ=3Cao al2o3xsio2y2o xa AQ2SiO 32 AAL (oh ) 4aq=na2OA2o 32 SiO2h2o4NaOH AQ2ca (oh ) 2n AQ 4 xna2si