预脱硅及高压溶出生产工艺技术

1、1.预脱硅和高压溶出生产技术，2，第1节概述1。预脱硅和高压溶出简介第2节工艺原理2-1预脱硅2-2高压溶出和矿浆稀释第3节主要设备的工作原理和功能3-2预脱硅主要设备3-3辅助主要设备第4节工艺流程说明4-1预脱硅4-2高压溶出第5节主要工艺条件和技术参数3第一节概述1。预脱硅和高压溶出简介高压溶出采用国内较为成熟的单管预热器和高压釜间接加热工艺处理一水硬铝石型铝土矿。该方案的第一批于1992年底在山西铝厂投产，第二批于1994年投产。在此基础上，中国先后在平果铝厂和贵州铝厂建成了四个高压溶出系列。单管预热器和高压釜间接加热工艺方案在处理一水硬铝石型铝土矿中显示出良好的技术指标和经济效益，其

2、特点是溶出温度高达260-270，山西铝厂、平果铝厂和贵州铝厂的高压溶出温度均在260以上。十一个阶段的自蒸发，蒸汽间接加热。从4，92.9到157.6的加热是通过6级单管预热器的二次蒸汽间接加热，从157.6到212.5的加热是通过5级预热高压釜的二次蒸汽间接加热，从212.5到265的加热是通过高压釜的60巴新鲜蒸汽间接加热。溶解用循环母液浓度低。循环母液的设计浓度为nk=245g/l，循环母液不经间接加热稀释。溶解效果好，能耗低。由于溶解温度高，循环母液浓度低，溶解液的钾、溶解速率和循环效率较高。单管预热器和预热高压釜利用蒸发器产生的浆液二次蒸汽进行加热，因此能耗也较低。机组运转率高。从

3、山西铝厂、平果铝厂和贵州铝厂的运行实践来看，运行率达到92%以上。为了减少铝硅酸钠(na2o)的结疤。生料浆进入溶出装置前，常压下进行预脱硅，降低了加热管壁结疤速度，延长了结疤清理周期。5、预脱硅槽采用梯形结构，相邻两个预脱硅槽之间的高度差为600毫米，这样在预脱硅过程中，铝矿浆可以自动依次流动，减少了泵送消耗的电能。第二节工艺原理2-1经预脱硅和高压溶出处理的矿石为一水硬铝石型铝土矿，矿石中二氧化硅主要以高岭石(al2o 3 . 2so 2 . 2h 20)的形式存在，其余以应时(sio2)的形式存在。如果铝土矿中的二氧化硅在换热器中分解，会造成大量结疤并附着在换热器的管壁上，这将大大降低管

4、束的传热系数，降低换热效率。结疤的积累增加了设备的清洗能力，缩短了清洗周期。在分解阶段，它还会与氢氧化铝一起分解，这将影响氧化铝的质量。因此，二氧化硅在进入溶解系统之前必须被分解，从而可以提前生成铝硅酸钠。在100时，高岭石形式的二氧化硅(al2o 3 . 2so 2 . 2h 20)溶解在苛性碱溶液中形成硅酸钠，当溶液中二氧化硅含量达到临界饱和状态时，硅酸钠分解为固相。二氧化硅的分解产物是方钠石3(na2o。al2o 3.2 sio 2.2 h2o)na2s，(分子式中的x代表co2、二氧化硅和氯)，方钠石与赤泥一起排除。加入石灰后，钙可以代替方钠石中的钠，降低烧碱的消耗。在预脱硅阶段，主要

5、发生以下两个反应：1 .高岭石：al2o 3 . 2so 2 . 2h 20(固体)氢氧化钠(液体)na2so 2(液体)na2so 4(液体)二氧化硅的溶解和方钠石：naalo2(液体)1.7 na2sio3(液体)(n 1.7)h2o na2o的分解苛性碱浓度越低，分解速率越快，溶液中最终二氧化硅含量越低。脱硅温度。专业越高时间越长，分解速度越快，溶液中的最终二氧化硅含量越低。铝土矿中高岭石的含量和质量。高岭石含量越高，分解速度越快，溶液中最终二氧化硅含量越低。2-2高压溶解2-2-1相关术语2-2-1-1铝硅比铝土矿或赤泥中氧化铝和二氧化硅的重量比称为铝硅比，用铝硅比表示.2-2-1-2

6、 k值k值是指铝酸钠溶液中氧化铝(al2o3)和苛性氧化钠(na2ok或缩写为nk)的分子比，为33，360k=1.645 * nk/a2-2-1-3循环效率。拜耳法循环过程中1m3循环母液产生的氧化铝量称为循环效率，用e表示：循环效率，用k表示。e=1.645 *(k1-k2)/(k1 * k2)* nk(kg/m3)， k1循环母液k值，k2浸出液k值，氧化铝浸出率2-2-1-4。在铝土矿浸出过程中，由于浸出条件和矿石特性的影响，矿石中的氧化铝不能完全进入溶液。实际反应后进入铝酸钠溶液的al2o3与原料铝土矿中al2o3总量的比率称为氧化铝的实际溶解速率。固体=(阿/硫矿石，阿/硫红)/阿

7、/硫矿石*100%，其中：阿/硫矿石的铝/硅与阿/硫赤泥的铝/硅之比为10，因为铝土矿含有许多杂质，主要是二氧化硅，在铝土矿溶出过程中与氧化铝和氧化钠反应生成铝硅酸钠，其分子式大致为na2o。三氧化二铝和二氧化硅的重量正好相等，即/=1。如果铝土矿中所有的二氧化硅都进入水合铝硅酸钠，每1千克二氧化硅会造成1千克al2o3的损失，因此铝土矿的理论最大溶出速率为：li=(a-s)/a*100%，其中：铝土矿中al2o3含量占铝土矿中二氧化硅含量的% s，由上述公式计算的溶出速率称为理论溶出速率。在实际溶解过程中，二氧化硅不能完全反应。另外，一部分反应后的二氧化硅会留在溶液中而不生成硅铝酸钠，即赤泥

8、中的二氧化硅量小于铝土矿中的二氧化硅量，这将导致实际溶解速率大于理论溶解速率。还有，11。是的，即使矿石中的二氧化硅完全反应，溶解的二氧化硅也会沉淀到赤泥中，但生成的含硅矿物的a/s不能保证为1。可以看出，由上述公式计算的理论溶解速率会因不同的溶解条件而有一定的误差。在处理难选矿石时，其中的al2o3往往不能完全溶解。可以看出，仅仅溶解速率不能解释某一操作条件的质量，因为矿石本身会引起溶解速率的差异。为了消除矿石本身不同品位造成的影响，相对溶出率通常被用作比较各种溶出操作条件的标准之一。实际溶出速率与理论溶出速率之比，即相=固/理，12，2-2-2高压溶出原理1。消化反应：脱硅后，在隔膜泵入口

9、处与补充循环母液混合的调整后的矿浆进入消化装置，主要发生以下反应：al2o3。h2o氢氧化钠水溶液氢氧化铝水溶液反应产物氢氧化铝在一定的碱浓度和温度下能稳定存在于碱溶液中，形成铝酸钠溶液，铝土矿中的大部分al2o3能通过该反应提取出来。溶出速率：铝土矿的拜耳溶出属于多相反应，反应过程发生在两相(矿物和碱液)的界面上。两相界面上的羟基不断反应并逐渐消耗，表面溶液附近的羟基浓度显著降低。同时，该层中反应产物alo(oh)的浓度接近饱和，形成扩散层。因此，新的羟基必须不断地穿过扩散层的固体表面，并与氧化铝水合物反应。反应产物alo(oh)通过扩散层不断向外移动，因此反应继续进行。因此，铝土矿的溶解过

10、程可分为以下步骤：(1)通过循环母液润湿矿石颗粒的表面。和羟基与氧化铝水合物反应生成氢氧化铝。和形成alo(oh)的扩散层。alo(oh)从扩散层扩散，oh从溶液扩散到固相接触界面。为2-2-3影响溶解过程的主要因素1。铝土矿的矿物组成和结构：铝土矿根据其矿物组成可分为三水铝石、一水勃姆石和一水硬铝石。由于其不同的矿物组成和晶体结构，很难溶解，需要不同的溶解条件。溶解过程的难易程度依次为三水铝石-勃姆石-一水硬铝石。14、三水铝石可在接近常压、温度140150和低循环母液下溶解，并可达到工业溶解速度。然而，勃姆石型铝土矿难以溶解，溶解温度约为160。苛性碱浓度高于三水铝石。无水一水硬铝石最难溶

11、解，温度应在200以上，因此在高温、高压和高碱浓度下都能很好地溶解。此外，铝土矿中杂质较多(如二氧化钛、氧化铁、二氧化硅等)。)分散时，氧化铝水合物被它包裹得越多，与碱溶液的接触就越少，溶解就越困难。2.溶解温度：温度是影响溶解过程的最重要因素。提高溶出温度加快溶出速度，降低溶液粘度，有利于矿石与碱液的表面接触，从而提高氧化铝的溶出速度。由于溶解速度快，提高溶解温度可以缩短溶解时间。随着温度的升高，al2o3在碱液中的溶解度显著增加，溶解液的rp值增加，有利于分解率的提高，从而提高碱液的回收效率。提高溶解温度后，低浓度的循环母液也可用于获得更好的溶解效果，从而减少蒸发负担，节约蒸汽，降低能耗。

12、然而，当使用新蒸汽作为热源时，随着饱和蒸汽温度的升高，压力急剧上升，这使得溶解设备的生产和运行更加难以克服。3.循环母液的苛性碱浓度na2o和k值：苛性碱浓度na2o越高，循环母液中的k值越低，al2o3的溶解度越大，不饱和度(c饱和度-c溶解)越大，溶解速度越快。然而，如果循环母液的浓度太高，蒸发的水量将很大，这将增加蒸发负担和新蒸汽的消耗。因此，在不同的生产工艺条件下，循环母液的浓度和钾值应保持在适当的范围内。4.铝酸钠溶液溶解后的k值：在一定条件下的溶解过程中，铝土矿中的氧化铝达到理论溶解速率后，溶解溶液的k值取决于循环母液的量。溶解溶液的最高k值是在一定溶解温度和碱浓度下的饱和k值。每

13、单位重量矿石中加入的碱越多，实际溶出溶液的钾值与平衡钾值之间的差异就越大，因此溶液总是保持较大的不饱和度，溶出速度加快。16，从循环效率公式可以看出，当循环母液的苛性碱浓度nk不变时，溶解液的k值降低，循环效率e降低；生产单元al2o3所需的循环母液量增加；它还增加了溶解的铝酸钠溶液的稳定性，这不利于分解过程。因此，在工业实践中，往往尽可能多地获得钾值较高的溶解溶液。5.矿石细度：铝土矿的溶解过程是固相和液相的多相反应过程，反应在两相界面进行。溶解速率vt与两相之间的接触面积f成正比。因此，矿石越细，其接触面积越大，溶解速度越快，溶解速度越高。但是，如果矿石磨得太细，不仅会增加磨矿成本，还会给

14、赤泥的分离带来困难。因此，矿石的磨矿细度必须根据生产工艺的要求来确定。6.混合强度：混合可以降低温度2-2-3各种杂质都是铝土矿中的杂质在溶解过程中发生化学反应的结果。除少量杂质溶于碱溶液外，大部分杂质进入赤泥。铝土矿中的主要杂质：二氧化硅转化为不溶性钠硅渣(na2o.al2o3.1.7sio2. nh2o)和水化石榴石(cao)。al2o3.1.1sio2.nh2o)，进入赤泥；氧化钛生成2cao、tio2、2h2o，不溶于碱溶液，进入赤泥。最后，所有铁化合物以氧化铁的形式进入赤泥。18，2-3。高压矿浆稀释溶解后的矿浆在赤泥分离前用一次赤泥洗液稀释，有四个功能：方便赤泥分离。溶解后的纸浆浓

15、度高、粘度大，直接分离非常困难，实际上无法进行工业化生产。图30显示了溶液浓度和粘度的变化曲线。19、铝酸钠溶液的粘度与其浓度有很大关系。溶解后，泥浆中al2o3的浓度一般在280克/升以上，固含量约为110克/升，这种赤泥泥浆具有较高的粘度。作为稀释的结果，溶液的浓度降低到中等浓度，固体含量也降低到约60g/l，比重降低，并且赤泥的溶解程度降低，这促进了颗粒的团聚。因此，提高了赤泥的沉降速度，提高了分离和洗涤效率。降低溶液的稳定性，促进晶种的分解和溶解。铝酸钠溶液中al2o3的浓度在280克/升以上，该溶液稳定，不能直接分解，必须稀释。另一方面，赤泥洗液必须回收。然而，赤泥洗液中al2o3的浓度一般为3060g/l，不能单独分解，必须加入到高压溶出浆液中。为了使铝酸钠溶液进一步脱硅，虽然在溶解之前和溶解过程中进行了脱硅反应，但由于溶液浓度高，si2在铝酸钠溶液中的溶解度大，溶解溶液的硅指数一般在160左右，而晶种分解要求精液的硅指数在200以上。稀释可以使溶液进一步脱硅。随着溶液浓度的降低，二氧化硅20的平衡浓度也大大降低。由于泥浆中含有大量以铝硅酸钠为晶种的赤泥，泥浆温度较高(105)，有利于脱硅反应。因此，溶液中的硅含量指数增加，这有利于稳定沉降槽