高壓溶出.ppt

第四章高壓溶出 冶金化工系冶金教研室 山東鋁業(yè)職業(yè)學(xué)院 一 概述 鋁土礦的溶出過程一般是在高壓 高溫 條件下進(jìn)行的 高壓溶出的目的 用循環(huán)母液 苛性堿溶液 迅速將鋁土礦中的Al2O3溶出 制成鋁酸鈉溶液 第四章高壓溶出 二 鋁土礦及循環(huán)母液的主要成分 有用成分 氧化鋁 Al2O3 主要有用成分 鎵雜質(zhì) 氧化硅 SiO2 氧化鐵 Fe2O3 氧化鈦 TiO2 碳酸鹽 第四章高壓溶出 1 拜耳法生產(chǎn)中所用鋁土礦的主要成分 苛性鈉 NaOH 鋁酸鈉 NaAl OH 4 碳酸鈉 Na2CO3 第四章高壓溶出 2 溶出所用循環(huán)母液的主要成分 三 鋁土礦各種成分在溶出過程中的行為 鋁土礦在溶出過程中發(fā)生的主要反應(yīng)是氧化鋁水合物的溶出 溶出過程中絕大部分的雜質(zhì)多進(jìn)入赤泥中 但也有少量的雜質(zhì)溶解于堿液中 雜質(zhì)在溶出過程中的反應(yīng)也影響到氧化鋁生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 第四章高壓溶出 鋁土礦中所含的氧化鋁水合物在溶出時(shí)與循環(huán)母液中的NaOH作用生成鋁酸鈉進(jìn)入溶液 形成鋁酸鈉溶液 反應(yīng)方程式 Al2O3 1或3 H2O 2NaOH aq 2NaAl OH 4 aq這是溶出過程的主反應(yīng) 第四章高壓溶出 1 氧化鋁水合物溶出時(shí)的行為 SiO2在溶出過程中的行為取決于它的礦物組成 溶出溫度和溶出過程的時(shí)間 游離狀態(tài)的SiO2和石英只有在較高的溫度下 150 才開始和鋁酸鈉溶液起反應(yīng) 如果在低溫下溶出三水鋁石 這部分SiO2將轉(zhuǎn)移到赤泥中被分離出去 而以硅酸鹽狀態(tài)存在的氧化硅在溶出過程中于堿液作用生成Na2SiO3進(jìn)入溶液中 Na2SiO3隨即與溶液中的鋁酸鈉發(fā)生脫硅反應(yīng)生成含水鋁硅酸鈉 鈉硅渣 Na2O Al2O3 1 7SiO2 nH2O 進(jìn)入固相赤泥中 高壓溶出過程鋁酸鈉溶液的硅量指數(shù)一般達(dá)150 200 第四章高壓溶出 2 氧化硅在溶出過程中的行為 SiO2在Al2O3生產(chǎn)中的危害 生成含水鋁硅酸鈉 造成Na2OK和Al2O3的損失 按Na2O Al2O3 1 7SiO2 nH2O分子式計(jì)算 每公斤SiO2造成0 608公斤的Na2OK和1公斤Al2O3的損失 因而拜耳法只適應(yīng)于處理低硅優(yōu)質(zhì)鋁土礦 由于溶出液在流程中發(fā)生脫硅反應(yīng) 造成工廠管道和設(shè)備器壁上產(chǎn)生結(jié)疤 妨礙生產(chǎn) 殘留在鋁酸鈉溶液中的SiO2在分解時(shí)會隨Al OH 3一起析出 影響產(chǎn)品質(zhì)量 因此 在生產(chǎn)過程中要控制和減少SiO2的有害作用 第四章高壓溶出 在鋁土礦溶出過程中所有鐵礦物全部殘留在赤泥中 成為赤泥的重要組成部分 第四章高壓溶出 3 氧化鐵在溶出過程中的行為 鋁土礦中的含鈦礦物以金紅石和銳鈦礦存在 氧化鈦與苛性鈉溶液作用生成鈦酸鈉Na2O 3TiO2 2H2O 造成Na2O的損失 生成的鈦酸鈉會在一水硬鋁石的表面形成一層致密的保護(hù)膜 使溶解過程惡化 Al2O3溶出率降低 但氧化鈦對三水鋁石的溶解起不到阻礙作用 對一水軟鋁石的阻礙作用也小得多 第四章高壓溶出 4 氧化鈦在溶出過程中的行為 消除TiO2危害的有效措施 在鋁土礦溶出時(shí)添加石灰此時(shí)TiO2與CaO生成結(jié)晶狀的鈦酸鈣Ca2O TiO2 松脆多孔 極易脫落 使Al2O3的溶出過程不再受到阻礙 也降低了Na2O的消耗 第四章高壓溶出 1 氧化鈣的來源 工藝流程中添加石灰 鋁土礦本身含有石灰 在原礦漿中氧化鈣以Ca OH 2形態(tài)參與反應(yīng) 第四章高壓溶出 5 氧化鈣在溶出過程中的行為 2 氧化鈣的行為 在原礦漿的制備 儲存過程以及壓煮后礦漿的自蒸發(fā)冷卻稀釋過程中 生成3CaO Al2O3 6H2O 造成Al2O3的損失 3Ca OH 2 2NaAl OH 4 aq 3CaO Al2O3 6H2O 2H2O aq 當(dāng)物料中含有硅礦物時(shí) 往鋁酸鈉溶液中添加石灰將引起水花石榴石 3CaO Al2O3 xSiO2 6 2x H2O 的生成 活化一水硬鋁石的溶出 使溶出過程強(qiáng)化 水花石榴石比鈉硅渣更易脫離礦粒表面 第四章高壓溶出 3 鋁土礦高壓溶出過程中添加石灰的作用 消除含鈦礦物的有害作用 顯著提高Al2O3的溶出速度和溶出率 促進(jìn)針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦 使其中的Al2O3充分溶出 并使赤泥的沉降性能得到改善 針鐵礦FeOOH 赤鐵礦Fe2O3 針鐵礦具有不良的沉降和過濾性能 活化一水硬鋁石的溶出反應(yīng) 生成水化石榴石 減少Na2O損失 降低堿耗 第四章高壓溶出 四 鋁土礦的溶出過程 鋁土礦的溶出過程包括以下幾個(gè)步驟 循環(huán)母液濕潤礦粒表面 氧化鋁水合物與OH 相互作用生成鋁酸鈉 形成NaAl OH 4的擴(kuò)散層 Al OH 4 從擴(kuò)散層擴(kuò)散出來 而OH 則從溶液中擴(kuò)散到固相接觸面上 使反應(yīng)繼續(xù)下去 第四章高壓溶出 五 溶出過程的質(zhì)量指標(biāo) 苛性比值是指鋁酸鈉溶液中Na2Ok與Al2O3的分子比 第四章高壓溶出 1 苛性比值 理論溶出率 理論上礦石中可以溶出的Al2O3量與礦石中Al2O3量之比 第四章高壓溶出 2 氧化鋁溶出率 實(shí)際溶出率 實(shí)際溶出的Al2O3量與礦石中Al2O3量之比 六 影響溶出過程的因素 溶出溫度是影響溶出速度最主要的因素 提高溫度 溶出速度增大 氧化鋁溶出率 A 增大 溶液中Al2O3的平衡濃度亦增大 溶出液A S增高 但對三水鋁石而言 溶出溫度過高 150 溶液中的氧化鋁會發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變 生成一水軟鋁石進(jìn)入赤泥中 降低A S和實(shí)際溶出率 因此 拜耳法管道溶出采用低溫高壓溶出技術(shù) 第四章高壓溶出 1 溶出溫度 溶出反應(yīng)進(jìn)行完全需要一定的時(shí)間 隨管道化溶出后溶出液保溫時(shí)間的延長 溶出率增大 溶出液A S增高 拜耳法 物料在保溫罐中保溫40分鐘以上 第四章高壓溶出 2 保溫時(shí)間 在鋁酸鈉溶液中 Al2O3濃度增高 SiO2的平衡濃度增高 而且增高速率大于Al2O3濃度增高速率 所以過高的Al2O3濃度使溶液的A S降低 脫硅反應(yīng) SiO2 2NaOH Na2SiO3 H2ONa2SiO3 NaAl OH 4 aq Na2O Al2O3 1 7SiO2 nH2O aq 第四章高壓溶出 3 溶出液中氧化鋁濃度 溶出液Na2OK濃度較高 溶出 K較高時(shí) 能保證礦石中氧化鋁完全溶出 溶液的Al2O3濃度高 A S高 溶出 K很低時(shí) 不能保證礦石中氧化鋁完全溶出 溶液的Al2O3濃度低 A S低 但溶液Na2O濃度過高時(shí) Al2O3溶出率 A 的增幅較小 且蒸汽消耗較多 因此溶出液的 K 1 40 1 50 第四章高壓溶出 4 溶出液 K的影響 鋁土礦溶出時(shí) 增大攪拌強(qiáng)度 可強(qiáng)化溶出過程 A S 第四章高壓溶出 5 攪拌強(qiáng)度 鋁土礦的溶出過程是液 固兩相反應(yīng) 礦漿細(xì)度愈細(xì) 固相比表面積愈大