氧化鋁生產(chǎn)工藝課程

學(xué)習(xí)情境1拜耳法生產(chǎn)氫氧化鋁參考學(xué)時任務(wù)單元1.1原礦漿的制取操作參考學(xué)時深化技能訓(xùn)練/深化專業(yè)知識配料操作制度的制定依據(jù)配礦操作與配料操作中工藝故障的發(fā)生原因與處理措施參考學(xué)時講授班級冶班缺課學(xué)生無教學(xué)目標(biāo)技能目標(biāo)明確本階段的主要任務(wù)，能夠準(zhǔn)確判斷配礦操作與配料操作中工藝故障的發(fā)生原因與處理措施知識目標(biāo)原礦漿配礦配料的依據(jù)，能夠進(jìn)行配礦及配料計(jì)算能夠描述配礦操作與配料操作中工藝故障的發(fā)生原因與處理措施職業(yè)能力目標(biāo)利用所學(xué)知識和經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)造性地解決新問題教學(xué)設(shè)計(jì)一、 資訊：1、 分析任務(wù)單2、 知識準(zhǔn)備教師講授：原礦漿配礦配料的依據(jù)，能夠進(jìn)行配礦及配料計(jì)算能夠描述配礦操作與配料操作中工藝故障的發(fā)生原因與處理措施現(xiàn)場演示處理方法和程序期間穿插師生互動、自學(xué)等形式二、 決策1、 熟悉配礦，配料計(jì)算公式及意義，2、 確定操作思路三、 計(jì)劃1、 制定分工計(jì)劃2、 安排操作程序四、 實(shí)施1、 配料各參數(shù)（配堿量，配石灰量，原礦漿液固比）的計(jì)算2、 配料參數(shù)的記錄3、 磨礦操作五、 檢杳提交分析報(bào)告，學(xué)生互杳、教師隨機(jī)抽杳學(xué)生掌握情況六評價抽取學(xué)生匯報(bào)工作過程，整理報(bào)告歸檔，小組自評、互評。教學(xué)條件教學(xué)場地教學(xué)車間、現(xiàn)場教學(xué)工具原礦漿生產(chǎn)車間、電腦、投影儀等教學(xué)素材圖片、日報(bào)表、課件教學(xué)總結(jié)教學(xué)過程設(shè)計(jì)：一、資訊教師：布置任務(wù)1.1原礦漿的制取操作提出問題1、鋁酸鈉溶液的苛性比值對生產(chǎn)指導(dǎo)的意義，生產(chǎn)上如何如控制苛性比值？2、生產(chǎn)上如何提高循環(huán)效率？3．配礦的作用是什么？對混礦質(zhì)量要求的指標(biāo)。4．磨礦的作用是什么？5．影響球磨機(jī)生產(chǎn)率的因素有哪些？6．原礦漿配料計(jì)算中確定配堿量的依據(jù)是什么？7．漿液液固比和密度的關(guān)系式？8．生產(chǎn)中是怎樣進(jìn)行原礦漿配料控制的？9.磨礦常見故障的發(fā)生原因與處理方法？知識準(zhǔn)備原礦漿制備操作的基礎(chǔ)知識鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)1.1.1鋁酸鈉溶液濃度的表示法戸(AlO)=50g/L，或戸(NaO)=150g/Lo鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)—苛性比值苛性比值是堿法生產(chǎn)氧化鋁的重要概念和指標(biāo)，它表示鋁酸鈉溶液溶解氧化鋁的飽和程度及溶液的穩(wěn)定性。鋁酸鈉溶液的苛性比值是指鋁酸鈉溶液中所含苛性堿與氧化鋁的量的比值。符號表示為0計(jì)算公式：溶液中N屯0E的量班N屯OJc(N?Ok)他—溶液中化0劇量=訕。)=瓦可可換算成質(zhì)量濃度表示：戸廻屯(\)冥1°2_q(N日2k)x]&斗m他二 右0 戸〔理2。3)式中： n(Na20k)、n(Al2O3)——鋁酸鈉溶液中苛性堿和氧化鋁的量，mol。匚(皿0J、—鋁酸鈉溶液中苛性堿和氧化鋁的量濃度，mol/L。Q(Na20k)、Q(Al203)——鋁酸鈉溶液中苛性堿和氧化鋁的質(zhì)量濃度，g/L。2 62和2102——鋁酸鈉溶液中Na2O和的摩爾質(zhì)量，g/mol。NaO—AlO—HO系2 2 3 230°C下的Na20—AlR—屯0三元系平衡狀態(tài)圖圖1—1為30C下N^O—AlO—H。三元系平衡狀態(tài)圖。畑昇諼菽It1圖1—1 30°C下NaO—AlO—HO二兀系平衡狀態(tài)圖2 23 230C下NaO—A^O—HO三元系平衡狀態(tài)圖中各點(diǎn)線的含義。B點(diǎn)：溶液在此點(diǎn)會同時與三水鋁石固相和含水鋁酸鈉固相保持平衡共存，是溶液對三水鋁石和含水鋁酸鈉的飽和點(diǎn)。C點(diǎn)：是含水鋁酸鈉（NaO?A1O?2.5HO）和一水氫氧化鈉（NaOH?HO）同時與溶液TOC\o"1-5"\h\z2 23 2 2保持平衡，是共飽點(diǎn)。D點(diǎn)：是一水氫氧化鈉（NaOH?屯。）的組成點(diǎn)，它的成分53.5%NaOH和46.5%HOoE點(diǎn)：是含水鋁酸鈉（NaO?A1O?2.5HO）的組成點(diǎn)，它的成分是48.8%A1O、29.7%NaO2 23 2 23 2和21.5%HOo2H點(diǎn)：是NaO?A1O的組成點(diǎn)，它的成分是62.2%A1O和37.8%NaO°2 23 23 2T點(diǎn)：為三水鋁石的組成點(diǎn)，它的成分是65.4%A1O和34.6%HOo23 2M點(diǎn)：為一水鋁石的組成點(diǎn)。OB線段：該線上溶液的平衡固相是三水鋁石，是三水鋁石在NaOH溶液中的等溫溶解度曲線。它表明隨著溶液NaOH濃度的增加，三水鋁石在其中的溶解度越來越大。BC線段：該線上溶液的平衡固相是含水鋁酸鈉（Na2O?A12O3?2.5H2O），是含水鋁酸鈉在NaOH溶液中的等溫溶解度曲線。它表明含水鋁酸鈉在NaOH溶液中的溶解度隨溶液NaOH濃度的增加而降低。CD線段：是一水氫氧化鈉（NaOH?HO）在鋁酸鈉溶液中的溶解度曲線。圖中OBCD曲線是依次聯(lián)接各個平衡溶液的組成點(diǎn)得出的，它也就是氧化鋁在為30C下的氫氧化鈉溶液中的平衡溶解度等溫線。直線OEH是^k=1的等線，實(shí)踐證明，苛性比值等于1或小于1的鋁酸鈉溶液是不存在的，因此鋁酸鈉溶液的組成處于直線OE的下方。在30C下E點(diǎn)和D點(diǎn)都是固相存在。因此在ED線上及其右上方是屬于固體的區(qū)域，不含有液相存在。所以鋁酸鈉溶液只能存在于OED區(qū)域內(nèi)。因此對氧化鋁生產(chǎn)來說，對OED區(qū)域的分析才有意義。OED區(qū)域分析將OED區(qū)域分五個（I、II、III、W、V）部分進(jìn)行討論。AI區(qū)（OBCD區(qū)域）在OBCD飽和等溫線下方的區(qū)域?yàn)镮區(qū)，是氫氧化鋁和含水鋁酸鈉的未飽和區(qū)，它有溶解這兩種物質(zhì)的能力。B11區(qū)（OBTO區(qū)域）OBTO（I區(qū)）內(nèi)的溶液是氫氧化鋁過飽和的鋁酸鈉溶液，可以分解析出三水鋁石結(jié)晶。C111區(qū)（BCEB區(qū)域）BCEB（III區(qū)）內(nèi)的溶液是含水鋁酸鈉過飽和的鋁酸鈉溶液，會析出偏鋁酸鈉結(jié)晶。D"區(qū)（BETB區(qū)域）BETB區(qū)域（W區(qū)）內(nèi)的溶液是三水鋁石和含水鋁酸鈉同時過飽和的溶液，會同時析出三水鋁石和含水鋁酸鈉。EV區(qū)（CDEC區(qū)域）CDEC區(qū)域（V區(qū)）內(nèi)的溶液是同時過飽和含水鋁酸鈉和一水氫氧化鈉的溶液，會同時析出含水鋁酸鈉和一水氫氧化鈉。在氧化鋁生產(chǎn)中，鋁酸鈉溶液的組成總是位于狀態(tài)圖的1、11區(qū)內(nèi)。1.2.2不同溫度下的N^O—AlO—HO三元系平衡狀態(tài)圖0510]a20253C354Q*5圖1—2不同溫度下的NaO—AlO—HO三元系平衡狀態(tài)圖由圖1—2可見各個溫度下溶解度等溫線都包括兩個線段，這兩個線段的交點(diǎn)為該溫度下溶解度的最大點(diǎn)。它說明在所有溫度下，氧化鋁的溶解度都是隨溶液中苛性堿濃度的增加而急劇增長，但當(dāng)苛性堿濃度超過某一限度后，氧化鋁的溶解度反而隨溶液中苛性堿濃度的增加而急劇下降，這是由于與溶液平衡的固相成分發(fā)生改變的結(jié)果。圖中溶解度等溫線的左側(cè)線段所對應(yīng)的平衡固相為三水鋁石（或一水鋁石），而溶解度等溫線的右側(cè)線段所對應(yīng)的平衡固相為含水鋁酸鈉（或無水鋁酸鈉、氫氧化鈉等不同固相）。另外，從圖中看到隨溫度的升高，氧化鋁溶解度等溫線的曲率逐漸減小，即越來越直，它的兩個分支所構(gòu)成的交角也逐漸增大，這樣就使溶液的未飽和區(qū)越來越擴(kuò)大，溶解度的最大點(diǎn)隨溫度升高向較高的Na2O濃度和Al2O3濃度方向推移。溫度降低則相反。所以溫度提高，溶液的未飽和區(qū)擴(kuò)大有利于氧化鋁溶解度的增加，使溶液能溶解更多的氧化鋁；溫度降低溶液的過飽和區(qū)擴(kuò)大有利于氧化鋁溶解度的降低，使溶液能分解析出更多的氧化鋁拜耳法生產(chǎn)氧化鋁就是根據(jù)NaO—AlO—HO三元系平衡狀態(tài)圖中氧化鋁溶解度等溫線的上述特點(diǎn)，利用濃苛性堿溶液在高溫下溶出鋁土礦中的氧化鋁，然后再經(jīng)冷卻和稀釋使氫氧化鋁過飽和而結(jié)晶析出。學(xué)生：分析不同溫度下鋁酸鈉溶液的特性教師：鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1.3.1鋁酸鈉溶液苛性比值的影響常溫下，當(dāng)鋁酸鈉溶液的值在1附近時，鋁酸鈉溶液極不穩(wěn)定，不能存在；當(dāng)鋁酸鈉溶液的氐K值在1.4?1.8之間時，在工業(yè)生產(chǎn)條件下，鋁酸鈉溶液能穩(wěn)定存在于生產(chǎn)過程中，不會大量分解析出氫氧化鋁；當(dāng)鋁酸鈉溶液的氐K值大于3以上時，鋁酸鈉溶液極為穩(wěn)定，不會析出氫氧化鋁，并且還能繼續(xù)溶解氧化鋁。溫度的影響提高溫度會使鋁酸鈉溶液過飽和狀態(tài)降低，穩(wěn)定性增強(qiáng)，不容易分解析出氫氧化鋁；而降低溫度會使鋁酸鈉溶液過飽和狀態(tài)增加，穩(wěn)定性降低，容易分解析出氫氧化鋁。鋁酸鈉溶液濃度的影響鋁酸鈉溶液的濃度過大，溶液的粘度增大，使晶體粒子的擴(kuò)散受到阻礙，導(dǎo)致氫氧化鋁晶體析出速度慢，溶液的穩(wěn)定性增強(qiáng)，并且不容易長成大顆粒；而鋁酸鈉溶液的濃度過小，又使微小氫氧化鋁晶粒之間的接觸機(jī)會減少，同樣使氫氧化鋁晶體析出速度慢，溶液的穩(wěn)定性增強(qiáng)，并且也不容易長大成大顆粒。為保證溶出后的鋁酸鈉溶液濃度適宜，工業(yè)上在溶出后設(shè)有一個稀釋工序，用赤泥洗液對鋁酸鈉溶液的濃度進(jìn)行調(diào)整，并回收低濃度的赤泥洗液。雜質(zhì)的影響二氧化硅在鋁酸鈉溶液中溶解的二氧化硅是以鋁硅酸根離子狀態(tài)存在，這種離子體積龐大，造成鋁酸鈉溶液的粘度增加，溶液的穩(wěn)定性增加。燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝中，熟料溶出后的鋁酸鈉溶液含二氧化硅達(dá)到5?6g/L，即便使該溶液的氐氏值降到1.25，鋁酸鈉溶液也不會自發(fā)分解析出氫氧化鋁，生產(chǎn)還能正常進(jìn)行。碳酸鈉和有機(jī)物碳酸鈉會在鋁酸鈉溶液中逐漸積累，導(dǎo)致溶液的粘度增加，鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性因此得到增強(qiáng)。添加晶種的影響鋁酸鈉溶液自發(fā)生成晶核的過程非常困難。添加氫氧化鋁晶種后，鋁酸鈉溶液的分解析出直接在晶種表面進(jìn)行，而不需要長時間的晶核自發(fā)生成過程，所以鋁酸鈉溶液的分解析出速度提高，穩(wěn)定性降低。攪拌的影響對鋁酸鈉溶液進(jìn)行攪拌加強(qiáng)了溶液中粒子的擴(kuò)散過程，并且會使溶液的濃度均勻，有利于提高分解析出速度，溶液的穩(wěn)定性降低。拜耳法的原理拜耳法的原理就是使下一反應(yīng)在不同的條件下朝不同的方向交替進(jìn)行：Al0?xH0+2Na0H+aqV=>2NaAl(0H)+aq2324式中：當(dāng)溶出一水鋁石和三水鋁石時，x分別等于1和3；當(dāng)分解鋁酸鈉溶液時，x等于3。首先，在高溫高壓條件下以NaOH溶液溶出鋁土礦，使其中的氧化鋁水合物按上式反應(yīng)向右進(jìn)行得到鋁酸鈉溶液，鐵、硅等雜質(zhì)進(jìn)入赤泥；而向經(jīng)過徹底分離赤泥后的鋁酸鈉溶液添加晶種，在不斷攪拌和逐漸降溫的條件下進(jìn)行分解，使上式反應(yīng)向左進(jìn)行析出氫氧化鋁，并得到含大量氫氧化鈉的母液；母液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮后再返回用于溶出新的一批鋁土礦；氫氧化鋁經(jīng)過焙燒脫水后得到產(chǎn)品氧化鋁。從拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原理可以知道：Na20k可在整個生產(chǎn)過程中理論上是不消耗的，是循環(huán)使用的物質(zhì)，所以生產(chǎn)上將Na0k經(jīng)歷一次完整的溶出、稀釋、晶種分解及分解母液的蒸發(fā)的過程稱為一次拜耳法循環(huán)。拜耳法的循環(huán)效率和循環(huán)堿量循環(huán)效率是指1t苛性堿(Na2Ok)在一次拜耳法循環(huán)中所產(chǎn)出的Al203量(t),用E表示。單位為(t?Al0)/(t?Na0)這個指標(biāo)反應(yīng)了苛性堿在循環(huán)中的利用程度，E的數(shù)值越高，說明苛性堿的利用率越好。假定在生產(chǎn)過程中不發(fā)生Al203和Na?%的損失，血循環(huán)母液中含苛性堿(Na?%)的質(zhì)量為n(t),含Al0的質(zhì)量為a(t),苛性比值為?ki；溶出后溶液含Al0的質(zhì)量為a(t),23 1 23 2苛性比值為氐曲。那么，1m3循環(huán)母液經(jīng)過一次循環(huán)后產(chǎn)出Al203的質(zhì)量a應(yīng)為：)1.645xn^K1~^a=a-a=1.645 = (t)21因?yàn)?m3循環(huán)母液含有n(t)苛性堿(Na2Ok),所以循環(huán)效率E為：

循環(huán)堿量是指生產(chǎn)It氧化鋁時，在循環(huán)母液中所必須含有的苛性堿的質(zhì)量(t)(不包括堿損失)。它是E的倒數(shù)。常用N表示，單位為(t?Na2Ok)/(t?Al2O3)。1 %?他N=E=0.608^%一撿由此可見，溶出時循環(huán)母液的氐Kl越大，并且溶出液的氐曲越小，循環(huán)效率越高，而生產(chǎn)ItAl2O3所需要的循環(huán)堿量越小。利用上述公式可以計(jì)算出生產(chǎn)ItAl2O3理論上應(yīng)配的苛性堿的質(zhì)量。1.6配礦計(jì)算配礦計(jì)算如下：設(shè)兩種鋁土礦的成分如下：AlO(%)23A1A配礦計(jì)算如下：設(shè)兩種鋁土礦的成分如下：AlO(%)23A1A2則上述兩種礦石的成分必須滿足K]VKVK2或￡>?>屯，否則第一種第二種若要求混礦的A/S為K就達(dá)不到混礦要求。設(shè)第一種礦石用It時，SiO(%)2S1S2FeO(%)23

F1A/SK1需配入第二種礦石x(t),則可根據(jù)鋁硅比定義求出x：+A2xAi-KSiX=i計(jì)算出x后，即可求出混礦的化學(xué)成分為：A1+AAi-KSiX=i計(jì)算出x后，即可求出混礦的化學(xué)成分為：A1+A^xlOO%1+xS1+S^xlOO%1+xF1+I?2XxlOO%1+xAlO=23SiO=2學(xué)生：分析原料鋁土礦配礦的原因教師：1.7拜耳法配料計(jì)算1.7.1配堿量的計(jì)算FeO=231.645式中：n——循環(huán)母液中有效苛性氧化鈉的質(zhì)量濃度，g/L；P(Na2Ok)——循環(huán)母液中苛性氧化鈉的質(zhì)量濃度，g/L；——生產(chǎn)規(guī)定的溶出液苛性比值； 循環(huán)母液中氧化鋁的質(zhì)量濃度，g/L；

1.645——氧化鋁與氧化鈉的相對分子質(zhì)量之比值。綜上所述，則處理一噸鋁土礦應(yīng)配入的循環(huán)母液量可用下式來計(jì)算：0.608ABsk+M（Sj+S2）+1.41C+x式中：V 每噸鋁土礦應(yīng)配入的循環(huán)母液體積，m3/（t?礦）；A 一噸鋁土礦所帶入的氧化鋁質(zhì)量，kg/（t?礦）；B——規(guī)定的氧化鋁溶出率；%——規(guī)定的溶出液苛性比值；0.608——氧化鈉與氧化鋁的相對分子質(zhì)量的比值；M 溶出赤泥成分中氧化鈉和氧化硅的質(zhì)量比值，一般取0.4?0.5；S2 分別為鋁土礦和石灰所帶入的氧化硅的質(zhì)量，kg/（t?礦）；11.41——Na2O和CO2相對分子質(zhì)量的比值；C 礦石和石灰?guī)氲腃O2的質(zhì)量，kg/（t?礦）；x 磨礦和溶出過程中苛性氧化鈉的機(jī)械損失，kg/（t?礦）；——循環(huán)母液中苛性氧化鈉的質(zhì)量濃度，g/L；◎A）—循環(huán)母液中氧化鋁的質(zhì)量濃度，g/L。式中，分子部分是溶出一噸鋁土礦所需配入的苛性氧化鈉數(shù)量（kg），其中〔0.608AB氐〕項(xiàng)是從鋁土礦進(jìn)入溶出液中的氧化鋁所需要的苛性氧化鈉；［m（si+S2）］項(xiàng)是鋁土礦和石灰中的氧化硅生成硅渣所消耗的苛性氧化鈉；〔1.41C〕項(xiàng)是礦石和石灰?guī)氲腃02在溶出過程中二氧化碳和苛性氧化鈉化合成碳酸鈉所消耗的苛性氧化鈉；〔X〕項(xiàng)是機(jī)械損失的苛性氧化鈉，該堿即是需要補(bǔ)充的苛性堿數(shù)量。而分母部分嚴(yán)（恥—0.6084益^04爲(wèi)3）］是循環(huán)母液中有效苛性氧化鈉的質(zhì)量濃度。石灰配入量的計(jì)算1t鋁土礦中石灰配入量W（t）為：公式：56TT:：=<—：：=<—X—W=2 C=1.4°式中：T——鋁礦石中TiO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；2C 石灰石中CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；56、80——分別為CaO和Ti02的摩爾質(zhì)量，g/mol；2.0——鈦酸鈣化合物中氧化鈣的量與氧化鈦的量之比。1.7.3原礦漿液固比的計(jì)算液固比（L/S）是指原礦漿中溶液質(zhì)量與固體質(zhì)量的比值。其計(jì)算公式如下：L/S=ic也可以表示為：l/s=P&P#_式中：L/S——原礦漿液固比；V 每噸鋁土礦應(yīng)配入的循環(huán)母液量，〔m3/（t?礦）〕；Q' 循環(huán)母液的密度，（kg/m3）；1000——一噸鋁土礦，（kg）；W——1t鋁土礦中需要配入的石灰量，（kg）；必——礦石加石灰的固相密度，（kg/m3）；原礦漿的密度，（kg/m3）。生產(chǎn)中幾5和是穩(wěn)定的，通過放射性同位素密度儀測定出原礦漿的密度(QF)可以很方便的求出原礦漿的液固比。學(xué)生：進(jìn)行配料分析及計(jì)算的實(shí)際運(yùn)作教師：磨礦操作開車步驟檢查油泵的油壓。檢查磨機(jī)分壓。通知堿液泵開車，并檢查堿液流量及是否入磨。堿液入磨后，磨機(jī)開磨。磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后