氧化铝生产工艺sn市公开课一等奖省赛课获奖课件

第一讲氧化铝生产

1.绪论2.氧化铝生产工艺3.氧化铝生产新技术和综合利用氧化铝生产工艺sn第1页绪论氧化铝及其水合物氧化铝生产方法铝土矿氧化铝生产工艺sn第2页氧化铝氧化铝：氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分子式通常写为Al2O3，分子量为101.96。氧化铝是经典两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸和碱性溶液，因为其结晶形式不一样，在酸、碱溶液中溶解度及溶解速度也不一样。氧化铝有各种同素异构体，如：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、K-Al2O3、δ-Al2O3。而常见稳定结构氧化铝主要是α-Al2O3、γ-Al2O3。α-Al2O3性质稳定，熔点2050℃，沸点2900℃，比重3.9-4.0g/cm3。

γ-Al2O3是将各种Al（OH）3加热脱水取得，γ-Al2O3呈立方晶系。晶格常数α=7.91À。氧化铝生产工艺sn第3页氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分子式通常写为Al2O3，分子量为101.96。氧化铝是经典两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸和碱性溶液，因为其结晶形式不一样，在酸、碱溶液中溶解度及溶解速度也不一样。氧化铝有各种同素异构体，如：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、K-Al2O3、δ-Al2O3。而常见稳定结构氧化铝主要是α-Al2O3、γ-Al2O3。α-Al2O3性质稳定，熔点2050℃，沸点2900℃，比重3.9-4.0g/cm3。

γ-Al2O3是将各种Al（OH）3加热脱水取得，γ-Al2O3呈立方晶系。晶格常数α=7.91À。氧化铝生产工艺sn第4页氧化铝水合物

氧化铝水合物是由OH-、O2-、Al3+组成化合物，其中并不含水分子，是人们对该种化合物俗称。氧化铝水合物是铝土矿中主要矿物。自然界中OH-、O2-、Al3+组成化合物主要有三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石和刚玉。其分子式为：三水铝石：Al（OH）3、一水软铝石：γ-AlOOH、一水硬铝石：α-AlOOH、刚玉：Al2O3。氧化铝水合物化学性质也因为其结构不一样而有很大差异。化学活性按以下次序递减：三水铝石化学活性最大、一水软铝石次之、一水硬铝石较弱、刚玉则是非常稳定氧化铝。氧化铝生产工艺sn第5页氧化铝生产方法碱法酸法酸碱联正当热法氧化铝生产工艺sn第6页碱法生产氧化铝碱法生产氧化铝，就是用碱(NaOH或Na2CO3)处理铝土矿，使矿石中氧化铝水合物和碱反应生成铝酸钠溶液。铝土矿中铁、钛等杂质和绝大部分二氧化硅则成为不溶性化合物进入固体残渣中。这种残渣被称为赤泥。铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理，分解析出A1(OH)3，将A1(OH)3与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即取得产品氧化铝。当前工业上几乎全部采取碱法生产氧化铝。氧化铝生产工艺sn第7页酸法生产氧化铝酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处理铝矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些盐溶液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐水合物晶体，便得到氧化铝。用酸法处理铝矿石时，存在于矿石中铁、钛、钒、铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引发酸消耗，而且它们与铝盐分离比较困难。氧化硅绝大部分成为不溶物进入残渣与铝盐分离，但有少许成为硅胶进入溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且需要昂贵耐酸设备。用酸法处理分布很广高硅低铝矿(如粘土、高岭土、煤矸石和煤灰)在标准上是合理，在铝土矿资源缺乏情况下能够采取此法。氧化铝生产工艺sn第8页酸碱联正当生产氧化铝

酸碱联正当是先用酸法从高硅铝矿石中制取含铁、钛等杂质不纯氢氧化铝，然后再用碱法处理。这一流程实质是用酸法除硅，碱法除铁。氧化铝生产工艺sn第9页热法生产氧化铝

热法适合于处理高硅高铁铝矿，其实质是在电炉中熔炼铝矿石和碳混合物，使矿石中氧化铁、氧化硅、氧化钛等杂质还原，形成硅合金。而氧化铝则呈熔融状态炉渣而上浮，因为密度不一样而分离，所得氧化铝渣再用碱法处理从中提取氧化铝。氧化铝生产工艺sn第10页铝土矿铝土矿组成铝土矿分类铝土矿铝硅比我国铝土矿特点氧化铝生产工艺sn第11页铝土矿组成铝土矿是一个以氧化铝水合物为主要成份复杂铝硅酸盐矿石，铝土矿主要化学成份有：Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2，少许CaO、MgO硫化物、微量镓、钒、磷、铬等元素化合物。氧化铝生产工艺sn第12页铝土矿分类铝土矿按其含有氧化铝水合物类型可分为：三水铝石型铝土矿；一水软铝石型铝土矿；一水硬铝石型铝土矿和混合型铝土矿。氧化铝生产工艺sn第13页铝土矿铝硅比铝土矿中硅是碱法处理铝土矿制取氧化铝过程中最有害杂质，铝土矿铝硅比是衡量铝土矿质量主要指标之一。铝硅比是指铝土矿中氧化铝和二氧化硅质量比：即A/S=矿石中氧化铝质量/矿石中二氧化硅质量。通常写为：A/S=Al2O3/SiO2氧化铝生产工艺sn第14页我国铝土矿特点我国铝土矿资源丰富，储量大；高铝、高硅、低铁；铝硅比较低，中低品位铝土矿居多；多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿。氧化铝生产工艺sn第15页铝酸钠溶液铝酸钠溶液成份铝酸钠溶液分子比铝酸钠溶液结构铝酸钠溶液诱导期铝酸钠溶液稳定性及其影响原因氧化铝生产工艺sn第16页铝酸钠溶液工业铝酸钠主要成份是NaAl（OH）4、NaOH、Na2CO3、Na2SiO4等。通常把NaAl（OH）4中Na2O叫做化合碱；把NaOH中Na2O叫做游离碱，把Na2CO3中Na2O叫做碳酸碱，并把碳酸碱和苛性碱统称为全碱。氧化铝生产工艺sn第17页铝酸钠溶液分子比铝酸钠溶液分子是指溶液中苛性碱与氧化铝摩尔比，用MR表示：分子比（MR）=苛性碱（Na2O）（mol）/氧化铝（Al2O3）（mol）=苛性碱（g）/氧化铝（g）×1.645氧化铝生产工艺sn第18页铝酸钠溶液结构经过对铝酸钠溶液进行大量研究揭示，铝酸钠溶液是离子真溶液，铝酸钠溶液能够完全解离为钠离子和铝酸根离子。关于铝酸钠溶液结构问题，实质是指铝酸根离子组成及结构。依据近年来研究结果，可归纳为以下几点：（1）在一定温度下，中等浓度铝酸钠溶液中，铝酸根离子是以Al(OH)4-为主。据此，从铝或氢氧化铝转入溶液阳离子A13+与4个OH-化合时形成Al(OH)4-。3个OH-离子与阳离子A13+以正常价键结合，而第4个OH-离子则以配价键结合Al(OH)4-离子有正规四面结体构。（2）在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离子[Al(OH)4-](H2Ｏ)x形式存在；（3）在较浓溶液中或温度较高时，发生Al(OH)4-离子脱水，并能形成[A12Ｏ(OH)6]2-聚离子。普通生产条件下都用Al(OH)4-表示铝酸根离子。氧化铝生产工艺sn第19页铝酸钠溶液诱导期铝酸钠溶液诱导期即过饱和铝酸钠溶液自发分解析出氢氧化铝时间长短。诱导期即是在开头一段时间内溶液不发生显著分解，在此期间溶液主要是发生内部改变—离子聚合或晶核开始形成。诱导期长短取决于溶液组成（浓度、αK杂质和温度）等原因。αK和浓度高以及有机物等存在时，诱导期长。添加晶种时也有诱导期，但诱导期延续时间比不添加种子时短得多。以至在晶种量较多时延续时间只有几分钟甚至完全消失。氧化铝生产工艺sn第20页铝酸钠溶液稳定性及其影响原因铝酸钠溶液稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开始分解析出氢氧化铝所需时间长短。形成铝酸钠溶液后立刻开始分解或经过短时间后即开始分解溶液，称为不稳定溶液。能够存放很久仍不发生显著分解溶液，称为稳定溶液。影响工业铝酸钠溶液稳定性主要原因有：溶液分子比；溶液温度；溶液氧化铝浓度；溶液中杂质等。

氧化铝生产工艺sn第21页氧化铝生产工艺拜耳法生产氧化铝烧结法生产氧化铝氧化铝生产工艺sn第22页拜耳法生产氧化铝拜耳法生产氧化铝工艺介绍拜耳法生产氧化铝基本原理拜耳法生产氧化铝工序氧化铝生产工艺sn第23页拜耳法生产氧化铝工艺流程氧化铝生产工艺sn第24页拜耳法生产氧化铝基本原理拜耳法生产氧化铝基本原理是：（l）用NaOH溶液溶出铝土矿，所得到铝酸钠溶液在添加晶种、不停搅拌条件下，溶液中氧化铝呈氢氧化铝析出，即种分过程。（2）分解得到母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新铝土矿，即溶出过程。交替使用这两个过程，就能够每处理一批矿石便得到一批氢氧化铝，组成所谓拜耳法循环。用反应方程式表示以下：

Al2O3（1或3）H2O＋2NaOH＋aq2NaAl(OH)4＋aq氧化铝生产工艺sn第25页拜耳法生产氧化铝工序原矿浆制备高压溶出赤泥分离、洗涤晶种分解氢氧化铝分离、洗涤氢氧化铝焙烧氧化铝生产工艺sn第26页原矿浆制备原矿浆制备工艺流程矿石破碎配矿配碱配石灰原矿浆液固比调整预脱硅氧化铝生产工艺sn第27页原矿浆制备工艺流程氧化铝生产工艺sn第28页原矿浆制备主要设备包含：带式输送机、球磨机、矿浆磨、螺旋分级机。氧化铝生产工艺sn第29页铝土矿破碎从矿山开采矿石普通呈不规则形状。依据当前破碎设备生产性能，一次破碎成符合磨矿粒度要求细颗粒很困难，所以，破碎普通采取分段破碎，将破碎分成粗碎、中碎、细碎过程进行。由直径1500mm~500mm矿石破碎成400~125mm，叫粗碎；由400~125mm破碎成100~25mm叫中碎；由100~25mm破碎成25~5mm叫细碎。影响矿石破碎原因很多，主要与矿石结构、硬度、形状大小以及均匀性等物理性质相关。铝土矿破碎主要有以下几个方法：压碎、壁碎、折断、磨剥、击碎。

氧化铝生产工艺sn第30页矿石破碎方法（1）压碎：利用两破碎工作面迫近时加压，使物料破碎。此法特点是作用力逐步加大，作用力范围较大，适合用于破碎较硬矿石。（2）壁碎：破碎工作是由尖齿楔入物料壁面而完成。其特点是作用力范围较为集中而发生局部破裂。此法适用干脆性矿石破碎。（3）折断：物料在破碎工作面间如同承受集中负荷支点梁，除在外力作用点处受壁力之外，矿石本身发生折屈而破碎。（4）磨剥：破碎工作面在物料上相对移动，对物料施加剪压力，这种力是作用在物料表面上。此法适合用于细粒物料磨矿。（5）击碎：利用击碎力瞬间作用于物料上使物料破裂，是动力破碎。氧化铝生产工艺sn第31页配矿计算假设已知两种铝土矿成份以下：

SiO2（%）Fe2O3（%）Al2O3（%）A/S

第一个S1F1A1K1

第二种S2F2A2K2要求混矿A/S为K，计算两种矿石配矿百分比。依据条件必须是K1＜K＜K2或K1＞K＞K2，不然达不到调整要求。假设第一个矿石用1吨时，需要配入第二种矿石X吨，依据铝土矿铝硅比定义进行计算：

氧化铝生产工艺sn第32页配碱单位矿石所需要循环母液量叫配碱量。生产中，要求溶出液含有一定分子比。此指标是工厂依据详细生产条件而确定。配碱量主要考虑以下三方面用碱量：（1）铝酸钠结合碱。比如当要求MR＝1.45时，即是溶出一个分子氧化铝，在溶液中就要保留有1.45个分子氧化钠；（2）与氧化硅反应生成钠硅渣所需碱。矿石中有一千克氧化硅就要配入M（Kg）苛性钠；（3）在溶出过程中因为反苛化反应和机械损失苛性碱。但配料时加入碱并不是纯苛性氧化钠，而是生产中返回循环母液。循环母液中除苛性氧化钠外，还有氧化铝、碳酸钠和硫酸钠等成份。所以在循环母液中有一部分苛性氧化钠与母液本身氧化铝化合，称为惰性碱。剩下部分才是游离苛性氧化钠，它对配料才是有效。氧化铝生产工艺sn第33页石灰配入量

拜耳法配料加入石灰量是以铝矿石中含氧化钛（Ti02）量计算，按其反应式要求氧化钙和氧化钛克分子比为2.0。氧化铝生产工艺sn第34页原矿浆液固比调整在磨矿中，球磨机下料量要求稳定。所以，原矿浆液比固调整是调整循环母液加入量来实现。在拜耳法磨矿中，循环母液由三个点加入，而磨机内和分级机溢流液固比在磨矿操作中要求稳定。所以，调整原矿浆液固比，实际上是靠增减加人混合槽循环母液量来实现。稳定循环母液浓度和严格铝土矿配矿制度，是确保拜耳法正确配碱有效办法。同时应尽可能降低非生产用水进入流程及提升石灰质量等，也是拜耳法正确配料，到达良好溶出指标主要确保。氧化铝生产工艺sn第35页预脱硅为了减轻拜耳法过程中，硅渣在溶出时析出，影响溶出效果，在原矿浆进入溶出之前进行预脱硅，是减轻结疤有效路径。预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在90℃以上搅拌6-10h，添加钠硅渣晶种，使硅矿物尽可能转变为硅渣，该过程称为预脱硅。预脱硅过程并不是全部硅矿物都能参加反应，只有高岭石和多水高岭石这些活性硅矿物才能反应生成钠硅渣，保持较长时间，能够使生成钠硅渣反应进行得更充分。氧化铝生产工艺sn第36页铝土矿拜耳法溶出溶出目标溶出简易工艺流程铝土矿中各组分在溶出过程中行为铝土矿溶出过程铝土矿溶出技术高压溶出系统结疤氧化铝生产工艺sn第37页高压溶出目标高压溶出目标就是用苛性碱溶液将铝土矿中氧化铝溶出，生成铝酸钠溶液，有效地提取铝土矿氧化铝。使溶液充分脱硅，防止过量SiO2影响，把苛性碱消耗减至最少。工业生产中普通采取循环母液来溶出铝土矿。为了加紧氧化铝水合物（尤其是一水硬铝石）溶出速度，添加石灰，而且把铝土矿、石灰、循环母液磨制成矿浆后在溶出设备中完成溶出过程。氧化铝生产工艺sn第38页铝土矿中各组分在溶出过程中行为氧化铝水合物氧化硅氧化钛氧化铁氧化铝生产工艺sn第39页氧化铝水合物在溶出过程中行为铝土矿所含氧化铝水合物在溶出条件下与循环母液中NaOH作用生成铝酸钠进入溶液中。三水铝石型铝土矿中Al(OH)3与Al(OH)3在常压下即可反应，反应方程式以下：

Al(OH)3＋Al(OH)3+aq＝NaAl(OH)4＋aq而一水软铝石型或一水硬铝石型铝土矿中AlOOH在对应高温（高压）及高碱浓度下发生以下反应：A1OOH＋NaOH＋aq＝NaAl(OH)4＋aq

含在一些一水硬铝石型铝土矿中刚玉在普通工业高压溶出条件下与苛性钠不发生作用而残留于赤泥中。氧化铝水合物与苛性钠发生反应是溶出过程主反应。氧化铝生产工艺sn第40页氧化硅水合物在溶出过程中行为铝土矿中氧化硅普通以石英（SiO2），蛋白石（SiO2.nH2O）、高龄石（Al2O3.2SiO2.2H2O）、叶腊石（Al2O3.4SiO2.H2O）等形式存在。SiO2在溶出过程行为取决于它矿物组成、溶出温度和溶出过程时间。无定形蛋白石，不但易溶于苛性碱溶液，而且还能溶于碳酸钠溶液，其反应方程式以下：SiO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aqSiO2.nH2O+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+CO2+aq

游离状态SiO2和石英只有在较高温度下，才开始和铝酸钠溶液起反应。在低温下溶出三水铝石时，矿石中以石英形态存在那部分SiO2将转移到赤泥中被分离出去，不会引发氧化铝和氧化钠损失。氧化铝生产工艺sn第41页溶出一水硬铝石时，在溶出条件下铝土矿中全部形态SiO2都与碱反应，生成含水铝硅酸钠，反应方程式为：Al2O3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq2NaAlO2+2Na2SiO3+aq=3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+4NaOH添加石灰时3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O深入反应生成含水铝硅酸钙。反应方程式为：

3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+3Ca（OH）2=3CaO.Al2O3.nSiO2（6-2n）H2O+6NaOH不添加石灰，溶出一水硬铝石时，SiO2成为钠硅渣进入赤泥中。添加石灰溶出一水硬铝石时，还会生成水化石榴石。生产上称含水铝硅酸钠为钠硅渣，生产含水铝硅酸钠反应为脱硅反应。含硅矿物能对氧化铝生产带来危害。氧化铝生产工艺sn第42页SiO2造成危害

因为SiO2存在，溶出时造成氧化铝和苛性碱损失，生成铝硅酸盐绝大多数进到赤泥之中而排除。但还有少许仍残留在溶液之中。在生产条件发生改变时，SiO2在溶液之中过饱和而析出，造成整个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SiO2在分解对会随同氢氧化铝一起析出，影响产品质量。所以，在生产过程要控制和降低SiO2有害作用。氧化铝生产工艺sn第43页氧化铁水合物在溶出过程中行为铝土矿中主要含有赤铁矿(a－Fe2O3)，菱铁矿（Fe·CO3）针铁矿(a－FeOOH)和水赤铁矿（Fe2O3-0.5H2O）等。铝土矿溶出时全部赤铁矿全部残留在赤泥中，成为赤泥主要组成部分。赤泥中以针铁矿形式存在Fe2O3，通常都含有不良沉降和过滤性能。所以，在溶出时添加石灰促进了针铁矿转变为赤铁矿。能够提升氧化铝溶出率，也改进了赤泥沉降性能。氧化铁含量越多，赤泥量越大，则洗涤用水越多，所以水蒸发量大，对应赤泥分离设备、洗涤设备及蒸发设备对应增多，提升了产品成本。在生产溶液中往往含有2~3毫克/升以铁酸钠形态溶解铁，还含有细度在3微米以下含铁矿物微粒，这些微粒极难滤除，则成为氢氧化铝被铁污染起源。氧化铝生产工艺sn第44页氧化钛水合物在溶出过程中行为铝土矿含钛矿物多以金红石和锐钛矿物存在。不加石灰时，含钛矿物能引发氧化铝溶出率降低和氧化钠损失，还造成赤泥沉降性能变坏以及在加热设备表面形成结疤。在溶出一水硬铝石型铝土矿时，不添加石灰，氧化钛与碱作用生成不溶性钛酸钠3TiO2+2NaOH+aq=Na2O·3TiO2·2.5H2O+aq钛酸钠结晶致密，在矿粒表面形成一致密薄膜，把矿粒包裹起来，妨碍一水硬铝石溶出。因为三水铝石易溶解，在钛酸钠生成之前已经溶解完成，所以TiO2不影响三水铝石溶出。一水软铝石型铝土矿，则受到一定程度影响。生产中为了消除氧化钛在溶出过程中危害，普通采取添加石灰方法，使TiO2与CaO作用生成不溶解钛酸钙：2CaO＋TiO2十2H2O=2CaO·TiO2·2H2O因为钛酸钙结晶粗大松脆，易脱落，所以氧化铝溶出不受影响，而且消除了生成钛酸钠所造成碱损失。

氧化铝生产工艺sn第45页添加石灰作用高压溶出过程添加石灰主要作用是：（l）消除含钛矿物有害作用，显著提升Al2O3溶出速度和溶出率；（2）促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中氧化铝充分溶出，并使赤泥沉降性能得到改进：（3）活化一水硬铝石溶出反应。（4）生成水化石榴石，降低Na2O损失，降低碱耗。氧化铝生产工艺sn第46页铝土矿溶出过程铝土矿溶出，属于多相反应。反应发生于液体和固体两相界面上，两相接触界面上[OH]-离子，因为不停地参加反应而逐步消失，因而靠近矿粒表面溶液中[OH]-离子浓度逐步降低。同时紧靠矿粒表面这一层反应产物［Al（OH）4］—浓度则趋于饱和，形成扩散层。所以，新［OH］—不停地经过扩散层向固相表面移动，与氧化铝反应，而反应产物［Al（OH）4］—则不停地经过扩散层向外移动，使反应不停地进行。铝土矿溶出过程包含以下几个步骤：1、循环母液湿润矿粒表面；2、氧化铝水合物与OH-相互作用生成铝酸钠；3、形成Al(OH)4-扩散层；

4、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。氧化铝生产工艺sn第47页影响铝土矿溶出过程主要原因主要影响原因以下：（1）溶出温度（2）保温时间（3）溶出液中氧化铝浓度（4）溶出分子比（5）搅拌强度（6）矿浆细度氧化铝生产工艺sn第48页高压溶出技术高压溶出系统组成我国高压溶出技术氧化铝生产工艺sn第49页高压溶出系统组成原矿浆在进压煮器溶出以前须进行预热，高压溶出高温压煮矿浆要经过一系列自蒸发器逐步冷却，将压力降为常压，由预热器、压煮器、自蒸发器等设备组成高压溶出系统。氧化铝生产工艺sn第50页我国高压溶出技术：我国高压溶出技术主要有以下几个：（1）单管预热—高压釜溶出技术；（2）管道化溶出技术；（3）管道—停留罐溶出技术；（4）双流法溶出技术。氧化铝生产工艺sn第51页结疤分类拜耳法过程结疤可分为四大类：（1）因溶液分解而产生，以Al（OH）3为主，主要在赤泥分离沉降槽、赤泥洗涤沉降糟、分解槽等设备器壁上生成。视条件不一样，能够是三水铝石、拜耳石、诺尔石，一水软铝石及胶体。（2）由溶液脱硅以及铝土矿与溶液间反应而产生。如钠硅渣，水化石榴石等。这类结疤主要是在矿浆预热，溶出过程及母液蒸发过程中出现。其结晶形态与温度、溶液组成、时间等各种原因相关。（3）因铝土矿中含钛矿物在拜耳法高温溶出过程中与添加剂及溶液反应而生成。主要成份为钛酸钙CaO·TiO2和羟基钛酸钙CaTi2O4（OH）2。这类结疤主要在高温区生成。（4）除上述三种以外结疤成份，如一水硬铝石、铁矿物、磷酸盐、含镁矿物、氟化物及草酸盐等。这类结疤相对较少。结疤实际矿物组成则更复杂，如在钙钛矿结疤中含有相当量锆、铌和钇。氧化铝生产工艺sn第52页结疤危害在氧化铝生产过程中,结疤形成和危害比较复杂。对氧化铝生产带来危害主要是使热交换设备传热系数下降,能耗升高,造成生产成本增加。当加热面结疤厚达1mm时,为到达相同加热效果,必须增加一倍传热面积,或者对应地提升热介质温度。结疤能直接影响生产工艺、技术经济指标。氧化铝生产工艺sn第53页结疤去除方法结疤去除方法有物理和化学清理两种方法。物理方法主要有：机械清理；火焰清理等。化学清理是用混合酸重复冲洗管道。氧化铝生产工艺sn第54页拜耳法赤泥分离、洗涤、粗液精制

溶出矿浆稀释、分离、洗涤、精制目标赤泥沉降、分离、洗涤简单工艺流程拜尔法赤泥沉降分离洗涤主要包含哪些步骤主要设备氧化铝生产工艺sn第55页溶出矿浆稀释目标

溶出矿浆在分离之前用赤泥洗液稀释，其目标主要是：（1）降低铝酸钠溶液浓度，便于晶种分解溶出矿浆浓度很高，高浓度铝酸钠溶液比较稳度，不利于晶种分解。用赤泥洗液将溶出矿浆稀释，降低溶液稳定性，加紧分解速度，有利于种分过程进行。（2）使铝酸钠溶液深入脱硅氧化硅在高浓度铝酸钠溶液中平衡浓度也很高。稀释使溶液浓度降低，二氧化硅过饱和程度增大，溶液中有大量赤泥颗粒作种子，溶液温度又高，有利于脱硅反应进行。所以，稀释能使溶液深入脱硅。（3）有利于赤泥分离溶出后矿浆浓度高，粘度大，不利于赤泥分离。稀释结果溶液浓度降低，粘度下降，赤泥沉降速度加紧，从而有利于赤泥分离。（4）便于沉降槽操作矿浆浓度波动将影响沉降槽操作，矿浆稀释使溶液浓度稳定，在稀释槽内混合后使矿浆成份波动较小，有利于沉降槽操作。氧化铝生产工艺sn第56页赤泥分离、洗涤目标赤泥分离目标是将稀释矿浆中铝酸钠溶液和赤泥分离开来，以取得工业生产上认为纯净铝酸钠溶液。赤泥洗涤是为了回收赤泥中带有氧化钠和氧化铝，以降低损失。粗液精制目标是净化去除粗液中浮游物，使净化后铝酸钠溶液含浮游物小于0.02g/l，满足产品质量要求。氧化铝生产工艺sn第57页拜尔法赤泥沉降分离洗涤简单工艺流程

氧化铝生产工艺sn第58页拜尔法赤泥沉降分离洗涤主要包含哪些步骤

拜尔法赤泥沉降分离洗涤主要包含：（1）浆液稀释高压溶出后压煮矿浆，用一次和二次赤泥洗液稀释，方便于赤泥沉降分离，而且可满足种分对溶液浓度和纯度（SiO2）要求。（2）赤泥沉降分离稀释后赤泥浆液—稀释浆液送入沉降槽进行沉降分离赤泥。沉降槽溢流（粗液）中浮游物含量应小于0.2克/升，以减轻下一步叶滤机负担。（3）赤泥反向（逆流）洗涤分离底流即含有一定附液（铝酸钠溶液）赤泥再经过4－6个沉降槽进行4－6次反向洗涤，回收附液中A12O3和Na2O。（4）赤泥浓缩过滤洗涤沉降槽末次底流赤泥送过滤机进行浓缩分离，深入回收赤泥中附液A12O3和Na2O，滤饼与碳分母液混合后送烧结法配料，以深入回收赤泥中A12O3和Na2O。氧化铝生产工艺sn第59页赤泥分离、洗涤，粗液精制主要设备赤泥分离与洗涤主体设备主要有沉降槽和转鼓真空过滤机。当前，赤泥分离和洗涤最正确工艺配置是大型平底沉降槽加深锥高效沉降槽。精制粗液设备当前在工业生产上大都采取叶滤机。氧化铝生产工艺sn第60页铝酸钠溶液晶种分解晶种分解目标种分分解简易工艺流程晶种分解机理

晶种分解影响原因晶种分解技术晶种分解设备氧化铝生产工艺sn第61页

晶种分解目标晶种分解（简称种分）就是在降温、加晶种、搅拌条件下，使铝酸钠溶液分解，取得含有一定性能氢氧化铝产品，同时得到分子比较高种分母液，作为溶出铝土矿循环母液。种分过程是拜耳法生产氧化铝关键工序之一。它对产品产量、质量以及全厂技术经济指标有着重大影响。氧化铝生产工艺sn第62页晶种分解机理

晶种分解是将铝酸钠溶液中氧化铝以氢氧化铝结晶析出过程，化学反应以下：

NaAl（OH）4Al（OH）3+NaOH

该反应是可逆反应。氢氧化铝结晶析出过程是极其复杂，分解过程包含晶核形成、氢氧化铝破裂、晶体长大和附聚。氧化铝生产工艺sn第63页（1）晶核形成晶核形成与温度、过饱和度和晶种等原因相关。当分解温度低，晶种表面积小，分解精液过饱和度高时，生成晶核表面粗糙，长成向外突出细小晶体，在颗粒相互碰撞或流体剪切力作用下，这些细小晶体便脱离母晶而进入溶液中，成为新晶核。新晶核形成过程叫做二次成核。氧化铝生产工艺sn第64页（2）氢氧化铝破裂破裂是颗粒之间碰撞以及颗粒与糟壁、搅拌器之间碰撞结果，使结晶体破裂，氢氧代铝结晶粒度变细。氧化铝生产工艺sn第65页（3）晶体长大种分过程存在着晶体直接长大过程，即在晶种表面结晶并沿平面展开，使晶粒直径长大。该过程普通在温度高，溶液过饱和度大，种子比大条件下发生。但晶体长大速度与晶种粒度大小无关。

氧化铝生产工艺sn第66页（4）附聚附聚是指一些细小晶粒相互依附并粘结成为一个较大晶体过程。氢氧化铝颗粒附聚分为两部分：1．细颗粒晶体相互碰撞，其中一些结合成涣散絮团，其机械强度小，轻易重新分裂；2．絮团在未分裂时，因为溶液分解出来Al（OH）3起到了一个“粘结剂”作用，将絮团中各个晶粒胶结在一起，形成了坚实附聚物。溶液过饱和度大、温度高，有利于附聚。氧化铝生产工艺sn第67页晶种分解主要影响原因晶种分解主要影响原因有：1.分解精液苛性比值2.分解精液氧化铝浓度3.分解温度4.晶种5.分解时间6.搅拌7.杂质氧化铝生产工艺sn第68页晶种分解工艺晶种分解工艺主要分为间断分解和连续分解间断分解包含进料、分解、出料周期性作业，为单槽作业方式。连续分解是指分解过程中，进料、分解、出料都在一个分解槽系列进行。其工艺流程：

氧化铝生产工艺sn第69页晶种分解主要设备晶种分解主要设备有：冷却设备：鼓风冷却塔、板式热交换器及闪速蒸发换热系统等；分解槽：空气搅拌分解槽、机械搅拌分解槽。氧化铝生产工艺sn第70页氢氧化铝分离、洗涤氢氧化铝分离、洗涤主要目标氢氧化铝分离、洗涤简易工艺流程氢氧化铝分离、洗涤主要设备氧化铝生产工艺sn第71页氢氧化铝分离主要目标经种子分解或碳酸化分解得到氢氧化铝浆液，用过滤设备将氢氧化铝和母液分离，分离得到氢氧化铝一部分直接返回生产流程，作种子分解晶种，其余部分经深入洗涤生产氢氧化铝成品。氢氧化铝浆液经分离所得氢氧化铝滤饼仍含有一定量分解母液，必须加以洗涤，以回收Na2O，并确保氢氧化铝产品中Na2O含量符合质量标准要求。氧化铝生产工艺sn第72页氢氧化铝分离、洗涤主要设备氢氧化铝分离、洗涤主要设备当前主要有：转鼓式真空过滤机平盘过滤机氧化铝生产工艺sn第73页氢氧化铝焙烧氢氧化铝焙烧目标氢氧化铝焙烧发生主要反应氢氧化铝焙烧主要影响原因氢氧化铝焙烧主要设备氧化铝生产工艺sn第74页氢氧化铝焙烧目氢氧化铝焙烧目标是在一定温度下把氢氧化铝附着水和结合水脱除，并发生分解反应，形成氧化铝，再进行晶型转变，得到含有一定物理和化学性能氧化铝产品。氧化铝生产工艺sn第75页氢氧化铝焙烧发生主要反应工业生产出氢氧化铝含有10%-15%附着水，其分子组成为Al(OH)3(Al2O3·3H2O)，焙烧是在900-1250℃下进行，氢氧化铝在焙烧过程中发生一系列改变。当温度到达100-120℃时，附着水即被完全蒸发掉。继续提升温度则发生结晶水脱除，以及无水氧化铝晶形转变。焙烧反应方程式以下：

100-120℃2Al(OH)3+附水→Al2O3·3H2O+H2O↑200-250℃失去两个结晶水转变为一水软铝石(Al2O3·H2O)；Al2O3·3H2O→Al2O3·H2O+2H2O↑500℃左右，一水软铝石转变为无水γ-A12O3；Al2O3·H2O→γ-A12O3+H2O↑900℃以上转变为a-A12O3；γ-A12O3→a-A12O3氧化铝生产工艺sn第76页氢氧化铝焙烧主要影响原因

氢氧化铝焙烧主要影响原因有：1.温度2.氢氧化铝粒度和强度3.矿化剂4.燃料及燃烧氧化铝生产工艺sn第77页氢氧化铝焙烧主要设备氧化铝焙烧设备主要有：回转窑；循环焙烧炉回转焙烧窑能耗较高，自动控制水平较低，飞扬损失大，对氧化铝磨损大，故焙烧窑已逐步被淘汰。当前焙烧主要采取含有较高自动控制水平循环焙烧炉。循环焙烧炉也叫沸腾焙烧炉。循环焙烧炉是由焙烧炉和一个直接与焙烧炉连在一起旋风器及U型料密封槽组成。焙烧过程所需要热能是由燃料在焙烧炉内直接燃烧而产生燃烧气体提供，它同时也是焙烧物料沸腾介质。氧化铝生产工艺sn第78页烧结法生产氧化铝烧结法生产氧化铝工艺介绍烧结法生产氧化铝基本原理烧结法生产氧化铝工序氧化铝生产工艺sn第79页烧结法生产氧化铝工艺流程氧化铝生产工艺sn第80页烧结法生产氧化铝基本原理

烧结法生产氧化铝基本原理是将铝土矿与一定量纯碱、石灰（或石灰石）配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水原硅酸钙2CaO·SiO2,氧化铝与纯碱化合成可溶于水固体铝酸钠Na2O·Al2O3、而氧化铁与纯碱化合成能够水解铁酸钠Na2O·Fe2O3，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时Na2O·Al2O3便进入溶液，Na2O·Fe2O3水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。再用二氧化碳分解铝酸钠溶液便能够析出氢氧化铝。经过焙烧后产出氧化铝。分离氢氧化铝后母液成为碳分母液（主要成份为Na2CO3），经蒸发后返回配料。氧化铝生产工艺sn第81页烧结法生产氧化铝工序生料浆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、洗涤氢氧化铝焙烧碳分母液蒸发氧化铝生产工艺sn第82页生料浆制备烧结法生产氧化铝原料配料配方氧化铝生产工艺sn第83页烧结法生产氧化铝原料铝土矿、石灰、纯碱、白煤和循环母液

氧化铝生产工艺sn第84页配料为了确保炉料中各组分在烧结时能生成预期化合物，所以各组分间必须严格地保持一定配合百分比，即配料。烧结法生料浆配料指标主要依据烧结反应来确定。即使各原料经烧结过程形成Na2O·Al2O3和不溶于水2CaO·SiO以及2Na2O·Fe2O3等。烧结法生产氧化铝配料主要包含碱比、钙比、铁铝比、铝硅比四项指标。氧化铝生产工艺sn第85页碱比是指生料浆中氧化钠与氧化铝和氧化铁分子比。钙比是指生料浆中氧化钙与氧化硅分子比。铁铝比是指生料浆中氧化铁和氧化铝分子比。氧化铝生产工艺sn第86页生料浆配方饱和配方：生产上把按化学反应所需理论量计算出配方，习惯地叫做“饱和配方”或正碱，正钙配方。即碱比[N]/[R]=1；钙比[C]/[S]=2.0配方。饱和配方：生产上把不能按化学反应所需理论量计算出量进行配方统称为非饱和配方。非饱和配方中，又把碱比[N]/[R]＜l．0叫做低碱配方；钙比[C]/[S]＞2.0叫高钙配方；钙比[C]/[S]＜2.0叫做低钙配方。氧化铝生产工艺sn第87页熟料烧结熟料烧结目标熟料烧结简易工艺流程熟料烧结主要反应烧结设备影响熟料主要原因硫在烧结过程中危害及脱硫办法氧化铝生产工艺sn第88页熟料烧结目

烧结过程目标就是要使调配合格后生料浆在回转窑中高温烧结，使生料各成份相互反应。使其中Al2O3尽可能转变成易溶于水或稀碱溶液Na2O·Al2O3，而使Fe2O3转变成易水解Na2O·Fe2O3，SiO2等杂质转变为不溶于水或稀碱溶液2CaO·SiO2，并形成含有一定容积密度和孔隙率、可磨性好熟料，方便在溶出过程中将有用成份与有害杂质很好进行分离，最大程度提取氧化铝和回收碱。氧化铝生产工艺sn第89页熟料烧结发生主要反应熟料烧结发生主要反应是：（1）A12O3与Na2CO3反应，生成铝酸钠固熔体；（2）SiO2与CaO反应，生成2CaO·SiO2；（3）Fe2O3和Na2CO3反应，生成铁酸钠固熔体。另外还发生副反应氧化铝生产工艺sn第90页熟料烧结过程中炉料中A12O3在较高温度下能够与Na2CO3相互作用，生成铝酸钠Na2O·Al2O3，其反应以下：

A12O3+Na2CO3＝Na2O·A12O3+CO2↑

上述反应在500~800℃开始反应，且反应速度较慢。伴随温度升高，反应速度加紧，温度高于1150℃时，烧结反应可在1小时内完成。氧化铝生产工艺sn第91页

加热炉料时，炉料中SiO2和Na2CO3便先发生以下反应：

Na2CO3+SiO2＝Na2O·SiO2+CO2↑

在800~820℃时进行猛烈反应，3小时左右即可完成。随即发生以下反应：n（Na2O·SiO2）+nAl2O3＝n/2(Na2O·Al2O3·2SiO2)+n/2Na2O·Al2O3这一反应在850~950℃时进行很快，在1000℃之前便可完成。温度继续升高，则发生以下反应：Na2O·Al2O3·2SiO2+2CaO＝Na2O·Al2O3·SiO2+2CaO·SiO2Na2O·Al2O3·SiO2+2CaO＝Na2O·Al2O3+2CaO·SiO2

生成物为Na2O·Al2O3和2CaO·SiO2。SiO2和CaO在高温下也能直接生成CaO·SiO2，3CaO·2SiO2，2CaO·SiO2和3CaO·SiO2等化合物，在1100℃时，首先生成2CaO·SiO2。氧化铝生产工艺sn第92页Fe2O3和Na2CO3在加热时相互作用生成铁酸钠。

Fe2O3+Na2CO3＝Na2O·Fe2O3+CO2↑

此反应在500℃时还未开始，700℃时己较快进行，在1000℃下可在1小时内完成。氧化铝生产工艺sn第93页（l）结晶水脱出反应：

Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O→Na2O·Al2O3·2SiO2+nH2O（钠硅渣脱水）

3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O→3CaO·Al2O3·xSiO2+yH2O（含水铝硅酸三钙脱水）

2A1OOH→Al2O3+H2O（一水软铝石脱水）

Al2O3·2SiO2·H2O→Al2O3·2SiO2+H2O（高岭石脱水）

Fe2O3·nH2O→Fe2O3+nH2O（含水氧化铁脱水）

CaCO3→CaO+CO2↑（碳酸钙分解）

Ca(OH)2→CaO+H2O（消石灰脱水）上述反应在物料从145℃升至600℃时反应开始进行。氧化铝生产工艺sn第94页（2）高碱或低碱配方发生反应：

Al2O3+Na2O·Fe2O3=Na2O·Al2O3+Fe2O3

此反应在800℃~900℃之间进行。在烧结温度下，碱量不足时，反应向生成Na2O·Al2O3方向进行。假如碱量过低，则有Al2O3+CaO＝CaO·Al2O3反应进行，造成Al2O3损失。假如碱比[N]/[A]+[F]＞1时则发生以下反应：2CaO·SiO2+Na2CO3＝Na2O·CaO·SiO2+CaO+CO2↑

此反应在1000℃时进行，因为Na2O·CaO·SiO2实际上不溶于水，所以，高碱配方会造成碱损失。当炉料中Na2CO3配量不足，而又有CaO存在时，则发生以下反应：

2CaO+Fe2O3=2CaO·Fe2O3CaO+Fe2O3=CaO·Fe2O3

上述反应在1200℃下可在半小时内完成。所以，在碱比小于1时，要适当多配部分CaO。另外，铝土矿中TiO2在高温下与CaO反应：

TiO2＋CaO＝CaO·TiO2氧化铝生产工艺sn第95页烧结设备熟料烧结当前基本使用是熟料烧结窑熟料窑结构主要有以下部分：

筒体、支撑装置、传动装置、窑衬、窑内热交换器、燃烧装置、喂料装置氧化铝生产工艺sn第96页熟料烧结主要影响原因熟料烧结主要影响原因有：（1）温度（2）原始物质结构（3）固相物质粒度（4）反应时间（5）矿化剂氧化铝生产工艺sn第97页影响熟料质量主要原因影响熟料质量原因很多，其中主要有：生料成份及配比；烧结温度；烧结时间等。氧化铝生产工艺sn第98页生料成份及配比对熟料质量影响生料成份对熟料质量起着决定性作用，铝土矿中Al2O3、SiO2、Fe2O3含量对烧成温度及其温度范围有显著影响。生产实践证实，当生料中A/S增大时，对应Fe2O3含量降低，所以，熟料对应Na2O·Fe2O3和2CaO·SiO2也降低，造成烧成温度升高（生产上称料子吃火），在一定生产条件下，易出现欠烧结料—黄料；相反，当A/S降低，物料即使易烧结，但烧成温度范围缩小，熟料窑操作不好控制，还会造成熟料窑烧结带结圈，下料口堵塞等生产故障。所以熟料烧结时希望铝硅比高一点好。氧化铝生产工艺sn第99页烧结温度对熟料质量

在配料标准范围之内，烧结温度、烧结时间直接影响熟料质量。一定成份熟料有着一定烧结温度范围，假如烧结温度偏低，会出现欠烧熟料，Al2O3提取率下降，而且引发赤泥膨胀；温度太高，则出现过烧熟料，过烧熟料不但固熔体多，Al2O3和Na2O溶出率下降，熟料可磨性也差，而且烧结窑产能降低，并易损害窑皮，影响熟料窑运转周期，能耗增加。适宜烧结温度普通为1200℃~1260℃。氧化铝生产工艺sn第100页烧结时间对熟料质量影响

烧结过程需要一定反应时间。在生产实践中，因为熟料窑长度一定，斜度一定，物料在烧结带停留时间长短是由熟料密转速来控制。假如熟料窑转速太快，使物料在烧成带停留时间少于物料反应所需要时间，就会造成熟料“欠烧”而影响质量；假如转速太慢，将降低窑产能。普通来说窑转速控制在2~2.5转/分。氧化铝生产工艺sn第101页硫对氧化铝生产造成危害（1）生料中含有硫能使碱耗增加。进入生产流程中硫与碱液反应生成Na2SO4。而Na2SO4不能与Al2O3起反应，称为中性碱，增加碱耗。1Kg硫大约损失NaOH1~1.5Kg或Na2CO33.4Kg。（2）熟料中Na2SO4升高对大窑操作带来困难。Na2SO4熔点为884℃，而且能与Na2CO3等生成熔点较低化合物，使炉料进入烧成带之前就出现液相。Na2SO4熔体粘度较大，易使炉料粘挂在窑壁上，结成厚副窑皮和结圈，致使熟料滚成大蛋，造成下料口堵塞。（3）母液中Na2SO4含量升高给蒸发操作带来困难，而且增加汽耗。分解母液在蒸发时若有大量Na2SO4和Na2CO3等在蒸发器加热管壁上结晶析出，则会降低管壁传热系数，使蒸发器能力显著下降，增加汽耗。而且蒸发器结疤严重，则清洗次数也随之增加。（4）拜耳精液中Na2SO4含量增加，将使分解率有所下降。氧化铝生产工艺sn第102页烧结过程排硫办法混联法和烧结法，主要采取生料加煤技术进行排硫。烧结法生料加煤，能够脱除大量硫，含有稳定熟料窑操作作用，而且还有以下优点：（1）一部分Fe2O3被还原为FeO，配料时能够适当降低Na2O配入量，从而节约用碱：假如配碱量不变，则对应地提升了碱比，从而提升了Al2O3溶出率。（2）生料加煤后烧制熟料在正常情况下熟料中S2-＞0.32%，Na2SO4含量稳定在2%以下，可取得黑心多孔，可磨性好熟料。所以可改进熟料在湿磨过程中粉碎性质，熟料溶出产能可提升8～10%。（3）因不易产生过磨现象，溶出后赤泥为黑绿色，细度均匀适中，改进了赤泥沉降性能，提升了沉降槽产能，同时可降低溶出过程二次反应损失。氧化铝生产工艺sn第103页熟料溶出熟料溶出目标熟料溶出基本原理熟料溶出简易工艺流程熟料溶出主要反应影响熟料溶出主要原因熟料溶出工艺熟料溶出设备氧化铝生产工艺sn第104页熟料溶出主要目标熟料溶出目标就是将熟料中A12O3和Na2O最大程度地溶解于溶液中，制取铝酸钠溶液（粗液），而熟料中原硅酸钙转入固相赤泥中。实现有用成份氧化钠和氧化铝与杂质进行分离，并为赤泥分离洗涤创造良好条件。氧化铝生产工艺sn第105页熟料溶出原理烧结法熟料主要成份是铝酸钠、铁酸钠、硅酸二钙。在熟料溶出过程中，铝酸钠溶解在碱溶液中，铁酸钠水解生成氧化钠进入溶液及含水氧化铁进入赤泥，化学反应式为：Na2O·Al2O3+4H2O+aq=2NaAl（OH）4+aq+41.82KJ/molNa2O·Fe2O3+2H2O+aq=2NaOH+Fe2O3·H2O+aq硅酸二钙除少许被溶液中氢氧化钠、碳酸钠、铝酸钠分解（二次反应），使二氧化硅进入溶液外，大部分残留在固体残渣中。氧化铝生产工艺sn第106页熟料溶出主要反应铝酸钠溶出铁酸钠溶出二次反应氧化铝生产工艺sn第107页熟料中固体铝酸钠（Na2O·Al2O3）很易溶于水和稀碱溶液，磨细熟料在90℃以上，3－5分钟便将其中Na2O、Al2O3完全溶出，以NaAl(OH)4形态进入溶液，制得铝酸钠溶液，铝酸钠溶解反应是一个放热反应，反应式以下：

Na2O·A12O3+4H2O+aq=2NaAl（OH）4+aq氧化铝生产工艺sn第108页固体铁酸钠在水溶液中快速水解，反应式以下：Na2O·Fe2O3＋2H2O＋aq＝2NaOH＋Fe2O3·3H2O↓＋aq生成NaOH进入溶液，提升了溶液分子比，从而可提升铝酸钠溶液稳定性和Na2O溶出率，生成Fe2O3·3H2O沉淀进入赤泥，成为赤泥组成一部分。此反应是吸热反应，温度是影响铁酸钠水解主要原因，在低温下铁酸钠水解速度极慢，伴随温度升高，其水解速度加紧。但即使在较高温度条件下，其水解速度也比铝酸钠溶出速度慢多。氧化铝生产工艺sn第109页熟料溶出二次反应在碱石灰烧结法中，熟料中原硅酸钙是以β－2CaO·SiO2形态存在，它在熟料中含量占30%以上。在熟料溶出时，原硅酸钙与溶液之间会发生一系列反应，使已进入溶液中有用成份Al2O3和Na2O又进入赤泥而损失掉。由原硅酸钙所引发这些反应称为熟料溶出时副反应或二次反应。由二次反应造成Al2O3和Na2O损失称为二次反应损失。氧化铝生产工艺sn第110页影响熟料溶出主要原因1.熟料性质（1）熟料铝硅比（2）熟料烧结度（3）熟料配比（4）熟料磨细度2.溶出温度3.溶出时间4.溶出液固比5.溶液碱浓度氧化铝生产工艺sn第111页熟料溶出工艺工业上普通采取下面两种方法进行熟料溶出：一个是颗粒溶出，又称对流溶出。此法是将熟料破碎成8毫米以下颗粒，在筒形溶出器内与溶液相对流动，溶出熟料中Al2O3、Na2O。在颗粒溶出时，颗粒内部扩散过程有着很大作用，它对熟料质量要求高，作业难于控制。另一个是湿磨粉碎溶出，它是将熟料与调整液一道加入溢流磨或格子磨内进行粉碎细磨过程中溶出Al2O3和Na2O。这种方法溶出时间短，溶出率高，我国烧结法氧化铝厂和联正当氧化铝厂熟料溶出都采取这种方法溶出。氧化铝生产工艺sn第112页我国采取溶出工艺特点我国采取碱-石灰烧结法熟料溶出工艺流程和技术条件，含有低苛性比值、高碳酸钠浓度，二段湿磨粉碎溶出工艺。该工艺技术大幅度降低了溶出过程二次反应和二次反应损失，氧化铝和氧化钠净溶出率能够分别到达92.5％和96.5％以上。氧化铝生产工艺sn第113页熟料溶出主要设备熟料溶出采取主要设备是球磨机，在湿磨溶出过程中，球磨机在磨细熟料同时，还发生溶出反应。当前，氧化铝厂熟料湿磨溶出使用球磨机得比较多有格子球磨机、溢流型球磨机、圆锥球磨机。上述三种球磨机都有筒体、衬板、空心轴、给料口、传动装置等。格子球磨机在出料端装有筛板。溢流型球磨机出料端没有筛板。圆锥形球磨机出料端没有筛板，由一个短圆筒和两个锥体组成。氧化铝生产工艺sn第114页粗液脱硅粗液脱硅目标粗液脱硅简易工艺流程脱硅基本原理脱硅工艺脱硅主要设备氧化铝生产工艺sn第115页烧结法粗液脱硅目标熟料溶出过程中，因为β－2CaO·SiO2被碱液分解，部分SiO2进入溶液，使得铝酸钠溶液中含有一定SiO2，部分SiO2呈介稳状态存在于溶液中。碳酸化分解时，溶液中SiO2会随同氢氧化铝一起析出进入成品氧化铝中，降低了产品质量。另外，含SiO2浓度高碳分母液蒸发时，铝硅酸钠易于析出，而使蒸发器管道结疤，降低传热效率。所以，在碳酸化分解之前必须进行脱硅处理，使溶液中SiO2尽可能地转变为固相分离出来。烧结法生产氧化铝工艺中，脱硅工序作为一道主要工序，其主要任务是脱除粗液中SiO2，提升溶液硅量指数，同时降低溶液中浮游物，到达优质，高产，低消耗目标。氧化铝生产工艺sn第116页粗液脱硅简易工艺流程氧化铝生产工艺sn第117页铝酸钠溶液不加石灰脱硅基本原理铝酸钠溶液不添加石灰脱硅（即一次脱硅）是在脱硅前往粗液中加种分母液，加压脱硅，使溶液中呈过饱和状态存在SiO2转变为固相，从溶液中沉淀出来。用化学方程式表示为：2Na2SiO3+2NaAl(OH)4+aqNa2O·Al2O3·2SiO2·nH2O+4NaOH+aq或写为：2Na2O·SiO2+2NaO·Al2O3·4H2O+aqNa2O·A12O3·2SiO2·H2O+4NaOH+aq为了加紧脱硅反应速度，一次脱硅是在高温高压和添加晶种条件下进行，称为压煮脱硅。氧化铝生产工艺sn第118页深度脱硅二次脱硅三次脱硅氧化铝生产工艺sn第119页二次脱硅在一次脱硅浆液从脱硅机经自蒸发器进入缓冲槽时，再加入石灰乳进行脱硅，使残余SiO2以水化石榴石析出（钙硅渣），该工艺称为二次脱硅，二次脱硅所得精液硅量指数可提升到450以上。二次脱硅工艺之所以能得到这么好脱硅效果，是因为在高温并加硅渣作晶种一次脱硅条件下，粗液中大部分SiO2在脱硅机中以钠硅渣析出。这时再加入石灰乳，石灰乳与溶液及SiO2反应，生成溶解度更小水化石榴石固相，使溶液中SiO2含量深入降低，提升了脱硅深度。氧化铝生产工艺sn第120页氧化铝生产工艺sn第121页三次脱硅深度脱硅也称为三次脱硅，是指在现有二次脱硅工艺精液中再添加少许石灰乳在反应槽内反应1~1.5小时，钙硅渣分离后返回二次脱硅工艺。基本原理与二次脱硅基本相同，深度脱硅所生成水化石榴石中SiO2饱和度比较低，普通为0.lg/l左右。发生主要化学反应为：3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH+aq3CaO·A12O3·6H2O+xNaSiO3+aq=3CaO·A12O3·xSiO2·yH2O+2xNaOH+aq氧化铝生产工艺sn第122页脱硅工艺分类脱硅分类方法有很各种，当前烧结法和混联法多用三次脱硅工艺和钠硅渣分离深度脱硅工艺。依据压煮脱硅时使用蒸汽压力不一样可分为高压脱硅和常压脱硅；按加热方式不一样可分为直接加热和间接加热；按操作周期、操作方式又有连续脱硅和间断脱硅等各种分类方式。氧化铝生产工艺sn第123页脱硅工艺主要设备

脱硅工艺主要设备包含：脱硅机；自蒸发器缓冲槽；过滤器。氧化铝生产工艺sn第124页铝酸钠溶液碳酸化分解铝酸钠溶液碳酸化分解主要目标碳酸化分解基本原理碳酸化分解简单工艺流程影响碳酸化分解过程主要原因碳分设备氧化铝生产工艺sn第125页铝酸钠溶液碳酸化分解主要目铝酸钠溶液碳酸化分解是确保氧化铝产品质量和产量关键工序。铝酸钠溶液碳酸化分解主要目标是在确保产品Al(OH)3质量前提下，最大程度地提升Al(OH)3产量，同时取得循环使用碳分母液。氧化铝生产工艺sn第126页碳酸化分解基本原理铝酸钠溶液碳酸化分解过程是一个气-液-固非均一系中进行多相反应过程，它包含CO2气体被铝酸钠溶液吸收以及二者之间化学反应和氢氧化铝结晶析出等过程。在碳酸化分解过程后期伴伴随二氧化硅析出，并生成丝钠铝石类化合物。普通认为，分解过程开始时，通入溶液中CO2使部分游离苛性碱被中和按下式进行反应：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O反应结果使溶液苛性比值降低，铝酸钠溶液过饱和度增大，溶液变得不稳定，分解结晶析出Al(OH)3，反应式以下：NaAl(OH)4+aq=Al(OH)3+NaOH+aq反应产生NaOH不停为连续通入CO2气体所中和，从而使上述平衡向右移动。在分解后期因为铝酸钠溶液中NaOH大部分被CO2中和，这时CO2可直接与溶液反应：2NaAl(OH)4+CO2+aq=2Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O+aq氧化铝生产工艺sn第127页铝酸钠溶液加石灰脱硅基本原理粗液经过一次脱硅以后，还要进行二次脱硅，二次脱硅是在常压下添加石灰，石灰以石灰乳Ca(OH)2浆液形式加入到一次脱硅后溶液中。发生以下化学反应：3Ca(OH)2+Na2O·Al2O3·4H2O+aq=3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH+aq含水铝酸钙与溶液中硅酸钠反应生成钙硅渣沉淀出来，反应方程式以下：3CaO·Al2O3·6H2O+xNa2O·SiO2=3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+xNaOH反应生成水化石榴石系固相溶解度比含水铝硅酸钠溶解度更小，能够深入脱硅，从而提升精液脱硅指数。3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O中SiO2含量，即分子式中x值大小，取决于其生成条件。温度高，可使x值增大。石灰添加量、Al2O3和Na2O浓度也对x值有影响。氧化铝生产工艺sn第128页碳酸化分解简单工艺流程氧化铝生产工艺sn第129页影响碳酸化分解过程主要原因（1）分解原液纯度和碳酸化深度（2）CO2气体纯度、浓度和通气速度（3）分解温度（4）晶种（5）搅拌氧化铝生产工艺sn第130页碳酸化分解方法碳酸化分解主要有以下几个：1）完全碳酸化：是将铝酸钠溶液碳酸化至氧化铝全部析出。该方法到当前为止，工业上还没有采取过。2）分段碳酸化：是使铝酸钠溶液中氢氧化铝分段析出。3）混合分解法：是将精液先部分地进行碳酸化，当溶液中Al2O3含量还远高于普通碳分母液中Al2O3含量，就停顿碳酸化，并将溶液继续进行种子分解。氧化铝生产工艺sn第131页碳分设备碳酸化分解是在碳分槽内进行。碳分槽是用钢板焊接而成圆筒形槽体，内装有挂链式机械搅拌器，槽壁装有四根从槽下部通入CO2气体支管。氧化铝生产工艺sn第132页母液蒸发

分解母液蒸发目标氧化铝厂蒸发系统特点影响蒸发产能主要原因氧化铝生产工艺sn第133页分解母液蒸发目标烧结法碳分母液和拜耳法种分母液都需要蒸发。蒸发目标主要是：（1）排除流程中多出水份，保持循环系统水量平衡；（2）使母液蒸浓到符合铝土矿溶出（种分母液）或配制生料浆（碳分母液）浓度要求；（3）排除生产过程积累杂质。氧化铝生产工艺sn第134页氧化铝厂蒸发系统特点

蒸发器类型多采取自然循环式蒸发器和标准蒸发器。国外多采取升膜式蒸发器，当前又趋向于降膜式蒸发器。国内新上蒸发设备当前也均采取效率高、能耗低降膜蒸发器。蒸发器效数，已由过去三效增至五效、六效、以降低氧化铝生产汽耗。蒸发器加热面积，已从平均每效100～200米2增至1200米2。蒸发母液另一个近代蒸发系统是多级闪急蒸发，这种系统所依据原理和铝土矿高压溶出逆流式热回收以及和铝酸钠溶液自蒸发冷却相同。即母液在一系列多级预热器中加热到靠近各效沸点进入蒸发器，出料后普通经过三级到四级闪蒸，到达最终所需浓度，闪蒸出乏汽再加以利用。我国氧化铝厂已成功地将五效管式降膜蒸发器应用于碳分母液蒸发，种分母液蒸发已采取六效管式降膜、四级闪蒸蒸发工艺配置。氧化铝生产工艺sn第135页影响蒸发产能主要原因影响蒸发产能主要原因有以下几个方面：（l）加热蒸汽流速及性质；（2）空气及不凝性气体及时排除；（3）凝结水及时排除；（4）加热管材质及光滑程度；（5）溶液粘度、浓度及循环速度；（6）加热管（板）结疤程度及去除效果；（7）蒸发器操作条件优化控制。氧化铝生产工艺sn第136页石灰拜耳法技术石灰拜耳法技术可利用原有拜耳法系统,将石灰添加量提升,直接用拜耳法处理中低品位铝土矿技术该技术能够大大降低碱耗和成本。石灰拜耳法是指在拜耳法工艺基础上加大石灰添加量,使硅主要以水合铝硅酸钙形式脱除,以经济地处理较低品位一水硬铝石矿生产氧化铝方法。在石灰拜耳法中,经过在铝土矿溶出过程中配入过量石灰,使所配入石灰量除满足与TiO2反应所需常规石灰添加量外,还需要部分或全部满足与SiO2反应所需石灰量,使溶出过程中脱硅产物部分或全部地由水合铝硅酸钠变为水合铝硅酸钙。氧化铝生产工艺sn第137页石灰拜耳法主要技术特点（1）经过在溶出过程中添加过量石灰，大幅度降低溶出赤泥钠硅比，使中低品位铝土矿SiO2含量与生产碱耗无直接关系而适宜拜耳法生产。（2）工艺流程简单，除适当加大石灰烧制和赤泥分离洗涤过程生产能力外，工艺流程与拜耳法完全相同（3）与混联法流程比较，取消了能耗高烧结法生产系统。（4）与混联法流程比较，铝矿单耗相对较大。（5）赤泥不需要采取单独火法处理工艺进行碱回收，从而大大降低了氧化铝生产成本。氧化铝生产工艺sn第138页选矿拜耳法生产工艺选矿拜耳法是依据拜耳法生产工艺要求和含硅矿物特点，有针对性调整选、冶工艺，实现选、冶联合，以经济地处理中低品位一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝新生产工艺。氧化铝生产工艺sn第139页第二讲铝电解绪论铝电解用原材料铝电解生产基本理论知识铝电解生产工艺及设备氧化铝生产工艺sn第140页铝性质及用途铝是元素周期表上第3周期IIIA族元素。原子序数13，相对原子质量26.98154（以12C为基准）。主要同位素是27Al（稳定），丰度靠近100%。铝实际密度为2.6966~2.6988g/cm3，密度相当于钢铁1/3，铝含有很大强度质量比。铝强度随温度降低而增大。铝含有良好防腐蚀性能。在空气中，铝表面生成一层厚度约2×10-5cm，光滑硬氧化铝薄膜，紧紧粘附在铝表面。铝是优良导电材料。铝含有良好导热性能。铝另一个主要特征是能够和各种金属组成有用合金。氧化铝生产工艺sn第141页铝主要物理性质(1)熔点99.996%纯铝熔点为933K（660℃）。工业纯铝最终凝固点575℃。(2)沸点铝沸点是2467℃。(3)熔化热和熔化熵铝熔化热在933K时为1070.21KJ/mol。熔化熵为11.5J/（mol·k）。(4)热容铝热容在298~933K之间(5)导热系数（或导热率）固体铝在室温下导热系数为（2.35~2.37）×10-2W/（m·k）。氧化铝生产工艺sn第142页(6)热膨胀系数99.99%精铝凝固时体积收缩率为6.5%。(7)密度铝实际密度值为2.6966~2.6988g/cm3。

(8)导电性高纯铝（99.995%）电阻率在293K时为（2.62~2.65）×10-8Ω·m-1。氧化铝生产工艺sn第143页铝主要化学性质(1)铝同氧反应，生成Al2O3即:2Al+1.5O2=Al2O3(2)铝在高温下能够还原金属氧化物，即:2Al+Me=Al2O3+3Me(3)铝易被碱溶液侵蚀，生成铝酸盐。氧化铝生产工艺sn第144页铝电解用原材料氧化铝冰晶石氟化铝铝电解用其它氟化盐铝电解用炭素材料氧化铝生产工艺sn第145页氧化铝氧化铝是铝电解生产中主原料。它是一个白色粉状物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它不溶于水，能溶于冰晶石熔体中。铝电解对于氧化铝要求，一是它化学纯度，再就是其物理性能。

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氧化铝生产工艺sn第146页冰晶石冰晶石分子式为Na3AlF3，它是溶剂主要成份。铝电解生产中所用冰晶石分天然和人造两种。天然冰晶石（3NaF·AlF3）属于单斜晶系，是一个无色或雪白色晶体，比重2.95，硬度2.5，熔点1010℃。天然冰晶石储量极少，远远不能满足铝工业需要，所以当代铝工业采取人造冰晶石。氧化铝生产工艺sn第147页氟化铝在铝电解生产中，它是冰晶石—氧化铝熔体一个添加剂。氟化铝是一个白色粉末，粒度比氧化铝稍大，不粘手，在常压下加热不熔化，但在高温下升华。它作用是能够填补电解质中氟化铝损失，又能够调整电解质分子比，主要用于降低熔体分子比，降低电解温度。以确保生产技术条件稳定。氧化铝生产工艺sn第148页铝电解用其它氟化盐

铝电解生产中所用氟化盐主要是冰晶石和氟化铝，其次有一些用来调整和改进电解质性质添加剂，如氟化钙、氟化镁、氟化钠和碳酸钠等。氧化铝生产工艺sn第149页铝电解用炭素材料铝工业上均采取炭素材料作电极——

炭阳极和炭阴极。在电解过程中，炭阴极标准上是不消耗，炭阳极因为直接参加电化学反应而消耗。阳极作用主要有两种：导电和参加电解时化学反应和电化学反应。氧化铝生产工艺sn第150页电解对阳极基本要求(a)导电率高，以降低阳极电阻；

(b)导热率低以降低糟热损失，降低阳极上部氧化速度和预防电解质界面凝固；

(c)热稳定性和化学稳定性良好，使阳极能够在高温和腐蚀性环境下工作；

(d)杂质含量低，预防对金属铝污染；

(e)适宜机械性能，方便经受粗糙搬运；

(f)适当密度和空隙率，降低金属铝侵入；

(g)气体渗透率低，降低阳极内部氧化；(h)应有适宜抗热震性。氧化铝生产工艺sn第151页生产阳极主要原料

生产阳极主要原料:石油焦；煤沥青；改质沥青。氧化铝生产工艺sn第152页阳极生产工艺

石油焦粉碎后入回转器中煅烧，除去水份和挥发份，再与残极、生碎等回收料经破碎、磨粉、配料后加入液体沥青进行混捏。混捏好糊料经振动成型，机制成生阳