碱石灰烧结法生产氧化铝

碱石灰烧结法生产氧化铝第1页，课件共113页，创作于2023年2月碱石灰烧结法生产氧化铝烧结法存在的原因：拜耳法虽然流程简单，能耗低，质量好。但受矿石品质的限制：只能处理铝土矿，矿石A/S要高；烧结法可处理硅酸盐矿石；要求铝土矿的品位不高。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第2页，课件共113页，创作于2023年2月Al2O3SiO2NaAl(OH)4Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀NaOHAl2O3SiO2Na2O.Al2O32CaO.SiO2NaAl(OH)4Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀NaOHorNa2CO3+CaOBayer法铝硅分离sinter法铝硅分离第3页，课件共113页，创作于2023年2月烧结法生产氧化铝的工艺发展历史1858年比路易.勒.沙特里提出苏打+矿石的两成分烧结法;1880年缪列尔提出苏打+矿石+石灰的三成分烧结法;1902年帕卡尔德提出烧结法石灰量取决于SiO2量,并提出钙比为2.0;碱比为2.0;1897年别列阔夫提出芒硝烧结法;1916年提出石灰石+矿石的两成分烧结法;1936年-1940年前苏联科学家对烧结法进行了完善和改进,日臻成熟.GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第4页，课件共113页，创作于2023年2月

第5页，课件共113页，创作于2023年2月碱石灰烧结法生产氧化铝铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应；铝酸盐炉料烧结过程的工艺；铝酸盐熟料的溶出过程；铝酸钠溶液的脱硅过程；铝酸钠溶液的碳酸化分解。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第6页，课件共113页，创作于2023年2月1,铝酸盐炉料烧结过程

-基本概念熟料折合比1吨氧化铝产品的熟料量标准溶出率Al2O3和Na2O在最好的溶出条件下的溶出率熟料质量评价容重，块度，S2-烧成过程的重要性车间投资1/3，成本1/2，能耗>1/2GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第7页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-主要物理化学反应总体目标:Al2O3Na2O·Al2O3+aq→NaAl(OH)4+aqFe2O3Na2O·Fe2O3+aq→NaOH+Fe2O3+aqSiO22CaO·SiO2+aq→×

TiO2CaO·TiO2+aq→×GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第8页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-主要物理化学反应Al2O3的行为；SiO2的行为；Fe2O3的行为；MgO的行为和TiO2的行为；硫的危害和防治；氟化物的影响；Na2O·Al2O3–Na2O·Fe2O3–2CaO·SiO2系；CaO–Al2O3–SiO2系;机理和影响因素GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第9页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Al2O3的行为

烧结过程可能存在的含Al2O3物相：Na2O·Al2O3;0.6Na2O·Al2O3;Na2O·11Al2O3;(

–Al2O3)C6A,C3A,CA2,C12A7,CAGroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第10页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Na2O·Al2O3的形成反应：Al2O3+Na2CO3→Na2O·Al2O3+CO2↑形成条件：温度：500-700℃开始，800℃完全，升温加速，1100℃1小时内完成；[Na2CO3]/[Al2O3]≧1（过量的Na2CO3不分解）GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第11页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-0.6Na2O·Al2O3的形成中性或弱氧化性气氛下可能制得0.6Na2O·Al2O3,而在强氧化性气氛中只能获得Na2O·Al2O3GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第12页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-β–Al2O3的形成性质:不溶于水及稀碱溶液反应:11Na2O·Al2O3

→Na2O·11Al2O3

+10Na2O↑形成条件:温度高于1300℃,发生上述反应;[Na2CO3]/[R2O3]＜1,Na2O不足以和全部Al2O3

形成Na2O·Al2O3;温度升高和有还原剂存在时加剧>1300℃GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第13页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-铝钙化合物的形成同时制备铝酸钠和铝酸钙的炉料烧结过程不合理,因两种物质溶出制度大不相同。只有C12A7,CA可被Na2CO3溶解；只要体系中Na2CO3的数量足以结合Al2O3就不会形成铝钙化合物，而只有Na2O·Al2O3

第14页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-SiO2的行为为达到铝硅分离的目的，SiO2应转变为不含Al2O3和Na2O，高温下与NA同时稳定存在，溶出时不与铝酸钠溶液发生显著作用的化合物；可能形成的化合物有：CS；C3S2；C3S;C2S；第15页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-SiO2的行为只有原硅酸钙2CaO·SiO2满足要求；含钙较少的硅酸钙（CS，C2S3）高温下与NA反应：4CS+NA→NAS2+2C2SC3S不稳定，稳定区很小。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第16页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-SiO2的行为第17页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-原硅酸钙的行为原硅酸钙有六种同素异构体

`H`L

H

L

稳定性次序（依此降低）：

–

C2S

–C2S’–C2S转变温度（依此降低）：

–C2S

–C2S

–C2S1420℃1675℃GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第18页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-原硅酸钙的行为GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第19页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-原硅酸钙相变特性冷却过程中

–2CaO.SiO2

–2CaO.SiO2体积膨胀，熟料自粉碎；许多物质阻碍上述相变，包括可与β–2CaO.SiO2形成固溶体，或在冷凝时成为玻璃相将之包裹；Fe2O3含量很高的熟料，由于其中溶解有Fe2O3和Na2O,主要以’–

C2S,B2O3也有此作用；温度过低，时间过短，配钙不足可能导致`-C2S出现。第20页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Fe2O3的行为反应：Fe2O3+Na2CO3→Na2O·Fe2O3+CO2↑11Na2O·Fe2O3→Na2O·11Fe2O3+10Na2O↑形成条件：温度：NF在1000℃下1小时内完成；

–Fe2O3由NF在1345℃高温分解而致。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第21页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Fe2O3的行为第22页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-碱比对β–Fe2O3形成的影响

[Na2O]/[R2O3]物相组成>1(NA–NF)固溶体，游离Na2CO3

=1(NA–NF)固溶体<1(NA–NF),(

–Al2O3–

–Fe2O3)固溶体<0.09(

–Al2O3–

–Fe2O3)固溶体,Al2O3,Fe2O3GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第23页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Fe2O3与CaO的反应产物

配钙足量：2CaO·Fe2O3；配钙不足：2CaO·Fe2O3+Fe2O3→CaO·Fe2O3;2C2F+NA→C4AF+NF;（铁含量过高，配钙充足时，

Al2O3↓）4CF+NA→NF+C4AF+2FF+NA

→Na2O·11(Al,Fe)2O3（铁含量过高，配钙不足时，

Al2O3↓，

Na2O↓GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第24页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Fe2O3对溶出率的影响

第25页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-TiO2的行为

TiO2在烧结过程的最终产物是钙钛矿，不再参与反应；TiO2可与Na2O和K2O形成低熔点化合物，也可与熟料中的基本组成形成低温共晶或固溶体，从而影响烧结过程；NTNT2NT3NS2T21030℃985℃1120℃600℃GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第26页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-MgO的行为

当碱和石灰配量不足时,在熟料中可能生成尖晶石(MgO·Al2O3)和堇青石(2MgO2·Al2O3·5SiO2);当石灰中MgO<6%时,烧结过程无变化;当石灰中MgO>7%时,MgO和C2S相互作用生成镁蔷薇辉石(C3MS2)和CaO,但在1200℃的高温下对熟料无影响;若熟料中C3MS2>50%,炉料熔点降低,

Al2O3↓，

Na2O↓钙镁橄榄石(CMS)和镁蔷薇辉石(C3MS2)可发生下述反应:

CaO·MgO·SiO2+Na2O·Al2O3=Na2O·CaO·SiO2+MgO·Al2O3同时存在K2O和MgO时,由于生成KMS5-KAS4系固溶体,炉料熔点降低,烧成温度范围变窄,

Al2O3↓，

Na2O↓;第27页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-硫的危害和防治

危害:所有S形成Na2SO4而损失碱:3.4Kg-Na2CO3/Kg-S;Na2SO4与Na2CO3形成低熔点共晶(826℃):降低Na2CO3活度;阻碍CaO参与反应;烧结带后部形成后结圈,在冷却机内或入口处凝结析出;增大物料流量;影响蒸发作业。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第28页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-硫的危害和防治防治措施:限制S的来源：煤中S<1%,铝土矿中S<0,7%;从流程中排硫:生料加煤形成FeS和Na2S，可有效防治。在分解带全部还原，但在烧成带和冷却带又被氧化；窑尾废气温度高，热耗大；高燃点还原剂（如废阴级碳块）可减轻此缺点。第29页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-氟化物的影响添加氟化物可降低烧成温度，扩大烧成温度范围，从而提高熟料质量和窑产能；在烧结高铁赤泥炉料时，可降低含水铝硅酸钠的脱水温度，降低石灰石的分解温度，加速液相形成，强化主要矿物生成过程，促进C4AF的分解和

–SiO2

–

SiO2的转变,有利于溶出过程。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第30页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-氟化物的影响的机理Fˉ、Oˉ的离子半径相近，Fˉ可进入铝硅酸盐晶格中，使之松动和活化，从而有利于内扩散和降低反应的活化能；氟化物可以与其它组分形成低溶点化合物或共晶，降低粘度，从而可促进外扩散。第31页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Na2O·Al2O3–Na2O·Fe2O3–2CaO·SiO2系Na2O-Al2O3-Fe2O3-SiO2系Na2O·Al2O3-2CaO·SiO2系Na2O·Al2O3-2CaO·SiO2系Na2O·Al2O3–Na2O·Fe2O3–2CaO·SiO2系第32页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Na2O-Al2O3-Fe2O3-SiO2系属两成分烧结（铝土矿+苏打）；用于个别并联法厂或热法苛化补碱；熟料中物相有：Na2O·Al2O3Na2O·Fe2O3Na2O·Al2O3·2SiO2溶出时先溶解，再以水合铝硅酸钠形式析出。理论上碱耗和Al2O3溶出率与拜耳法相同。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第33页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Na2O·Fe2O3–2CaO·SiO2系烧结温度，℃冷却方式物相组成低温无发生任何反应高温极缓NF,C2S高温快速NCS,N2CS3,NC2S3,NFS4,NC3S6,NFS8,N6F4S5GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第34页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Na2O·Al2O3–2CaO·SiO2系烧结温度，℃冷却方式物相组成<1150无发生任何反应>1150极缓NA,C2S>1150快速NCS,NC8A3,C2AS;CA,C12A7,C3AGroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第35页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Na2O·Al2O3–Na2O·Fe2O3–2CaO·SiO2系GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第36页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-Na2O·Al2O3–Na2O·Fe2O3–2CaO·SiO2系由于更易形成三元化合物,成分靠近C2S-NF区和靠近S-F区一侧的熟料溶出率明显降低；NF含量高的熟料中，除生成NA-NF固溶体外，还单独存在NF，从而易形成三元化合物，炉料熔点低，烧结困难。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第37页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-CaO–Al2O3–SiO2系适应于石灰烧结法石灰熔炼法（Perderson法）：电炉内同时制取生铁和铝酸钙；上述方法优点：原料丰富；炉料不需配碱；渣易用于制备水泥；缺点：温度高；物料中Al2O3含量低；物料流量大，渣易变性。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第38页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-CaO–Al2O3–SiO2系

第39页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-CaO–Al2O3–SiO2系C2AS的出现将导致溶出率降低；为了避免在熟料中出现C2AS，炉料成分应选择在aF线段上（1.31<[C]/[A]<1.71)。这样才可保证熟料由C2S，C12A7，CA组成；熟料中SiO2>4~8%，-C2S缓慢冷却转变为

型，由于体积膨涨熟料自粉化。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第40页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-固相反应机理区别于熔炼过程，烧结属固相反应。固相反应速度决定于内扩散和外扩散；温度升高，晶体内质点振幅增大，跃入同晶粒内相邻质点的位置，导致固相反应。此为内扩散；两种物质烧结时，反应产物在熔点高的物质上生成，较低熔点的物质通过外扩散（两晶粒间的扩散）迁移直产物表面然后由内扩散达反应表面；纯固相反应速度慢，液相的出现使之加速，因为溶解扩散成分而加速外扩散。第41页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-

烧结过程反应序400~700℃水合物脱水，且开始形成NA-NF固溶体，高岭石脱水后与苏打反应形成NA和NS；750~800℃石灰石分解；750~900℃：Al2O3·2SiO2+Na2CO3=Na2O·Al2O3·

2SiO2+CO2↑Na2O·Al2O3·

2SiO2+2CaO=Na2O·Al2O3·

SiO2+2CaO·

SiO2Na2O·Al2O3·

SiO2+2CaO=Na2O·Al2O3+2CaO·

SiO2更高温度下反应加速；缓慢加热，以保持新生产物活性和中间反应的完全。缓慢冷却可促使

C2S

C2SGroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第42页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程

-

烧结温度范围℃液相量熟料性质备注<T1—粉末，黄褐色，一定的标溶，工溶很差黄料T15~7%气孔大，强度低，灰褐色，NA晶粒5

。标溶好，工溶差，泥渣沉降性能差近烧结T2~20%深灰色，强度和气孔率适当，NA晶粒5~15

正烧结T3~40%颜色更深，表面熔体凝结，气孔率低，容重和强度高过烧结T4100%熔结块熔化烧结温度范围=T2-T1第43页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-碱石灰铝土矿生料浆配制七项指标：铝硅比A/S铁铝比[F]/[A]碱比[N]/([A]+[F])钙比[C]/[S]水份固定碳含量GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第44页，课件共113页，创作于2023年2月

饱和配方：碱比=1钙比=2高碱比：熔点高，烧结温度范围宽。但碱量大，且多于NF和NA用碱时Na2CO3+2CaO·SiO2=Na2O·CaO·SiO2+CaO+CO2↑低碱比：A和N不能完全转变为NA和NF，生成C2AS,C4AF等系列三元化合物；高钙比：游离CaO存在；低钙比：NAS2不能完全分解。铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-碱石灰铝土矿生料浆配制GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第45页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-碱石灰铝土矿生料浆配制低碱高钙配方：原因：Fe2O3被还原；FeO与CaO和SiO2化合成C2FS,CFS,CFS2等；Na2Os被还原；煤灰份带杂；TiO2形成CaO·TiO2GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第46页，课件共113页，创作于2023年2月燃料技术条件和控制指标配料无烟煤：灰份Af≤15.0%挥发份Vf≤8.0%固定碳CF≥72.0%含硫Sf≤1.0%发热量QGWf≥27.2MJ/kg粒度≤40mm第47页，课件共113页，创作于2023年2月生料浆指标水分≤40.5%细度+120#≤14%碱赤泥浆含水55~65%熟料[N]/[R]0.95±0.04[C]/[S]2.02±0.05第48页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-烧结设备GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第49页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-烧结设备系统组成熟料窑的伺料系统；熟料窑的收尘系统；燃料燃烧系统；熟料冷却机系统。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第50页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-熟料窑的伺料系统流入法:设备简单，易调控，动力消耗少。但产能小，易结圈，要求L/D>30；喷入法:产能大，结圈少，L/D~20。但设备复杂，动力消耗大。喷雾装置：单枪喂料多枪喂料刮料器：GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第51页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-熟料窑的收尘系统垂直烟道：60%旋风收尘器：92%电收尘：98%GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第52页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-燃料燃烧系统煤磨系统一次风：窑头鼓风二次风：窑尾排风

通过调节一次风和二次风的量可以改变火焰的位置和形状。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第53页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-熟料冷却机系统筒体：扬料板：强化热交换喷水装置：强化冷却，保护筒体炉栅：防止大块熟料进入冷却机而损坏扬料板GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第54页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-熟料窑的作业特点烘干带；预热分解带；烧结带；冷却带。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第55页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-熟料窑的作业特点第56页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐炉料烧结过程的工艺

-提高窑产能和降低热耗的途径稳定操作降低水份稳定料浆成分强化窑内热交换强化冷却加强密封项目104KJ%废气101.52815.67窑灰25.2113.89蒸发水255.49639.44熟料142.09921.94未燃烧7.3051.13反应72.39511.18窑壳散热43.7146.75总计647.749100吨熟料计第57页，课件共113页，创作于2023年2月燃料技术条件和控制指标烧成烟煤：灰份Af≤13.0%挥发份Vf25.0±3.0%含硫Sf≤1.0%发热量QGWf≥26.8MJ/kg粒度≤50mm第58页，课件共113页，创作于2023年2月熟料烧成技术条件窑尾温度220℃±，≮180℃，≯400℃窑头温度550~600℃窑尾废气中CO2<0.5%，不冒黑烟窑尾负压65±5mm水柱，≯80mm水柱电收尘运转率≥98%,出口含尘≤0.15g/Nm3煤磨出口温度65~70℃,≯74℃煤粉细度+120#≤12%,水份≤2%第59页，课件共113页，创作于2023年2月熟料烧成控制指标熟料容重1.20~1.35熟料粒度≤80mm,温度≤200℃熟料氧化铝标溶≥93%,氧化钠标溶≥95%熟料N/R0.95±0.04，C/S1.96±0.05第60页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐熟料的溶出过程

-主要反应NaAlO2+H2O=NaAl(OH)42NaFeO2+2H2O=2NaOH+Fe2O3·H2OCA+Na2CO3→C3AH6+NaOH

C12A7+Na2CO3→C3AH6+NaOHC2F+aq→C3FH6+2Fe(OH)3+aq

C2F+NaAl(OH)4+aq→C3AH6+NaOH+Fe(OH)3+aqCF+H2O→Ca(OH)2+Fe(OH)3

Ca(OH)2+Fe(OH)3→C3FH1.5+H2OGroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第61页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐熟料的溶出过程

-主要反应第62页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐熟料的溶出过程

-二次反应将C2S引起的反应叫之。由此导致碱和铝的损失叫二次反应损失。2CaO·SiO2+1.17H2O=2CaO·SiO2·1.17H2O（緻密膜）

2CaO·SiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2CaCO3+2NaOH+aq

2CaO·SiO2+2NaOH+aq=2Ca(OH)2+Na2SiO3+aq

Ca(OH)2+Na2SiO3+aq=2CaO·SiO2·H2O（緻密膜）这些反应都不致造成二次反应损失。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第63页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐熟料的溶出过程

-二次反应3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4=3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH3CaO·Al2O3·6H2O+xNa2SiO3=

3CaO·Al2O3·xSiO2·

(6-2x)H2O+2xNaOH(x=0.5~0.8)3.(2+n)NaAl(OH)4+2Na2SiO3+aq=

Na2O·Al2O3·

2SiO2·

nNaAl(OH)4·

xH2O+4NaOH+aq4.3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=

3CaO·Al2O3·xSiO2·

(6-2x)H2O+2(1+x)NaOH+aq含水铝硅酸钠和水化石榴石的形成，C2S表面緻密膜破坏；反应（4）中x比反应（3）大许多。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第64页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐熟料的溶出过程

-水化石榴石的反应3CaO·Al2O3·xSiO2·

(6-2x)H2O+2(1+x)NaOH+aq=3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq2.3CaO·Al2O3·xSiO2·

(6-2x)H2O+3Na2CO3+aq3CaCO3+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+4NaOH+aqx越大，水化石榴石越稳定，上述反应越难进行。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第65页，课件共113页，创作于2023年2月第66页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸盐熟料的溶出过程和设备

-二次反应的影响因素和抑制措施熟料的质量和粒度；温度；Nc浓度；SiO2浓度；溶出时间；溶出液固比；二次反应抑制剂。第67页，课件共113页，创作于2023年2月熟料溶出条件和指标碳分母液Nc≥80g/L溶出液Al2O3105~115g/L,Nc16~19g/L,ak1.15~1.25溶出赤泥+60#≤13%,+160#>20%溶出温度75~80粗液浮游物≤5g/L,底流L/S3.0~4.5氧化铝净溶≥88.8%氧化钠净溶≥93%第68页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程SiO2在铝酸钠溶液中的行为；基于形成水合铝硅酸钠的脱硅；基于形成水化石榴石的脱硅加石灰脱硅水合碳铝酸钙的脱硅脱硅过程与工艺。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第69页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-SiO2在铝酸钠溶液中的行为Ⅰ：未饱和区；Ⅱ：介稳区；Ⅲ：不稳定区GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第70页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-SiO2在铝酸钠溶液中的行为SiO2浓度较低的碱液中：SiO(OH)3-,SiO2(OH)22-

SiO2浓度较高的碱液中：SiO2(OH)22-，SiO3(OH)3-

低浓度铝酸钠溶液中：AlSiO3(OH)43-络合离子GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第71页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-基于形成水合铝硅酸钠的脱硅SiO2(OH)22-+Al(OH)4-+aq=[SiAlO4(OH)m](1+m)-+(6-m)OH-+aq[SiAlO4(OH)m](1+m)-+(n+1)Al(OH)4-+aq=[SiAlnO2(n+1)(OH)m](n+m)-+aq[SiAlnO2(n+1)(OH)m](n+m)-+2Na++aq=Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O+2(n-1)Al(OH)4-+2mOH-+aq溶解度依次递减：A型沸石→方钠石→黝方石→钙霞石GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第72页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-基于形成水合铝硅酸钠的脱硅第73页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-基于形成水合铝硅酸钠的脱硅第74页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-水合铝硅酸钠析出过程影响因素温度：加速，溶解度有最低点；Al2O3浓度：由于离子形态的变化，溶解度有最低点；Na2O浓度：浓度升高，溶解度增大；K2O浓度：浓度升高，SiO2难析出，因为钾沸石结晶缓慢；Na2CO3,Na2SO4,NaCl:使水合铝硅酸钠转变为溶解度更小的沸石族化合物，有利于脱硅；晶种：GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第75页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-基于形成水化石榴石的脱硅过程添加石灰脱硅过程的机理添加石灰脱硅过程的主要影响因素水合碳铝酸钙的深度脱硅GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第76页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-添加石灰脱硅过程的机理Ca(OH)2C3AH6C3ASxH6-xGroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第77页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-添加石灰脱硅过程的机理首先形成C3AH6；饱和系数由外向内梯度递减；SiO2(OH)22-进入水合铝酸钙并替换其中的OH-，属扩散过程。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第78页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-添加石灰脱硅过程的影响因素原液Al2O3和Na2O浓度A越高，形成的[SiAlnO2(n+1)(OH)m](n+m)-越多，而脱硅主要是

SiO2(OH)22-的扩散。不利。Nk越高，水化石榴石易被分解。不利。溶液中Na2CO3浓度Nc越高，水化石榴石易被分解。不利。石灰添加量和质量石灰的活性越高越好；石灰量多虽有利于脱硅，但造成Al2O3损失多。温度有利于扩散，但过高的温度会使水化石榴石分解。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第79页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-水合碳铝酸钙的深度脱硅机理:不同于加石灰脱硅。加石灰脱硅是通过SiO2(OH)22-在水合铝酸钙中扩散进行的。而水合碳铝酸钙的脱硅则是SiO2(OH)22-在水合碳铝酸钙转变为水化石榴石的过程中直接进入晶格。因此后者CaO用量少，且饱和系数的梯度不如前者明显。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第80页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-水合碳铝酸钙的深度脱硅合成：2[Ca2Al(OH)6](OH)·nH2O+mCO32-=[Ca2Al(OH)6]2·mCO3(1-2m)OH·nH2O+2mOH-脱硅：[Ca2Al(OH)6]2·mCO3(1-2m)OH·nH2O+xSiO2(OH)22-→3CaO·Al2O3·xSiO2·

(6-2x)H2O+Na2CO3

由于水合碳铝酸钙不稳定，合成温度和脱硅温度不宜过高。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第81页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-水合碳铝酸钙的深度脱硅GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第82页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的脱硅过程

-脱硅工艺和设备第83页，课件共113页，创作于2023年2月技术条件和控制指标脱硅机温度170~176℃二粗液浮游物25~35g/L石灰乳加入量fCaO3~6g/L沉降槽溢流浮游物<2g/L一精液:浮游物<0.012g/L,A/S≥300ak1.48~1.55,Al2O3≥97g/L二精液:浮游物<0.012g/L,A/S600~1000ak≤1.52,Al2O3≥95g/L过滤机滤饼含水率<40%硅渣浆液含水率≤46%第84页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-机理两种观点：破坏稳定性OH-+CO2=→HCO3=OH-+HCO3=→H2O+CO3=NaAl(OH)4+aq→Al(OH)3↓+NaOH+aq直接作用和水解同时进行2NaAl(OH)4+CO2+aq→Al(OH)3↓+Na2CO3+aqNaAl(OH)4+aq→Al(OH)3↓+NaOH+aqGroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第85页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-产品中的杂质问题丝钠铝石的生成氧化硅的行为GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第86页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-丝钠(钾)铝石生成：2NaAl(OH)4+4NaHCO3+aq→Na2O·Al2O3·2CO2·nH2O+2Na2CO3+aqAl(OH)3+2NaHCO3+aq→Na2O·Al2O3·2CO2·nH2O+aqAl(OH)3+2Na2CO3+aq→Na2O·Al2O3·2CO2·nH2O+2NaOH+aq分解：Na2O·Al2O3·2CO2·nH2O+4NaOH+aq→2NaAl(OH)4+2Na2CO3+aqNa2O·Al2O3·2CO2·nH2O+2NaOH+aq→Al(OH)3+2Na2CO3+aqGroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第87页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-丝钠(钾)铝石形成碳酸钠浓度高，尤其是有碳酸氢钠存在；分解速度快；分解温度过高；碳分末期，由于苛性碱浓度低，丝钠铝石易呈固相析出；而在初期，苛性碱浓度较高，形成的丝钠铝石则易被分解。添加晶种，降低分解速度和深度可缓解之。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第88页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-氧化硅的行为GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第89页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-氧化硅的行为碳分过程中SiO2的析出分三阶段：AH和Si共同析出阶段：由于初期析出的AH粒度小，Si易被吸附；AH析出阶段：此阶段Si变化小，一方面Si浓度比上阶段小，另一方面AH粒度较粗，吸附能力小；Si快速析出阶段：分解后期苛性碱浓度低，Si在溶液中的溶解度急剧下降。

GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第90页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-影响氧化硅析出的因素原液的硅量指数；分解温度：温度低，析出的AH细，吸附能力强，且在后其颗粒附聚长大时夹杂；添加晶种可减轻第一阶段的吸附；分解深度：过高时，Si溶解度小而析出。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第91页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-影响因素

精液成分和分解率精液硅量指数AO浓度、Nt和K2O浓度分解时间、通气速度和CO2浓度温度晶种搅拌GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第92页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-硅量指数的影响硅量指数低，溶液中SiO2高：影响产品化学纯度；由于分解初期SiO2在AH表面吸附，不利于AH的继续长大，产品细。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第93页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-溶液成分的影响原液中AO浓度高有利于获得粒度较粗的AH；Nt高，AH中碱含量高，碳分时间短时更明显;Nt一定时,溶液中K2O越多,SiO2的平衡浓度越高,产品中Si的含量则越少;由于K2CO3的溶解度比Na2CO3高,易洗,故碱含量也低。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第94页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-分解时间、通气速度和CO2浓度的影响碳分时间主要取决于气体浓度和通气速度；其它条件相同时，延长分解时间则有利于获得粒度粗、碱含量低的产品；提高通气速度或增大气体浓度，AH变细，碱含量增加；但快速碳分时，由于产品中硅含量的变化研究结论不一。GroupofAlumina&Ceramics,SchoolofMetallurgicalScienceandEngineering,CSU第95页，课件共113页，创作于2023年2月铝酸钠溶液的碳酸化分解

-温度的影响提高温度有利于获得结晶良好，吸附能力小，强度高的粗AH，其中碱和硅含量也少；但分解末期提高碳分温度，丝钠(钾)铝石析出也多。Groupof