碱-石灰烧结法生产氧化铝的原理(精)
氧化铝生产3
石或锐钛矿的形态存在。物相鉴定结果表明，TiO2以
钙钛矿的形态（CaO· TiO2）存在于熟料和溶出渣中。 在熟料溶出时，CaO· TiO2基本上不参与反应。在配 制炉料时，CaO的配入量应该同时满足SiO2和TiO2 所需要的CaO量。
5.碱石灰铝土矿炉料烧结过程反应顺序
• 根据炉料在烧结过程中物相组成的变化，碱石灰铝土 矿炉料烧结过程中反应顺序为：
中灰份的数量及其组成。同时也要考虑硫所造成的碱损失，
铁铝比，这样既有利于熟料烧结成块，同时也利于熟 料窑挂窑皮的操作。生产实践经验表明，炉料铁铝比 在0.07～0.10范围较好。
• （3）碱比、钙比 烧结温度随碱比增大而升高，碱比 为0.9左右时，烧成温度范围变得很窄，不好烧结。
烧结温度随钙比升高而降低，但降低不明显。然而炉
料的碱比和钙比是由保证有用成分的最大溶出率来决 定的。
• 熟料经破碎后，用稀碱溶液在球磨机内进行粉碎湿磨溶 出，使有用成分 Na2O 和 Al2O3 转变为铝酸钠溶液，而原 硅酸钙和氧化铁形成固相赤泥，经过沉降分离，得到铝 酸钠溶液，从而达到有用成分与有害杂质分离的目的。 分离后的赤泥需经过热水充分洗涤后才能排弃，目的是
回收赤泥附液中的Na2O和Al2O3。
• 当Na2CO3、A12O3和Fe2O3同时存在时，在低温下 生成Na2O· Fe2O3的反应占优势，随着温度的升高铁
酸钠相对数量降低，而Na2O· Al2O3的数量增加。当
温度升高到900℃，Al2O3能置换Na2O· Fe2O3中的 Fe2O3生成Na2O· Al2O3。在烧结温度范围内此反应 能进行到底： Na2O· Fe2O3+ Al2O3→Na2O· Al2O3+ Fe2O3
SiO2），造成Na2O和Al2O3的损失。
熟料烧结(一)
熟料烧结（一）
冷却带 从火焰后部到窑头的一带。高温熟料在冷却带由二次空气和窑头漏风冷却， 逐步冷却到1000以下下落到冷却机。 五、熟料窑结构示意图：
熟料烧结（二）之熟料窑系统
烧结温度范围和液相量控制的意义 液相量的出现和控制 在一定的烧结温度下，液相量很少，在该温度时只能使炉料体现有少许收缩，但尚 不能把粉状炉料粘结成颗粒状（叫黄料）。 提高一定温度，出现液相量较少，在凝结时，虽能把粉状炉料粘结成颗粒状，的温度，液相量达到一定的适当量时，才能出现颗粒度均匀，孔隙度大 并有一定机械强度的熟料，叫正烧结料。 又提高一定的温度，液相量较多时，产生的是致密而少孔的，机械强度很大的熟料， 叫过烧结料。 当液相量过多时，就产生坚硬无孔的，所谓熔融熟料。 生产上把产生以上近烧结熟料，正烧结熟料、过烧结熟料所对应的温度，称为近烧 结温度、正烧结温度、过烧结温度。而炉料从近烧结温度到过烧结温度所经过 的温度区间，叫烧结温度范围。一般来说，在炉料正常配方的情况下，近烧结 时液相量为5~~10%，正烧结时液相量为15~~20%，过烧结时液相量为大于 ~~20%以上。
熟料烧结（二）之熟料窑系统
熟料烧结（二）之熟料窑系统
熟料烧结（二）之熟料窑系统
熟料烧结（二）之熟料窑系统
熟料生产工艺流程图：
熟料烧结（二）之熟料窑系统
几个概念： 烘窑 烘窑的目的是什么？ 耐火砖砌好后，在点火开窑前必须烘窑， 使胶泥和耐火砖的水分缓慢的蒸发出来，以加强耐火砖和胶泥之间的结合，同 时可避免耐火砖温度急剧上升和水分剧烈蒸发而引起耐火砖表面爆裂，也防止 机械设备（领圈）因温度急剧升高而涨裂。 挂窑皮 窑皮是物料煅烧后粘附在烧成带耐火砖表面形成的保护层（过烧熟料层）。 它可以防止高温区物料对耐火砖的化学侵蚀和机械磨损，从而可以延长耐火砖 的使用寿命，提高回转窑的运转周期，同时可以增强传热效率，稳定窑的热工 制度，减少散热损失，所以挂好和维护好窑皮是保证优质高产的前提，而挂好 第一层高温窑皮尤为重要。 窑皮形成的机理： ；炉料在回转窑中由窑尾向窑头移动，当进入到分解带前沿时， 在一定温度下开始出现液相，随着温度升高液相量也相应增加，当增加到一定 数量时，炉料有黏结性，物料和耐火砖接触时，由于耐火砖向外散热，液相和 部分炉料就黏结在耐火砖表面而形成第一层窑皮，由于炉料推进，同时形成第 二层窑皮，第二层窑皮黏结后，第一层窑皮因为温度下降而凝固，这个过程继 续下去窑皮愈厚，当厚到一定程度时，由于窑皮的热负荷增加，窑皮表面温度 升高，液相黏度逐渐减小，由于向外冷却困难，液相过热，粘性不足，此时窑 皮就会停止生成。 结圈 炉料烧结过程中，由于液相的出现和凝结，在烧结带前后两端形成了致密而 高于窑皮的结圈称前结圈和后结圈。
氧化铝冶炼工艺流程简介
氧化铝的主要冶炼工艺介绍氧化铝的冶炼工艺大致可以分为烧结法、拜耳法和烧结-拜耳联合法等。
一、烧结法1.1烧结法的基本原理将铝土矿与一定数量的纯碱、石灰（或者石灰石）、配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅和石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时固体铝酸钠便进入溶液，铁酸钠水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。
在用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝，经过焙烧后产出氧化铝。
分离氢氧化铝后的母液成为碳分母液经过蒸发后返回配料。
1.2烧结法工艺过程简述烧结法生产氧化铝有生料浆制备、熟料烧结、熟料溶出、赤泥分离以及洗涤、粗液脱硅、精液碳酸化分解、氢氧化铝的分离以及洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发等主要生产工序。
生料浆制备：将铝土矿、石灰（或石灰石）、碱粉、无烟煤以及碳分母液按一定的比例，送入原料磨中磨制成生料浆，经过料浆槽的三次调配成各项指标合格的生料浆，送熟料窑烧结。
熟料烧结：配合格的生料浆送入熟料窑内，在1200℃-1300℃的高温下发生一系列的物理化学变化，主要生产使氧化硅和石灰化合成不溶于水的熟料。
熟料窑烧结过程通常在熟料窑（回转窑）内进行，氧化硅和石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，氧化铝和纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，并且烧至部分熔融，冷却后成外观为黑灰色的颗粒状物料即熟料。
熟料溶出：熟料经过破碎达到要求的粒度后，用稀碱溶液（生产上称调整液），在湿磨内进行粉碎性溶出，有用成分氧化铝和氧化钠进入溶液，成为铝酸钠溶液，而杂质铁和硅则进入赤泥。
赤泥分离和洗涤：为了减少溶出过程中的化学损失，赤泥和铝酸钠溶液必须快速分离，为了回收赤泥附液中所带走的有用成分氧化铝和氧化钠，将赤泥进行多次反向洗涤再排入堆场。
烧结法的原理和基本流程
烧结法的原理和基本流程第一节烧结法的原理随着矿石铝硅比的降低，拜耳法生产氧化铝的经济效果明显恶化。
对于铝硅比低于7的矿石，单纯的拜耳法就不适用了。
处理铝硅比在4以下的矿石，碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的方法。
在处理SiO2含量更高的其它炼铝原料时，如霞石、绢云母以及正长石时，它也得到应用，可以同时制取氧化铝、钾肥和水泥等产品，实现了原料的综合利用。
据报导，国外以霞石为原料的烧结法企业，由于原料综合利用，实现了无废料生产，氧化铝的生产成本反而最低。
在我国已经查明的铝矿资源中，高硅铝土矿占有很大的数量，因而烧结法对于我国氧化铝工业具有很重要的意义。
我国第一座氧化铝厂——山东铝厂就是采用碱石灰烧结法生产的。
它在改进和发展碱石灰烧结法方面作出了许多贡献，其Al2O3的总回收率，碱耗等指标都居于世界先进水平。
法国人勒·萨特里在1858年提出了碳酸钠烧结法，即用碳酸钠和铝土矿烧结，得到含固体铝酸钠Na2O· Al2O3的烧结产物。
这种产物称为熟料或烧结块，将其用稀碱溶液溶出便可以得到铝酸钠溶液。
往溶液中通入CO2气体，即可析出氢氧化铝。
残留在溶液中的主要是碳酸钠，可以再循环使用。
这种方法，原料中的SiO2仍然是以铝硅酸钠的形式转入泥渣，而成品氧化铝质量差，流程复杂，耗热量大，所以拜耳法问世后，此法就被淘汰了。
用碳酸钠和石灰石按一定比例与铝土矿烧结，可以在很大程度上减轻SiO2的危害，使Al2O3和Na2O的损失大大减少。
这样就形成了碱石灰烧结法。
在处理高硅铝土矿时，它比拜耳法比越。
除了这两种烧结法外，还有单纯用石灰与矿石烧结的石灰烧结法，它比较适用干处理粘土类原料，特别是含有一定可燃成分的煤矸石、页岩等。
这时原料中的Al 2O 3，烧结成铝酸钙，经碳酸钠溶液溶出后，可得到铝酸钠溶液。
目前用在工业上的只有碱石灰烧结法。
它所处理的原料有铝土矿、霞石和拜耳法赤泥。
这些炉料分别称为铝土矿炉料。
氧化铝生产工艺(碱石灰烧结法).
第14章 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应
固相反应：是以固体物质中质点的相互交换（扩散）来实现的，是在
远低于原料及最终产物熔点的温度下进行。铝土矿熟料烧结过程是固态 反应过程。 A固→A气， A固+X固→AX液， A气+B固→AB固 AX液+B固→AB固+X固
熟料烧结过程是复杂的多相固相反应过程，硅酸盐和铝酸盐的形成 都是经过各种中间相最后形成熟料的矿物组成。固态物质开始烧结的温 度与其熔点间存在大致一定的规律： 金属：T烧结≈（0.3-0.4）T熔点 盐类： T烧结≈0.57T熔点 硅酸盐及有机物： T烧结≈（0.8-0.9）T熔点
酸钠溶液中最稳定的形态，结晶应该粗大
熟料应有一定的强度和气孔率
第14章 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应
判断熟料质量好坏的标准
标准溶出率：熟料中的Al2O3和Na2O在 反应烧结强度和气孔率。 标准溶出条件下的溶出率。 密度：烧结法厂1.2-1.3g/L;联合法厂 标准溶出条件：是为了使熟料中可溶性 2->0.25%的熟料是黑心多孔，质量好； S 1.2-1.45g/L 的 Al2O3和Na2O能够全部溶出来，而且 S2-<0.25%的熟料黄心或粉状黄料，质量 不再进入赤泥而制定的溶出条件。 粒度：粒度应均匀， 30-50mm。 差。 烧结法厂：ηA标>96%，η N标>97%；
第13章 烧结法生产氧化铝的原理和基本流程
碱石灰烧结法的主要工序
生料浆的制备（原料准备） 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
第14章 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应
烧结法生产氧化铝
总述 拜尔法只适宜处理优质铝土矿，这是由于原理决定的。随着优质矿石的减少和 矿石品位的降低，烧结法的优势渐渐显露出来。特别是处理高硅铝土矿更 加行之有效，因为矿石中的二氧化硅主要转变为原硅酸钙。特别是处理我 国独特的一水硬铝石。可以获得较低的碱耗和较高的铝氧回收率。 分述 （一）烧结法生产氧化铝的工艺流程图（下页） 烧结法生产氧化铝的基本原理 : 将铝土矿与一定数量的纯碱、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的原 硅酸钙，氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化 合成可以水解的铁酸钠，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时固体铝酸 钠便进入溶液，铁酸钠水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入 赤泥。在用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝，经过培烧后产 出氧化铝。分离AH后的母液成为碳分母液经过蒸发后返回配料。所以烧结 法的碱也是循环使用的。
烧结法生产氧化铝
粗液脱硅 熟料溶出过程中，原硅酸钙不可避免的与溶液发生反应，造成粗液中会有 5~6G/L的SIO2，这部分杂质将影响成品氧化铝的质量。为了保证产品质量，粗液必 须进行专门的脱硅处理，制成精液，使其中的SIO2含量降到0.2以下。脱硅后的固体 产物称硅渣。硅渣及其附液中含有相当数量的有用成分，所以要返回配料加以回收。 精液碳分 是在碳酸化分解槽中进行的，连续不断的往其中通入二氧化碳气体，可以 使铝酸钠溶液分解析出AH，生产上称碳酸化分解，有部分精液要添加种子进行晶种分 解，以制得种分母液，来提高精液的苛性化系数。 AH分离和洗涤 分解后的AH浆液送去沉降分离，并按颗粒大小进行分级，细颗粒做 晶种，粗颗粒经过洗涤后送去烧制AH。分离后的母液（有种分和碳分）送去蒸发浓缩。 返回配料。 AH焙烧 AH还有部分附着水和结晶水，在循环炉内经过高温脱水并进行一系列的晶 型转变，制得AO。 母液蒸发 是将分离后的母液（有种分和碳分），在这里称为蒸发原液经过蒸发器浓 缩为符合配料要求的蒸发母液。返回配料使用，在蒸发的过程中，又浓缩了流程中的 水分，是液量保持了平衡，避免了生产中液产氧化铝的工艺流程图：
铝土矿是如何变成氧化铝的？
铝土矿是如何变成氧化铝的？铝土矿实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。
铝土矿是目前氧化铝生产中最主要的矿石资源，世界上99%以上的氧化铝是用铝土矿为原料生产的。
由铝土矿生产氧化铝方法大致可分为四类，即碱法、酸法、酸碱联合法和热法。
但目前用于工业生产的几乎全属于碱法。
本文将为大家简单介绍这四种氧化铝的生产方法，碱法中拜耳法应用最为广泛，因此本文对拜耳法工艺作了较为详细的叙述。
一、碱法碱法工艺流程文字说明：碱法生产氧化铝，是用碱（NaOH或Na2CO3）来处理铝矿石，使铝矿石中的氧化铝转变成铝酸钠溶液。
矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则形成不溶解的化合物，将不溶解的残渣（常含有大量氧化铁，呈红色，习惯上称为赤泥。
）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合利用，以回收其中的有用组分。
纯净的铝酸纳溶液在合适的条件下分解析出氢氧化铝，经与母液分离、洗涤后进行焙烧，得到氧化铝产品。
分解母液可循环使用，处理另一批矿石。
碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法和拜耳法-烧结法联合法等多种流程。
1拜耳法拜耳法是一种工业上广泛使用的从铝土矿生产氧化铝的化工过程。
由K.J.Bayer于1889-1892年提出的，一百多年来它已经有了许多改进。
它适用于处理低硅铝矿，尤其是在处理三水型铝土矿时，具有流程简单，作业方便，产品质量高，经济效益高等特点。
拜耳法基本原理：用浓氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝水合物转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的铝酸钠溶液也叫母液重新用于处理下一批铝土矿，实现了连续化生产。
下图为拜耳法生产氧化铝的基本工艺流程图，每个工厂由于条件不同，可能采用的工艺流程会稍有不同，但原则上它们没有本质的区别。
从拜耳法生产的基本工艺流程，可以把整个生产过程大致分为如下主要的生产工序：原矿浆制备、高压溶出、溶出矿浆的稀释及赤泥的分离和洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级与洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及一水苏打苛化等，具体流程如下图所示。
氧化铝问答
1.简述拜耳法生产氧化铝拜的原理。
答：用苛性碱溶液溶出铝土矿中氧化铝而而制成铝酸钠溶液，采用对溶液降温、加晶种、搅拌的条件下，从溶液中分解出氢氧化铝，将分解后母液经蒸发用来重新的溶出新的一批铝土矿，溶出过程是在加压下进行的。
2.简述铝酸钠溶液碳酸化分解的基本原理答：往铝酸钠溶液中通入CO2 中和溶液中的游离苛性碱，使溶液的苛性比值降低，从而使铝酸钠溶液的稳定性下降，分解结晶析出Al(OH)3 。
3.圆锥破碎机的工作原理是什么？答：由动锥和定锥组成环行的破碎腔，物料经分配盘均匀地撒入破碎腔，动锥在偏心轴的带动下在定锥的内表面做偏旋运动，时而靠近定锥，时而离开定锥。
当动锥的表面靠近定锥的内表面一侧时，此处的矿石受到挤压、弯曲、磨削的作用而破碎，当动锥离开此处时，已破碎的矿石从锥底部排料口排出，上面的矿石随之而下落一段距离。
当动锥离开此处而靠近另一处时，另一处的矿石同样受到挤压、弯曲、磨削的作用而破碎，并从锥底排出。
如此连续不断的重复的工作，直到矿石全部破碎完并排出。
4.铝土矿高压溶出过程的目的是什么？答：用苛性碱溶液迅速将铝土矿中氧化铝溶出，制成铝酸钠溶液5.工业生产氧化铝，铝酸钠溶液分解的方法有哪两种？分别说明它们的概念。
答：晶种分解：往过饱和的铝酸钠溶液中添加晶种，降低温度和不断搅拌的情况下，使之分解，结晶析出Al(OH)3 。
碳酸化分解：往铝酸钠溶液中通入CO2 气体，使其迅速分解析出Al(OH)3。
6.球磨机的工作原理是什么？答：将物料和钢球按一定的比例装入球磨机内，在传动装置的带动下磨机一定的转速转动，磨机内的钢球一部分沿磨机筒体内壁一起被提升一定的高度后抛落下来，对磨机内物料产生冲击作用使之粉碎，同时，由于摩擦力的作用磨机内钢球还产生自转，对物料产生研磨作用，磨机内的物料在冲击力和研磨力的作用下粉碎，达到生产要求后从排料口排出。
7.离心泵的工作原理是什么？答：在泵启动前向泵内灌满所输送的液体。
氧化铝-烧结法
Al2 3. 从水化石 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaO· O3· xSiO2· yH2O+2(1+x)NaOH+aq 榴石中回 收氧化铝
烧结法
1. 不加石灰 的脱硅过 程
4 铝酸钠溶液脱硅
二段脱硅得到的水化石榴石渣中含 Al2O3量约为26％。采用碳酸钠溶液来 提取其中的Al2O3较为合适。
（1）排除流程中的多余水份，保持循环系统的水
量平衡；
（2）使母液蒸浓到符合铝土矿脱硅（种分母液）
或配制生料浆（碳分母液）的浓度要求；
（3）排除生产过程积累的杂质。
脱硫措施
3. 烧结过程工 艺 4. 影响熟料的 主要因素
另外还发生副反应
烧结法
1. 熟料烧结主
要反应 2. 烧结过程中
2 熟料烧结
硫对氧化铝生产造成的危害
（1）生料中含有的硫能使碱耗增加。
（2）熟料中的Na2SO4升高对大窑操作带来 硫的行为和 困难。
脱硫措施
3. 烧结过程工 （3）母液中Na2SO4含量升高给蒸发操作带
1. 熟料溶出的 主要反应
3 熟料溶出
溶出过程中的二次反应
2. 溶出时原硅 酸钙的行为 和二次反应 3. 熟料溶出工 艺
2CaO· SiO2+2NaOH=Na2SiO3+2Ca(OH)2↓ 2CaO· SiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2NaO H+2CaCO3↓+aq 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO· Al2O3· 6 H2O+2NaOH+aq 3CaO· Al2O3· 6H2O+xNa2SiO3+aq=3CaO· Al 2O3· x SiO2· yH2O+2xNaOH+aq 3Ca(OH)2+NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3Ca O· Al2O3· xSiO2· yH2O+2(x+1)NaOH+aq
氧化铝生产工艺发展应用解析
氧化铝生产工艺发展应用解析【摘要】氧化铝作为重要的功能材料之一，在机械、化工、电子等行业被广泛使用，本文介绍了氧化铝的几种生产工艺和发展应用。
【关键词】氧化铝；生产工艺；应用前言火山爆发过程中形成的氧化铝在岩石中呈现为无色的晶体。
而现实生产中所使用的氧化铝是指工业氧化铝，其是各种氧化铝水合物经过加热分解的脱水产物。
不同氧化铝特性因制造方法和条件的不同而不同，因根据需要，选择适宜的制备工艺和条件。
1 氧化铝的特性工业氧化铝按照其生成温度可以划分为低温氧化铝和高温氧化铝。
通常点解炼铝用的氧化铝是属六角晶系的一种混合物，因其具备坚固的晶体，其具备稳定的化学性，在酸或碱液中不溶解。
成品氧化铝主要成分是三氧化二铝，除此之外，还含有少量其它杂质。
氧化铝中残存的结晶水以灼减表示，属有害杂质。
当灼减少高或吸湿后的氧化铝与高温熔融的电解质接触时，则会引起电解质暴溅，危及到操作人员的安全。
2 氧化铝生产工艺2.1 氧化铝生产概述氧化铝的生产过程即从铝矿石中提取氧化铝，使之和杂质分类。
自然界中的铝矿石及含铝原料的类型有很多种，同一类型的铝土矿中各种杂质的含铝有有所不同。
为了最经济地生产出氧化铝，针对不同的铝矿，需要采取不同的方法，生产氧化铝的方法大致有碱法、电热法、高压水化学法以及酸法联合法等。
2.2 碱法碱法生产氧化铝就是用碱处理铝土矿，使得矿石中的氧化铝和碱反应制成铝酸钠溶液。
矿石中的铁、钛等杂志和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣中。
这种残渣通常被称为赤泥，因其被氧化铝染成砖红色。
和赤泥分离后的铝酸钠溶液经过净化处理之后，可以分解析出氢氧化铝，讲其溶液分离并经过洗涤和焙烧后，就可以获得氧化铝。
分离氢氧化铝后的溶液被称为母液，可以被用来处理下一批矿石，因而也被称为循环母液。
碱法生产氧化铝，按照其生产过程的特点，又被分为拜耳法、烧结法和二者联合法，目前工业上普遍采用碱法生产氧化铝。
2.3 拜耳法生产氧化铝的原理和基本工艺流程拜耳法是由奥地利化学家拜耳（K·J·Bayer）于1889～1892年发明的一种从铝土矿中提取氧化铝的方法。
碱石灰烧结法生产氧化铝
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU
铝酸盐炉料烧结过程
- 主要物理化学反应
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
9.
Al2O3的行为； SiO2的行为； Fe2O3的行为； Mg O的行为和TiO2的行为； 硫的危害和防治； 氟化物的影响； Na2O· 2O3–Na2O· 2O3 –2CaO · 2系； Al Fe SiO Ca O – Al2O3 –SiO2系;
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· 2O3 Al
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：
Na2O.Al2O3 2CaO.SiO2
NaAl(OH)4
Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀
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;
（铁含量过高，配钙不足时， Al2O3↓， Na2O↓
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU
碱石灰烧结法生产氧化铝工艺设计
冶金工程专业课程设计题目：碱石灰烧结法生产氧化铝工艺设计班级：学号：姓名：2010年7月目录第一章碱石灰烧结法生产氧化铝设计任务及分析.................................................. - 3 -1.1铝土矿的组成及其物理化学性质..................................................................................................... - 3 -1.1.1主要含铝矿物.............................................................................................................................. - 3 -1.1.2铝土矿的物理化学性质.............................................................................................................. - 4 -1.1.3.我国铝土矿资源现状.................................................................................................................. - 4 -1.1.4其他铝矿及含铝资源.................................................................................................................. - 4 - 1.2碱石灰烧结法生产氧化铝工艺设计任务......................................................................................... - 5 - 1.3 烧结法生产氧化流程工艺分析........................................................................................................ - 5 -1.3.1碱石灰烧结法特点及技术现状.................................................................................................. - 5 -1.3.2碱石灰烧结法流程概况.............................................................................................................. - 5 - 第二章组织与分工....................................................................................................................... - 7 -2.1 项目组织 ........................................................................................................................................... - 7 - 2.2 分工 ................................................................................................................................................... - 7 -第三章课程设计正文.................................................................................................................. - 8 -3.1 总体设计方案 ................................................................................................................................... - 8 -3.1.1烧结过程工艺.............................................................................................................................. - 8 -3.1.2溶出工艺 ................................................................................................................................... - 10 -3.1.3脱硅工艺 ................................................................................................................................... - 13 -3.1.4铝酸钠溶液的碳酸化分解........................................................................................................ - 16 -3.1.5烧结法的改进途径.................................................................................................................... - 17 - 3.2工艺流程图 ...................................................................................................................................... - 18 - 3.3参考文献 .......................................................................................................................................... - 19 -第一章碱石灰烧结法生产氧化铝设计任务及分析1.1铝土矿的组成及其物理化学性质1.1.1主要含铝矿物铝土矿是目前氧化铝生产中最主要的矿石资源,世界上95%以上的氧化铝是使用铝土矿生产出来的.其主要的含铝矿物为三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石。
氧化铝生产工艺(碱石灰烧结法)
第14章 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应
SiO2的反应：烧结法处理的是高硅铝土矿，因此Al2O3与SiO2的分离，
烧结过程生成的含硅化合物必须满足： 烧结过程中炉料中SiO2应转变为不含Na2O和Al2O3的化合物 在高温下能与Na2O和Al2O3同时稳定存在 在溶出时不与铝酸钠溶液显著反应 。 SiO2可与CaO生成： CaO· SiO2(偏硅酸钙）：在高温下易与铝酸钠反应生成铝硅酸 钠，造成氧化铝和氧化钠的损失 3CaO· 2SiO2(二硅酸钙）：同上 3CaO· SiO2(三硅酸钙）：含CaO多，稳定存在范围窄，不稳定 2 CaO· SiO2(原硅酸钙）：具备上述三个条件。 因此烧结时控制条件使SiO2转变为2CaO· SiO2。碱石灰烧结法熟 料中2CaO· SiO2以β-2CaO· SiO2形式存在
碱溶液的2CaO· SiO2。
并形成具有一定容积密度和孔隙率、可磨性好的熟料， 以便在溶出过程中将有用成份与有害杂质较好的进行分
离，最大限度提取氧化铝和回收碱。
第14章 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应
熟料烧结要求
熟料中Al2O3含量高，生产一吨氧化铝的熟料量少 Al2O3与Na2O必须是可溶性的物相，其余杂质则要成为 不溶性物相 原硅酸钙2CaO· SiO2还应尽可能转变为活性最小，在铝
在Na2O-Al2O3二元系中可构成5Na2O· Al2O3， Na2O· Al2O3， Na2O· 5Al2O3， Na2O· 11Al2O3等铝酸盐，对于碱石灰烧结法来说，只有Na2O· Al2O3是有用的， 因为它易溶于水，碱含量也不高，更重要的是只有它才能在高温下与原硅酸 钙并存。
而生成 Na2O•Al 行料浆调整和成分分析，料浆在此调配 原硅酸钙 (2CaO •SiO2)和钛酸钙(CaO•TiO2) 2O3，有利于溶出，同
碱石灰烧结法氧化铝生产工艺
分解母液蒸发——从过程中排除过量的水， 蒸发的循环纯碱溶液用以配制生料浆。
熟料烧结
生料的高温煅烧，制取主要含铝酸钠、铁 酸钠和硅酸二钙的熟料。 熟料烧结的最佳温度条件决定于原料的化 学及矿物组成和生了得配料比。我们在实 验室一般在1350摄氏度。 烧结完成后要磨料，磨成一定粒度的熟料。 再做下一步实验。
熟料溶出
溶出是为了使熟料中的铝酸钠转入溶液， 分离和洗涤不溶性残渣（赤泥）。 溶出：称10g熟料和碳酸钠溶液装到三口烧 瓶中，在80度条件的恒温水浴中，搅拌桨 以一定速度搅拌，溶出30min。 成分分析：全碱浓度、苛碱浓度、AO浓度、 吸光度测S
在溶出过程中，由于原硅酸钙引起的二次 反应，在溶出液中有不少的SiO2，使成品氧 化铝的质量低于规范要求。 通过测溶液的吸光度算出其硅含量。 脱硅过程实质就是是其中的SiO2转变成浓 度小的化合物沉淀析出。 脱硅法一：使SiO2成为含水铝硅酸钠析出。 脱硅法二：使SiO2成为水化石榴石析出。
烧结法的原理
用碳酸钠和石灰石按一定比例与铝土矿烧 结，可以很大程度上减轻Si2O的危害，使 Al2O3和Na2O的损失大大减少，这样就形成 了碱石灰烧结法。在处理高硅铝矿是，比 拜耳法优越。 中国现在的铝土矿品味很差，碱石灰烧结 法有很大的应用前景。
烧结法的基本流程
烧结法生产氧化铝
第二篇烧结法生产氧化铝第一章原料制备教学内容1、原料制备在烧结法生产中的重要作用。
2、矿石的破碎。
3、烧结法配料及配料计算。
4、磨矿。
5、石灰的煅烧。
6、煤粉制备。
教学要求1、理解原料制备在烧结法生产中的重要作用。
2、掌握矿石的破碎的方法、设备构造和工作原理。
3、掌握烧结法配料及配料计算。
4、了解烧结法磨矿过程、设备。
5、了解石灰煅烧反应、生产过程和石灰炉的构造。
6、了解煤粉制备及要求。
重点与难点重点1、烧结法配料及配料计算。
2、磨矿过程、设备构造和工作原理难点1、烧结法配料及配料计算2、破碎机、原料磨、石灰炉、煤粉磨的构造和工作原理。
教学时数：8学时第一节概述一、什么叫碱石灰烧结法生产氧化铝？碱石灰烧结法就是把铝土矿、补充的碱粉、石灰（小石渣）、循环碱液（即碳分蒸发母液）和拜尔法赤泥按比例配料并磨制成合格的生料浆，喷入熟料窑中在高温下烧结成熟料，熟料和调整液在湿磨中粉碎溶出，溶出液经赤泥分离得到粗液，粗液经脱硅、叶滤后得铝酸钠精液送入碳酸化分解，析出氢氧化铝经焙烧得到产品氧化铝。
赤泥经6-8次反向洗涤送赤泥堆场，赤泥洗液配调整液。
碳分母液经蒸发返回循环碱液槽。
山东铝业公司开采和购进的国内铝土矿，其中的氧化铝的矿物组成大多为一水硬铝石，即α-AI2O3²H2O或α-AI O OH，并且混矿铝硅比较低（A/S≈4），采用拜尔法生产（拜尔法生产要求矿石A/S>7），矿石中的SiO2要求高压溶出温度比较高，在溶出时SiO2都转变为含水铝硅酸钠，需要消耗大量的苛性碱。
采用碱—石灰烧结法更为有利。
但是，烧结法存在工艺复杂流程长、设备投资高、能耗高和产品质量差等缺点。
将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石）配成炉料并磨细，在高温下烧结，使其中的氧化铝与纯碱化合成可溶于水的铝酸钠（Na2O²AI2O3），氧化硅与配入的石灰化合成不（难、微）溶于水的原硅酸钙（2CaO²SiO2），氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠（Na2O²Fe2O3），将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时铝酸钠（Na2O²AI2O3）——进入溶液铁酸钠（Na2O²Fe2O3）——水解放出碱、氧化铁进入赤泥原硅酸钙（2CaO²SiO2）——大部分进入赤泥，小部分溶于溶液（所以需要脱硅）。
碱石灰烧结法生产氧化铝
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟碱石灰烧结法生产氧化铝碱石灰烧结法是在铝土矿中配入石灰石（苏打和石灰）、纯碱、碳分母液制备生料浆，生料浆打入窑内在高温下烧结成铝酸钠熟料，用水溶出熟料得铅酸钠溶液，铝酸钠溶液脱硅得精液，通二氧化碳气体分解得氢氧化铝，分解后的母液蒸发后循环使用。
在1200℃下烧结时，铝土矿中的氧化铝与碳酸钠反应生成可溶性的铝酸钠，杂质氧化铁、二氧化硅和二氧化钛分别被烧结生成铁酸钠、原硅酸钙和钛酸钙。
要求烧结所得到的熟料具有适当的强度和可磨性，溶出后的赤泥沉降性好。
用熟料中的氧化铝和苛性碱的标准溶液出率来衡量熟料质量的好坏。
标准溶出率就是指为了使熟料中可溶性氧化铝和苛性碱能全部溶出而不进入泥渣的溶出率，通常要求96%。
优质熟料粒度均匀（大部分30～50mm），堆积密度1.20～1.30，黑灰色。
为此，要求严格的控制生料浆的配制，即铝硅比、铁铝比、碱比、钙比、水分、固定碳含量及干生料的粒度；严格控制绕结温度。
我国采用低碱高钙配方，熟料质量较好。
在用热水溶出铝酸钠时，铁酸钠水解出游离苛性碱。
原硅酸钙和钛酸钙不溶于水，与碱溶液的反应也较弱。
用稀酸溶液溶出时。
可将熟料中的氧化铝和苛性碱溶出，得到铝酸钠溶液，与赤泥中的原硅酸钙、钛酸钙和水合三氧化二铁残渣分离。
如果溶出制度不当，尽管熟料质量好，溶出过程也会因发生一系列二次反应而使溶出来的氧化铝和苛性碱又进入赤泥。
根据低铁熟料的特点，我国研究出低苛性比值在80℃下二段磨料溶出流程，氧化铝和苛性碱的溶出率都达到92%～93%，得到的铝酸钠溶液中含Al2O3 达100g/L。
溶出时由于原硅酸钙与铝酸钠溶液发生二次反应，熟料的溶出液中通常含二氧化硅达4～6g/L，硅量指数仅为20～30，需要进行专门脱硅。
通常在150～170℃下的压煮器中以水合铝硅酸钠形式进行一段脱硅，使硅量指数达400，再进行第二段加石灰常压脱硅（形成。
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碳酸化分解： •
铝酸钠溶液经脱硅净化处理后，通入二氧 化碳气体进行碳酸化分解，得到晶体氢氧 化铝和主要成分为碳酸钠的碳分母液，可 以循环利用，蒸发后返回再用来配料。
碱-石灰烧结法生产氧化铝的原理
碱-石灰烧结法可以处理铝硅比低的铝土矿 ，但铝硅比如果低于3.5，则会使物料流量 增加，烧结和溶出过程困难，经济和技术 指标大大恶化，所以目前碱一石灰烧结法 处理铝土矿的铝硅比要大于3.5。
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碱-石灰烧结法生产氧化铝的原理
碱-石灰烧结法基本原理： •
碱-石灰烧结法是由碱、石灰和铝土矿组成 的炉料经过烧结，使炉料中的氧化铝转变 为易溶的铝酸钠，氧化铁转变为易水解的 铁酸钠，氧化硅转变为不溶的原硅酸钙， 氧化钛转变为不溶的钛酸钙，然后用水或 稀碱 (Na2CO3) 溶液对铝酸钠熟料进行溶出 ，得到铝酸钠溶液，将此溶液进行脱硅净 化处理后，往溶液中通入二氧化碳气体进 行碳酸化分解得到氢氧化铝晶体，再经焙 烧脱水得到氧化铝产品。
碱-石灰烧结法生产氧化铝的原理
碱-石灰烧结法核心工序：生料烧结、熟料 溶出、碳酸化分解。 生料烧结：
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烧结得到熟料主要组成：铝酸钠、铁酸钠 、原硅酸钙以及钛酸钙。
碱-石灰烧结法生产氧化铝的原理
熟料溶出： •
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由铝酸钠、铁酸钠、原硅酸钙、钛酸钙等 组成的熟料在用稀碱溶液溶出。 铝酸钠： 铁酸钠： 原硅酸钙和钛酸钙：原硅酸钙(2CaO· SiO2) 和钛酸钙 (CaO· TiO2) 不溶于水合碱溶液， 全部转入赤泥。