氧化铝生产工艺学习情境4.3

教学过程设计：

一、资讯

教师：

布置任务2.3熟料溶出的操作与控制

提出问题

1．写出熟料溶出过程的两个主要反应式。

2．什么叫做熟料溶出的二次反应和二次反应损失？

3．二次反应的实质是什么？

4．什么叫熟料溶出过程的净溶出率？影响净溶出率的因素有哪些？

5．进入溶出湿磨的物料有哪些？调整液由哪些溶液所组成？

知识准备

2.3.1 衡量熟料溶出效果的指标

熟料溶出作业的效果通常是由熟料的A1203净溶出率和Na20净溶出率等两个指标来衡量。

Al203净溶出率的计算公式如下：

Na20净溶出率的计算公式如下：

式中： A熟、A赤——熟料和弃赤泥中所含A1203的质量分数，%；

N补N赤『一熟料和弃赤泥中所含Na20的质量分数，%；

C熟、C赤-一熟料和弃赤泥中所含Ca0的质量分数，%；

上式的计算基础是熟料中的钙盐不溶于铝酸钠溶液，熟料中所含氧化钙的质量(t)与赤泥所含氧化钙的质量(t)相等。

当熟料的标准溶出率基本固定时，Al203和Na20净溶出率越高，就表示溶出过程中Al203的损失和Na20的损失就越少，也就是表示溶出效果越好。

在工业生产中，通常把熟料中的Al。0。和Na。0的标准溶率和净溶出率的差值称做溶出过程的二次化学反应损失。而把在烧结过程中没有生成相应的铝酸钠和铁酸钠所造成的A1203损失（100%-A1203的标准溶出率）和Na20损失（100% - Naz0的标准溶出率）称作一次化学损失。

2.3.2熟料溶出过程的反应

生产中把熟料中的A1203和Na20进入溶液的反应称作主反应，也叫一次反应。把原硅酸

钙与铝酸钠溶液的反应称作副反应，也叫二次反应。

熟料溶出过程的主反应

(l) 铝酸钠固体的溶解反应

熟料中固体铝酸钠(Na20．Al203)很容易溶于水和稀碱溶液。磨细的熟料在90℃下，其

中的Na20．A1203在3～5分钟内便能完全溶出来，以NaAl (OH)。的形态进入溶液，得到Al203

浓度为120g/L的铝酸钠溶液。化学反应式如下：

Na20.Al203+4H20= 2NaAl (OH)4

(2) 铁酸钠固体的溶解反应

固体铁酸钠在水中是极不稳定的，遇水接触立即发生水解，生成NaOH和Fe203.H2O。

反应式如下：

Na20.Fe203+4H20=2NaOH+Fe203·3H20 0

生成的NaOH进入溶液，提高了溶液的苛性比值，从而提高了铝酸钠溶液的稳定性和Na20溶出率，生成的Fe203.3HzO沉淀组成了赤泥的一部分。

(3) 硫酸钠和硫化钠、硫化铁

硫酸钠和硫化钠在溶出时会全部溶解进入溶液，其中硫化钠最终会被氧化为硫酸钠；硫化铁不溶解进入赤泥排掉。

熟料溶出过程的副反应

在溶出过程中原硅酸钙会与铝酸钠溶液的各组分发生相互反应，生成含有A1203或同时含有A1203和Na20的不溶性物质而进入赤泥，造成Al203和Na20的损失，这就是二次化学反应损失。

化学反应过程如下：

2Ca0.Si02+2NaOH+aq =Na2Si03+2Ca (OH) 2+aq

3Ca (OH) 2+2NaAl (OH) 4+aq=3Ca0.A1203·6H20+2NaOH+aq

3Ca0.A1203·6H20+xNa2Si03+aq=3Ca0.A1203.xSi02.(6- 2x)

H20+2xNaOH+aq

通过上述副反应，溶液中的Al203和Na20就会以铝酸钙和水化石榴石的形式进入赤泥而损失掉，使熟料中的Al203和Na20在实际溶出时的净溶出率要小于标准溶出率。

2.3.3影响溶出过程的因素

熟料配方的影响

(1) 铝硅比

熟料铝硅比低，说明熟料中原硅酸钙含量高，因而在溶出时二次反应也比较强烈，使二次反应损失增大，氧化铝和氧化钠的净溶出率降低。

(2) 碱比和钙比

高碱配方的熟料，氧化钠溶出率低，并且还会引起溶出液苛性比值升高，增加二次反应损失。

高钙配方的熟料，生成铝酸钙的可能性大，造成氧化铝损失也大；同时苛化反应增加，会使溶出液的苛性比值升高，增加二次反应损失；熟料中游离氧化钙多，会使赤泥溶剂化，造成沉降性能恶化，造成熟料溶出率降低。

低碱、低钙配方的熟料，使生料中的氧化钠不足以使全部氧化铝和氧化铁变成

铝酸钠和铁酸钠，生料中氧化钙也不足以使全部二氧化硅变为原硅酸钙，造成氧化铝、氧化钠的一次化学损失增加，标准溶出率降低。

(3)生料加煤

生料加煤除能改善窑内的热工制度，提高窑的产能以及脱硫等许多优点之外，还能使熟料孔隙度较大，质量较好，湿磨后的赤泥粒度不出现两极分化现象，改善了赤泥沉降性能，抑制了二次反应，提高了溶出率。

溶出条件的影响

(1) 温度

温度和时间直接影响化学反应速度。

温度高时，主副化学反应的速度都会加快。温度越高，二次反应越多，净溶出率越低。

但温度如果过低，溶出不完全，溶液粘度增加使赤泥沉降性能会变坏，反而延长了赤泥与溶液的接触时间，同样造成Al203和Na20的损失。

但是，溶出温度受到熟料温度影响，溶出温度偏高，平均在95℃。

(2) Na20k浓度

溶出液Na20k浓度越高，二次反应就会越多，二次反应损失越大。但Na20k 浓度取决于氧化铝浓度和苛性比值，当氧化铝浓度给定的情况下，苛性比值越小，则NaZOk浓度越低。在碱—石灰烧结法的溶出液中，生产上氧化铝浓度一般在120g/L 左右，同时由于溶液中溶有大量的Si02，使溶液的苛性比值能降到1.25左右而不分解，这样使溶液的Na20k浓度由llOg/L降为90g/L，降低了二次反应程度。此时，NaZOk 浓度如果再低，溶液就会发生分解。

(3) 碳酸钠浓度

碳酸钠在溶出时的作用有两个方面：

一方面碳酸钠会分解原硅酸钙生成铝硅酸钠造成氧化铝和氧化钠的损失。

1.7 (2CaOSi02) +3. 4Na2C03+2NaAI (OH) 4+aq=

Na20.Al203.1.7Si02.nH20+3. 4CaC03+6. 8NaOH+aq

但另一方面碳酸钠又会与Ca(OH)2反应生成CaC03，从而抑制二次反应，并且还能分解二次反应产物铝硅酸钙，降低氧化铝的损失。

Ca (OH) 2+Na2C03+aq=CaC03+2NaOH+aq

3Ca0.Al203.xSi0.(6-2x) H20+3Na2C03+aq= (Na20.Al203.1.7Si02.nH20)

+3CaC03+ (2-x) NaAI (OH) 4+4NaOH+aq

另外，实践证明，碳酸钠能够起到抑制赤泥膨胀的作用。在赤泥沉降分离时，在碳酸钠浓度为18g/L时，赤泥的沉降性能就会恶化，当碳酸钠浓度低于12g/L 时，短时间内就会发生赤泥膨胀，如果处理不当，就会堵槽。

所以生产上，为降低二次反应生成铝硅酸钙所造成的氧化铝损失，在不大幅度增加铝硅酸钠生成的条件下，溶出时要保持一定的碳酸钠浓度。22～27g/L。

(4) 溶出液固比与赤泥含量

溶出液固比是指入磨调整液的体积与加入熟料质量的比值。

溶出后部分熟料转化为赤泥，用单位体积(L)浆液含赤泥的克数来表示，叫赤泥含量。

入磨液固比越小，赤泥含量就会越高，固体数量越多，固体表面积越大，二次反应损失也就越大，从而降低了A1203和Na90的溶出率。

(5) 溶出时间