氧化铝生产工艺教学3

2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
影响铝土矿溶出过程的因素
循环母液碱浓度
其他溶出条件固定时，氧 化铝的溶出率随循环母液 苛性碱浓度的提高而增大
溶出温度220℃
循环母液碱浓度根据生产实际适宜控制。过分提高母液碱浓度为后续工序 带来困难。一般循环母液碱浓度200g/L以上，直接加热溶出器，碱浓度270280g/L，间接加热溶出器，碱浓度220-230g/L。
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2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
影响铝土矿溶出过程的因素
搅拌强度
扩散速率方程
➢ 加强搅拌，强化传质过程 ➢ 加强搅拌，强化溶出过程 ➢ 加强搅拌，降低加热表明结疤
管道化溶出，矿浆流速达1.5~5m/s，湍流程度高，成为强化溶出过程的一 个重要原因。比高压溶出器内矿浆流速高200倍到300倍，这样一来，扩散速 度便不会成为溶出过程的限制性因素，溶出温度便只取决于随温度升高而迅 速提高化学反应速度。所以难溶矿石在300℃高温下只几分钟便可溶出完。
2. 表面吸附； 3. 化学反应； 4. 解吸； 5. 向外扩散。
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反应的控制步骤：由最慢的步 骤决定着整个反应过程的速度
2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
铝土矿溶出动力学
V 三一K 水A铝软C 石铝NaOH型石 e铝型xp(土铝1.19矿土98670T矿0 ) 化
影响铝土矿溶出过程的因素
矿物组成及结构
结晶构造不同，晶格中连接各种离子或离子团的键的强度 亦各异。
结晶物质的溶解过程就是晶格的损坏过程，晶格能越大， 结晶就越稳定，越难于溶解。
铝土矿矿物晶格的破坏是OH-进入晶格的结果。 晶格能大小：三水铝石<一水软铝石<一水硬铝石
溶出性能 赤泥铝硅比 相对溶出率 溶出液MR
L/O/G/O
拜耳法生产氧化铝
2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
铝土矿溶出动力学
相液铝反➢➢流 流应固土体体多矿反反相的应应反溶物物应出在在主固过流体程表体：中面铝通的土吸过矿固附与体碱颗液粒的表反面应的属扩于散复层杂的的传液质-固多
➢在固体表面上发生的化学反应 ➢流体产物由固体表面上的解吸，并通过固体产物层向流体的扩散
➢含氧化铝矿物的表面被含大量游离NaOH的循环母液所浸润 ➢含氧化铝矿物与OH-相互作用生成铝酸钠 ➢铝酸根离子通过在矿物表面上生成的扩散层扩散到整个溶液中 去，而OH-通过扩散层扩散到矿物的表面上来，使反应继续下去
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铝土矿溶出动力学步骤
Al OOH
1. 反应物向矿物 表面的内扩散；
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2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
影响铝土矿溶出过程的因素
配碱分子比
为了保证高的循环效率和 高的Al2O3溶出速率及溶出 率，应尽可能降低配料分 子比，通常配料分子比要 比相同条件下平衡溶液分 子比高0.15-0.2。
工业生产上，提高溶出温度可以得到分子比低的溶出液（MR=1.4-1.45），为了 防止这种低分子比的溶出液在进入种分之前发生大量水解损失，可以往第一次赤泥 洗涤槽中加入适当数量的种分母液，使稀释后的溶出浆液的分子比提高到1.55-1.65， 以保证溶液有足够的稳定性。
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2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
铝土矿溶出动力学
一水硬V铝 石K 型C N铝 土K C矿N K (C N C A / K E )
K+—正反应的速率常数 K-—逆反应的速率常数 KE—铝土矿溶出反应的平衡常数 CA—AlO2-浓度 CN—OH-浓度
溶出过程的表观活化能83.8kJ/mol，逆反应的活化能 为54.6kJ/mol。溶出过程处于表面化学反应控制阶段
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2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺 铝土矿溶出
铝➢尽土可矿能溶高出的过Al2程O3的溶要出率求
➢Na2O化学损失尽可能低 ➢溶出液具有足够的硅量指数 ➢溶出液具有低的分子比 ➢循环母液具有高的分子比和Na2O浓度
温度（℃） 245 260 280
溶出液αk 1.73 1.63 1.61
A/S（赤泥） 2.31 1.33 1.16
N/S（赤泥） 0.601 0.582 0.573
ηA相（%） 85 96.3 98.2
Na2Ok=200g/l，配料分子比MR=1.6，Байду номын сангаас/T=2.52，溶出时间为1.5小时
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2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
影响铝土矿溶出过程的因素
➢矿物组成及结构 ➢溶出温度的影响 ➢循环母液碱浓度的影响 ➢配料分子比的影响 ➢搅拌强度的影响 ➢矿石磨细程度影响 ➢溶出时间的影响
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2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
V
K
A C NaOH
exp(
17100
1.987T
)
外
K—常数
学 K—常数
扩
A—表面积，m2
过 A—表面积，m2
散
CNaOH—苛性碱浓度,%
程 CNaOH—苛性碱浓度,%
控
T—溶出温度,K
控 T—溶出温度,K
制
表观活化能81.93kJ/nol
制 表观活化能71.48kJ/nol
反应物变成活化状态比活化状态变成生成物要快得多，即活化能越小，反应速 度越快，活化能越大，反应速度越慢，因此活化能可以作为判断多相反应控制步骤 的一个重要参数，一般扩散控制活化能小于13kJ/mol，混合控制为20-34kJ/mol， 而化学反应控制活化能大于40kJ/mol，这是因为化学反应需要在反应物化学键完全 断裂和形成新化学键的情况下发生，反应速度慢，需要较大活化能。
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孝义 1.03 99.12 1.57
修文 1.15 98.62 1.59
新安 1.22 97.04 1.61
平果 1.66 92.23 1.62
2.2铝土矿溶出过程的化学反应及溶出工艺
影响铝土矿溶出过程的因素
溶出温度
化学反应速率常数
扩散速率常数
温度是溶出过程中最主要的影响因素。 ➢提高温度，增加溶出率 ➢提高温度，增加设备产能 ➢提高温度，降低溶出液苛性比值 ➢提高温度，提高循环效率 ➢提高温度，消除矿物形态差别的影响 ➢提高温度，改善赤泥结构和沉降性能 ➢提高温度，对设备的要求苛刻