高压溶出基础知识
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开曼铝业
高压溶出
2009年3月29日
高压溶出
一、概述
铝土矿的溶出过程一般是在高压、高温、高碱条件 下进行的。 溶出车间主要任务： 溶出车间的主要任务是：将原料车间送来的原矿浆 进行预脱硅，再将预脱硅矿浆和补充循环母液混合后的 调整矿浆压入高压溶出，使矿石中的氧化铝有用成分充 分反应生成铝酸钠溶液，并用一次洗液稀释成合格浆液 送往沉降车间。 将合格的新蒸汽冷凝水及时返送回热电，不合格的新蒸 汽冷凝水及闪蒸二次含碱冷凝水送往沉降热水站。 。
④ 生成水化石榴石，减少Na2O损失，降低碱耗。
高压溶出
四、铝土矿的溶出过程
铝土矿的溶出过程包括以下几个步骤： 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NaAl(OH)4的扩散层； 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。
K3VB280F，
P=45KW n=30rpm
高压溶出
溶出主要设备
闪蒸槽：压力容器，主要起降温降压反应作用，如下表
自蒸发器Nt101 自蒸发器Nt102
自蒸发器Nt103 自蒸发器Nt104 自蒸发器Nt105 自蒸发器Nt106 自蒸发器Nt107 自蒸发器Nt108 自蒸发器Nt109 自蒸发器Nt110 自蒸发器Nt111
自蒸发器Nt112
Nt112
Φ 3000×9700
V=58.5m3 3.3MPa
高压溶出
谢 谢！
Baidu Nhomakorabea
aq为液相中反应
这是溶出过程的主反应。
高压溶出
2. 氧化硅在溶出过程中的行为
SiO2在溶出过程中的行为取决于它的矿物组成、溶 出温度和溶出过程的时间。 游离状态的SiO2 和石英只有在较高的温度下 （>150℃）才开始和铝酸钠溶液起反应。如果在低温下 溶出三水铝石，这部分SiO2将转移到赤泥中被分离出去。 而以硅酸盐状态存在的氧化硅在溶出过程中于碱液 作用生成Na2SiO3进入溶液中，Na2SiO3随即与溶液中的铝 酸钠发生脱硅反应生成含水铝硅酸钠（钠硅渣） （Na2O· Al2O3· 1.7SiO2· nH2O）进入固相赤泥中。 高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达150-200。
高压溶出
5. 搅拌强度
铝土矿溶出时，增大搅拌强度，可强化溶出过程。
高压溶出
6. 矿浆细度
铝土矿的溶出过程是液—固两相反应。矿浆细度愈细， 固相比表面积愈大，溶出速度愈快。
但是矿石过细又不利于沉降液固分离。
高压溶出
溶出工艺流程
1、脱硅工艺流程
2、溶出料浆流程
3、溶出加热段汽水流程 4、溶出预热段汽水流程
高压溶出
溶出主要设备
压煮器：高压设备，主要起加热矿浆、停留反应作用，如下表
压煮器Ra107-Ra119(带加热管束) Ra107-Ra119 Φ 2800×16081 ,Vf=75m3 ,P=5.2Mpa,F=540 m2 Φ 2800×16081 , Vf=78m3 ,P=5.2Mpa,F=340m2
Na2SiO3+NaAl(OH)4+aq=Na2O· Al2O3· 1.7SiO2· nH2O↓+aq
高压溶出
4. 溶出液Rp的影响
溶出液Na2OK浓度较高，溶出Rp较低时，能保证矿 石中氧化铝完全溶出。 溶出Rp很高时，不能保证矿石中氧化铝完全溶出。 但溶液Na2O浓度过高时，Al2O3溶出率（η A）的 增幅较小，且蒸汽消耗较多。
高压溶出
五、溶出过程的指标
1. 溶出Rp：
溶出Rp是指铝酸钠溶液中Al2O3与Na2Ok的质量比。 Rp= Al2O3/ Na2Ok
高压溶出
2. 氧化铝溶出率
理论溶出率：理论上矿石中可以溶出的Al2O3量与矿石 中Al2O3量之比。
A理
( A / S ) 矿石 1 ( A / S ) 矿石
③ 残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解时会随Al(OH)3 一起析出，影响产品质量。 因此，在生产过程中要控制和减少SiO2的有害作用。
高压溶出
3. 氧化钛在溶出过程中的行为
铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。 氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O· 3TiO2· 2H2O。
①造成Na2O的损失。
高压溶出
溶出主要设备
1、隔膜泵： 俗称溶出的心脏，荷兰进口，双缸双作用活塞式往复 运动，流量范围为0到520立方米每小时，设备功率 为1160千瓦。
.隔膜泵的内部联锁 a.轴保护不装好隔膜泵不能启动 b.仪表风压＜0.45Mpa，隔膜泵停车 c.动力端润滑油压＜0.15Mpa，隔膜泵停车 d.出料压力＞7.1Mpa，隔膜泵停车 e.卸荷阀压力＜6.5Mpa，隔膜泵不能启动 f.齿轮箱油压＜0.1Mpa，隔膜泵停车 g.齿轮箱温度＞80℃，隔膜泵不能启动
高压溶出
3） 铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用
① 消除含钛矿物的有害作用，显著提高Al2O3的溶 出速度和溶出率。
② 促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中的Al2O3充分 溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善。 （针铁矿 FeOOH，赤铁矿 Fe2O3，针铁矿具有不良的沉 降和过滤性能。）
③ 活化一水硬铝石的溶出反应。
高压溶出
溶出主要设备
隔膜泵的外部联锁 a.脉冲缓冲器Tp101/102超高料位，隔膜泵停车 b. 缓冲器Tp101/102超高压力，隔膜泵停车 c. 缓冲器Tp101/102特超高压力，隔膜泵停车
高压溶出
溶出主要设备
单管：共分六级，一、四溶出前三级为四套管，每级四根，每 根80米，后三级为单套管，二、三溶出六级单套管，每级六根， 每根80米，总容积在140立方米左右，分为内管和外管，主要是 预热矿浆作用 脉冲缓冲器：缓冲器Tp101，Φ2500×9000 V=35.8m3 6.9MPa 缓冲器Tp102，Φ2500×9000 V=35.8m3 5.2MPa，主要起到消 除隔膜泵脉冲，平稳送料作用。
高压溶出
SiO2在Al2O3生产中的危害： ① 生成含水铝硅酸钠，造成Na2OK和Al2O3的损失。 按Na2O· Al2O3· 1.7SiO2· nH2O分子式计算，每公斤SiO2造成 0.608公斤的Na2OK和1公斤Al2O3的损失，因而拜耳法只适 应于处理低硅优质铝土矿。
② 由于溶出液在流程中发生脱硅反应，造成管道和设 备器壁上产生结疤。
压煮器Ra120-Ra122(带加热管束)
Ra120-Ra122
保温压煮器Ra123-Ra125
压煮器Ra120-Ra122(带加热管束) 附压煮器减速机及润滑 附压煮器搅拌器 附电机
Ra123-Ra125
Ra120-Ra122
Φ 2800×16081
V=83.23m3
P=5.2MPa
Φ 2800×16081 , Vf=78m3 ,P=5.2Mpa,F=340m2
Nt101 Nt102
Nt103 Nt104 Nt105 Nt106 Nt107 Nt108 Nt109 Nt110 Nt111
Φ 5000×9700 Φ 5000×9700
Φ 4500×9700 Φ 4000×9700 Φ 3600×9700 Φ 3600×9700 Φ 3200×9700 Φ 3200×9700 Φ 3200×9700 Φ 3000×9700 Φ 3000×9700
高压溶出
4. 氧化钙在溶出过程中的行为
1）氧化钙的来源： ① 工艺流程中添加石灰 ② 铝土矿本身含有石灰 （在原矿浆中氧化钙以Ca(OH)2形态参与反应）
高压溶出
2）氧化钙的行为
① 在原矿浆的制备、储存过程以及压煮后矿浆的自蒸 发冷却稀释过程中，生成3 CaO· Al2O3· 6 H2O，造成Al2O3的 损失。
高压溶出
三、铝土矿各种成分在溶出过程中的行为
铝土矿在溶出过程中发生的主要反应是氧 化铝水合物的溶出。溶出过程中绝大部分的杂 质多进入赤泥中，但也有少量的杂质溶解于碱 液中，杂质在溶出过程中的反应也影响到氧化 铝生产的技术经济指标。
高压溶出
1.氧化铝水合物溶出时的行为
铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液 中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶液，形成铝酸钠溶液。 反应方程式： Al2O3•（1或3）H2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq
高压溶出
二、铝土矿及循环母液的主要成分
1.拜耳法生产中所用铝土矿的主要成分
有用成分：氧化铝（Al2O3）（主要有用成分）、镓
杂质：氧化硅（SiO2）、氧化铁（Fe2O3）、 氧化钛（TiO2）、碳酸盐
高压溶出
2. 溶出所用循环母液的主要成分
苛性钠（NaOH），铝酸钠[NaAl(OH)4]，碳酸钠（Na2CO3）
②生成的钛酸钠会在一水硬铝石的表面形成一层致密的 保护膜，使溶解过程恶化，Al2O3溶出率降低。
（但氧化钛对三水铝石的溶解起不到阻碍作用，对一水软铝 石的阻碍作用也小得多。 ）
高压溶出
消除TiO2危害的有效措施：在铝土矿溶出时添加石灰 此时TiO2与CaO生成结晶状的钛酸钙Ca2O· TiO2（松 脆多孔、极易脱落），使Al2O3的溶出过程不再受到阻 碍，也降低了Na2O的消耗。
100%
实际溶出率：实际溶出的Al2O3量与矿石中Al2O3量之比。
A实
1 ( A / S ) 赤泥 ( A / S ) 矿石
100%
高压溶出
氧化铝相对溶出率：
相对溶出率为实际溶出率与理论溶出率的比值 即：η相= η实/η理
高压溶出
六、影响溶出过程的因素
1. 溶出温度
溶出温度是影响溶出速度最主要的因素。提高温度， 溶出速度增大，氧化铝溶出率（ηA）增大，溶液中Al2O3 的平衡浓度亦增大，溶出液A/S增高。
高压溶出
2. 保温时间
溶出反应进行完全需要一定的时间。
（拜耳法：物料在保温罐中保温40分钟以上以保证 溶出率。）
高压溶出
3. 溶出液中氧化铝浓度
在铝酸钠溶液中，Al2O3浓度增高，SiO2的平衡浓度 增高，而且增高速率大于Al2O3浓度增高速率，所以过高 的Al2O3浓度使溶液的A/S降低。 脱硅反应： SiO2+ 2NaOH= Na2SiO3+H2O
3 Ca(OH)2+2 NaAl(OH)4+aq=3 CaO· Al2O3· 6 H2O+2 H2O+aq ② 当物料中含有硅矿物时，往铝酸钠溶液中添加石灰 将引起水花石榴石[3CaO· Al2O3· xSiO2· (6-2x)H2O]的生成。 （活化一水硬铝石的溶出，使溶出过程强化）（水花石榴 石比钠硅渣更易脱离矿粒表面）
V=165m3 V=165m3
V=135m3
0.4MPa 0.4MPa
0.6MPa
V=105.5m3 0.8MPa V=85m3 1.0MPa
V=84.8m3 1.3MPa V=67.2m3 1.6MPa V=66.7m3 2.1MPa V=66.7m3 2.1MPa V=58.5m3 2.7MPa V=58.5m3 3.3MPa
高压溶出
2009年3月29日
高压溶出
一、概述
铝土矿的溶出过程一般是在高压、高温、高碱条件 下进行的。 溶出车间主要任务： 溶出车间的主要任务是：将原料车间送来的原矿浆 进行预脱硅，再将预脱硅矿浆和补充循环母液混合后的 调整矿浆压入高压溶出，使矿石中的氧化铝有用成分充 分反应生成铝酸钠溶液，并用一次洗液稀释成合格浆液 送往沉降车间。 将合格的新蒸汽冷凝水及时返送回热电，不合格的新蒸 汽冷凝水及闪蒸二次含碱冷凝水送往沉降热水站。 。
④ 生成水化石榴石，减少Na2O损失，降低碱耗。
高压溶出
四、铝土矿的溶出过程
铝土矿的溶出过程包括以下几个步骤： 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NaAl(OH)4的扩散层； 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。
K3VB280F，
P=45KW n=30rpm
高压溶出
溶出主要设备
闪蒸槽：压力容器，主要起降温降压反应作用，如下表
自蒸发器Nt101 自蒸发器Nt102
自蒸发器Nt103 自蒸发器Nt104 自蒸发器Nt105 自蒸发器Nt106 自蒸发器Nt107 自蒸发器Nt108 自蒸发器Nt109 自蒸发器Nt110 自蒸发器Nt111
自蒸发器Nt112
Nt112
Φ 3000×9700
V=58.5m3 3.3MPa
高压溶出
谢 谢！
Baidu Nhomakorabea
aq为液相中反应
这是溶出过程的主反应。
高压溶出
2. 氧化硅在溶出过程中的行为
SiO2在溶出过程中的行为取决于它的矿物组成、溶 出温度和溶出过程的时间。 游离状态的SiO2 和石英只有在较高的温度下 （>150℃）才开始和铝酸钠溶液起反应。如果在低温下 溶出三水铝石，这部分SiO2将转移到赤泥中被分离出去。 而以硅酸盐状态存在的氧化硅在溶出过程中于碱液 作用生成Na2SiO3进入溶液中，Na2SiO3随即与溶液中的铝 酸钠发生脱硅反应生成含水铝硅酸钠（钠硅渣） （Na2O· Al2O3· 1.7SiO2· nH2O）进入固相赤泥中。 高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达150-200。
高压溶出
5. 搅拌强度
铝土矿溶出时，增大搅拌强度，可强化溶出过程。
高压溶出
6. 矿浆细度
铝土矿的溶出过程是液—固两相反应。矿浆细度愈细， 固相比表面积愈大，溶出速度愈快。
但是矿石过细又不利于沉降液固分离。
高压溶出
溶出工艺流程
1、脱硅工艺流程
2、溶出料浆流程
3、溶出加热段汽水流程 4、溶出预热段汽水流程
高压溶出
溶出主要设备
压煮器：高压设备，主要起加热矿浆、停留反应作用，如下表
压煮器Ra107-Ra119(带加热管束) Ra107-Ra119 Φ 2800×16081 ,Vf=75m3 ,P=5.2Mpa,F=540 m2 Φ 2800×16081 , Vf=78m3 ,P=5.2Mpa,F=340m2
Na2SiO3+NaAl(OH)4+aq=Na2O· Al2O3· 1.7SiO2· nH2O↓+aq
高压溶出
4. 溶出液Rp的影响
溶出液Na2OK浓度较高，溶出Rp较低时，能保证矿 石中氧化铝完全溶出。 溶出Rp很高时，不能保证矿石中氧化铝完全溶出。 但溶液Na2O浓度过高时，Al2O3溶出率（η A）的 增幅较小，且蒸汽消耗较多。
高压溶出
五、溶出过程的指标
1. 溶出Rp：
溶出Rp是指铝酸钠溶液中Al2O3与Na2Ok的质量比。 Rp= Al2O3/ Na2Ok
高压溶出
2. 氧化铝溶出率
理论溶出率：理论上矿石中可以溶出的Al2O3量与矿石 中Al2O3量之比。
A理
( A / S ) 矿石 1 ( A / S ) 矿石
③ 残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解时会随Al(OH)3 一起析出，影响产品质量。 因此，在生产过程中要控制和减少SiO2的有害作用。
高压溶出
3. 氧化钛在溶出过程中的行为
铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。 氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O· 3TiO2· 2H2O。
①造成Na2O的损失。
高压溶出
溶出主要设备
1、隔膜泵： 俗称溶出的心脏，荷兰进口，双缸双作用活塞式往复 运动，流量范围为0到520立方米每小时，设备功率 为1160千瓦。
.隔膜泵的内部联锁 a.轴保护不装好隔膜泵不能启动 b.仪表风压＜0.45Mpa，隔膜泵停车 c.动力端润滑油压＜0.15Mpa，隔膜泵停车 d.出料压力＞7.1Mpa，隔膜泵停车 e.卸荷阀压力＜6.5Mpa，隔膜泵不能启动 f.齿轮箱油压＜0.1Mpa，隔膜泵停车 g.齿轮箱温度＞80℃，隔膜泵不能启动
高压溶出
3） 铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用
① 消除含钛矿物的有害作用，显著提高Al2O3的溶 出速度和溶出率。
② 促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中的Al2O3充分 溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善。 （针铁矿 FeOOH，赤铁矿 Fe2O3，针铁矿具有不良的沉 降和过滤性能。）
③ 活化一水硬铝石的溶出反应。
高压溶出
溶出主要设备
隔膜泵的外部联锁 a.脉冲缓冲器Tp101/102超高料位，隔膜泵停车 b. 缓冲器Tp101/102超高压力，隔膜泵停车 c. 缓冲器Tp101/102特超高压力，隔膜泵停车
高压溶出
溶出主要设备
单管：共分六级，一、四溶出前三级为四套管，每级四根，每 根80米，后三级为单套管，二、三溶出六级单套管，每级六根， 每根80米，总容积在140立方米左右，分为内管和外管，主要是 预热矿浆作用 脉冲缓冲器：缓冲器Tp101，Φ2500×9000 V=35.8m3 6.9MPa 缓冲器Tp102，Φ2500×9000 V=35.8m3 5.2MPa，主要起到消 除隔膜泵脉冲，平稳送料作用。
高压溶出
SiO2在Al2O3生产中的危害： ① 生成含水铝硅酸钠，造成Na2OK和Al2O3的损失。 按Na2O· Al2O3· 1.7SiO2· nH2O分子式计算，每公斤SiO2造成 0.608公斤的Na2OK和1公斤Al2O3的损失，因而拜耳法只适 应于处理低硅优质铝土矿。
② 由于溶出液在流程中发生脱硅反应，造成管道和设 备器壁上产生结疤。
压煮器Ra120-Ra122(带加热管束)
Ra120-Ra122
保温压煮器Ra123-Ra125
压煮器Ra120-Ra122(带加热管束) 附压煮器减速机及润滑 附压煮器搅拌器 附电机
Ra123-Ra125
Ra120-Ra122
Φ 2800×16081
V=83.23m3
P=5.2MPa
Φ 2800×16081 , Vf=78m3 ,P=5.2Mpa,F=340m2
Nt101 Nt102
Nt103 Nt104 Nt105 Nt106 Nt107 Nt108 Nt109 Nt110 Nt111
Φ 5000×9700 Φ 5000×9700
Φ 4500×9700 Φ 4000×9700 Φ 3600×9700 Φ 3600×9700 Φ 3200×9700 Φ 3200×9700 Φ 3200×9700 Φ 3000×9700 Φ 3000×9700
高压溶出
4. 氧化钙在溶出过程中的行为
1）氧化钙的来源： ① 工艺流程中添加石灰 ② 铝土矿本身含有石灰 （在原矿浆中氧化钙以Ca(OH)2形态参与反应）
高压溶出
2）氧化钙的行为
① 在原矿浆的制备、储存过程以及压煮后矿浆的自蒸 发冷却稀释过程中，生成3 CaO· Al2O3· 6 H2O，造成Al2O3的 损失。
高压溶出
三、铝土矿各种成分在溶出过程中的行为
铝土矿在溶出过程中发生的主要反应是氧 化铝水合物的溶出。溶出过程中绝大部分的杂 质多进入赤泥中，但也有少量的杂质溶解于碱 液中，杂质在溶出过程中的反应也影响到氧化 铝生产的技术经济指标。
高压溶出
1.氧化铝水合物溶出时的行为
铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液 中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶液，形成铝酸钠溶液。 反应方程式： Al2O3•（1或3）H2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq
高压溶出
二、铝土矿及循环母液的主要成分
1.拜耳法生产中所用铝土矿的主要成分
有用成分：氧化铝（Al2O3）（主要有用成分）、镓
杂质：氧化硅（SiO2）、氧化铁（Fe2O3）、 氧化钛（TiO2）、碳酸盐
高压溶出
2. 溶出所用循环母液的主要成分
苛性钠（NaOH），铝酸钠[NaAl(OH)4]，碳酸钠（Na2CO3）
②生成的钛酸钠会在一水硬铝石的表面形成一层致密的 保护膜，使溶解过程恶化，Al2O3溶出率降低。
（但氧化钛对三水铝石的溶解起不到阻碍作用，对一水软铝 石的阻碍作用也小得多。 ）
高压溶出
消除TiO2危害的有效措施：在铝土矿溶出时添加石灰 此时TiO2与CaO生成结晶状的钛酸钙Ca2O· TiO2（松 脆多孔、极易脱落），使Al2O3的溶出过程不再受到阻 碍，也降低了Na2O的消耗。
100%
实际溶出率：实际溶出的Al2O3量与矿石中Al2O3量之比。
A实
1 ( A / S ) 赤泥 ( A / S ) 矿石
100%
高压溶出
氧化铝相对溶出率：
相对溶出率为实际溶出率与理论溶出率的比值 即：η相= η实/η理
高压溶出
六、影响溶出过程的因素
1. 溶出温度
溶出温度是影响溶出速度最主要的因素。提高温度， 溶出速度增大，氧化铝溶出率（ηA）增大，溶液中Al2O3 的平衡浓度亦增大，溶出液A/S增高。
高压溶出
2. 保温时间
溶出反应进行完全需要一定的时间。
（拜耳法：物料在保温罐中保温40分钟以上以保证 溶出率。）
高压溶出
3. 溶出液中氧化铝浓度
在铝酸钠溶液中，Al2O3浓度增高，SiO2的平衡浓度 增高，而且增高速率大于Al2O3浓度增高速率，所以过高 的Al2O3浓度使溶液的A/S降低。 脱硅反应： SiO2+ 2NaOH= Na2SiO3+H2O
3 Ca(OH)2+2 NaAl(OH)4+aq=3 CaO· Al2O3· 6 H2O+2 H2O+aq ② 当物料中含有硅矿物时，往铝酸钠溶液中添加石灰 将引起水花石榴石[3CaO· Al2O3· xSiO2· (6-2x)H2O]的生成。 （活化一水硬铝石的溶出，使溶出过程强化）（水花石榴 石比钠硅渣更易脱离矿粒表面）
V=165m3 V=165m3
V=135m3
0.4MPa 0.4MPa
0.6MPa
V=105.5m3 0.8MPa V=85m3 1.0MPa
V=84.8m3 1.3MPa V=67.2m3 1.6MPa V=66.7m3 2.1MPa V=66.7m3 2.1MPa V=58.5m3 2.7MPa V=58.5m3 3.3MPa