碱石灰烧结法生产氧化铝
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Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU
铝酸盐炉料烧结过程
- Mg 来自百度文库的行为
1. 2. 3. • • • 当碱和石灰配量不足时, 在熟料中可能生成尖晶石(Mg O· 2O3)和堇青石(2MgO2· 2O3· Al Al 5SiO2); 当石灰中Mg O<6%时, 烧结过程无变化; 当石灰中Mg O>7%时, Mg O和C2S相互作用生成镁蔷薇辉 石(C3MS2)和Ca O, 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:
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NaOH Bayer法铝硅分离
Al2O3 SiO2 sinter法铝硅分离 Al2O3 SiO2
NaOH or Na2CO3+CaO
NaAl(OH)4 Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀
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· 2O3 → Na2O· 2O3 + 10Na2O ↑ Al 11Al
>1300℃
形成条件:
1. 温度高于1300℃, 发生上述反应;
2. [Na2CO3]/[R2O3] <1, Na2O不足以和全部Al2O3 形成 Na2O· 2O3 ; Al
1420℃ 1675℃
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铝酸盐炉料烧结过程
- 原硅酸钙的行为
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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.
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碱石灰烧结法生产氧化铝
机理和影响因素
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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: 1. Na2O· 2O3; Al 2. 0.6Na2O· 2O3; Al 3. Na2O· 2O3; (–Al2O3) 11Al 4. C6A, C3A, CA2, C12A7, CA
铝酸盐炉料烧结过程
- Fe2O3与Ca O的反应产物 ① 配钙足量:2Ca O· 2O3; Fe
② 配钙不足: 2Ca O· 2O3 +Fe2O3→ Ca O·Fe2O3 ; Fe
③ 2C2F+NA → C4AF+NF;
(铁含量过高,配钙充足时, Al2O3↓)
•
4CF+NA →NF+ C4AF+2F F+NA →Na2O · 11(Al,Fe)2O3
烧结法生产工艺
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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。
铝酸盐炉料烧结过程
- 主要物理化学反应
总体目标:
1. Al2O3 Na2O· 2O3 +a q→Na Al(OH)4+a q Al 2. Fe2O3 Na2O· 2O3 +a q→Na OH+Fe2O3+a q Fe 3. SiO2 4. TiO2 2CaO· 2 +a q→× SiO Ca O· 2 +a q→× TiO
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铝酸盐炉料烧结过程
- Na2O· 2O3 的形成 Al
反应:
Al2O3+Na2CO3→Na2O· 2O3+CO2↑ Al
形成条件:
危害:
1. 所有S形成Na2SO4而损失碱: 3.4 Kg-Na2CO3/Kg-S; 2. Na2SO4 与Na2CO3形成低熔点共晶(826℃):
– – – 降低Na2CO3活度; 阻碍Ca O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;
1. 温度:500-700℃开始,800℃完全,升温 加速,1100℃1小时内完成; 2. [Na2CO3]/[Al2O3] ≧1 (过量的Na2CO3不分解)
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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。
铝酸盐炉料烧结过程
- SiO2的行为
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 –C2S
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:
Ca O· O· 2+Na2O· 2O3=Na2O· O· 2+Mg O· 2O3 Mg SiO Al Ca SiO Al
同时存在K2O和Mg O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↓ ;
铝酸盐炉料烧结过程
-硫的危害和防治
铝酸盐炉料烧结过程
- Fe2O3的行为
反应:
Fe2O3+Na2CO3→Na2O· 2O3+CO2↑ Fe
11Na2O· 2O3 → Na2O· 2O3 + 10Na2O ↑ Fe 11Fe
形成条件:
1.温度:NF在1000℃下1小时内完成; 2.–Fe2O3由NF在1345 ℃高温分解而致。
1. 2. 3. 4. CS; C3S2; C3S; C2S;
•
铝酸盐炉料烧结过程
- SiO2的行为
只有原硅酸钙2Ca O· 2满足要求; SiO 含钙较少的硅酸钙(CS,C2S3)高温下 与NA反应:
4CS+NA→NAS2+2C2S
C3S不稳定,稳定区很小。
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1. 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应; 2. 铝酸盐炉料烧结过程的工艺; 3. 铝酸盐熟料的溶出过程; 4. 铝酸钠溶液的脱硅过程; 5. 铝酸钠溶液的碳酸化分解。
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铝酸盐炉料烧结过程
- 0.6Na2O· 2O3 的形成 Al
中性或弱氧化性气氛下可能制得
0.6Na2O· 2O3, 而在强氧化性气 Al
氛中只能获得Na2O· 2O3 Al
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铝酸盐炉料烧结过程
- Fe2O3的行为
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
(NA–NF)固溶体,游离 Na2CO3
>1
=1
<1 <0.09
(NA–NF)固溶体
(NA–NF), (–Al2O3 – –Fe2O3)固溶体 (–Al2O3 – –Fe2O3)固溶体, Al2O3 , Fe2O3
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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;
(铁含量过高,配钙不足时, Al2O3↓, Na2O↓
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铝酸盐炉料烧结过程
- Fe2O3对溶出率的影响
铝酸盐炉料烧结过程
- TiO2的行为 1. TiO2在烧结过程的最终产物是钙钛矿,不再 参与反应; 2. 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; NT 1030℃ NT2 985℃ NT3 1120℃ NS2T2 600℃
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,S 2-
烧成过程的重要性
车间投资1/3,成本1/2,能耗>1/2
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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;
3. 温度升高和有还原剂存在时加剧
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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。