降低拜耳法赤泥钠硅

263.58
6.67
9.15
3.05
3.07
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
实验研究
数据处理
1）实验值（记为 赤泥 N/S):
渣重 Na2O% 赤泥N / S 铝土矿中SiO2 溶液中SiO2
实验研究结果与讨论
矿石类型的影响
0.5 0.4 0.3
贵州铝土矿 河南铝土矿
N /S
0.2 0.1 0
0.8 1.2 1.6 2 CaO/(SiO2+TiO2),mol
图7. 不同矿石对溶出赤泥N/S的影响
实验条件：溶出温度260℃，溶出时间1.5h，循环母液2
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
热力学分析
钠硅渣转化为水化石榴石
100 50
△G kJ/mol
0 -50 -100 -150 280 x=0.5 x=1 x=2 320 360 400 T/ K 440 480 520 560
2）生产模拟值（记为赤泥N/S－S1)：
赤泥N / S S1
渣重 Na2O% 0.608 0.1[溶液中SiO2 1] 铝土矿中SiO2 0.1
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
成 分
循环母液1
循环母液2
70.78 68.74 65.42
8.35 7.32 5.27
Na2Ok
3.80 2.89 3.25
Na2OT
0.89 2.86 10.43
Na2Oc
0.40 0.47 0.56
ak
表2：循环母液成分(g/L) Al2O3
130.50
136.58
源自文库
241.33
254.63
248.00
小于约150℃，铝酸钠溶液中低饱 和系数的水化石榴石是稳定物相； 大于约150℃，高饱和系数的水化 石榴石可能稳定存在； 高温下钠硅渣是稳定物相。
图3 石灰与钠硅渣反应时温度对自由能的影响 Na2O•Al2O3•2SiO2•2H2O+12Ca(OH)2+6Al(OH)4-=4[3CaO•Al2O3•0.5SiO2•5H2O]+2Na++8OH- + 2H2O Na2O•Al2O3•2SiO2•2H2O+6Ca(OH)2 +2Al(OH)4-=2[3CaO•Al2O3•SiO2•4H2O]+2Na+ + 4OH- + 2H2O Na2O•Al2O3•2SiO2•2H2O+3Ca(OH)2=3CaO•Al2O3•2SiO2•2H2O+2Na+ + 2OH- + 2H2O Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
实验研究结果与讨论
关于温度和时间的影响
0.35
240¡ æ 260¡ æ
4
0.31
270¡ æ 280¡ æ
3
SiO2 g/L
0.27
N/S
2
240¡ æ 260¡ æ 270¡ æ 280¡ æ
实验研究结果与讨论
关于矿石类型的影响
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
贵州铝土矿 河南铝土矿 1.2 1.6 2
硅矿 比石 没类 有型 明对 显赤 影泥 响钠
N/S-S1
0 0.8
CaO/SiO2+TiO2
图8.
不同矿石类型对赤泥N/S-S1比影响曲线
实验条件：溶出温度260℃，溶出时间1.5h，循环母液2 Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
实验研究
分析设备
图6. 测钠的火焰光度计
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
实验研究
实验原料
表1：铝土矿的成分（%）
矿
种
Al2O3
SiO2
TiO2
Fe2O3
CaO
贵州铝土矿1 贵州铝土矿2 河南铝土矿
0.23
1
0.19
0.15 0 1 2 t /h 3 4
0 0 1 2
t /h
3
4
图10.溶出温度和时间对赤泥N/S的影响 图11.溶出温度和时间对溶液中SiO2浓度的影响
实验条件：贵州铝土矿1，循环母液1，石灰加入量CaO 8％
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
图12.
溶出时间及溶出温度对赤泥N/S-S1的影响
实验条件：贵州铝土矿1，循环母液1，石灰加入量CaO 8％
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
实验研究结果与讨论
关于石灰添加量的影响
100
前
言
关键问题：
溶出过程中含硅化合物的反应行为。 应用前景：

优化溶出工艺制度，降低赤泥钠硅比，降低碱耗； 有利于混联法向并联法过渡，优化拜耳生产工艺条件， 提高烧结法的产能。
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
降低拜耳法赤泥钠硅比的研究
中南大学 中铝股份贵州分公司
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
主要汇报内容


前言
含硅化合物相互间转化的热力学分析 赤泥钠硅比影响规律的研究
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
热力学分析
水化石榴石与钠硅渣的生成反应
30
10
-10
△ G kJ/mol
-30
•在低温下可能首先生成低饱和系数的水 化石榴石，温度升高，二氧化硅饱和系 数可能升高；
钠硅渣 水化石榴石x=0.5 水化石榴石x=1 水化石榴石x=2
-50
•在高温下只能生成钠硅渣或高饱和系数 的水化石榴石。
560
-70
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
小 结
1. 水化石榴石中饱和系数越大，其稳定性越好； 2. 水化石榴石在碳酸钠溶液中易被分解生成钠硅渣；
3. 水化石榴石在低温下为稳定物相，而钠硅渣在高温下
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
前
言
主要研究内容
①
不同条件下钠硅渣与水化石榴石相互间转化的热力学 分析；
②
矿石组成及粒度、溶出温度、溶出时间、循环母液组 成等对赤泥钠硅比（N/S）影响规律的研究；
石灰质量及添加量对赤泥N/S影响规律的研究；
③ ④ ⑤
有机物等对赤泥N/S影响规律的研究；
提出工业生产中降低拜耳法赤泥N/S所采用的配方改 进和溶出工艺制度优化的措施。
为稳定物相；随着温度的升高，低饱和系数的水化石 榴石均可能转化为钠硅渣。
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
实验研究
研究设备
图5. 高压溶出实验装置
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University

õ ¯ Á Ü ö Ê Ç Ñ » Â È ³ Â ¦ %
96 92 88 84 80 0 2 4 6 8 10 12 14
图13 石灰加入量对氧化铝相对溶出率的影响
实验条件：260℃，1.5h，贵州铝土矿1，循环母液1
¯ Ò Ó ë ¿ Ê » ¼ È Á
%
石灰加入量的增加，氧化铝溶出率首先升高，然后随着石灰加入量的增大， 氧化铝溶出率渐渐降低。
-90 280 320 360 400 440 480 520
T
K
图4 温度对钠硅渣和水化石榴石生成自由能的影响 Na+ + Al(OH)4-+ SiO2(OH)22-=0.5[Na2O•Al2O3•2SiO2•2H2O]+2OH- +H2O 6Ca(OH)2 +4 Al(OH)4-+ SiO2(OH)22-=2[3CaO•Al2O3•0.5SiO2•5H2O]+6OH- +2H2O 3Ca(OH)2 +2Al(OH)4-+ SiO2(OH)22-=3CaO•Al2O3•SiO2•4H2O+4OH- +2H2O 1.5Ca(OH)2 +Al(OH)4-+ SiO2(OH)22-=0.5[3CaO•Al2O3•2SiO2•2H2O]+3OH- +2H2O
实验研究结果与讨论
关于温度和时间的影响
100 90 80 70 60 50
η Al2O3 / %
240℃ 260℃ 270℃ 280℃
溶出初期，随着溶出时间的延 长，氧化铝溶出率增加。高温 下溶出率很快达到最大值。
0
1
2
3
4
t / h
图9.
溶出时间及温度对氧化铝相对溶出率的影响
实验条件： CaO8％，贵州铝土矿1，循环母液1
20 0 -20 -40 280 320 360 400 440 480
520
560
T/K
图1 水化石榴石被碱分解时温度对反应自由能的影响 图注中x为水化石榴石中二氧化硅的饱和系数，下同。
3CaO•Al2O3•xSiO2•(6-2x)H2O+2(x+1)OH-+2xH2O-= 3Ca(OH)2 +2Al(OH)4-+x SiO2(OH)22
△G kJ/mol
-60 -80 -100 -120 250
相对于苛性碱，碳酸钠更容易分解 水化石榴石
图2 水化石榴石被碳酸钠分解时温度对反应自由能的影响
图注中x为水化石榴石中二氧化硅的饱和系数，下同。
3CaO•Al2O3•xSiO2•(6-2x)H2O+3Na2CO3+xH2O= x/2[Na2O•Al2O3•2SiO2•2H2O]+(2-x)NaAl(OH)4 +4NaOH +3CaCO3
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
热力学分析
水化石榴石与苛性碱反应
60 40
x=0.1 x=0.2 x=0.5 x=1
△G kJ/mol
二氧化硅饱和系数越大，水化 石榴石越稳定； 温度越高，水化石榴石越容 易被分解
前
言
研究背景及关键问题
•研究背景：
铝土矿中含硅矿物主要以生成钠硅渣的形式进入赤泥， 导致了赤泥钠硅比升高，碱耗增大；
后果：

若回收其中的碱，形成混联法氧化铝生产工艺，工艺复杂、 成本高； 若外排，则碱耗高，生产成本高，对环境污染大。

Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgy, Central-south University
热力学分析
水化石榴石与碳酸钠反应
-20 -40
二氧化硅饱和系数越小，分解温度 越高，水化石榴石越不稳定；
x=0.1 x=0.5 x=1 x=2 300 350 400 T 450 K 500 550 600
实验研究结果与讨论
关于温度和时间的影响
0.39 0.35 0.31
N/S-S1
240℃ 260℃ 270℃ 280℃
0.27 0.23 0.19 0.15 0 1 2 t / h 3 4
大于260℃，随着时间的延长赤泥钠硅 比逐渐降低； 大于260℃，温度越高，赤泥钠硅比越 高，240℃时，赤泥钠硅比也高。