1.1氧化鋁及其化合物的性質(zhì)與用途1.2氧化鋁生產(chǎn)方法概述1.3鋁酸鈉溶液的性質(zhì)1.4拜耳法原理及工藝流程1.5燒結(jié)法原理及工藝流程1.6聯(lián)合法原理及工藝流程2025/3/231.氧化鋁制取基礎(chǔ)和基本流程1.1.1氧化鋁化合物的分類氧化鋁化合物(Al2O3·nH2O)根據(jù)所含結(jié)晶水?dāng)?shù)目(n)的分為三水型、一水型和鋁膠三大類(見表l)，三水型為n=3的氧化鋁化合物，包括三水鋁石、拜耳石、諾耳石；一水型為n=1的氧化鋁化合物，包括一水硬鋁石、一水軟鋁石；鋁膠為含結(jié)晶水不完善的氧化鋁化合物。2025/3/231.1氧化鋁及其化合物的性質(zhì)與用途表1氧化鋁化合物的分類及其表示符號類別組成名稱常用符號三水型氧化鋁Al203·3H20三水鋁石Al(OH)3或Al2O3·3H20拜耳石β-Al(OH)3或β-Al203·3H20諾耳石β-Al(OH)3或β-Al203·3H20一水型氧化鋁Al203·H20一水硬鋁石γ-AlOOH或γ-Al203·H20一水軟鋁石α-AlOOH或α-Al2O3·H20鋁膠Al203·nH20擬薄水鋁石α-Al203·nH20(n=1.4～2.0)無定形鋁膠Al2O3·nH20(n=3～5)2025/3/23目前作為生產(chǎn)氧化鋁的主要原料是鋁元素以三水鋁石、一水硬鋁石及一水軟鋁石等形態(tài)存在的各類鋁土礦。不同類型的鋁土礦與氧化鋁生產(chǎn)工藝流程的選擇和技術(shù)條件的控制有著緊密關(guān)系，所以對不同形態(tài)氧化鋁化合物的性質(zhì)應(yīng)該有充分的了解。2025/3/231.1氧化鋁及其化合物的性質(zhì)與用途1.1氧化鋁及其化合物的性質(zhì)與用途1.1.2氧化鋁化合物的性質(zhì)1.1.2.1物理性質(zhì)。各種氧化鋁及其化合物的物理性質(zhì)各不相同，其密度和硬度是按下列次序增加的：三水鋁石

一水軟鋁石

一水硬鋁石。見表2。1.1.2.2化學(xué)性質(zhì)。氧化鋁及其化合物是兩性化合物，均不溶于水，而溶解于酸和堿液中。溶解于弱酸和弱堿時所生成的鋁鹽很不穩(wěn)定，會立即發(fā)生水解生成氫氧化鋁，弱酸和弱堿不能用于工業(yè)生產(chǎn)。溶解于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿時所生成的鋁鹽則較為穩(wěn)定，在工業(yè)控制條件下能夠滿足生產(chǎn)要求，所以工業(yè)上的酸法和堿法生產(chǎn)氧化鋁就是利用了這種性質(zhì)。不同形態(tài)的氧化鋁及其化合物溶解于酸和堿液中的速度和溶解度是不相同的。三水鋁石最易溶解，一水軟鋁石次之，一水硬鋁石則很難溶解，因此在堿法生產(chǎn)氧化鋁時，鋁土礦中鋁的存在形態(tài)就決定了溶解條件，進(jìn)而決定了能耗、生產(chǎn)成本等指標(biāo)。另外，由于電解鋁生產(chǎn)對作為原料的氧化鋁有化學(xué)活性方面的要求，氫氧化鋁的焙燒條件同樣也很重要，在低溫焙燒的條件下會得到化學(xué)活性好的γ-Al2O3，在高溫焙燒的條件下會得到化學(xué)活性差的α-Al2O3。因此，在氧化鋁生產(chǎn)中要充分注意到不同形態(tài)氧化鋁及其化合物的物理化學(xué)性質(zhì)的不同，根據(jù)鋁土礦資源條件和下游產(chǎn)業(yè)的要求來控制氧化鋁生產(chǎn)工藝技術(shù)條件。2025/3/232025/3/231.1氧化鋁及其化合物的性質(zhì)與用途鋁是地殼中分布最廣的元素之一，在地殼中的含量為8.8％，僅次于氧。但在金屬元素中，鋁元素在地殼中的含量為第一。鋁是化學(xué)性很活潑的元素，在自然界中只以化合物狀態(tài)存在。自然界中含鋁礦物達(dá)250種，其中主要礦物有鋁土礦、霞石、明礬石、高嶺土和黏土等。目前，鋁土礦是當(dāng)今氧化鋁生產(chǎn)工業(yè)最主要的礦物資源，世界上95％以上的氧化鋁出自鋁土礦。2025/3/231.1.3鋁礦石1.1.3.4鋁土礦的類型鋁土礦中的鋁元素是以氧化鋁化合物狀態(tài)存在的。根據(jù)其氧化鋁化合物所含結(jié)晶水?dāng)?shù)目的不同，以及晶型結(jié)構(gòu)的不同，把鋁土礦分成三水鋁石型、一水軟鋁石型、一水硬鋁石型和混合型等四類礦種。采用不同類型的鋁土礦作原料，則氧化鋁生產(chǎn)工藝的選擇和技術(shù)條件的控制是不同的，所以對鋁土礦類型的鑒定有著重大意義。2025/3/231.1.3鋁礦石1.1.3.5鋁土礦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)鋁土礦的質(zhì)量會影響生產(chǎn)技術(shù)條件的控制、設(shè)備的產(chǎn)能、能耗及產(chǎn)品質(zhì)量等各個方面。判斷鋁土礦質(zhì)量的指標(biāo)主要有氧化鋁含量、氧化硅含量和鋁土礦的類型等三項。(1)氧化鋁含量。氧化鋁在鋁土礦中的含量越高，鋁土礦中的雜質(zhì)就會越少，設(shè)備產(chǎn)能、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量等指標(biāo)就會越好。(2)氧化硅含量。鋁土礦中最主要的雜質(zhì)是氧化鐵和氧化硅。在堿法生產(chǎn)氧化鋁工藝中，氧化鐵不溶于堿性溶液，會直接進(jìn)入渣中排掉。二氧化硅為酸性氧化物，會溶解進(jìn)入堿液中，但隨后會以不溶性物質(zhì)含水鋁硅酸鈉形式析出，造成氧化鈉和氧化鋁的損失。因此，氧化硅是堿法生產(chǎn)氧化鋁的最有害的雜質(zhì)。鋁土礦表示氧化硅含量的指標(biāo)是鋁硅比——礦中所含的氧化鋁與氧化硅的質(zhì)量之比，通常以A/S表示。A/S越高，鋁土礦質(zhì)量越好。(3)鋁土礦的類型。不同類型的鋁土礦因為在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁時氧化鋁溶出的難易程度不同，則所采取的工藝技術(shù)條件也不相同。三水鋁石型礦最易溶出，一水軟鋁石型礦次之，一水硬鋁石型礦最難溶出。所以，鋁土礦的類型對采用拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁意義重大。而鋁土礦的類型對采用燒結(jié)法工藝生產(chǎn)氧化鋁來說則意義不大。2025/3/231.1.3鋁礦石1.1.3.5鋁土礦資源中國是鋁土礦的資源大國。鋁土礦主要分布于山西、河南、貴州、廣西及山東等省。中國鋁土礦資源的特點是高硅低鐵的一水硬鋁石型礦，品位呈不均一性，鋁硅比低(4～7)。針對這種礦石特點，中國自主開發(fā)了混聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程。2025/3/231.1.3鋁礦石普通氫氧化鋁及其用途通過種分或碳分分解出的Al(OH)3，再經(jīng)干燥、粉碎、分級而得到不同粒徑的白色粉末。Al(OH)3加熱至130℃以上時開始失去結(jié)晶水，加熱至260℃以上附脫水吸熱，具有良好的消煙阻燃性能。Al(OH)3可用作塑料和聚合物的無煙阻燃填料或橡膠制品的催化劑和防燃填料、人造地毯的填料、造紙的增白劑和增光劑;還可生產(chǎn)硫酸鋁、明礬、氟化鋁、水合氯化鋁、鋁酸鈉等化工產(chǎn)品，并可合成分子篩，作生產(chǎn)牙膏的填料和玻璃配料以及制作胃酸藥片、合成莫來石的原料等。2025/3/231.1.4氧化鋁用途低鈉氧化鋁用途Na2O含量低于0·2%的α—Al2O3，其機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震性好;絕緣強(qiáng)度高，在高頻下能承受高電壓;燒成收縮率小，可用于高級電絕緣體、汽車和飛機(jī)上內(nèi)燃機(jī)用火花塞，制造耐熱或耐磨性陶瓷器件。2025/3/231.1.4氧化鋁用途β—Al2O3用途β—Al2O3具有密度大、氣孔率低、機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱沖擊性能好、離子導(dǎo)電率高等特性。主要用作鈉硫蓄電池中的固體電解質(zhì)薄膜陶瓷隔板。此外，β—Al2O3還用于室溫電池、熱敏元件及制作玻璃、耐火材料和陶瓷。2025/3/231.1.4氧化鋁用途片狀氧化鋁用途片狀氧化鋁的熱容量大，熱導(dǎo)率高，密度大，抗熱震性、抗腐蝕性、化學(xué)熱穩(wěn)定性好，純度高，可用于制作催化劑、環(huán)氧樹脂和聚醋樹脂填料、耐火涂料、燃燒器嘴、密封爐內(nèi)襯、電絕緣體和陶瓷制品等。2025/3/231.1.4氧化鋁用途熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁的原料——氧化鋁是一種兩性化合物，可以用堿或酸從鋁土礦中把氧化鋁與其他雜質(zhì)分離出來而得到純凈的氧化鋁。另外還可以用電爐熔煉的方法得到高品位的氧化鋁渣，再進(jìn)行堿法或酸法處理生產(chǎn)氧化鋁。目前，除堿法外，酸法、電爐熔煉法都沒有在氧化鋁工業(yè)上使用。本書僅介紹堿法生產(chǎn)氧化鋁工藝。堿法生產(chǎn)氧化鋁的一般工藝原理為通過加入氫氧化鈉或碳酸鈉來處理采選后的鋁礦，得到鋁酸鈉溶液，這種溶液經(jīng)過凈化處理后，用降溫或碳酸化方法進(jìn)行強(qiáng)制分解得到氫氧化鋁，然后經(jīng)過焙燒脫水得到產(chǎn)品氧化鋁。堿法生產(chǎn)氧化鋁工藝又分為拜耳法、燒結(jié)法及聯(lián)合法三種工藝流程。分別簡述如下。2025/3/231.2氧化鋁生產(chǎn)方法概述1.2.1拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝采用拜耳法工藝流程生產(chǎn)的氧化鋁量占到總產(chǎn)量的90％以上，是采用高鋁硅比鋁土礦作原料的新建鋁廠首選的工藝流程。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝過程是用含有氫氧化鈉的溶液在高溫高壓下溶出鋁土礦中的氧化鋁得到鋁酸鈉溶液，而礦中的雜質(zhì)則生成不溶性化合物入渣，鋁酸鈉溶液在凈化后，加入氫氧化鋁晶種進(jìn)行分解得到氫氧化鋁晶體，然后經(jīng)焙燒脫水得到氧化鋁產(chǎn)品。2025/3/231.2氧化鋁生產(chǎn)方法概述拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝的優(yōu)點如下：(1)生產(chǎn)流程簡單；(2)由于流程中沒有燒結(jié)工序，單位能耗比其他工藝流程低，僅為41.49GJ/t；(3)在生產(chǎn)過程中外加物少，晶種分解為自發(fā)分解，雜質(zhì)析出的數(shù)量少，產(chǎn)品氧化鋁質(zhì)量好。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝的缺點如下：不能處理A/S低的鋁土礦，僅適合處理鋁硅比大于7的鋁土礦，尤其是鋁硅比大于10的鋁土礦。2025/3/231.2氧化鋁生產(chǎn)方法概述1.2.2燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的工藝過程是將鋁土礦、碳酸鈉和石灰制成料漿進(jìn)行燒結(jié)得到鋁酸鈉熟料，然后用水或稀堿溶液對鋁酸鈉熟料進(jìn)行溶出，得到鋁酸鈉溶液，將此溶液進(jìn)行脫硅凈化處理后，往溶液中通入二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行碳酸化分解得到氫氧化鋁晶體，再經(jīng)焙燒脫水得到氧化鋁產(chǎn)品。雖然燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝能夠處理鋁硅比低的鋁土礦，但鋁硅比越低，生產(chǎn)流程中的物料流量就越大，就會造成設(shè)備產(chǎn)能越低。因此，從經(jīng)濟(jì)角度分析，燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝并不適宜處理鋁硅比低于3～3.5的鋁土礦。2025/3/231.2氧化鋁生產(chǎn)方法概述燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝的優(yōu)點如下：(1)可以處理鋁硅比低的高硅鋁土礦；(2)生產(chǎn)消耗的是價格低廉的碳酸鈉。燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝的缺點如下：(1)由于有燒結(jié)工序，單位能耗高，達(dá)48.31GJ/t；(2)生產(chǎn)流程復(fù)雜；(3)碳酸化分解的方法造成氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量差。2025/3/231.2氧化鋁生產(chǎn)方法概述1.2.3聯(lián)合法聯(lián)合法就是將拜耳法工藝流程和燒結(jié)法工藝流程聯(lián)結(jié)起來形成的工藝流程。根據(jù)聯(lián)結(jié)方式的不同分為串聯(lián)法、并聯(lián)法和混聯(lián)法三種。中國的鋁土礦特點是高硅低鐵，礦石難以溶解，并且成分不均一。針對這個特點，中國首創(chuàng)出混聯(lián)法工藝流程。目前，中國的氧化鋁廠采用的聯(lián)合法工藝流程都是混聯(lián)法。下面簡單介紹混聯(lián)法的工藝特點?；炻?lián)法工藝流程的生產(chǎn)過程是使用拜耳法處理低硅鋁土礦得到赤泥和鋁酸鈉溶液，溶液送去凈化分解，赤泥則與一部分高硅鋁土礦混合燒結(jié)成熟料進(jìn)入燒結(jié)法生產(chǎn)流程。2025/3/231.2氧化鋁生產(chǎn)方法概述混聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程的優(yōu)點如下：(1)拜耳法產(chǎn)出的赤泥通過燒結(jié)充分回收了其中的氧化鋁和氧化鈉；(2)適應(yīng)了鋁土礦成分的不均一性，最大限度的利用了資源；(3)氧化鋁生產(chǎn)過程的補(bǔ)堿由價格低廉的碳酸鈉供應(yīng)?；炻?lián)法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程的缺點如下：(1)同時具有拜耳法和燒結(jié)法兩種工藝流程，生產(chǎn)流程復(fù)雜，設(shè)備繁多；(2)兩套工藝相互交叉，生產(chǎn)協(xié)調(diào)非常復(fù)雜。2025/3/231.2氧化鋁生產(chǎn)方法概述1、結(jié)晶型氧化鋁化合物按所含結(jié)晶水?dāng)?shù)目分類可分為哪幾種類型，它們分別具有哪幾種同類異晶體?2、鋁土礦中主要含鋁礦物有哪三種?分別寫出它們的化學(xué)式。根據(jù)鋁土礦中含鋁礦物的形態(tài)不同，可將鋁土礦分為哪幾種類型?3、鋁土礦中含有哪些主要化學(xué)成分，鋁土礦的鋁硅比是什么?4、如何評價鋁土礦的質(zhì)量?5、中國鋁土礦多數(shù)屬于哪種類型，其質(zhì)量方面有何特點?6、以鋁土礦為原料的堿法生產(chǎn)氧化鋁包括哪幾種生產(chǎn)方法，根據(jù)中國鋁土礦石的特點宜采用什么方法?7、拜耳法生產(chǎn)氧化鋁有哪些優(yōu)缺點?8、試分析拜耳法生產(chǎn)氧化鋁和燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁有哪些不同點?9、按照氧化鋁物理性質(zhì)來分類，可將氧化鋁分為哪三種類型?2025/3/23復(fù)習(xí)思考題1.3.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)1.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系1.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素2025/3/231.3鋁酸鈉溶液的性質(zhì)1.3.1.1鋁酸鈉溶液濃度的表示法1.3.1.1.1堿的類型及符號工業(yè)鋁酸鈉溶液中有以NaAl(OH)4分子形式存在的Na2O，也有以NaOH分子形式存在的游離Na2O，另外還有以Na2CO3分子形式存在的Na2O及以Na2SO4分子形式存在的Na2O，以這些分子形式存在的Na2O在工業(yè)上都有各自的名稱。2025/3/231.3.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)苛性堿：指以NaAl(OH)4分子和NaOH分子等形式存在的Na2O，符號表示為Na2O苛或Na2Ok。碳酸堿：指以Na2CO3分子形式存在的Na2O，符號表示為Na2O碳或Na2Oc。硫酸堿：指以Na2SO4分子形式存在的Na2O，符號表示為Na2O硫或Na2Os。全堿：指以苛性堿和碳酸堿狀態(tài)存在的Na2O的總和，符號表示為Na2O全或Na2OT。2025/3/231.3.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)1.3.1.1.2鋁酸鈉溶液濃度的表示法工業(yè)鋁酸鈉溶液濃度的表示一般以氧化鋁和氧化鈉的質(zhì)量濃度表示，例如ρ(Al2O3)=50g/L，或ρ(Na2Ok)=150g/L。2025/3/231.3.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)1.3.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)1.3.1.2.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)——苛性比值苛性比值是堿法生產(chǎn)氧化鋁的重要概念和指標(biāo)，它表示鋁酸鈉溶液溶解氧化鋁的飽和程度及溶液的穩(wěn)定性。鋁酸鈉溶液的苛性比值是指鋁酸鈉溶液中所含苛性堿與氧化鋁的物質(zhì)的量的比值，符號表示為αK。計算公式：2025/3/231.3.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)換算成質(zhì)量濃度表示：式中n(Na2OK)、n(Al2O3)——鋁酸鈉溶液中苛性堿和氧化鋁的物質(zhì)的量，mol；c(Na2OK)、c(Al2O3)——鋁酸鈉溶液中苛性堿和氧化鋁的物質(zhì)的量濃度，mol/L；ρ(Na2OK)、ρ(Al2O3)——鋁酸鈉溶液中苛性堿和氧化鋁的質(zhì)量濃度，g/L；62和102——鋁酸鈉溶液中Na2O和Al2O3的摩爾質(zhì)量，g/mol。2025/3/231.3.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)1.3.1.2.2鋁酸鈉溶液的硅量指數(shù)鋁酸鈉溶液的硅量指數(shù)是指溶液中所含氧化鋁與二氧化硅的質(zhì)量的比值。通常以兩者質(zhì)量濃度的比值計算得出：2025/3/23式中—ρ(Al2O3)、ρ(SiO2)分別為鋁酸鈉溶液中氧化鋁和氧化硅的質(zhì)量濃度，g/L。鋁酸鈉溶液的硅量指數(shù)的意義是表示鋁酸鈉溶液的純度。硅量指數(shù)越高，則鋁酸鈉溶液中二氧化硅含量越低，純度越高，析出的氫氧化鋁雜質(zhì)含量就會越少。反之，則相反。2025/3/231.3.1鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)1.3.2.1Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖純的鋁酸鈉溶液可看作是Na2O-Al2O3-H2O三元系。通過對Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖的了解，就可以知道氧化鋁在氫氧化鈉溶液中的溶解度與溶液濃度和溫度的關(guān)系，以及在不同條件下的平衡固相，從而得到生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)。Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖是堿法生產(chǎn)氧化鋁理論基礎(chǔ)的重要部分。為了應(yīng)用方便，把在一定溫度下的氧化鋁溶解度與苛性堿濃度的關(guān)系用直角坐標(biāo)圖來表示。縱坐標(biāo)軸表示氧化鋁濃度，橫坐標(biāo)軸表示氧化鈉濃度。過O點的任一直線都為等αK線(即在此線上的任一點溶液的αK值都相等)。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系2025/3/2330℃下的Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖B點：溶液在此點會同時與三水鋁石固相和含水鋁酸鈉固相保持平衡共存，是溶液對三水鋁石和含水鋁酸鈉的飽和點。C點：含水鋁酸鈉(Na2O·Al2O3·2.5H2O)和一水氫氧化(NaOH·H2O)同時與溶液保持平衡，是共飽點。D點：一水氫氧化鈉(NaOH·H2O)的組成點，成分為53.5％NaOH和46.5％H2O。E點：含水鋁酸鈉(Na2O·Al2O3·2.5H2O)的組成點，成分是48.8％Al2O3、29.7％Na2O和21.5％H2O。H點：Na2O·Al2O3的組成點，成分是61.4.2％Al2O3和37.8％Na2O。T點：三水鋁石的組成點，成分是65.4％Al2O3和34.6％H2O。M點：為一水鋁石的組成點。2025/3/2330℃下Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖中各點線的含義OB線段：該線上溶液的平衡固相是三水鋁石，是三水鋁石在NaOH溶液中的等溫溶解度曲線。它表明隨著溶液NaOH濃度的增加，三水鋁石在其中的溶解度越來越大。BC線段：該線上溶液的平衡固相是含水鋁酸鈉(Na2O·Al2O3·2.5H2O)，是含水鋁酸鈉在NaOH溶液中的等溫溶解度曲線。它表明含水鋁酸鈉在NaOH溶液中的溶解度隨溶液NaOH濃度的增加而降低。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系CD線段：為一水氫氧化鈉(NaOH·H2O)在鋁酸鈉溶液中的溶解度曲線。圖中OBCD曲線是依次連接各個平衡溶液的組成點得出的，它也就是氧化鋁在為30℃下的氫氧化鈉溶液中的平衡溶解度等溫線。直線OEH是αK=1的等αK線，實踐證明，苛性比值等于1或小于1的鋁酸鈉溶液是不存在的，因此鋁酸鈉溶液的組成處于直線OE的下方。在30℃下E點和D點都是固相存在。因此在ED線上及其右上方是屬于固體的區(qū)域，不含有液相存在。所以鋁酸鈉溶液只能存在于OED區(qū)域內(nèi)。因此對氧化鋁生產(chǎn)來說，對OED區(qū)域的分析才有意義。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系1.3.2.2OED區(qū)域分析將OED區(qū)域分五個(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V)部分進(jìn)行討論。AⅠ區(qū)(OBCD區(qū)域)在OBCD飽和等溫線下方的區(qū)域為I區(qū)，是氫氧化鋁和含水鋁酸鈉的未飽和區(qū)，它有溶解這兩種物質(zhì)的能力。當(dāng)其溶解氫氧化鋁時，溶液的組成將沿著原溶液點與T點的連線變化，直到連線與OB線的交點為止，即這時溶液已達(dá)到平衡濃度。原溶液組成點離OB線越遠(yuǎn)，其未飽和程度越大，能夠溶解的氫氧化鋁數(shù)量越多。當(dāng)其溶解固體鋁酸鈉時，溶液的組成則沿著原溶液組成點與E點(如果是無水鋁酸鈉則是H點)的連線變化，直到連線與BC線的交點為止。BⅡ區(qū)(OBTO區(qū)域)OBTO(Ⅱ區(qū))內(nèi)的溶液是氫氧化鋁過飽和的鋁酸鈉溶液，可以分解析出三水鋁石晶體。在分解過程中，溶液的組成沿原溶液組成點與T點的連線變化，直到與OB線的交點為止，這時溶液達(dá)到平衡濃度，不再析出三水鋁石結(jié)晶。原溶液組成點離0B線越遠(yuǎn)，其過飽和程度越大，能夠析出的三水鋁石數(shù)量越多。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系CⅢ區(qū)(BCEB區(qū)域)BCEB(IIl區(qū))內(nèi)的溶液是含水鋁酸鈉過飽和的鋁酸鈉溶液，會析出偏鋁酸鈉結(jié)晶。在析出過程中，溶液的組成沿原溶液組成點與E點的連線變化，直到與BC線的交點為止。DⅣ區(qū)(BETB區(qū)域)BETB區(qū)域(Ⅳ區(qū))內(nèi)的溶液是三水鋁石和含水鋁酸鈉同時過飽和的溶液，會同時析出三水鋁石和含水鋁酸鈉。在析出過程中，溶液的組成沿原溶液組成點與B點的連線變化，直到B點。析出這兩種物質(zhì)的比例可由連線與ET線的相交點按杠桿原理得出。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系EV區(qū)(CDEC區(qū)域)CDEC區(qū)域(V區(qū))內(nèi)的溶液是同時過飽和含水鋁酸鈉和一水氫氧化鈉的溶液，會同時析出含水鋁酸鈉和一水氫氧化鈉。在析出過程中，溶液的組成沿原溶液組成點與C點的連線變化，直到C點平衡為止。析出這兩種物質(zhì)的比例也可按杠桿原理得出。從以上分析可知：氧化鋁在氫氧化鈉溶液中的溶解度隨氫氧化鈉的濃度增加而增加，但是當(dāng)氫氧化鈉的濃度達(dá)到某一限度(Na2O21.95％)后，氧化鋁的溶解度反而隨著氫氧化鈉的濃度增加而下降，使氧化鋁在氫氧化鈉溶液中的溶解度曲線出現(xiàn)最高值。出現(xiàn)這種情況的原因是不同濃度的溶液所對應(yīng)的平衡固相不同。在氧化鋁生產(chǎn)中，鋁酸鈉溶液的組成總是位于狀態(tài)圖的Ⅰ、Ⅱ區(qū)內(nèi)。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系1.3.2.3不同溫度下Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖通過上面的介紹可知30℃Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖的特征。如果這些特征僅僅存在于30℃的溫度條件下，而在其他溫度條件下則不存在，那么，研究Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖對生產(chǎn)就沒有指導(dǎo)意義。所以，為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要，人們廣泛研究了在30℃、60℃、95℃、150℃、200℃等溫度下的Al2O3在不同Na2O濃度的鋁酸鈉溶液中的飽和濃度，并繪出了上述各溫度下的Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖，見圖2。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系由圖2可見各個溫度下溶解度等溫線都包括兩個線段，這兩個線段的交點為該溫度下溶解度的最大點。它說明在所有溫度下，氧化鋁的溶解度都是隨溶液中苛性堿濃度的增加而急劇增長，但當(dāng)苛性堿濃度超過某一限度后，氧化鋁的溶解度反而隨溶液中苛性堿濃度的增加而急劇下降，這是由于與溶液平衡的固相成分發(fā)生改變的結(jié)果。圖中溶解度等溫線的左側(cè)線段所對應(yīng)的平衡固相為三水鋁石(或一水鋁石)，而溶解度等溫線的右側(cè)線段所對應(yīng)的平衡固相為含水鋁酸鈉(或無水鋁酸鈉、氫氧化鈉等不同固相)。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系另外，從圖中看到隨溫度的升高，氧化鋁溶解度等溫線的曲率逐漸減小，即越來越直，它的兩個分支所構(gòu)成的交角也逐漸增大，這樣就使溶液的未飽和區(qū)越來越擴(kuò)大，溶解度的最大點隨溫度升高向較高的Na2O濃度和Al2O3濃度方向推移。溫度降低則相反。所以溫度提高，溶液的未飽和區(qū)擴(kuò)大有利于氧化鋁溶解度的增加，使溶液能溶解更多的氧化鋁；溫度降低溶液的過飽和區(qū)擴(kuò)大有利于氧化鋁溶解度的降低，使溶液能分解析出更多的氧化鋁。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁就是根據(jù)Na2O-Al2O3-H2O三元系平衡狀態(tài)圖中氧化鋁溶解度等溫線的上述特點，利用濃苛性堿溶液在高溫下溶出鋁土礦中的氧化鋁，然后再經(jīng)冷卻和稀釋使氫氧化鋁過飽和而結(jié)晶析出。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系在氧化鋁生產(chǎn)中，分解析出產(chǎn)物為三水鋁石(Al2O3·3H2O)，而從圖中看到溶解度等溫線的左側(cè)線段所對應(yīng)的平衡固相除三水鋁石外，還有一水鋁石，這是什么原因?這是因為隨著溫度的不同，溶液所對應(yīng)的平衡固相發(fā)生了變化。溶解度等溫線的左側(cè)線段OB線所對應(yīng)的平衡固相在75℃下，OB線的平衡固相為三水鋁石；在75～100℃，OB線的平衡固相則變?yōu)槿X石和一水鋁石(低堿濃度為三水鋁石，高堿濃度為一水鋁石)；在100℃上，OB線的平衡固相為一水鋁石，三水鋁石消失；在330℃上，一水鋁石與剛玉共為平衡固相。2025/3/231.3.2Na2O-Al2O3-H2O三元系鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性是指從鋁酸鈉溶液制成到開始分解析出氫氧化鋁所需時間的長短。作為氧化鋁生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物鋁酸鈉溶液從制成到分解析出氫氧化鋁要經(jīng)過赤泥沉降、脫硅、凈化等多道工序，在此期間要保證鋁酸鈉溶液不能分解析出氫氧化鋁，并且到分解工序時，要使鋁酸鈉溶液容易析出。因此影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的因素決定了氧化鋁生產(chǎn)中的主要技術(shù)參數(shù)的選擇。2025/3/231.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1.3.3.1鋁酸鈉溶液苛性比值的影響根據(jù)對鋁酸鈉溶液的理論分析及測定分析，常溫下，當(dāng)鋁酸鈉溶液的αK值在1左右時，鋁酸鈉溶液極不穩(wěn)定，不能存在；當(dāng)鋁酸鈉溶液的αK值在1.4～1.8之間時，在工業(yè)生產(chǎn)條件下，鋁酸鈉溶液能穩(wěn)定存在于生產(chǎn)過程中，不會大量分解析出氫氧化鋁；當(dāng)鋁酸鈉溶液的αK值大于3以上時，鋁酸鈉溶液極為穩(wěn)定，不會析出氫氧化鋁，并且還能繼續(xù)溶解氧化鋁。鋁酸鈉溶液在不同K值條件下的穩(wěn)定狀態(tài)決定了氧化鋁生產(chǎn)中不同工序應(yīng)采取的αK值，所以αK值是氧化鋁生產(chǎn)中主要的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。2025/3/23

1.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1.3.3.2溫度的影響提高溫度會使鋁酸鈉溶液過飽和狀態(tài)降低，穩(wěn)定性增強(qiáng)，不容易分解析出氫氧化鋁；而降低溫度會使鋁酸鈉溶液過飽和狀態(tài)增加，穩(wěn)定性降低，容易分解析出氫氧化鋁。因此在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁時，溶出的鋁酸鈉溶液在沉降、凈化等工序要保持較高的溫度。在晶種分解工序，則要采取熱交換措施來降低溫度使鋁酸鈉溶液分解析出氫氧化鋁。2025/3/231.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1.3.3.3鋁酸鈉溶液濃度的影響鋁酸鈉溶液濃度大小會對拜耳法生產(chǎn)氧化鋁過程中的晶種分解工序產(chǎn)生影響。鋁酸鈉溶液的濃度過大，溶液的黏度增大，使晶體粒子的擴(kuò)散受到阻礙，導(dǎo)致氫氧化鋁晶體析出速度慢，溶液的穩(wěn)定性增強(qiáng)，并且不容易長成大顆粒；而鋁酸鈉溶液的濃度過小，又使微小氫氧化鋁晶粒之間的接觸機(jī)會減少，同樣使氫氧化鋁晶體析出速度慢，溶液的穩(wěn)定性增強(qiáng)，并且也不容易長大成大顆粒。為保證溶出后的鋁酸鈉溶液濃度適宜，工業(yè)上在溶出后設(shè)有一個稀釋工序，用赤泥洗液對鋁酸鈉溶液的濃度進(jìn)行調(diào)整，并回收低濃度的赤泥洗液。2025/3/231.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1.3.3.4雜質(zhì)的影響1.3.3.4.1二氧化硅在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝的溶出過程中，鋁土礦中的二氧化硅會生成含水鋁硅酸鈉(Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O)。該化合物在鋁酸鈉溶液中的溶解度很低，大部分會隨著赤泥一起排掉，但有小部分會溶解在鋁酸鈉溶液中。在鋁酸鈉溶液中溶解的二氧化硅是以鋁硅酸根離子狀態(tài)存在，這種離子體積龐大，造成鋁酸鈉溶液的黏度增加，溶液的穩(wěn)定性增加。燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝中，熟料溶出后的鋁酸鈉溶液含二氧化硅達(dá)到5～6g/L，即便使該溶液的αK值降到1.25，鋁酸鈉溶液也不會自發(fā)分解析出氫氧化鋁，生產(chǎn)還能正常進(jìn)行。2025/3/231.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1.3.3.4.2碳酸鈉和有機(jī)物氧化鋁生產(chǎn)過程中，鋁酸鈉溶液并不與空氣隔絕，空氣中的二氧化碳會與鋁酸鈉溶液中的苛性堿發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈉。隨著生產(chǎn)的循環(huán)，碳酸鈉會在鋁酸鈉溶液中逐漸積累，導(dǎo)致溶液的黏度增加，鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性因此得到增強(qiáng)。鋁酸鈉溶液中的有機(jī)物是由鋁土礦帶進(jìn)的。有機(jī)物會附在晶核表面，導(dǎo)致其失去吸附能力，不再長大，析出氫氧化鋁晶體的速度減緩，鋁酸鈉溶液因此表現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)。2025/3/231.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1.3.3.4.3添加晶種的影響鋁酸鈉溶液自發(fā)生成晶核的過程非常困難。在生產(chǎn)過程中，為提高生產(chǎn)效率，就必須提高晶種分解速度，而添加氫氧化鋁晶種是非常有效的辦法之一。添加氫氧化鋁晶種后，鋁酸鈉溶液的分解析出直接在晶種表面進(jìn)行，而不需要長時間的晶核自發(fā)生成過程，所以鋁酸鈉溶液的分解析出速度提高，穩(wěn)定性降低。2025/3/231.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1.3.3.4.4攪拌的影響對鋁酸鈉溶液進(jìn)行攪拌加強(qiáng)了溶液中粒子的擴(kuò)散過程，并且會使溶液的濃度均勻，有利于提高分解析出速度，溶液的穩(wěn)定性降低。另外，當(dāng)有晶種存在時，攪拌會使晶種懸浮于鋁酸鈉溶液中，晶種與周圍溶液接觸充分，也有利于晶種吸附長大過程。所以在晶種分解工序要對鋁酸鈉溶液進(jìn)行攪拌。2025/3/231.3.3鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其影響因素1、結(jié)晶型氧化鋁化合物按所含結(jié)晶水?dāng)?shù)目分類可分為哪幾種類型，它們分別具有哪幾種同類異晶體?2、鋁土礦中主要含鋁礦物有哪三種?分別寫出它們的化學(xué)式。根據(jù)鋁土礦中含鋁礦物的形態(tài)不同，可將鋁土礦分為哪幾種類型?3、鋁土礦中含有哪些主要化學(xué)成分，鋁土礦的鋁硅比是什么?4、如何評價鋁土礦的質(zhì)量?5、中國鋁土礦多數(shù)屬于哪種類型，其質(zhì)量方面有何特點?6、以鋁土礦為原料的堿法生產(chǎn)氧化鋁包括哪幾種生產(chǎn)方法，根據(jù)中國鋁土礦石的特點宜采用什么方法?7、拜耳法生產(chǎn)氧化鋁有哪些優(yōu)缺點?8、試分析拜耳法生產(chǎn)氧化鋁和燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁有哪些不同點?9、按照氧化鋁物理性質(zhì)來分類，可將氧化鋁分為哪三種類型?2025/3/231.3鋁酸鈉溶液性質(zhì)復(fù)習(xí)思考題1.4.1拜耳法原理1.4.2拜耳法循環(huán)1.4.3拜耳法循環(huán)效率和循環(huán)堿量1.4.4拜耳法工藝流程2025/3/231.4拜耳法原理及工藝流程1.4.1拜耳法原理拜耳法經(jīng)過一百多年的發(fā)展，雖然在生產(chǎn)設(shè)備、自動化控制等方面有了巨大的進(jìn)步，但是它的基本工藝原理并沒有改變。拜耳法的原理就是使以下反應(yīng)在不同的條件下朝不同的方向交替進(jìn)行：2025/3/23Al2O3·xH2O+2NaOH+aq===2NaAl(OH)4+aq式中，當(dāng)溶出一水鋁石和三水鋁石時，x分別等于l和3；當(dāng)分解鋁酸鈉溶液時，x等于3。首先，在高溫高壓條件下以NaOH溶液溶出鋁土礦，使其中的氧化鋁化合物按上式反應(yīng)向右進(jìn)行得到鋁酸鈉溶液，鐵、硅等雜質(zhì)進(jìn)入赤泥；而向經(jīng)過徹底分離赤泥后的鋁酸鈉溶液添加晶種，在不斷攪拌和逐漸降溫的條件下進(jìn)行分解，使上式反應(yīng)向左進(jìn)行析出氫氧化鋁，并得到含大量氫氧化鈉的母液；母液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮后再返回用于溶出新的一批鋁土礦；氫氧化鋁經(jīng)過焙燒脫水后得到產(chǎn)品氧化鋁。2025/3/231.4.1拜耳法原理從拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原理可以知道：Na2Ok(苛性堿：指以NaAl(OH)4分子和NaOH分子等形式存在的Na2O)在整個生產(chǎn)過程中理論上是不消耗的，是循環(huán)使用的物質(zhì)，所以生產(chǎn)上將Na2Ok經(jīng)歷一次完整的溶出、稀釋、晶種分解及分解母液的蒸發(fā)過程稱為一次拜耳法循環(huán)。2025/3/231.4.1拜耳法原理圖3為處理一水硬鋁石型鋁土礦的拜耳法循環(huán)圖。通過對該圖分析能夠更清晰的理解拜耳法的生產(chǎn)原理。用來溶出一水硬鋁石型鋁土礦的循環(huán)母液的成分相當(dāng)于圖中A點，位于200℃等溫線的下方，表明此時循環(huán)母液是未飽和的，具有溶解氧化鋁化合物的能力。在生產(chǎn)條件下，溶出溫度是在240℃以上，所以循環(huán)母液是遠(yuǎn)未飽和的，氧化鋁能夠迅速溶出。隨著氧化鋁的不斷溶出，氧化鋁濃度隨之升高，當(dāng)不考慮苛性堿及氧化鋁由于脫硅等化學(xué)反應(yīng)引起損失，溶液的組成應(yīng)沿著A點與Al2O3·H2O的組成點的聯(lián)線變化，直到飽和為止。理論上，隨著氧化鋁的溶出，鋁酸鈉溶液的苛性比值隨之下降，溶出液的最終成分可以一直達(dá)到溶解度等溫線上。但在實際生產(chǎn)中，如果要達(dá)到240℃等溫線上則需要很長的時間，這是不經(jīng)濟(jì)的。所以由于溶出時間的限制，溶出過程在距離等溫線上平衡點很遠(yuǎn)的B點結(jié)束。連接A、B兩點的線就被稱為溶出線。2025/3/231.4.2拜耳法循環(huán)2025/3/231.4.2拜耳法循環(huán)從壓煮器中排出的壓煮礦漿(溶出液)用赤泥洗液稀釋，由于苛性堿和氧化鋁的濃度同時降低，故稀釋過程中溶液的組成由B點沿著等苛性比值線變化到C點。稀釋之后，溫度下降到100℃左右，溶液中的氧化鋁濃度由高溫時的未飽和轉(zhuǎn)為低溫下的過飽和，并且溫度越低，過飽和程度越大，由此可知C點溶液處于過飽和區(qū)域。連接B、C兩點的線就被稱為稀釋線。2025/3/231.4.2拜耳法循環(huán)往分離赤泥后的溶液中加入氫氧化鋁晶種時，鋁酸鈉溶液分解析出氫氧化鋁，氧化鋁濃度降低，因而溶液的苛性比值上升，溶液組成沿著C點與Al2O3·3H2O的組成點的連線變化，如果溶液在分解過程中最后冷卻到30℃，那么分解后的溶液組成在理論上可達(dá)到連線與30℃等溫線的交點。但是由于溶液成分達(dá)到D點以后，繼續(xù)分解，則分解速度會很慢，析出的氫氧化鋁很細(xì)且分離過濾困難，所以工業(yè)生產(chǎn)上一般分解到苛性比值達(dá)到3.5～4.0為止。連接C、D兩點的線就稱為晶種分解線。2025/3/231.4.2拜耳法循環(huán)分離氫氧化鋁后的母液，經(jīng)過蒸發(fā)，苛性堿和氧化鋁濃度同時提高，故在理論上，蒸發(fā)過程中溶液的組成由D點沿著等苛性比值線變化到A點。但在實際中，由于生產(chǎn)過程中有苛性堿的化學(xué)損失和機(jī)械損失，這部分損失的堿需要補(bǔ)充。補(bǔ)充新堿后的循環(huán)母液成分便回到A點。連接D、A兩點的線就稱為蒸發(fā)線。2025/3/231.4.2拜耳法循環(huán)將上述四根線連接起來，就構(gòu)成了ABCD的封閉圖形即拜耳法循環(huán)圖。它表示著拜耳法生產(chǎn)中利用循環(huán)母液在高溫下溶出鋁土礦中的氧化鋁，而后又在低溫、低濃度、添加晶種的情況下析出氫氧化鋁。而母液經(jīng)過蒸發(fā)又濃縮到循環(huán)母液原來的成分，這樣一個循環(huán)過程稱之為拜耳法循環(huán)?？梢钥吹?，組成為A點的溶液經(jīng)過一次這樣的循環(huán)作業(yè)，便可以從礦石中提取出一批氧化鋁，而其成分不發(fā)生變化。在生產(chǎn)實際中，由于存在氧化鋁和苛性堿的損失、溶出時冷凝水的稀釋、添加晶種所帶入的高苛性比值的母液等原因，生產(chǎn)過程與理想過程有差別，拜耳法循環(huán)圖中的各條線段均會偏離圖中所示的位置，對此要有所認(rèn)識。2025/3/231.4.2拜耳法循環(huán)1.4.3拜耳法循環(huán)效率和循環(huán)堿量循環(huán)效率是指lt苛性堿(Na2Ok)在一次拜耳法循環(huán)中所產(chǎn)出的Al2O3量(t)，用E表示。單位為(t·Al2O3)/(t·Na2Ok)，這個指標(biāo)反應(yīng)了苛性堿在循環(huán)中的利用程度，E的數(shù)值越高，說明苛性堿的利用率越好。假定在生產(chǎn)過程中不發(fā)生Al2O3和Na2Ok的損失，lm3循環(huán)母液中含苛性堿(Na2Ok)的質(zhì)量為n(t)，含Al2O3的質(zhì)量為a1(t)，苛性比值為aKl；溶出后溶液含Al2O3的質(zhì)量為a2(t)，苛性堿比值為aK2。那么，lm3循環(huán)母液經(jīng)過一次循環(huán)后產(chǎn)出Al2O3的質(zhì)量a應(yīng)為：2025/3/231.4.3拜耳法循環(huán)效率和循環(huán)堿量因為lm3循環(huán)母液含有n(t)苛性堿(Na2Ok)，所以循環(huán)效率E為：2025/3/23循環(huán)堿量是指生產(chǎn)lt氧化鋁時，在循環(huán)母液中所必須含有的苛性堿的質(zhì)量(t)(不包括堿損失)。它是E的倒數(shù)，常用N表示，單位為(t·Na2Ok)/(t·Al2O3)。1.4.3拜耳法循環(huán)效率和循環(huán)堿量由此可見，溶出時循環(huán)母液的aKl越大，并且溶出液的aK2越小，循環(huán)效率越高，而生產(chǎn)1tAl2O3所需要的循環(huán)堿量越小。利用上述公式可以計算出生產(chǎn)1tAl2O3理論上應(yīng)配苛性堿的質(zhì)量。在實際生產(chǎn)時，由于存在苛性堿損失。生產(chǎn)1tAl2O3在循環(huán)母液中必須含有的苛性堿量應(yīng)比理論值更大一些。2025/3/232025/3/231.4.4拜耳法基本流程拜耳法的基本流程見圖5所示。其中的主要工序有破碎、濕磨、溶出、稀釋、沉降分離赤泥、赤泥洗滌、晶種分解、煅燒、蒸發(fā)和苛化等。破碎：通常分為粗碎、中碎、細(xì)碎三段。所用設(shè)備有顎式、圓錐式、輥式和沖擊式破碎機(jī)。濕磨：將鋁土礦按配料要求配入石灰和循環(huán)母液并磨制成合格的原礦漿。所用設(shè)備是球磨機(jī)。溶出：在高溫、高壓條件下使鋁土礦中的氧化鋁化合物從礦石中溶浸出來，制成鋁酸鈉溶液而鐵、硅等雜質(zhì)則進(jìn)入赤泥中。所用設(shè)備是高壓溶出器。2025/3/231.4.4拜耳法基本流程稀釋：溶出后的漿液用赤泥洗液加以稀釋，以進(jìn)一步脫出溶液中的硅，且更重要的是為沉降分離赤泥和晶種分解創(chuàng)造了必要的條件。所用設(shè)備是帶有攪拌裝置的稀釋槽。沉降分離赤泥：稀釋后的溶出漿液送入沉降槽處理，以使鋁酸鈉溶液和赤泥分離開來。赤泥洗滌：沉降分離出來的赤泥漿，必須加水洗滌，以回收赤泥附液中的有用成分(堿和氧化鋁)。洗滌次數(shù)越多，有用成分損失越少。洗滌次數(shù)一般為5～8次。所用洗滌設(shè)備為沉降槽。晶種分解：將徹底分離了赤泥的鋁酸鈉溶液(精液)送入分解槽內(nèi)，加入Al(OH)3晶種，不斷攪拌并逐漸降低溫度，使之發(fā)生分解反應(yīng)析出Al(OH)3。并得到含有NaOH的母液。所用分解設(shè)備為有攪拌裝置的種分槽。2025/3/231.4.4拜耳法基本流程煅燒：用煅燒設(shè)備在高溫下將Al(OH)3的附著水和結(jié)晶水除掉，并使其發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，以獲得適合電解鋁生產(chǎn)要求的氧化鋁。所用煅燒設(shè)備為回轉(zhuǎn)窯、循環(huán)流態(tài)化煅燒爐和沸騰閃速煅燒爐。蒸發(fā)：種分母液需要在蒸發(fā)器中濃縮，以提高其堿濃度，保持生產(chǎn)的循環(huán)體系中水量的平衡，使循環(huán)母液達(dá)到符合拜耳法溶出的要求。所用設(shè)備為蒸發(fā)器?？粱涸谡舭l(fā)時還有一定數(shù)量的Na2CO3·H2O從母液中結(jié)晶析出，將其分離出來用Ca(OH)2苛化成NaOH溶液，與蒸發(fā)母液一同送往濕磨配料。2025/3/231.4.4拜耳法基本流程1敘述拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理；拜耳法生產(chǎn)氧化鋁包括哪幾個主要生產(chǎn)工序?2什么是拜耳法的循環(huán)效率，循環(huán)效率的提高對拜耳法生產(chǎn)有什么實際意義?2025/3/231.4拜耳法的原理及工藝流程思考題1.5.1燒結(jié)法原理1.5.2燒結(jié)法的基本流程2025/3/231.5燒結(jié)法原理及工藝流程拜耳法生產(chǎn)氧化鋁時，鋁土礦中的氧化硅是以含水鋁硅酸鈉的形式與氧化鋁分離的，如果鋁硅比越低，則有用成分氧化鋁和氧化鈉就會損失越多，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會大大惡化，所以，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁流程只適合處理鋁硅比高于7的鋁土礦，而堿一石灰燒結(jié)法則能處理鋁硅比低的鋁土礦。堿一石灰燒結(jié)法的原理是由堿、石灰和鋁土礦組成的爐料經(jīng)過燒結(jié)，使?fàn)t料中的氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿匿X酸鈉，氧化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)橐姿獾蔫F酸鈉，氧化硅轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗艿脑杷徕}。Al2O3+Na2CO3——Na2O·Al2O3十CO2SiO?+2CaO——2CaO·SiO?Fe2O3+Na2CO3——Na2O·Fe2O3+CO22025/3/231.5.1燒結(jié)法的原理由這三種化合物組成的熟料在用稀堿溶液溶出時，固相鋁酸鈉溶于溶液：Na2O·Al2O3+aq一2NaAl(OH)4+aq鐵酸鈉水解為氫氧化鈉和氧化鐵化合物：Na2O·Fe2O3+aq——2NaOH+Fe2O3·H2O(↓)+aq原硅酸鈣不同溶液反應(yīng)，全部轉(zhuǎn)入赤泥，從而達(dá)到制備鋁酸鈉溶液，并使有害雜質(zhì)氧化硅、氧化鐵與有用成分氧化鋁分離的目的。得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)凈化處理后，通入二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行碳酸化分解，得到晶體氫氧化鋁，而碳分母液的主要成分是碳酸鈉，可以循環(huán)返回再用來配料。堿一石灰燒結(jié)法可以處理鋁硅比低的鋁土礦，但鋁硅比如果低于3，則會使物料流量增加，燒結(jié)和溶出過程困難，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)大大惡化，所以目前堿一石灰燒結(jié)法處理鋁土礦的鋁硅比要大于3。2025/3/231.5.1燒結(jié)法的原理中國的堿一石灰燒結(jié)法的基本流程如圖6所示。為保證熟料中生成預(yù)期的化合物，除鋁礦石、石灰等固體物需在球磨機(jī)細(xì)磨使生料漿達(dá)到一定細(xì)度外，還需控制各種物料的配入量，并對生料漿進(jìn)行多次調(diào)配以確保生料漿中各氧化物的配入比例和有適宜的水分量。燒結(jié)過程是在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行的。調(diào)配好的生料漿用高壓泥漿泵經(jīng)料槍以高壓打人窯內(nèi)，在向窯前移動的過程中被窯內(nèi)的熱氣流烘干，加熱至反應(yīng)溫度，并在1200～1300℃的高溫下完成燒結(jié)過程，得到化學(xué)成分和物理性能合格的熟料。熟料經(jīng)破碎后，用稀堿溶液在球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行粉碎濕磨溶出，使有用成分Na2O和Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)殇X酸鈉溶液，而原硅酸鈣和氧化鐵形成固相赤泥，經(jīng)過沉降分離，得到鋁酸鈉溶液，從而達(dá)到有用成分與有害雜質(zhì)分離的目的。分離后的赤泥需經(jīng)過熱水充分洗滌后才能排棄，目的是回收赤泥附液中的Na2O和Al2O3

。2025/3/231.5.2燒結(jié)法工藝流程2025/3/23在熟料溶出時，由于原硅酸鈣的二次反應(yīng)使鋁酸鈉溶液的SiO?含量過高(達(dá)到4～6g/L)，這種溶液(粗液)是不能進(jìn)行碳酸化分解的，必須經(jīng)過專門的脫硅工序進(jìn)行脫硅。使SiO?含量降至1.2g/L以下。經(jīng)過脫硅處理并葉濾所得到的溶液叫做精液。而硅渣含有相當(dāng)數(shù)量的Na2O和Al2O3

，要返回配料進(jìn)行回收。鋁酸鈉精液用燒結(jié)窯窯氣或石灰爐爐氣進(jìn)行碳酸化分解。分解率一般控制在85％～90％。分解析出的氫氧化鋁用軟水充分洗滌后，送去煅燒。碳分母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮至一定濃度，返回配制生料漿。2025/3/231.5.2燒結(jié)法工藝流程中國堿石灰燒結(jié)法工藝流程的特點是：(1)用石灰代替石灰石配料，用高濃度的石灰爐爐氣(CO?含量38％～40％)代替燒結(jié)窯氣(CO?含量l0％～l2％)來進(jìn)行碳酸化分解；(2)采用生料加煤脫硫；(3)粗液加石灰乳深度脫硅；(4)鋁酸鈉溶液碳分、種分并聯(lián)分解；(5)熟料溶出采用低苛性比值、高碳酸鈉濃度二段濕磨溶出；(6)生料漿采用低堿、高鈣配方。2025/3/231.5.2燒結(jié)法工藝流程敘述燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理，此法包括哪些主要生產(chǎn)工序?2025/3/231.5燒結(jié)法原理及工藝流程復(fù)習(xí)思考題

目前工業(yè)上氧化鋁生產(chǎn)的方法主要是堿法，即是拜耳法和燒結(jié)法，這兩種方法各有其特點和適應(yīng)范圍。用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁流程簡單、產(chǎn)品質(zhì)量好，工藝能耗低，產(chǎn)品成本低，但該法需要A/S≥7的優(yōu)質(zhì)鋁土礦和用比較貴的燒堿(NaOH)。用燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁，可以處理A/S≥3～3.5的高硅鋁土礦和利用較便宜的碳酸鈉，但該法流程復(fù)雜，工藝能耗高，產(chǎn)品質(zhì)量比拜耳法差，單位產(chǎn)品投資和成本較高。兩者都有各自的局限性。為適合各種鋁土礦和減少生產(chǎn)成本，利用拜耳法和燒結(jié)法各自的優(yōu)點，生產(chǎn)上采用拜耳法和燒結(jié)法聯(lián)合起來的流程，更能取得較單一方法更好的經(jīng)濟(jì)效果。聯(lián)合法可分為三種流程：串聯(lián)法、并聯(lián)法和混聯(lián)法。2025/3/231.6聯(lián)合法原理及工藝流程1.6.1串聯(lián)法1.6.2并聯(lián)法1.6.3混聯(lián)法2025/3/231.6聯(lián)合法原理及工藝流程1.6.1串聯(lián)法串聯(lián)聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁流程如圖7所示。串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁適用于處理中等品位的鋁土礦。此法是先以較簡單的拜耳法處理礦石，提取其中大部分氧化鋁，然后再用燒結(jié)法處理