氧化铝生产2

• 分解原液浓度和苛性比值对产品粒度的影响比 较复杂、溶液苛性比值低，过饱和度大，如分 解温度低，由于分解快将产生大量次生晶核， 使氢氧化铝变细。这种溶液在较高温度下分解， 则有利于晶种的附聚和生长。
• 原液浓度对氢氧化铝粒度的影响随分解温度及 其他条件而异。溶液浓度高时，溶液的过饱和 度低，不利于结晶的长大和附聚，难以得到强 度大的结晶。当温度低时，原液浓度对分解产 物粒度的影响比温度高时更显著。
• 6.杂质的影响： 溶液中含少量有机物对分解过 程影响不大，但是积累到一定程度后，分解速 度下降，Al(OH)3粒度变细。因为吸附在晶种 表面上的有机物阻碍晶体长大，也降低氢氧化 铝强度。其它杂质对晶种分解过程也有一定的 影响。
四 晶种分解工艺
第六节 氢氧化铝的煅烧
• 煅烧氢氧化铝的目的是除去其附着水和结晶水， 并得到吸湿性能较差的氧化铝以满足电解铝生产 的需要，是氧化铝生产的最后一道工序。
• 一般认为在过饱和的铝酸钠溶液中，铝酸根 Al(OH)-4能按照反应式
nAl(OH)4-—→Aln(OH)3n+1—＋（n-1）OH一 生成聚合离子。随着溶液成份接近于平
衡成份，增加了离子碰撞的可能性。使聚合 分子数增加，这些聚合分子联接为缔合物[Al n(OH)3n+1]m，这种缔合物达到一定尺寸后就 会变成新相的晶核。
• 2.温度制度： • 分解温度对分解过程的主要技术经济指标有很
大的影响，因此当分解原液的成份一定，确定 和控制好适宜的温度制度至关重要。 • 当其他条件相同时，降低分解温度，总是可以 提高分解率和分解槽单位产能的。但分解温度 低于30℃，反而使分解速度降低。
•
ห้องสมุดไป่ตู้
分解温度（特别是初温）是影响氢氧化铝的粒
ZnO等杂质。铁、钙、钛、锌、钒、磷等杂质的含
量与种分作业条件关系不大，主要取决于原液纯度，
因此必须严格进行控制过滤，使分解原液中的浮游
物降低到允许含量以下。
• 三、影响晶种分解过程的主要因素 • 影响晶种分解过程的因素很多，各个因素所引起
的作用是多方面的，这些作用的程度也因具体条 件不同而异。种分过程对于作业条件的变化非常 敏感，而且各个因素变化带来的影响也常常是互 相牵连的。所以在考虑它们对于种分过程的影响 时，需要全面地、辩证地加以分析。
• 晶核生成过程可用以下方式表示： 配合铝酸根离子Al(OH)4↓ 生成聚合铝酸根离于Aln(OH)-3n-1 ↓ 形成缔合物[Aln(OH)-3n+1]m ↓ 析出聚合物[Al(OH)3]沉淀
• 在工业生产中，铝酸钠溶液的分解过程是 在添加晶种的条件下进行的。分解反应可 以写成下式：
Al(OH)-4 + xAl(OH)3→(x-1)Al(OH)3+OH(晶种)
• 2、 影响拜耳法赤泥沉降和压缩性能的主要 因素:
• ①铝土矿的矿物组成和化学成分；
• ②赤泥浆液的温度——高温（95℃以上）
• ③矿石细磨程度；
• ④铝酸钠溶液的浓度及粘度、赤泥浆液的液 固比。
3、改善拜耳法赤泥沉降性能的途径 （1）铝土矿预先焙烧
将铝土矿预先在500℃左右下进行焙烧，使含水氧 化铁矿物变成致密稳定的无水氧化铁，并除去有 机物。 （2）提高溶出温度 提高溶出温度可以得到结晶较好的水合铝硅酸钠。 （3）添加絮凝剂 在絮凝剂的作用下，赤泥浆液中处于分散状态的细 小赤泥颗粒互相结合为絮团，力度增大，沉降速度 就变快。
• 而采用变温分解制度，随着分解过程的进行， 虽然溶液的苛性比值在逐渐增大，但是，由于 分解温度的不断地降低，分解过程仍然是在一 定的过饱和度下进行。整个分解过程的进行比 较均衡，所以变温分解制度比恒温分解制度更 为合理。
• 确定合理的温度制度包括分解初温、终温以及 降温速度的制定。实践证明，合理的降温制度 应当是:分解初期较快地降温，分解后期则放 慢。这样既能保证分解率，又不致明显地影响 产品粒度。
（2）衡量赤泥浆液压缩性能的标准是压缩液固 比和压缩速度。
压缩液固比——赤泥浆液在接近生产的实际条件 下静置沉降，经过长时间得到的最终稳定泥层的
液固比。
压缩速度——达到压缩液固比所需要的时间。
• 拜耳法赤泥浆液的沉降性能与压缩性能差的原因： • ①赤泥粒子非常细； • ②赤泥例子具有极其发达的表面
第四节 赤泥的分离与洗涤
• 高压溶出后得到的浆液为铝酸钠溶液与赤泥 所组成，为了获得纯净的铝酸钠溶液，必须从溶 液中分离赤泥。在分离赤泥之前，先将浆液用赤 泥洗液稀释。分离出的赤泥夹带有大量的溶液， 需要充分洗涤以回收其中的Na2O和Al2O3。赤泥 洗液用于稀释下一批溶出浆液。
• 从自蒸发器出来的浆液，其Na2O浓度常在 200～250g／L之间，用赤泥洗液将其稀释 的作用为： 1.低铝酸钠溶出液的浓度，便于晶种分解， 2.铝酸钠溶液进一步脱硅， 3.便于赤泥分离， 4.有利于沉降槽的操作。
• 不论分解条件如何，分解前期析出的氢氧化铝最 多，随着分解时间的延长，分解速度越来越少， 母液苛性比值增长也相应地愈来愈小，分解槽单 位产能也愈来愈低，而细粒级的含量则愈来愈多。 因此过分地延长分解时间是不恰当的。反之过早 地停止分解，A12O3分解率和母液苛性比值降低， 也是不利的，所以分解时间要根据具体情况确定。
• 1.煅烧氢氧化铝原理 • 工业生产中经过过滤的湿氢氧化铝是三水铝石(Al2
O3·3H2O)，并带有10～15%的附着水。在煅烧过 程中随着温度的提高，湿的氢氧化铝会发生脱水 和晶型转变等一系列复杂变化，最终由三水铝石 变为γ－Al2O3 和α-A12O3。
度的主要因素。将温度50℃提高为85℃晶体长大的
速度增大约6～10倍。分解温度高有利于避免或减
少新晶核的生成，得到结晶完整、强度较大的氢氧
化铝。因此，生产砂状氧化铝的拜耳法厂，分解初
温控制在70～85℃之间，终温也达到60℃，这对分
解率和产能显然是不利的。生产粉状氧化铝的工厂，
对产品粒度无严格要求，故采用较低的分解温度。
• 溶液苛性比值越低，最佳浓度越高。因为随着溶 液苛性比值的降低，溶液过饱和度增加，分解速 度加快，分解时间缩短，因此分解槽单位产能增 加。当其它分解条件相同时，αk低的原液所得母 液的苛性比值较高。因此降低铝酸钠溶液的苛性 比值和适当提高Al2O3浓度是强化分解过程和提高 整个拜耳法技术经济指标的重要途径之一。
• 分解温度对氢氧化铝中某些杂质的含量也有明显 的影响。如分解初温越低，Al(OH)3中不溶性的 Na2O含量越高。
• 为了保证较高的分解率并得到粒度粗大、质量较 好的氢氧化铝，在工业生产上采用逐渐冷却溶液 的变温分解制度。若固定在某一较低的温度下分 解，则开始时溶液的分解速度很快，析出很多粒 度细的氢氧化铝。
• 5.搅拌速度： 搅拌是使氢氧化铝晶种能在铝酸 钠溶液中保持悬浮状态，保证晶种与溶液有良 好的接触，使溶液的浓度均匀，加速溶液的分 解，并使氢氧化铝晶体均匀地长大。但搅拌也 使氢氧化铝颗粒破裂和磨蚀，一些强度小的颗 粒破裂并无坏处，它可以成为晶种在以后的作 业循环中转化为强度较大的晶体，因此在分解 过程中应保持一定的搅拌速度。
• 晶种的质量是指它的活性及强度的大小，它取 决于晶种制备的方法、条件、保存的时间以及 结构和粒度等。
• 随着晶种系数的增加，分解速度加快，特别是 当晶种系数比较小时，提高晶种系数的作用更 为显著。当晶种系数达到一定限度以后继续提 高，分解速度增加的幅度减小。
• 晶种的活性对分解速度的影响很大，采用新沉 淀比表面积大的细粒氢氧化铝作为活性晶种时， 晶种系数可以降低为0.05～0.1。但是目前工业 上并未采用活性晶种，一方面是它的制备困难 和麻烦，另一方面是它难以保证氢氧化铝产品 的粒度和强度。
第五节 铝酸钠溶液的晶种分解
• 一、铝酸钠溶液分解过程的机理 • 晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序
之一，它不仅影响产品氧化铝的数量和质 量，而且直接影响循环效率及其他工序。
• 过饱和铝酸钠溶液不同于一般的无机盐饱和溶液， 其结构和性质因浓度、苛性比值及温度的不同而 差别很大。铝酸钠溶液的分解过程也不同于一般 的无机盐溶液的结晶过程，它是一个复杂的物理 化学过程。虽然在这方面进行了大量的研究工作， 认识仍然是不够的。大多数的研究者倾向于铝酸 根离子是通过聚合作用形成聚合离子群并最终形 成三水铝石的超微细晶粒的理论。
• 3.晶种数量和质量: • 晶种的数量与质量也是影响分解速度和产品粒
度和强度的重要因素之一。 • 铝酸钠溶液必须添加大量晶种才能进行分解是
它的一个突出特点。晶种数量通常用晶种系数 （或种子比）表示，也有用晶种的绝对数量 （g/L）来表示。
• 在研究工作中还有用每克过饱和溶解为氧化铝 所占有的晶种比表面积来表示的。晶种系数是 指添加晶种氢氧化铝中所含Al2O3的数量与分 解原液中Al2O3数量的比值。在生产中周转的 晶种数量是惊人的。一个日产1000吨的氧化铝 厂，当晶种系数为2时，在生产中周转的氢氧 化铝晶种数量就超过14000～18000 吨。
拜耳法赤泥浆液
1、 拜耳法赤泥浆液的物理化学性质 高压溶出后的浆液是一个复杂的体系，固相为赤 泥。 赤泥的主要成分为铝硅酸盐、铁的化合物、钛
酸盐等。赤泥的矿物组成和力度组成，主要取决 于铝土矿的组成、结构和溶出条件。
高压溶出后的稀释浆液液固比一般为10～35。
（1）赤泥沉降速度是衡量赤泥浆液沉降性能还 坏的标准；一般是通过实验测得的沉降曲线为 依据。
• 加入的氢氧化铝种子成为现成的结晶核心， 克服了在铝酸钠溶液中均相成核的困难， 根据晶种分解过程动力学的研究，分解过 程的最慢阶段是晶核形成过程，它需要很 长的诱导期。随着晶种系数的增加，诱导 期显著缩短。
• 二、晶种分解过程的主要技术经济指标 • 衡量种分作业效果的主要指标是分解率、产出
率、分解槽的单位产能以及氢氧化铝质量。这 四项指标是互相连系又互相制约的。 • 1．分解率: 分解率是以分解出来的氢氧化铝 中的氧化铝占精液中所含氧化铝数量的百分数。
• 4．氢氧化铝质量: 电解炼铝对氧化铝的纯 度及物理性能都有一定的要求，氧化铝的 某些物理性质，如粒度分布和机械强度， 在很大的程度上取决于种分过程作业条件。 而氧化铝的纯度则主要取决于氢氧化铝的 纯度。
•
氢氧化铝中的杂质主要是SiO2、Na2O和Fe2O3，
另外还可能有很少量的CaO、TiO2、P2O5、V2O5和
• 2.产出率: 从单位体积分解原液中分解出来
的Al2O3数量叫产出率（kg/m3）.
•
分解原液Al2O3浓度和分解率越高则产
出率越高。即使分解率不高，提高分解原
液的浓度也有可能保持较高的产出率。
• 3.分解槽单位产能: 分解槽单位产能是指单位时间 内（每小时或每昼夜）从分解槽单位体积中分解 出来的Al2O3数量。分解槽单位产能与原液的浓度 及苛性比值差(αm-αa)成正比，而与分解时间及母 液苛性比值成反比。因此提高原液浓度，则分解 槽单位产能相应提高，但溶液的稳定性增大，分 解时间增长。反之，降低Al2O3浓度时，分解速度 与分解率可以增加，但是从每一单位体积稀溶液 中析出的Al(OH)3毕竟少些，因此在确定分解工艺 条件时都须兼顾。
• 在工业生产上是通过分级的办法，将细粒氢氧 化铝作为晶种，分层出料便是一种最简单的选 种办法，将出料的分解槽停止或放慢搅拌，让 其粗颗粒氢氧化铝沉落于槽子下部，由底部出 料至过滤机，经分离洗涤后作为产品；细颗粒 的氢氧化铝集中在槽子的上部，溢流出去，过 滤后作为晶种。
• 4.分解时间及母液苛性比值： 当其他条件相同时， 随着分解时间的延长，氧化铝的分解率提高，母 液苛性比值增加。
• 1.分解原液的浓度和苛性比值： • 分解原液的浓度和苛性比值是影响种分速度、
产出率和分解槽单位产能最主要的因素，对分 解产物氢氧化铝的粒度也有明显的影响。
• 当其他条件相同时，Al2O3含量约90g/L的中等 浓度的溶液过饱和度较大，其分解速度较快。 如果只考虑分解速度，分解原液浓度不宜太高， 但分解率虽高，其产出率、分解槽单位产能却 较低。实践证明，当溶液苛性比值一定，有一 使分解槽单位产能最大的最佳浓度。