第五章高压溶出素材.docx

第5章 高压溶出5.1铝土矿高压溶出概述5.1.1铝土矿高压溶出概述原矿浆是由铝矿石、循环母液和石灰组成的混合物。溶出是利用循环母液的苛性碱把矿石中的氧化铝溶解出来成为铝酸钠溶液。但是铝土矿中除氧化铝外，还有不少的杂质如氧化硅、氧化钛、氧化铁、碳酸盐、有机物和硫化物以及一些微量物质如镓、铬、钒等。另外添加的石灰除主要成分氧化钙外，还有碳酸钠，硫酸钠以及铝硅酸盐等杂质，也会同时进入原矿浆里。因此，原矿浆的组成是很复杂的，在溶出过程中的化学反应也就会是十分复杂的。为清晰了解溶出过程，可将溶出化学反应分为主反应和副反应两大类：主反应是氧化铝水合物的溶出反应；副反应是各种杂质在溶出过程的反应。通过主副反应，铝土矿中的氧化铝进入溶液，而各种杂质进入渣中，从而达到有用物质与杂质分离的目的。5.2 铝土矿的各种成份在溶出过程中的行为拜耳法生产用的铝土矿为低硅铝土矿，其中除各类型氧化铝水合物为有用的主要成份外，其次还有镓等。主要杂质为氧化硅、氧化钛、氧化铁、碳酸盐等，特别是氧化硅更为有害杂质，有机物、硫化物对拜耳法过程也有很大影响。石灰的主要成份为氧化钙，杂质成份有氧化硅、氧化铁、和氧化镁等。这样复杂的成份在溶出过程中发生的反应也是非常复杂的。其中氧化铝水合物的溶出反应是主要反应。虽然绝大部分杂质都进入赤泥中，但同时也有少量的杂质溶解于碱溶液中，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，因而必须研究它们以及与铝酸钠溶液之间相互反应。5.2.1氧化铝水合物溶出时的行为各类型铝土矿中所含氧化铝水合物在适当条件下溶出时与循环母液中的苛性钠作用生成铝酸钠进入溶液中。1.三水铝石型铝土矿中的Al(OH)3与NaOH在常压下即可按下式反应：Al(OH)3＋NaOH＋aq=NaAl(OH)4＋aq2.一水软铝石型或一水硬铝石型铝土矿中的AlOOH在相应的高温（高压）及高碱的条件下溶出时发生下列反应：AlOOH＋NaOH＋aq= NaAl(OH)4＋aq反应产物铝酸钠在一定苛性碱浓度和温度下都可以在苛性钠溶液中稳定存在，形成铝酸钠溶液。5.2.2氧化硅在溶出过程中的行为1.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和石英只是在较高温度下，一般在125℃以上才开始和铝酸钠溶液起反应。如果在低温下，溶出三水铝石，二氧化硅总含量中以石英状态存在的那部分将转移到赤泥中被分离出去，这不会引起氧化铝和氧化钠的损失。2.硅酸盐类的氧化硅—高岭石等（我国铝土矿中SiO2主要以高岭石状态存在）与碱液作用的速度大于一般硬铝石，在原矿浆的预热过程中就开始进行，作用的结果以Na2SiO3进入溶液中，但随即与溶液中铝酸钠发生脱硅反应生成含水铝硅酸钠（沸石类）转入固相赤泥中。其反应如下：Al2O3·2SiO2·2H2O＋6 NaOH＋aq=2 NaAl(OH)4＋Na2SiO3＋aqχNa2SiO3＋2 NaAl(OH)4＋aq=Na2O·Al2O3·χSiO2·nH2O＋2χNaOH＋aq上式中含水铝硅酸钠的分子式大致相当于Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O(n≤2)。另外在溶出过程中还会有方钠石型化合物生成：3(Na2O·Al2O3·2SiO2) ·Na2X·nH2O式中X为二价阴离子(SO42－、2CI－、CO32－)；X也可能是Al(OH)4－等离子。附加盐为氯化物的称为方钠石，为硫酸盐的称黝方石，为碳酸盐的称钙霞石。含水铝硅酸钠的结构和组成是随其生成条件而改变。不管在什么条件下，铝土矿粉磨以后，溶液在预热过程中所分解析出的水合铝硅酸钠（由于高岭石的分解）是沸石和方钠石的结构，并且这些化合物将在溶出过程中转化为方钠石和钙霞石。生产上称含水铝硅酸钠为钠硅渣，生成含水铝硅酸钠的反应称为脱硅反应。而铝硅酸钠溶液中Al2O3和 SiO2的重量比称为硅量指数，它是衡量铝酸钠溶液的一个极为重要的指标。高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达到150~200。铝土矿溶出后，绝大部分SiO2已经成为钠硅渣进入赤泥中，但残留在溶液中的SiO2仍然是过饱和的，虽然压煮矿浆被赤泥洗液稀释时，由于铝酸钠溶液中氧化铝浓度降低，使脱硅作用进一步加深，稀释后铝酸钠溶液内硅量指数要求在400以上。但SiO2在氧化铝生产中危害是极大的。拜耳法（包括我厂管道化溶出）三个预脱硅点为：(1).磨好矿浆在预脱硅槽内进行脱硅，脱去溶解溶液中硅的含量的20~30%；(2).在稀释槽内加赤泥洗液稀释进一步脱硅；(3).在分离沉降槽内进一步脱硅。3.氧化硅对生产的危害氧化硅对生产的危害如下：(1)会造成氧化铝和苛性碱的损失。从含水铝硅酸钠的分子式可看出：矿石中有1kg的SiO2就会有lkg的Al2O3和0.608kg的Na2O结合成含水铝硅酸钠进人