第四章碱石灰烧结法生产氧化铝.ppt

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(Na2SO4·10H2O )烧结法; 1916年提出石灰石+矿石的两成分烧结法; 1936-1940年前苏联科学家对烧结法进行了完善和改进,日臻成熟。 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 AO和Na2O在最好的溶出条件下，溶出后不再损失的溶出率 熟料质量评价 标准溶出率，熟料的物理化学性能，容重，块度，S2-含量 烧结过程的重要性 车间投资1/3，成本1/2，能耗1/2 铝酸盐炉料烧结过程- 主要物理化学反应 总体目标: Al2O3 Na2O·Al2O3 +aq→NaAl(OH)4+aq Fe2O3 Na2O·Fe2O3 +aq→NaOH+Fe2O3↓+aq SiO2 2CaO·SiO2 +aq→× TiO2 CaO·TiO2 +aq→× 铝酸盐炉料烧结过程- 主要物理化学反应 Al2O3的行为； SiO2的行为； Fe2O3的行为； MgO的行为和TiO2的行为； 硫的危害和防治； 氟化物的影响； Na2O· Al2O3–Na2O· Fe2O3 –2CaO · SiO2系； CaO – Al2O3 –SiO2系; 机理和影响因素 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： Na2O·Al2O3; 0.6Na2O·Al2O3; Na2O·11Al2O3; (?–Al2O3) C3A5 (CA2), C3A, C12A7, CA (高温) 铝酸盐炉料烧结过程- Na2O·Al2O3 的形成 反应： Al2O3+Na2CO3→Na2O·Al2O3+CO2↑ ΔG=148.06+0.00544TlnT-0.0205T, kJ/mol 形成条件： 温度：500~700℃开始，800℃完全，升温加速，1100℃1小时内完成； [Na2CO3]/[Al2O3] ≧1 （过量的Na2CO3不分解） 铝酸盐炉料烧结过程- 0.6Na2O·Al2O3 的形成 中性或弱氧化性气氛下可能制得 0.6Na2O·Al2O3, 而在强氧化性气氛中 只能获得Na2O·Al2O3 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: 11 Na2O·Al2O3 → Na2O·11Al2O3 (?–Fe2O3)+ 10Na2O↑ 形成条件: 温度高于1300℃, 发生上述反应; [Na2CO3]/[Al2O3] ＜1, Na2O不足以和全部Al2O3 形成Na2O·Al2O3 ; 温度升高和有还原剂存在时加剧 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。 溶出铝酸钙：Al2O3浓度70 g/L, Na2OC50~60 g/ L 溶出铝酸钠：Al2O3浓度 120 g/L, Na2OC40 g/ L 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·Al2O3 铝酸盐炉料烧结过程- SiO2的行为 为达到铝硅分离的目的，SiO2应转变为高温下不与Na2O及Al2O3相互作用，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： CS(偏硅酸钙)； C3S2 (二硅酸三钙) ； C3S (硅酸三钙); C2S (原硅酸钙) ； 铝酸盐炉料烧结过程- SiO2的行为 只有原硅酸钙2CaO·SiO2满足要求； 含钙较少的硅酸钙（CS，C3S2）高温下与NA(固体铝酸钠)反应： 4CS+NA→NAS2+2C2S C3S不稳定，稳定区很小。冷却时分解为NA、C2S、CaO。游离的CaO在溶出时与铝酸钠溶液反应生成水合铝硅酸钙沉淀，既造成AO的损失，又使赤泥浆液难以分离。 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 ? ? H’–C2S 转变温度（依此降低）： ? –C2S ? ?–C2S ? ? –C2S 铝酸盐炉料烧