拜耳法的原理与基本流程1.ppt

第三章 拜耳法生产氧化铝 3.1 拜耳法原理和基本流程 3.1.1拜耳法的基本原理和实质 拜耳法是澳大利亚化学家拜耳（Karl Josef Bayer）在1889~1892年间所发明的。拜耳法用在处理低硅铝土矿，特别是处理三水铝石型铝土矿时，流程简单、产品质量好，因而得到广泛的应用。 1 拜耳法的基本原理 （1）用NaOH溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液在添加晶种，不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝便呈氢氧化铝析出。 （2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的一批铝土矿。 交替使用这两个过程就能够每处理一批矿石，便得到一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法循环。 拜耳法的实质就是使下一反应在不同的条件下朝不同的方向交替进行： Al2O3(1或3)H2O+2NaOH(aq)====2NaAl(OH)4(aq) 首先是在高温下在压煮器中以NaOH溶液溶出铝土矿，将其中氧化铝水合物溶浸出来；使反应向右进行，得到铝酸钠溶液，杂质则进入残渣中。往彻底分离赤泥后的铝酸钠溶液中添加晶种，在不断搅拌的条件下进行晶种分解，使反应向左进行析出氢氧化铝。分解后的母液（循环母液）再返回用以溶出下一批矿石。氢氧化铝经煅烧后便得到产品氧化铝。 2 Na2O-Al2O3-H2O系中的拜耳法循环图 拜耳法生产氧化铝的工艺有许多个工序组成，其中主要有：铝土矿的溶出、溶出浆液的稀释、晶种分解和分解母液蒸发等四个工序。 从以上的分析可见，在拜耳法生产氧化铝的过程中，最重要的是在不同的工序控制一定的溶液组成和温度，使溶液具有适当的稳定性。 3 循环效率 循环效率 一吨Na2O在一次拜耳法循环中所产出的Al2O3的量(吨)，用E表示，E的数值越高说明碱的利用率越好。 假定在生产过程中不发生Na2O和Al2O3的损失，1m3循环母液中的苛性碱（ Na2O）含量为Nkg，那么1m3循环母液经过一次拜耳法循环后产出的氧化铝的kg数应为： 因为1m3循环母液中含有NkgNa2O，所以循环效率： 循环碱量 生产一吨氧化铝在循环母液中所必须含有的碱量。它是E的倒数。 3.1.2．拜耳法的基本流程 从矿山运来的铝土矿经破碎后，与石灰和种分蒸发母液（循环母液）磨制成原矿浆，然后在高温下将矿石中的Al2O3溶出，得到铝酸钠溶液和不溶残渣（赤泥）组成的溶出料浆。料浆用赤泥洗液进行稀释，再在沉降槽中将铝酸钠溶液和赤泥分离，赤泥经洗涤后排往赤泥堆场。净化后的铝酸钠溶液加入氢氧化铝种子进行分解，析出氢氧化铝。氢氧化铝与母液分离后，洗净煅烧即得成品氧化铝。母液和洗液通过蒸发浓缩。在蒸发时有一定数量的Na2CO3·H2O从母液结晶析出。将其分离出来用Ca(OH)2苛化成NaOH溶液与蒸发母液一同送往湿磨配料。 3.2 铝土矿溶出过程的化学反应 3.2.1 氧化铝水合物在溶出过程中的行为、 溶剂：循环母液中的主要成分有：NaOH、NaAlO2、Na2CO3、 Na2SO4等。 Al2O3(1或3)H2O+2NaOH(aq)==2NaAlO2(aq) 溶出的目的 在于将其矿石中的氧化铝充分溶解成为铝酸钠溶液而与其它杂质分离。 溶出条件与方式：由于氧化铝在铝土矿中的存在形态不同所以要求的溶出条件也不相同。 溶出方式通常是在加压的情况下进行的，所以称为“高压溶出”。 不同状态的氧化铝水合物的溶出顺序: 三水铝石最易溶解、一水软铝石次之、一水硬铝石难溶，而刚玉在300度以下实际是不溶的进入赤泥。 三水铝石型溶出反应式 也有写成下式的 三水铝石典型的主要溶出条件： 也可写为 一水软铝石的主要溶出条件： 对于一水铝石和一水硬铝石型铝土矿： 其溶出条件主要取决于一水硬铝石的含量，当以一水硬铝石形态存在的三氧化二铝含量在5%以上时，实际上上必须采取适宜于一水硬石溶出的条件，这样才能保证得到满意的三氧化二铝溶出率。 一水硬铝石的主要溶出反应方程式： 反应式中的石灰的加入量，一般为铝土矿石总重量的3～7%。 含水铝酸钙：3CaO·Al2O3·6H2O 水合铝硅酸钙（水化石榴石）： 3CaO·Al2O3·3SiO2 钛酸钙：CaO·TiO2 一水硬铝石主要溶出条件 3.2.2 含硅矿物在溶出过程中的行为 SiO2是铝土矿中最常见的杂质，也是碱法生产氧化铝最有害的杂质。铝土矿中的含硅矿物有无定形的蛋白石、石英等一类的氧化硅及其水合物以及高岭石等。 所有含硅矿