溶出添加石灰的作用
摘 要
拜耳法溶出矿石时，增加石灰添加量，溶出赤泥N/S降低。石灰添加
量大于矿石量的12%时，溶出赤泥N/S下降变缓。石灰添加量为矿石量的16%时，溶出赤泥N/S降至0.25左右。考虑石灰费用和赤泥量，宜取最佳石灰添加量为12%。此时，溶出赤泥N/S可达0.31，溶出赤泥A/S在1.19以下，氧化铝溶出率可达82.94%，其沉降速度，压缩性能及浮游物均能达到生产要求。石灰添加量在8%—10%时，氧化铝相对溶出率最高，达97%左右。本文通过对石灰添加量的讨论，找出最佳的添加量，为提高氧化铝溶出率提供有利的依据。
关键词：拜耳法溶出；一水硬铝石；石灰添加量；赤泥A/S;赤泥N/S
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第1章 石灰在氧化铝生产中的作用
在拜耳法处理一水硬铝石铝土矿时，需要加入一定量石灰，以消除二氧化钛的有害作用，提高氧化铝溶出率。近年来的研究表明，添加石灰可加速一水硬铝石型铝土矿的溶出，降低铝土矿溶出的碱耗。但是，当石灰添加量超过某一限度时，生成许多水化石榴石，氧化铝溶出率反而下降，可见，存在一最佳石灰添加量。事实证明，一水硬铝石型铝土矿添加石灰溶出速度和溶出率。
1.1溶出一水硬铝石型铝土矿添加石灰的意义
1933年，前苏联学者首先发现，溶出一水硬铝石型铝土矿必须添加石
灰。这一重大发现，已在工业上得到普遍应用。由于添加石灰不仅使一水硬铝石的溶出容易进行，使氧化铝的溶出率提高，而且在处理一水软铝石型铝土矿和三水铝石型铝土矿时，也普遍添加少量石灰。事实证明，一水硬铝石矿，一水软铝石型铝土矿和三水铝石型铝土矿添加石灰溶出，都增大其溶出速度和溶出率。
1.2拜耳法高压溶出过程添加CaO的作用
1.2.1消除铝土矿中Tio2不良影响，避免了钛酸钠的生成
Ca0和Tio2生成几种化合物，石灰多时生成钛水化石榴石 Ca0·(Al2O3·Tio2)·x(Tio2·Sio2)·(6—2x)H20。当Ca0配量较少时，且钛矿物非常弥散时，则有羟基钛酸钙CaTi04(0H)2生成。最稳定的产物是Ca0·Tio2。由于添加石灰生成钙钛化合物避免了钛酸钠的生成，从而消除了Ti02的危害。 1.2.2提高Al203的溶出速度
试验表明当不含钛的铝土矿溶出时，添加Ca0也能加速Al203的溶出，对这个问题有不同的解释。一种意见认为硅矿物在溶出过程中与母液作用生成的含水铝硅酸钠矿物也包裹在铝土矿表面，也阻止溶液与Al203的作用。加入Ca0后，使[H2SiO4]2-离子进入溶液转化为水化石榴石，于是使Al203
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又可以继续与碱液作用,有利于Al203的溶出，而石灰对于铝矿物与碱溶液的反应本身并无促进作用。另一种意见认为Ca0具有催化铝土矿与碱液反应的性质，不只是一水铝石、甚至三水铝石的溶出过程也可以得到Ca0的催化。如认为一水软铝石、一水硬铝石、铝针铁矿和铝赤铁矿同碱液的反应信赖于它们的水合作用。这些示意图物先变成过渡状态的活性配合物，然后才分解为A1(0H)4-溶出。Ca0的催化作用就是在它的参与下，这些矿物生成含钙的过渡状态的活性配合物所需的活化能比生成单纯的活性水合配合物小的缘故。因此溶出温度低，Na20浓度小，Ca0所起催化作用就越大。当溶出温度升高，反应速度增大，生成上述两种过渡状态的活性配合物的活化能差缩小，Ca0催化作用受到抑制。石灰添加的方式对溶出效果有明显的影响。石灰添加方式对溶出效果的影响如图1-1所示．在溶出温度下加入厂灰效果好一些。分析其原因，是由于结合成Ca0·Ti02(约2％)以外的石灰起到了催化作用，而预先加入Ca0时，首先生成的水化石榴石表面被其他化合物屏蔽，不能或很慢才能分解出石灰起催化作用。
图：ηAI2O3与在240℃下的溶出时间及石灰添加方法(添加量为干矿量的3％)的关系 1-在溶出温度下加入；2-在制备原矿浆时加入
1.2.3降低碱耗。
拜耳法生产氧化铝时，铝土矿中氧化硅在溶出的过程中与铝酸钠溶液反应，生成不溶性的水铝硅酸钠，引起碱及氧化铝的损失。在拜耳法溶出
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中加入石灰后，一部分Si02转变为水化石榴石，这样以水合铝硅酸钠存在的Si02减少，就使赤泥中Na20／Si02降低，当石灰添加量为干矿量的8％左右时，这一比值可由理论值0.608降低为0.28-O.32。这一比值减少的原因也还由于石灰促使方钠石转变为钙霞石，附加盐中的NaOH和NaAl(0H)4含量减少。显然石灰添加量越多，Na20／Si02的比值越低，越有利于降低碱耗。但石灰添加量过大时，会增加Al203损失。在高压溶出中，水化石榴石和水合铝硅酸钠是会保持一定平衡的，水合铝硅酸钠并不完全消失。添加石灰时，赤泥中水化石榴石和水合铝硅酸钠的比值、水化石榴石中Si02的饱和程度都与实际生产条件有关。加Ca0并控制适当的反应条件，还可以生成含铁硅高的水化石榴石，从而进一步降低碱耗。 1.2.4促进铝土矿转变为赤铁矿
许多文献证实了在拜耳法溶出中添加石灰，增强了从铝针铁矿中溶出氧化铝及其向赤铁矿转化的过程。提高溶出温度和增加Ca0加入量，会促使铝针铁矿完全彻底地向赤铁矿转变。铝针铁矿向赤铁矿转变改进了赤泥的沉降性能，因为粒度从2—6um增大到10—25um，所以沉降性能变好，同时，由同晶置换进入针铁矿晶格中的铝也可以被溶出。
提高温度和添加石灰，都促使针铁矿转变为赤铁矿。表1-2表示ca0添加量对氧化铝溶出性能的影响。 所用铝土矿的组成是(％)：
A1203 44.2； Fe203 24.66； Si02 2.08； Ca0 O.33；Ti02 0.55；灼减24.78。
大致的矿物组成是：
三水铝石58％；赤铁矿15％，铝针铁矿l2％(包括铁被铝的同晶取代率约为25％)；一水硬铝石和一水软铝石5％；高岭石2％～3％；石英1％～2％；金红石型钛矿物。溶出所用母液Na2O 200g／L、Na20c12～15g／L、MR=3.0、T=240℃。
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表1-2：CaO添加量对氧化铝溶出性能的影响
溶出指标/% 3 理论溶出率 实际溶出率 赤泥中Na2O含量 上表中列出不同石灰添加时的铝土矿溶出2h的试验结果。当Ca0配料量
92.8 89.0 1.90 Ca0加入量/%（按干铝土矿计） 5 90.9 88.4 1.34 7 89.6 89.6 0.47 9 86.9 86.5 0.37 11 84.3 84.5 0.29 为7％时，氧化铝溶出率达最高。Ca0配料量为3％～5％时，理论溶出率和实际溶出率差值为3.8％～2.5％，与原矿中呈铝针铁矿型的氧化铝含量(～3％)一致。如果Ca0配料量增加到7％～11％，铝针铁矿完全溶出。这也由理论溶出率和实际溶出率相符所证实。对赤泥的X衍射数据分析证实了，石灰添加量为7％时，赤泥中沿有微量针铁矿存在，而CaO的添加量为9％～11％时，赤泥中则完全没有针铁矿。研究还表明，针铁矿转化为赤铁矿的过程不仅决定于石灰添加量，还取决于相互反应时间。在研究条件下，针铁矿向赤铁矿的转化率2h达最高。因此，在240℃温度下采用200g／Lna20循环母液添加7％的Ca0，铝针铁矿即可完全溶出。 1.2.5消除杂质
添加Ca0后，可以使铝酸钠溶液中的钒酸根，铬酸根和氟离子及溶液中磷转变为相应的钙盐进入赤泥。降低它们在溶液中的积累程度。此外，加入Ca0生成的水化石榴石的溶解度要低得多，所以溶液的硅量指数也得以提高。加入Ca0还可经吸附一些有机物，主要是草酸盐，使溶液得以净化。
1.2.6改善赤泥的沉降性能
由于添加Ca0促进针铁矿转变成赤铁矿，使方钠石转变为钙霞石，并
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