5.硅量指数:铝酸钠溶液中氧化铝与氧化硅的质量比。
6.种分分解率:种子分解过程析出氢氧化铝中的氧化铝占原精液中所含氧化铝的质量百分数,表示用?S 。根据定义,种分分解率表示为:?S=1-αk精液/αk母液。
注:α
k:苛性比值。
7.碳分分解率:碳酸化分解过程析出氢氧化铝中的氧化铝占原精液所含氧化铝的质量百分数,表示用?S。根据定义:碳分分解率表示为:?S=1-Al2O3母液×(NT母液/NT精液)/Al2O3精液。
注:NT=Nk+Nc; Nk:苛碱(Na2Ok);Nc:碳碱(Na2Oc)。
(二)技术原理
粉煤灰提取氧化碱法工艺以高铝煤炭燃烧发电产生的粉煤灰为原料,经过粉煤灰预脱硅处理、合成偏铝酸钠、析出氢氧化铝、生成氧化铝等主要工艺环节。 (三)原料
原料技术要求具体见表1。
表1. 原料技术要求
名称 高铝粉煤灰 石灰石 液碱 技术要求 Al2O3≥40%;A/S≥1.20;附水≤15% CaO≥51%;SiO2≤2%;MgO≤1.5%。 备注 NaOH≥30%;Na2CO3≤0.06%;NaCl≤0.01% 注:A/S:固体物料中Al2O3与SiO2的质量比,下同。 (四)工艺过程与控制条件
1.预脱硅处理
采用NaOH对粉煤灰中的非晶态SiO2进行浸出,液固分离、洗涤后即得到硅酸钠溶液和脱硅粉煤灰。硅酸钠溶液与石灰乳反应生成活性硅酸钙固体,液固分离洗涤后得到含水的活性硅酸钙固体和NaOH母液,含水的活性硅酸钙经烘干得到副产品活性硅酸钙,NaOH母液经蒸发循环使用。
经预脱硅提高固体物料中Al2O3与SiO2的质量比后的脱硅粉煤灰与Na2CO3、石灰(石)等进行配料烧结,形成以Na2O?Al2O3、Na2O?Fe2O3、2CaO?SiO2、CaO?TiO2为主的固体熟料。
固体熟料经溶出液固分离洗涤后即得到含硅的铝酸钠溶液(粗液)和以2CaO?SiO2为主的硅钙渣副产品。 (1)预脱硅
——循环碱液:Na2Ok=100±10g/l。
——反应条件:固含380~420g/l;反应温度120±5℃;反应时间30min。
——液固分离洗涤:宜采用强制液固分离设备、逆向洗涤流程。 ——硅酸钠溶液:Nk=45~60g/l;SiO2浓度≥43g/l;浮游物≤0.03g/l。
——脱硅灰:Na2O≤4.5%,A/S≥2.0;预脱硅效率:≥30%。 (2)活性硅酸钙制备
——石灰乳:CaOf≥180g/l;固含≤240g/l。 ——固体分子比控制:[C/S]=0.95~1.05。
注:[C/S]:固体物质中CaO与SiO2的分子比,下同。
——合成反应条件:温度85~95℃;时间0.50~1.0h。
——烘干条件:宜采用热风炉进行悬浮烘干;烘干温度600~700℃。 ——硅酸钙:CaO≥40%;SiO2≥40%;Na2O≤1.50%;灼减≤2%;白度≥85%。
(3)生料配制及熟料指标控制 ——生料浆:
a) b) c) d)
水分≤43%; 粒度+120#≤14%; 固定碳1.50~3.0%;
[N/R]=(0.96±0.30)+k1,其中,k1为生、熟料[N/R]的差值;
注:[N/R]:固体物料中Na2O与Al2O3和Fe2O3的分子比,下同。
e)
[C’/S]=(1.96±0.30)+k2 ,其中,k2为生熟料[C’/S]的差值;
注:[C’/S]:固体物料中CaO与SiO2和TiO2的分子比,下同。
f) g)
A/S≥1.50; [F/A]=0.02~0.04。
——熟料烧结,宜采用回转窑类烧结设备:温度1200~1300℃;时间大于2h。
——熟料质量:Al2O3含量≥25%;[N/R]=(0.96±0.30);[C/S]=(1.96±0.30);?A标≥91.00%;?N标≥93.00%。 (4)熟料溶出及硅钙渣洗涤
——溶出液:Al2O3=90~110g/l;Nc=15~20g/l;ak=1.15~1.23。
——溶出条件:宜采用两段溶出工艺,温度80℃,粒度+60#≤15%、+160#≥30%。
——硅钙渣洗涤:宜采用强制分离设备和重力分离设备的组合流程,洗水温度≥90℃。
——硅钙渣:?A净≥88.00%;?N净≥92.00%;水分≤35%;Al2O3≤6.8%;CaO≥55%;Na2O≤2.5%。 2.脱硅析出氢氧化铝
含硅的铝酸钠溶液(粗液)经过一段脱硅,形成水合铝硅酸钠,部分液量进行种子分解析出氢氧化铝,其余进行二段脱硅,所得溶液通过碳酸化分解析出氢氧化铝。碳酸化解后的母液部分进熟料溶出进行工艺参数的调整,大部分经蒸发回头配料使碱循环使用,种分母液经蒸发后进入粗液精制(脱硅)进行工艺参数的调整。 (1)粗液精制(脱硅) ? 一段脱硅
——脱硅原液:ak=1.48~1.52;种子固含60~90g/l。 ——脱硅条件:温度155±5℃;时间≥2h。
——一段精液:硅量指数≥300;浮游物≤0.012g/l。 ? 二段脱硅
——石灰乳:CaOf≥180g/l;CaO≤240g/l。 ——脱硅条件:温度≥95℃;时间4h。 ——二段精液:硅量指数≥550。 (2)分解
? 种子分解
——一段精液:Al2O3≥90g/l;硅量指数≥300;浮游物≤0.012g/l。 ——分解条件:固含400~500g/l;分解时间≥50~55h;首槽温度72℃。
——末槽温度:53℃。 ——种分分解率:≥52%。 ? 碳酸化分解
——二段精液:Al2O3≥80g/l;硅量指数≥550;浮游物≤0.012g/l。 ——CO2气体:CO2≥38%;含尘≤50mg/Nm3。 ——分解时间:≥4h。 ——碳分分解率:90~92%。 3.生产氧化铝
通过种子分解和碳酸化分解所得的氢氧化铝经焙烧脱水得到主产品冶金级氧化铝。
焙烧的主要控制条件如下:
——焙烧氢氧化铝:水分≤6%;附碱≤0.01%。
——焙烧条件:宜采用气体悬浮焙烧设备;焙烧温度1050~1100℃。
——焙烧氧化铝:灼减≤1.00%;SiO2≤0.04%;Fe2O3≤0.02%;Na2O≤0.55%;Al2O3≥98.5%。