一 原理
1.原理:
1889---1892年俄国纤维工业需要大量氧化铝作媒染剂,在圣彼得堡工作的奥地利化学家卡尔·约瑟夫·拜耳提出了拜耳法并申请了两项专利:
一是发现只要添加氢氧化铝晶种,氢氧化铝会从稀释后的碱液中慢慢沉淀出来;
二是剩余碱液可以回收,提高浓度重新处理新的铝土矿,实现了连续生产。 世界上第一个用拜耳法生产的氧化铝工厂投产于1894年,年产量400t/a,一百年来它已经有了许多改进,但仍然习惯地沿用着拜耳法这外名字。 一百多年来溶出技术的变化:
(1)溶出方法:由单罐阶段溶出作业发展为多罐串联连续溶出,并出现了管道化溶出技术。
(2)溶出温度:最初的为105度、200度、240度,现在的管道化溶出温度280度---300度。
(3)加热方式:蒸汽直接加热变为蒸汽接近加热,直到管道化溶出高温段的熔盐加热。
2实质:
Al2O3?xH2O?2NaOH?(3?x)H2O?aq当溶出一水铝石和三水铝石时x分别为1和3 当分解铝酸钠溶液时x为3
溶出2NaAl(OH)4?aq 分解3 拜耳法生成流程特点:
用在处理低硅铝土矿,特别是用在处理三水铝石型铝土矿时,流程简单,作业方便,其经济效果远非其他方法所能媲美。目前全世界生成的氧化铝和氢氧化铝,有90%以上都是拜耳法生产的,且90%以上的氧化铝铝是供电解铝用的。
拜耳法处理高硅铝土矿时有相当多的碱和氧化铝的损失。
4拜耳法循环:
4.1主要包括两个过程:
(1)分子比为1.8的铝酸钠溶液在常温下,只要添加氢氧化铝晶种,不断搅拌,溶液中的氧化铝便可以呈氢氧化铝状态析出,直到分子比提高到6为止,这也就是晶种分解过程。
(2)已经析出大部分氢氧化铝的溶液,在加热时,又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物,这就是种分母液溶出铝土矿的过程。
这其实就是拜耳提出的两项专利,交替使用这两个过程就可以不断的处理铝土矿,从中得纯的氢氧化铝产品,这就构成拜耳循化。
4.2 拜耳法循化图:
4.2.1 四个点:
A点:循环母液的成分点。如果不考虑杂质造成的碱液损失,溶出时延一水铝石图形点连线变化,直到饱和。他在高温下是未饱和的具有溶出铝土矿的能力。
B点:溶出后溶液的成分点。在实际生产中由于溶解时间的限制,溶出过程在B点就结束,不会到达理论上的与溶解度等温线的交点。
C点:为了从其中析出氢氧化铝,加入赤泥洗液将其稀释以降低其稳定性,由于溶液中的氧化铝和氧化钠的浓度同时降低,其成分由B点沿等摩尔比线改
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变为C点。分离赤泥后降低温度,使溶液的过饱和度进一步提高加入晶种,析出氢氧化铝,在分解过程中溶液成分沿C点与三水铝石的图形点连线变化。
D点: 如果溶液的分解最终冷却的30度,种分母液的成分在理论上可以达到连线与30度等温线的交点。在实际生产中,也由于时间的限制,在D点就结束了,D点的组成中仍然含有过饱和的氧化铝。如果D点的摩尔比与A点相同,通过蒸发,溶液成分又可以 恢复到A点。
4.2.2 四条线:
AB:溶出线 BC:稀释线 BD:分解线 DA:蒸发线
5 实际循环偏离理论循环的原因:
(1)存在氧化钠和氧化铝的化学损失和机械损失。(化学损失是指与其他物质发生了化学反应(这也是氧化铝和氧化钠的主要损失,他占到氧化钠损失的80%),机械损失是跑、冒、滴、漏带走的碱液,化学损失生成的水合铝硅酸钠会使的溶液中的碱损失比铝损失慢,水化石榴石会使得溶液中的铝降低,这样都会使得溶出液的苛性比增加)
(2)溶出时蒸汽冷凝水使溶液稀释(如果是间接加热可以避免) (3)由于稀释沉降过程中发生的少量水解现象(由于加水稀释使得溶液的温度和浓度降低,会有部分碳酸钠被赤泥中的氢氧化钙苛化,同时也会生成一定量的水化石榴石,随着洗涤的进行溶液浓度进一步降低,这些反应都加强,使得溶液的苛性比增加)
(4)添加的晶种带入母液使溶液苛性比有所提高(在晶种分解过程中添加的晶种数量是惊人的,由于沉降分离后得到的晶种是不经过洗涤的,在晶种的上面附带了大量的碱液,附带的碱液累积而晶种在不断的消耗,使得母液中的氧化钠含量增加)
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二.生产工艺
1 三个阶段:
溶出,分解,煅烧
2 主要工序:
破碎,湿磨,溶出,稀释,沉降分离,赤泥洗涤,晶种分解,煅烧,蒸发和苛化。
2.1 破碎:
通常分粗碎,中碎,细碎三个阶段。
2.2湿磨:
将铝土矿按配料要求配入石灰和循环母液磨制成合格的矿浆。下图为原矿浆的磨制流程:
2.3溶出:
在高温高压的条件下,使铝土矿中的氧化铝水合物从矿石中浸出来,制的
铝酸钠溶液,而铁、硅等杂质进入赤泥中。
2.4稀释:
溶出后的浆液用赤泥洗液加以稀释,进一步脱出溶液中的硅,为沉降分离和
晶种分解创造必要的条件。
2.5沉降分离:
稀释后的浆液进入沉降槽处理,以使铝酸钠溶液和赤泥分离来开。 2.6赤泥洗涤:
沉降分离出来的赤泥浆液,用水洗涤以回收有用成分,洗涤次数越大,有用
成分损失越少。
2.7晶种分解:
将分离了赤泥的铝酸钠溶液送入分解槽,加入晶种,不断搅拌并逐渐降温,
分解析出氢氧化铝,并得到分解母液。
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