135.碱石灰烧结法的原理是什么?
答：碱石灰烧结法生产氧化铝是将铝土矿与一定数量的苏打石灰(或石灰石)配成炉料，在回转窑内进行高温烧结，炉料中的A2lO3与Na2CO3反应生成可溶性的固体铝酸钠。杂质氧化铁、二氧化硅和二氧化钛分别生成铁酸钠、原硅酸钙和钛酸钙。这些化合物都是在熟料中能够同时保持平衡的。铝酸钠极易溶于水或稀碱溶液，铁酸钠则易水解。而原硅酸钙和钛酸钙不溶于水，与碱溶液的反应也较微弱。因此，稀碱溶液溶出时，可以将熟料中的Al2O3和Na2O溶出，得到铝酸钠溶液，与进入赤泥的硅酸钙、钛酸钙和赤铁矿等不溶性残渣分离。熟料的溶出液(粗液)经过专门的脱硅净化过程得到纯净的铝酸钠精液。它在通入CO2气体后，苛性比值和稳定性降低，于是析出氢氧化铝并得到碳分Na，CO母液，后者经蒸发浓缩后返回配料。因此在生产过程中Na2CO3也是循环使用的。
136.碱石灰烧结法的基本流程是怎样的?
答：碱石灰烧结法制备氢氧化铝的基本流程图如图2-3所示。
137.氧化铝生产对原料制备的要求有哪些?
答：氧化铝生产对原料制备的要求有：(1)参与化学反应的物料要有一定的细度;(2)参与化学反应的物料各成分之间要有一定的配比并充分混合。原料制备在氧化铝生产中具有重要的作用。能否制备出满足氧化铝生产要求的生料浆，将直接影响氧化铝及氧化钠的溶出率，也影响熟料窑的操作等。
138.烧结过程的目的和要求分别是什么?
答：烧结过程的主要目的在于将生料中的A2lO3尽可能完全地转变成可溶性的铝酸钠、氧化铁转变成铁酸钠，而杂质SiO2、TiO2转变为不溶性的原硅酸钙和钛酸钙。烧结过程所得到的熟料具有适当的强度和可磨性。
熟料粒度应该均匀，大块的出现是烧结温度过高的标志，而粉末太多则是欠烧的结果。熟料大部分应为30~50mm，呈灰黑色，无熔结或夹带欠烧的现象。
139.烧结过程中主要的物理化学反应有哪些?
答：烧结过程中主要的物化反应有：(1)Al2O3与Na2CO3生成偏铝酸钠。(2)用烧结法处理高硅含铝原料时，炉料中的SiO在烧结过程中应该转变为硅酸钙。SiO2和CaO可以生成CaO· SiO2(偏硅酸钙)、3CaO 2SiO(二硅酸三钙)、2CaO·SiO2(原硅酸钙)、3CaO·SiO2(硅酸三钙)四种化合物。只有原硅酸钙在高温下能与Na20 AL2O3同时稳定存在，而且溶出时不与铝酸钠溶液生显著的反应。(3)氧化铁在高温下与碳酸钠反应生成铁酸钠。(4)TiO2参与反应，生成钙钛矿进入熟料和溶出渣。
140.硫对氧化铝生产造成的危害有哪些?
答：硫对氧化铝生产造成的危害主要有以下几个方面：(1)生料中含有的硫使碱耗增加。进入生产流程中的硫与碱液反应生成Na2SO4。而Na2SO4不能与Al203起反应，称为中性碱，增加碱耗。1kg硫大约损失NaOH1~1.5kg或Na2CO3 3.4kg。(2)熟料中的Na2SO4含量升高对大窑操作带来困难。Na2SO4的熔点为884℃，并且能与NaCO等生成熔点较低的化合物，使物料进入烧成带之前就出现液相。Na2SO4熔体的黏度较大，易使炉料黏挂在窑壁上，结成厚的副窑壁和结圈，致使熟料滚成大球，造成下料口堵塞。(3)母液Na2SO4含量升高给蒸发操作带来困难，并且增加气耗。分解母液在蒸发时若有大量Na2SO4和Na2SO3等在蒸发器加热管壁上结晶析出，则会降低管壁的传热系数，使蒸发器能力显著下降。并且蒸发器结疤严重，清洗次数随之增加。(4)拜耳精液中Na2SO4含量增加，将使分解率有所下降。
141.烧结过程如何进行排硫?
答：混联法和烧结法主要采取生料加煤技术进行排硫。烧结法生料加煤，能够脱除大量的硫，具有稳定熟料窑操作的作用，并且还有以下优点：(1)一部分Fe2O3被还原为FeO，配料时可以适当减少Na2O配人量，从而节约用碱。如果配碱量不变，则相应地提高碱比，从而提高Al2O3的溶出率。(2)生料加煤后烧制的熟料在正常情况下熟料中S²~含量大于0.32%，Na2SO4么含量稳定在2%以下，可获得黑心多孔、可磨性好的熟料，因此可改善熟料在湿磨过程中的粉碎性质，熟料溶出产能可提高8%~10%。(3)因不易产生过磨现象，溶出后赤泥为黑绿色，细度均匀适中，改善了赤泥沉降性能，提高了沉降槽的产能，同时可降低溶出过程二次反应损失。
142.影响熟料质量的主要因素有哪些?
答：(1)炉料成分。炉料成分决定着熟料的物相成分，如果炉料不符合配方要求，在熟料中便不能生成预期的物相，而使Al2O3、Na2O的溶出率降低。炉料成分对于烧结温度和烧结温度范围也有影响。
(2)烧结温度。适宜的烧结温度主要决定于炉料成分。当烧结温度过低时化学反应进行不完全，因而使熟料中的Al2O3和Na2O溶出率降低。同时由于存在着未反应的游离石灰，在赤泥分离过程增加出现赤泥膨胀的可能性。溶出液与赤泥接触的时间延长，使得Al2O3、Na2O的损失增加。当烧结温度过高时，熟料过烧使窑的作业失常，不仅使煤耗增加，窑的产能降低，湿磨产能降低，而且由于碱的挥发，导致熟料成分的改变，也使有用成分的溶出率下降。
(3)煤粉质量。烧结炉料的回转窑所用的燃料一般为烟煤煤粉，煤粉中含有大量的灰分，有时还有相当数量的硫化物。灰分主要由Al2O3、SiO2、CaO和Fe2O3组成。而且SiO2的含量常常在50%以上。灰分中各成分直接落在炉料中与苏打、石灰反应。因此配料时必须考虑进入熟料中灰分的数量及其组成。
(4)炉料的粒度和混合程度。炉料烧结时的物理化学反应是在固态下进行的，仅在结束时有少量熔体出现，因而物料的细磨程度对反应速度和反应完全程度是有影响的。
143.烧结中为什么会产生烧结结圈，结圈对烧结产生哪些影响?
答：生料烧结过程中，由于液相的出现和凝结，在烧成带前后两端形成致密而高于窑皮的结圈称为前结圈和后结圈。
氧化铝熟料中2CaO·SiO和NaOFeO是生成液相的主要成分，其次是MgO、NaSO等杂质。随着配料中铝硅比(A/S)的降低，熟料的熔融温度显著降低，烧成范围窄，出现结圈的机会多。当其他成分一定时，铝硅比(A/S)小于2.8时结圈显著增加，铝硅比(A/S)大于3.2时结圈可缓和或生成的结圈不致造成危害;当FeO含量增多，F/A大于0.15时，结圈会产生;当碱比小于0.9时会导致结圈的生成;喂料不均，料层不均使火焰位置伸长或缩短交换的频繁改变，也会加速结圈生成;燃料中含硫高也会使结圈增多。
结圈对熟料窑的生产影响很大，一般它高于正常窑皮1~2倍，非正常状态下，甚至高出窑皮3～4倍。它既影响熟料窑的稳定操作及技术经济指标，又影响熟料窑的长期安全运转。因为结圈使窑内通风面积缩小，导致通风不良;破坏窑的热工制度，严重时无法操作;威胁安全生产，如造成电收尘爆炸事故，因此，要尽量防止结圈的生成，生成后则要及时消除。
144.铝酸盐熟料的溶出的目的和要求分别是什么?
答：熟料溶出过程要使熟料中的NaOAlO尽可能完全地转入溶液，而NayO·Fe，O尽可能完全地分解，以获得AlO、NaO高的溶出率。溶出液要与赤泥尽快地分离，以减少氧化铝和碱的化学损失。分离后的赤泥，夹带着附液，应充分洗涤，以减少碱和氧化铝的机械损失。
145.熟料溶出过程中的主要反应有哪些?
答：烧结法熟料中主要成分是铝酸钠、铁酸钠、原硅酸钙。在熟料溶出过程中，铝酸钠溶解在碱溶液中，铁酸钠水解生成氢氧化钠进入溶液，含水氧化铁进入赤泥，化学反应式为：
Na20·Al203+4H20→2NaAl(OH)4 (2-5)
Na20·Fe203+2H20→2NaOH+Fe2O3·H2O↓ (2-6)
原硅酸钙除少量被溶液中的氢氧化钠、碳酸钠、铝酸钠分解，使二氧化硅进人溶液外，大部分残留在固体残渣中。
146.铝酸钠溶液脱硅过程有什么意义和要求?
答：熟料在溶出过程中，由于2CaOSiO2与溶液中的NaOH、Na2CO3及NaAl(OH)4。相互作用而被分解，使较多的二氧化硅进入溶液。通常在熟料溶出液中，Al2O3浓度约为120g/L，SiO2含量高达4.5~6g/L，高出铝酸钠溶液中SiO2平衡浓度许多倍，这种SiO2过饱和程度很高的粗液，在碳酸化分解过程中，大部分SiO2将随氢氧化铝一起析出，使产品氧化铝不符合质量要求。因此，在进行分解以前，粗液必须经过专门的脱硅过程。一般要求精液的硅量指数大于400。目前国内外烧结法厂已经发展了多种脱硅流程，例如，先在温度为150~170℃的压煮器中进行一段脱硅，使溶液中硅量指数提高到400左右，然后再在常压下加石灰进行二段脱硅，使溶液硅量指数达到1000~1500。
147.什么是二次脱硅?
答：在一次脱硅浆液从脱硅机经自蒸发器进入缓冲槽时，再加入石灰乳进行脱硅，使残存的SiO2以水化石榴石析出，该工艺称为二次脱硅，二次脱硅所得精液硅量指数可提高到1000~1500以上。二次脱硅工艺之所以可以达到较好的脱硅效果，是因为在高温并加硅渣作晶种的一次脱硅条件下，粗液中大部分SiO2 在脱硅机中以钠硅渣析出。这时再加入石灰乳，石灰乳与溶液及SiO2反应，生成溶解度更小的水化石榴石固相，使溶液中的SiO2含量进一步降低，提高了脱硅的深度。
148.什么叫深度脱硅?
答：深度脱硅也称为三次脱硅，是指在现有的二次脱硅工艺的精液中再添加少量的石灰乳在反应槽中反应1~1.5h。钙硅渣分离后返回二次脱硅工序。深度脱硅的基本原理与二次脱硅基本相同。深度脱硅所生成的水化石榴石中SiO2的饱和度比较低，一般为0.1g/L左右。
149.影响脱硅过程的主要因素有哪些?
答：(1)温度。温度对脱硅过程的动力学有决定性作用。在100~170℃范围内，随着温度的升高水合铝硅酸钠结晶析出的速度显著提高，溶解度降低，硅量指数不断提高。在压力大于0.7MPa时溶液的铝硅比(A/S)最高。继续提高温度，由于SiO2的溶解度复而增大，溶液的铝硅比(A/S)反而降低，适当地提高温度可以缩短脱硅时间，增大设备产能，因而生产中多采用加压脱硅。
(2)原液中Al2O3的浓度。精液中SiO平衡浓度随Al2O3(Na2O)浓度的降低而降低。因此降低Al2O3浓度有利于制得硅量指数较高的精液。
(3)原液Na2O浓度。保持溶液中Al3O2浓度不变，提高Na2O浓度，即提高其苛性比值，使得SiO2的平衡浓度提高，硅量指数显著降低。因此，在保证溶液有足够稳定性的前提下，苛性比值越低，脱硅效果越好。
(4)原液中 Na2CO3、Na2SO4和 NaCl 的浓度。粗液中往往含有一定量的Na2CO3和Na2SO4等盐类，它们属于水合硅酸钠核心所吸收的附加盐，可以生成
3(Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O)·Na(2)X·nH2O一类沸石族化合物，分子式中X 代表CO2-3、SO2-4、Cl-、Al(OH)-4等阴离子。由于这一类沸石族化合物在铝酸钠溶液中的溶解度均小于Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O的溶解度，因此，这些盐类的存在可以降低SiO2的平衡浓度，提高脱硅深度的影响。
(5)添加晶种。添加适量晶种可以避免水合铝硅酸钠形成晶核的困难，促使脱硅深度和速度显著地提高。
(6)脱硅时间。当温度一定，二氧化硅没有达到平衡前，溶液的硅量指数随着时间延续而提高。不过时间越长，反应速度越慢，硅量指数增长速度越慢。
150.赤泥分离的主要目的是什么?
答：赤泥分离的主要目的是使熟料中的氧化铝、氧化钠尽可能地转入溶液，以获得较高的溶出率。使溶液与不溶物尽快分离，减少氧化铝和氧化钠的化学损失，并将合格的粗液送去脱硅。
151.赤泥洗涤的主要目的是什么，为什么采用反向洗涤?
答：经赤泥分离后得到的赤泥，都带有一定数量的附着液。为了回收赤泥附液中的有用成分Al2O3和Na2O，赤泥必须用热水加以洗涤，一般需要经过5~8 次热水反向洗涤，以尽可能回收氧化铝和氧化钠，减少其机械损失。
在赤泥洗涤中，采用热水与赤泥流向相反的工艺流程，可以减少热水消耗，提高洗涤效率，获得较高的浓度的赤泥洗液，返回生产流程。
152.碳酸化分解的目的和要求分别是什么?
答：碳酸化分解是将脱硅后的精液通入CO2，使NaOH转变成为碳酸钠，促使氢氧化铝从溶液中洗出来，得到的氢氧化铝和主要成分为碳酸钠的碳分母液，后者经蒸发浓缩后返回配制生料浆，氢氧化铝则在洗涤煅烧后成为氧化铝。
碳酸化分解作业，必须在保证产品质量的前提下，尽可能地提高分解率和分解槽的产能，极力减少随同碳分母液送去配制生料浆的Al2O3量，借以降低整个流程中的物料流量和有用成分的损失。
153.碳酸化分解的原理是怎样的?
答：碳酸化分解是同时存在气液固三相的多相反应过程。发生的物理化学反应包括：(1)二氧化碳为铝酸钠溶液吸收，使苛性碱中和;(2)氢氧化铝的析出;(3)水合铝硅酸钠的结晶析出;(4)水合碳铝酸钠(Na20·Al2O3·2CO2·nH2O)的生成和破坏，并在碳酸化分解终了时沉淀析出。水合铝硅酸钠的析出主要是在碳分过程的末期，它使氢氧化铝被SiO2和碱污染。碳酸化分解末期当溶液中剩下Al2O3少于2~3g/L时，由于溶液温度不高，使水合碳酸钠生成析出。所以，当溶液彻底碳酸化分解时，所得氢氧化铝中含有大量的碳酸钠。
154.碳酸化分解方法有哪几种?
答：根据具体条件及对产品质量要求的不同，碳酸化分解方法也不一样，主要有以下几种：
(1)完全碳酸化。这种方法是将铝酸钠溶液碳酸化至氧化铝全部析出。该方法到目前为止，工业上还没有采用过。
(2)分段碳酸化。这种方法是使铝酸钠溶液中的氢氧化铝分段析出。(3)混合分解法。这种方法是将精液先部分地进行碳酸化，然后将溶液继续进行种子分解。
155.影响碳酸化分解过程的主要因素有哪些?
答：(1)分解原液的纯度和碳酸化分解深度。分解原液的纯度包括硅量指数和浮游物两个方面。分解原液浮游物是Al(OH)3中杂质SiO2，和Na2O的来源之一，是杂质Fe2O3的最主要来源。碳酸化分解率主要根据精液的硅量指数和氢氧化铝中SiO2允许量来确定的，硅量指数越高，在保证氢氧化铝质量的前提下，其他条件相同时，浓度较高的精液要比浓度较低的精液分解的氢氧化铝中的SiO2 和不可洗去的碱多。
(2)CO2气体的纯度、浓度和通气速度。CO2气体的浓度及通气速度决定着分解的速率，高浓度的CO2气源，分解速率快。分解槽产能以及CO2利用率高，有利于氢氧化铝晶体长大，节省压缩机动力。当CO2气体压力一定时，达到预定分解率时，通气时间短，则通气速度越快。同时，提高通气速度，缩短了分解时间，并使分解出的Al(OH)3迅速地与母液分离，可以减少SiO2的析出数量。
(3)分解温度。分解温度高，有利于氢氧化铝晶体的长大，从而可减弱其吸附碱和二氧化硅的能力，并有利于氢氧化铝的分离和洗涤。
(4)晶种。在精液中加入适量的氢氧化铝晶种，提高碳酸化分解初期的分解率，还能改善碳分Al(OH)3的晶体结构和粒度组成，降低Al(OH)3的杂质SiO2和Na2O含量，使其粒度均匀，同时能减少槽内结垢程度。晶种的加入使氢氧化铝循环积压于流程中，增加了氢氧化铝分离设备的负担。
(5)搅拌。搅拌可使溶液成分均匀，避免局部碳酸化，并有利于晶种的生长，得到粒度较粗和碱含量较低的氢氧化铝;此外，搅拌还可以减轻碳分槽内的结垢和沉淀。
156.如何提高碳分槽的产能和质量?
答：提高碳分槽产能和质量的方法有：(1)提高硅量指数A/S。降低精液中杂质SiO2含量，提高硅量指数。精液中SiO2。含量越低，分解率越高，这样可提高产量和Al(OH)3质量，降低消耗。(2)降低氢氧化铝水分，降低热耗为了降低焙烧窑的热耗，把过滤机的单真空头改为双真空头，连续吹风改为间接吹风。减少氢氧化铝附着水，可降低焙烧窑油耗。(3)降低Al(OH)3中的附碱量。为了降低Al(OH)3中的附碱量，我国烧结法工厂的氢氧化铝过滤机采用二次反向洗涤，洗涤水量为1t Al(OH)3用1~1.2t水，水温大于90℃，为了进一步提高Al(OH)3质量，降低附碱量，也采用三次反向洗涤，但不利于生产能耗的降低。(4)提高分解槽产能。通过加强技术操作和设备改造，提高分解槽的产能。选择合理的分解周期、溶液浓度及苛性比值、CO2压力和浓度、分解率等指标。对搅拌链板进行加固以保证安全运转，加大汽水分离器，周期性地清除结疤，防止阻塞管道而造成冒槽，以及将进料系统阀门改转壶，主要是缩短进料时间，减轻劳动强度，这些都有利于提高分解槽的产能。
157.碳分槽的基本结构是什么?
答：碳酸化分解是在碳分槽内进行的。碳分槽的主体结构如图2-4所示。通常碳分槽是用钢板焊接而成的圆筒形槽体，内装有挂链式的机械搅拌器，槽壁装有4根从槽的下部通入CO2气体的支管。
158.什么是连续碳酸化分解工艺，其有什么特点?
答：连续碳酸化分解是在一组(一般为6台)碳分槽内连续进行的碳酸化分解作业，每个碳分槽都保持一定的操作条件。连续碳酸化分解，保持了碳酸化分解生产流程的连续化，设备利用率、产能和劳动生产率均高于间断碳酸化分解，提高了设备生产能力，减轻了劳动强度，而且还能防止分解槽的结疤生成，生产过程较易实现自动化。但存在产品Al(OH)3粒度较细、含碱量较高、动力消耗大的问题。
159.分解母液蒸发器的结垢原因是什么，如何减少结垢的产生?
答：氧化硅在母液中的含量是过饱和的，它以铝硅酸钠形态析出的速度随温度的升高而加快。但它在铝酸钠溶液中的溶解度随Na2O浓度增加而增加。因此低浓度的铝酸钠母液在蒸发过程中，随着水分的蒸发，水合铝硅酸钠析出并在加热管壁上结垢。
防止和减轻蒸发器结垢的方法很多，除了将导致结垢的杂质组分预先从生产流程中排出和采用适当的蒸发流程和作业条件以外，还可以采用物理化学方法。近年来，国内外对于采用磁场、电场、超声波以及使用添加剂等方法预防氧化铝生产设备的结垢进行了很多研究。例如，在适当条件下在电场中处理蒸发母液，可大大减轻乃至完全防止在加热面上生产铝硅酸钠结垢，从而可使蒸发器产能提高20%。
1349
0 
分享 0
举报 0
收藏 0
反对 0
点赞 0
中冶有色技术平台
