拜耳法的原理和基本流程.ppt

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1、回顾：氧化铝的主要生产方法：碱法、酸法、热法碱处理分解煅烧铝土矿铝酸钠溶液Al(OH)3Al2O3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（KarlJosefBayer）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

2、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)溶出>140℃分解<70℃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

3、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。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。铝土矿的溶出溶出浆液的稀释分解母液蒸发晶种分解铝酸钠溶液的温度、浓度、苛性比值等各不相同2Na2O-Al2O3-H2O系中的拜耳法循环图051015202530354045Na2O%(质量)403530252015105Al2O3,%(质量)至Al2O3·3H2O点至Al2O3·H2O点200℃60℃30℃αk=1.65αk=3.40ABDCB’D’

4、溶解度等温曲线1.溶解度等温曲线包括两个段，交点是该温度下最大点。2.在所有温度下，氧化铝的溶解度都是随碱浓度增加而增大，当超过某一值，随着碱浓度增大而降低。3、过饱和度越大，溶液的稳定性越低。4、当溶液冷却或稀释时，溶液都是处于饱和状态。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。两种表示方法：A、采用物质的摩尔比n(Na2O)/n(Al2O3),其中的Na2O是按苛性碱NaOH浓度计算，叫苛性比，符号K。中国与俄罗斯B、采用物质的质量比m(Na2O

5、)/m(Al2O3),符号为A/C，其中的Na2O按当量Na2CO3计算。美国铝土矿的配入量K＝1.5-1.7按所溶出溶液苛性计算,循环性碱液的K＝3.1-3.4铝土矿的溶出率计算公式铝土矿中的含硅矿物在苛性碱溶液中有不同的溶解度，其中卵白石（SiO2·H2O)化学活性最大，最易溶解，在100℃以下，生成硅酸钠：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O此硅酸钠与铝酸钠溶液起反应生成含水铝硅酸钠沉淀。在高压溶出的条件下，进入赤泥中的含水铝硅酸钠的组成大致相当于Na2O*Al2O3*1.7SiO2*nH2O（n可以大于2）

6、。从式可知，每1kg的SiO2要结合1kg的Al2O3和0.6kg的Na2O。铝土矿中氧化铝的理论溶出率：n=[w(Al2O3)–w(SiO2)]/w(Al2O3)×100%={[A/S]–1}/[A/S]×100%=[1-1/(A/S)]×100%式中A/S为铝土矿的铝硅比（质量比）∴A/S越高，矿石越容易溶解，理论溶出率越高。3.1.2．拜耳法的基本流程步骤：溶出：得到铝酸钠溶液，使氧化铝与杂质分离稀释：降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解，便于赤泥分离分解：使铝酸钠溶液中的氧化铝以氢氧化铝的形式析出蒸发：排出多余的水分，保

7、持水量平衡，使蒸发母液达到浓度要求煅烧：除去氢氧化铝的附着水和结晶水，并得到吸湿性较差的氧化铝以满足电解需求。3.1.2．拜耳法的基本流程破碎铝土矿湿磨溶出稀释沉降分离叶滤溶出矿浆精液粗液稠浓赤泥浆稀释浆液赤泥洗涤洗液赤泥堆场热水石灰补充苛性碱晶种分解晶种氢氧化铝浆液氢氧化铝沉降分离洗涤氢氧化铝煅烧氧化铝母液洗液蒸发蒸发母液石灰乳分离Na2CO3·H2O结晶溶解苛化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

8、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