高压溶出基础知识

2009年3月29日开曼铝业高压溶出一、概述铝土矿的溶出过程一般是在高压、高温、高碱条件下进行的。溶出车间主要任务：溶出车间的主要任务是：将原料车间送来的原矿浆进行预脱硅，再将预脱硅矿浆和补充循环母液混合后的调整矿浆压入高压溶出，使矿石中的氧化铝有用成分充分反应生成铝酸钠溶液，并用一次洗液稀释成合格浆液送往沉降车间。将合格的新蒸汽冷凝水及时返送回热电，不合格的新蒸汽冷凝水及闪蒸二次含碱冷凝水送往沉降热水站。。高压溶出二、铝土矿及循环母液的主要成分有用成分：氧化铝（Al2O3）（主要有用成分）、镓杂质：氧化硅（SiO2）、氧化铁（Fe2O3）、氧化钛（TiO2）、碳酸盐高压溶出1.拜耳法生产中所用铝土矿的主要成分苛性钠（NaOH），铝酸钠[NaAl(OH)4]，碳酸钠（Na2CO3）高压溶出2.溶出所用循环母液的主要成分三、铝土矿各种成分在溶出过程中的行为铝土矿在溶出过程中发生的主要反应是氧化铝水合物的溶出。溶出过程中绝大部分的杂质多进入赤泥中，但也有少量的杂质溶解于碱液中，杂质在溶出过程中的反应也影响到氧化铝生产的技术经济指标。高压溶出铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶液，形成铝酸钠溶液。反应方程式：Al2O3•（1或3）H2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aqaq为液相中反应这是溶出过程的主反应。高压溶出1.氧化铝水合物溶出时的行为SiO2在溶出过程中的行为取决于它的矿物组成、溶出温度和溶出过程的时间。游离状态的SiO2和石英只有在较高的温度下（150℃）才开始和铝酸钠溶液起反应。如果在低温下溶出三水铝石，这部分SiO2将转移到赤泥中被分离出去。而以硅酸盐状态存在的氧化硅在溶出过程中于碱液作用生成Na2SiO3进入溶液中，Na2SiO3随即与溶液中的铝酸钠发生脱硅反应生成含水铝硅酸钠（钠硅渣）（Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O）进入固相赤泥中。高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达150-200。高压溶出2.氧化硅在溶出过程中的行为SiO2在Al2O3生产中的危害：①生成含水铝硅酸钠，造成Na2OK和Al2O3的损失。按Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O分子式计算，每公斤SiO2造成0.608公斤的Na2OK和1公斤Al2O3的损失，因而拜耳法只适应于处理低硅优质铝土矿。②由于溶出液在流程中发生脱硅反应，造成管道和设备器壁上产生结疤。③残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解时会随Al(OH)3一起析出，影响产品质量。因此，在生产过程中要控制和减少SiO2的有害作用。高压溶出铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O·3TiO2·2H2O。①造成Na2O的损失。②生成的钛酸钠会在一水硬铝石的表面形成一层致密的保护膜，使溶解过程恶化，Al2O3溶出率降低。（但氧化钛对三水铝石的溶解起不到阻碍作用，对一水软铝石的阻碍作用也小得多。）高压溶出3.氧化钛在溶出过程中的行为消除TiO2危害的有效措施：在铝土矿溶出时添加石灰此时TiO2与CaO生成结晶状的钛酸钙Ca2O·TiO2（松脆多孔、极易脱落），使Al2O3的溶出过程不再受到阻碍，也降低了Na2O的消耗。高压溶出1）氧化钙的来源：①工艺流程中添加石灰②铝土矿本身含有石灰（在原矿浆中氧化钙以Ca(OH)2形态参与反应）高压溶出4.氧化钙在溶出过程中的行为2）氧化钙的行为①在原矿浆的制备、储存过程以及压煮后矿浆的自蒸发冷却稀释过程中，生成3CaO·Al2O3·6H2O，造成Al2O3的损失。3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO·Al2O3·6H2O+2H2O+aq②当物料中含有硅矿物时，往铝酸钠溶液中添加石灰将引起水花石榴石[3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O]的生成。（活化一水硬铝石的溶出，使溶出过程强化）（水花石榴石比钠硅渣更易脱离矿粒表面）高压溶出3）铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用①消除含钛矿物的有害作用，显著提高Al2O3的溶出速度和溶出率。②促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中的Al2O3充分溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善。（针铁矿FeOOH，赤铁矿Fe2O3，针铁矿具有不良的沉降和过滤性能。）③活化一水硬铝石的溶出反应。④生成水化石榴石，减少Na2O损失，降低碱耗。高压溶出四、铝土矿的溶出过程铝土矿的溶出过程包括以下几个步骤：①循环母液湿润矿粒表面；②氧化铝水合物与OH-相互作用生成铝酸钠；③形成NaAl(OH)4的扩散层；④Al(OH)4-从扩散层扩散出来，而OH-则从溶液中扩散到固相接触面上，使反应继续下去。高压溶出五、溶出过程的指标溶出Rp是指铝酸钠溶液中Al2O3与Na2Ok的质量比。Rp=Al2O3/Na2Ok高压溶出1.溶出Rp：理论溶出率：理论上矿石中可以溶出的Al2O3量与矿石中Al2O3量之比。高压溶出2.氧化铝溶出率%100)/(1)/(矿石矿石理SASAA实际溶出率：实际溶出的Al2O3量与矿石中Al2O3量之比。%100)/()/(1矿石赤泥实SASAA高压溶出氧化铝相对溶出率：相对溶出率为实际溶出率与理论溶出率的比值即：η相=η实/η理六、影响溶出过程的因素溶出温度是影响溶出速度最主要的因素。提高温度，溶出速度增大，氧化铝溶出率（ηA）增大，溶液中Al2O3的平衡浓度亦增大，溶出液A/S增高。高压溶出1.溶出温度溶出反应进行完全需要一定的时间。（拜耳法：物料在保温罐中保温40分钟以上以保证溶出率。）高压溶出2.保温时间在铝酸钠溶液中，Al2O3浓度增高，SiO2的平衡浓度增高，而且增高速率大于Al2O3浓度增高速率，所以过高的Al2O3浓度使溶液的A/S降低。脱硅反应：SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2ONa2SiO3+NaAl(OH)4+aq=Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O↓+aq高压溶出3.溶出液中氧化铝浓度溶出液Na2OK浓度较高，溶出Rp较低时，能保证矿石中氧化铝完全溶出。溶出Rp很高时，不能保证矿石中氧化铝完全溶出。但溶液Na2O浓度过高时，Al2O3溶出率（ηA）的增幅较小，且蒸汽消耗较多。高压溶出4.溶出液Rp的影响铝土矿溶出时，增大搅拌强度，可强化溶出过程。高压溶出5.搅拌强度铝土矿的溶出过程是液—固两相反应。矿浆细度愈细，固相比表面积愈大，溶出速度愈快。但是矿石过细又不利于沉降液固分离。高压溶出6.矿浆细度高压溶出溶出工艺流程1、脱硅工艺流程2、溶出料浆流程3、溶出加热段汽水流程4、溶出预热段汽水流程高压溶出溶出主要设备1、隔膜泵：俗称溶出的心脏，荷兰进口，双缸双作用活塞式往复运动，流量范围为0到520立方米每小时，设备功率为1160千瓦。.隔膜泵的内部联锁a.轴保护不装好隔膜泵不能启动b.仪表风压＜0.45Mpa，隔膜泵停车c.动力端润滑油压＜0.15Mpa，隔膜泵停车d.出料压力＞7.1Mpa，隔膜泵停车e.卸荷阀压力＜6.5Mpa，隔膜泵不能启动f.齿轮箱油压＜0.1Mpa，隔膜泵停车g.齿轮箱温度＞80℃，隔膜泵不能启动高压溶出溶出主要设备隔膜泵的外部联锁a.脉冲缓冲器Tp101/102超高料位，隔膜泵停车b.缓冲器Tp101/102超高压力，隔膜泵停车c.缓冲器Tp101/102特超高压力，隔膜泵停车高压溶出溶出主要设备单管：共分六级，一、四溶出前三级为四套管，每级四根，每根80米，后三级为单套管，二、三溶出六级单套管，每级六根，每根80米，总容积在140立方米左右，分为内管和外管，主要是预热矿浆作用脉冲缓冲器：缓冲器Tp101，Φ2500×9000V=35.8m36.9MPa缓冲器Tp102，Φ2500×9000V=35.8m35.2MPa，主要起到消除隔膜泵脉冲，平稳送料作用。高压溶出溶出主要设备压煮器：高压设备，主要起加热矿浆、停留反应作用，如下表压煮器Ra107-Ra119(带加热管束)Ra107-Ra119Φ2800×16081,Vf=75m3,P=5.2Mpa,F=540m2压煮器Ra120-Ra122(带加热管束)Ra120-Ra122Φ2800×16081,Vf=78m3,P=5.2Mpa,F=340m2保温压煮器Ra123-Ra125Ra123-Ra125Φ2800×16081V=83.23m3P=5.2MPa压煮器Ra120-Ra122(带加热管束)Ra120-Ra122Φ2800×16081,Vf=78m3,P=5.2Mpa,F=340m2附压煮器减速机及润滑K3VB280F，附压煮器搅拌器附电机P=45KWn=30rpm高压溶出溶出主要设备闪蒸槽：压力容器，主要起降温降压反应作用，如下表自蒸发器Nt101Nt101Φ5000×9700V=165m30.4MPa自蒸发器Nt102Nt102Φ5000×9700V=165m30.4MPa自蒸发器Nt103Nt103Φ4500×9700V=135m30.6MPa自蒸发器Nt104Nt104Φ4000×9700V=105.5m30.8MPa自蒸发器Nt105Nt105Φ3600×9700V=85m31.0MPa自蒸发器Nt106Nt106Φ3600×9700V=84.8m31.3MPa自蒸发器Nt107Nt107Φ3200×9700V=67.2m31.6MPa自蒸发器Nt108Nt108Φ3200×9700V=66.7m32.1MPa自蒸发器Nt109Nt109Φ3200×9700V=66.7m32.1MPa自蒸发器Nt110Nt110Φ3000×9700V=58.5m32.7MPa自蒸发器Nt111Nt111Φ3000×9700V=58.5m33.3MPa自蒸发器Nt112Nt112Φ3000×9700V=58.5m33.3MPa高压溶出谢谢！