还原气氛中碱石灰与高铁铝土矿间的作用机理

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碱石灰烧结法生产氧化铝

Group of Alumina & Ceramics, School of Metallurgical Science and Engineering, CSU
铝酸盐炉料烧结过程
- 主要物理化学反应
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
9.
Al2O3的行为； SiO2的行为； Fe2O3的行为； Mg O的行为和TiO2的行为；硫的危害和防治；氟化物的影响； Na2O· 2O3–Na2O· 2O3 –2CaO · 2系； Al Fe SiO Ca O – Al2O3 –SiO2系;
只有C12A7, CA可被Na2CO3溶解；只要体系中Na2CO3 的数量足以结合Al2O3 就不会形成铝钙化合物，而只有Na2O· 2O3 Al
铝酸盐炉料烧结过程
- SiO2的行为 • 为达到铝硅分离的目的，SiO2应转变为不含 Al2O3和Na2O，高温下与NA同时稳定存在，溶出时不与铝酸钠溶液发生显著作用的化合物；可能形成的化合物有：
Na2O.Al2O3 2CaO.SiO2
NaAl(OH)4
Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀
烧结法生产氧化铝的工艺发展历史
1858年比路易.勒.沙特里提出苏打+矿石的两成分烧结法; 1880年缪列尔提出苏打+矿石+石灰的三成分烧结法; 1902年帕卡尔德提出烧结法石灰量取决于SiO2量, 并提出钙比为2.0;碱比为2.0; 1897年别列阔夫提出芒硝烧结法;
（铁含量过高，配钙不足时， Al2O3↓， Na2O↓
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氧化铝生产工艺(碱石灰烧结法)

理化学反应章的反应：高温下Al 作用生成3CaO·Al2O3， Al2O3的反应：高温下 2O3与CaO作用生成作用生成
12CaO·7Al2O3，CaO·Al2O3，3CaO·5Al2O3， 12CaO·7Al2O3和CaO·Al2O3 可以溶于碳酸钠溶液，对氧化铝生产有意义。可以溶于碳酸钠溶液，对氧化铝生产有意义。制取同时含铝酸钠和铝酸钙的熟料是不合理的。因为制取同时含铝酸钠和铝酸钙的熟料是不合理的。因为: 溶出铝酸钙时，溶出液中浓度不应超过70g/L，Na2Oc浓溶出铝酸钙时，溶出液中Al2O3浓度不应超过，度为50-60g/L 度为溶出铝酸钠熟料时，溶出液中浓度为120g/L，Na2Oc浓溶出铝酸钠熟料时，溶出液中Al2O3浓度为，度小于40g/L 度小于熟料烧结时，数量足以和Al 化合时，熟料烧结时，当Na2CO3数量足以和 2O3化合时，铝酸钙不至于生成，而生成铝酸钠。于生成，而生成铝酸钠。
第13章烧结法生产氧化铝的原理和基本流程章
学习要求掌握碱石灰烧结法生产氧化铝的基本原理掌握碱石灰烧结法生产氧化铝的工艺流程熟悉碱石灰烧结法生产氧化铝的主要设备

第13章烧结法生产氧化铝的原理和基本流程章碱石灰烧结法的原理
将铝土矿与一定数量的苏打、石灰、循环母液配成炉料，将铝土矿与一定数量的苏打、石灰、循环母液配成炉料，在回转窑内进行高温烧结，炉料中的Al 窑内进行高温烧结，炉料中的Al2O3与Na2CO3反应生成易溶于水或稀碱溶液的铝酸钠 (Na2O•Al2O3)，杂质氧化铁生成易水解的铁 Al 酸钠(Na 酸钠(Na2O•Fe2O3)，二氧化硅和氧化钛分别生成不溶性的原硅酸 Fe (CaO•TiO 钙(2CaO•SiO2)和钛酸钙(CaO TiO2) 。 (2CaO SiO 和钛酸钙(CaO 将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时Na Al 便进入溶液，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时Na2O·Al2O3便进入溶液，水解放出碱，原硅酸钙(2CaO (2CaO•SiO Na2O·Fe2O3水解放出碱，原硅酸钙(2CaO SiO2)和钛酸钙 Fe (CaO•TiO 不溶进入赤泥。 (CaO TiO2)不溶进入赤泥。

初中化学碱石灰的主要作用

初中化学碱石灰的主要作用《初中化学碱石灰的主要作用》同学们，今天咱们来聊聊碱石灰。

不过呢，在这之前，咱们得先搞清楚一些化学里的基础知识，这样才能更好地理解碱石灰的作用。

咱们先来说说化学键这个东西哈。

化学键就像是原子之间的小钩子，把原子们连接在一起。

这里面有离子键和共价键两种比较重要的“小钩子”。

离子键呢，就好比是带正电和带负电的原子像超强磁铁一样吸在一起。

比如说氯化钠，钠原子失去一个电子带正电，氯原子得到一个电子带负电，这一正一负就紧紧地吸住了，这就是离子键。

共价键呢，是原子们共用小钩子连接起来的。

就像两个人共同拿着一个东西，谁也不放手，通过这个共同的东西连接在一起。

再来说说化学平衡，这个就像是拔河比赛。

反应物和生成物就像是两队人在拔河。

当正反应的速率和逆反应的速率相等的时候，就好像两队人都使出了同样大小的力气，谁也拉不动谁了，这时候反应物和生成物的浓度就不再变化了，这就是化学平衡状态。

分子的极性也很有趣哦。

咱们可以把分子想象成小磁针。

比如说水，它是极性分子，氧原子那一端就像磁针的南极，带负电，氢原子那一端就像北极，带正电。

而二氧化碳呢，它是直线对称的分子，就像一个两边一样重的哑铃，是个非极性分子，没有像小磁针那样明显的正负电两端。

还有配位化合物，这个就像是一场聚会。

中心离子就像是聚会的主角，配体呢，就是那些提供孤对电子共享的小伙伴，大家聚在一起就形成了配位化合物。

氧化还原反应中的电子转移，就像做买卖一样。

比如说锌和硫酸铜反应，锌原子就像一个慷慨的商人，把自己的电子给了铜离子这个顾客。

结果锌变成了离子，铜离子得到电子变成了原子。

化学反应速率的影响因素也不难理解。

温度就像天气，温度高的时候呢，原子就像我们在炎热的天气里更有活力一样，它们运动得更快，反应也就更快。

浓度就好比是跑道上的人多少，如果跑道上的人多（反应物浓度大），相互碰撞的机会就多，反应就快；催化剂就像是一个神奇的教练，为反应物指出了一条更方便的路，让它们能更快地反应。

熟料烧结(一)

熟料烧结（一）
冷却带从火焰后部到窑头的一带。高温熟料在冷却带由二次空气和窑头漏风冷却，逐步冷却到1000以下下落到冷却机。五、熟料窑结构示意图：
熟料烧结（二）之熟料窑系统
烧结温度范围和液相量控制的意义液相量的出现和控制在一定的烧结温度下，液相量很少，在该温度时只能使炉料体现有少许收缩，但尚不能把粉状炉料粘结成颗粒状（叫黄料）。提高一定温度，出现液相量较少，在凝结时，虽能把粉状炉料粘结成颗粒状，的温度，液相量达到一定的适当量时，才能出现颗粒度均匀，孔隙度大并有一定机械强度的熟料，叫正烧结料。又提高一定的温度，液相量较多时，产生的是致密而少孔的，机械强度很大的熟料，叫过烧结料。当液相量过多时，就产生坚硬无孔的，所谓熔融熟料。生产上把产生以上近烧结熟料，正烧结熟料、过烧结熟料所对应的温度，称为近烧结温度、正烧结温度、过烧结温度。而炉料从近烧结温度到过烧结温度所经过的温度区间，叫烧结温度范围。一般来说，在炉料正常配方的情况下，近烧结时液相量为5~~10%，正烧结时液相量为15~~20%，过烧结时液相量为大于 ~~20%以上。
熟料烧结（二）之熟料窑系统
熟料烧结（二）之熟料窑系统
熟料烧结（二）之熟料窑系统
熟料烧结（二）之熟料窑系统
熟料生产工艺流程图：
熟料烧结（二）之熟料窑系统
几个概念：烘窑烘窑的目的是什么？耐火砖砌好后，在点火开窑前必须烘窑，使胶泥和耐火砖的水分缓慢的蒸发出来，以加强耐火砖和胶泥之间的结合，同时可避免耐火砖温度急剧上升和水分剧烈蒸发而引起耐火砖表面爆裂，也防止机械设备（领圈）因温度急剧升高而涨裂。挂窑皮窑皮是物料煅烧后粘附在烧成带耐火砖表面形成的保护层（过烧熟料层）。它可以防止高温区物料对耐火砖的化学侵蚀和机械磨损，从而可以延长耐火砖的使用寿命，提高回转窑的运转周期，同时可以增强传热效率，稳定窑的热工制度，减少散热损失，所以挂好和维护好窑皮是保证优质高产的前提，而挂好第一层高温窑皮尤为重要。窑皮形成的机理：；炉料在回转窑中由窑尾向窑头移动，当进入到分解带前沿时，在一定温度下开始出现液相，随着温度升高液相量也相应增加，当增加到一定数量时，炉料有黏结性，物料和耐火砖接触时，由于耐火砖向外散热，液相和部分炉料就黏结在耐火砖表面而形成第一层窑皮，由于炉料推进，同时形成第二层窑皮，第二层窑皮黏结后，第一层窑皮因为温度下降而凝固，这个过程继续下去窑皮愈厚，当厚到一定程度时，由于窑皮的热负荷增加，窑皮表面温度升高，液相黏度逐渐减小，由于向外冷却困难，液相过热，粘性不足，此时窑皮就会停止生成。结圈炉料烧结过程中，由于液相的出现和凝结，在烧结带前后两端形成了致密而高于窑皮的结圈称前结圈和后结圈。

一氧化碳还原氧化铁中碱石灰的作用

一氧化碳还原氧化铁中碱石灰的作用在实验室中，我们常常会使用一氧化碳还原氧化铁来制备纯净的铁粉。

但是，这个过程中还需要加入碱石灰，这是为什么呢？下面我们来分步骤探讨一下。

第一步，我们需要先准备好原料。

一氧化碳气体和氧化铁粉是这个实验的主角，而碱石灰作为辅助剂物质，有助于促进反应的进行和提高所得产物的纯度。

然后按照一定比例将它们混合在一起。

第二步，加热反应。

在混合得到的物质中，一氧化碳被视为还原剂，它能够与氧化铁反应，还原铁离子并释放元素的纯度较高的铁粉。

而碱石灰作为催化剂，可以加快反应速度，同时防止副反应的发生，保证反应的高效进行。

第三步，用冷水加以冷却。

反应后的产物中，含有未反应的一氧化碳气体和金属铁离子。

因此需要用冷水加以冷却，使气体（一氧化碳）和杂质（未被还原掉的铁离子）被冷却水溶解出来。

同时使纯净的铁粉沉淀下来。

第四步，过滤与干燥。

将所得物质过滤，去除其余的杂质，再将过滤后的纯铁粉进行干燥，使其完全脱水，获得精确的质量。

通过以上步骤，我们能够得到精确的纯净铁粉。

而在这个过程中，碱石灰起到促进反应并提高产物纯度的作用。

因为通常氧化铁并不是完全纯净的，可能会存在着其他离子带来的杂质影响，使所得的铁粉含有不同的杂质成分，影响铁粉的使用效果。

所以通过加入碱石灰这一辅助剂，有助于消除杂质影响和促进反应，从而得到更纯净的铁粉。

综上，碱石灰在一氧化碳还原氧化铁制备铁粉的过程中扮演了至关重要的角色，其作用不可忽视。

通过这个过程我们也可以认识到，我们在进行实验的过程中，常常需要加入一些辅助剂物质，以提高实验效果，这在很多化学实验中都是一个很重要的原则。

烧结法的原理和基本流程

烧结法的原理和基本流程第一节烧结法的原理随着矿石铝硅比的降低，拜耳法生产氧化铝的经济效果明显恶化。

对于铝硅比低于7的矿石，单纯的拜耳法就不适用了。

处理铝硅比在4以下的矿石，碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的方法。

在处理SiO2含量更高的其它炼铝原料时，如霞石、绢云母以及正长石时，它也得到应用，可以同时制取氧化铝、钾肥和水泥等产品，实现了原料的综合利用。

据报导，国外以霞石为原料的烧结法企业，由于原料综合利用，实现了无废料生产，氧化铝的生产成本反而最低。

在我国已经查明的铝矿资源中，高硅铝土矿占有很大的数量，因而烧结法对于我国氧化铝工业具有很重要的意义。

我国第一座氧化铝厂——山东铝厂就是采用碱石灰烧结法生产的。

它在改进和发展碱石灰烧结法方面作出了许多贡献，其Al2O3的总回收率，碱耗等指标都居于世界先进水平。

法国人勒·萨特里在1858年提出了碳酸钠烧结法，即用碳酸钠和铝土矿烧结，得到含固体铝酸钠Na2O· Al2O3的烧结产物。

这种产物称为熟料或烧结块，将其用稀碱溶液溶出便可以得到铝酸钠溶液。

往溶液中通入CO2气体，即可析出氢氧化铝。

残留在溶液中的主要是碳酸钠，可以再循环使用。

这种方法，原料中的SiO2仍然是以铝硅酸钠的形式转入泥渣，而成品氧化铝质量差，流程复杂，耗热量大，所以拜耳法问世后，此法就被淘汰了。

用碳酸钠和石灰石按一定比例与铝土矿烧结，可以在很大程度上减轻SiO2的危害，使Al2O3和Na2O的损失大大减少。

这样就形成了碱石灰烧结法。

在处理高硅铝土矿时，它比拜耳法比越。

除了这两种烧结法外，还有单纯用石灰与矿石烧结的石灰烧结法，它比较适用干处理粘土类原料，特别是含有一定可燃成分的煤矸石、页岩等。

这时原料中的Al 2O 3，烧结成铝酸钙，经碳酸钠溶液溶出后，可得到铝酸钠溶液。

目前用在工业上的只有碱石灰烧结法。

它所处理的原料有铝土矿、霞石和拜耳法赤泥。

这些炉料分别称为铝土矿炉料。

碱石灰烧结法氧化铝生产工艺

氧化铝生产工艺碱石灰烧结法冶金0805早在拜耳法提出之前法国人勒萨特里在1958年就提出了碳酸钠烧结法即用碳酸钠和铝土矿烧结得到含有固体铝酸钠na2oal2o3的烧结产物这种方法称为熟料或烧结块将其用稀碱溶液溶出便得到铝酸钠溶液往溶液中通入co2气体即可析出氢氧化铝残留在溶液中的主要是碳酸钠可以循环利用
分解母液蒸发——从过程中排除过量的水，蒸发的循环纯碱溶液用以配制生料浆。

熟料烧结

生料的高温煅烧，制取主要含铝酸钠、铁酸钠和硅酸二钙的熟料。熟料烧结的最佳温度条件决定于原料的化学及矿物组成和生了得配料比。我们在实验室一般在1350摄氏度。烧结完成后要磨料，磨成一定粒度的熟料。再做下一步实验。
熟料溶出

溶出是为了使熟料中的铝酸钠转入溶液，分离和洗涤不溶性残渣（赤泥）。溶出：称10g熟料和碳酸钠溶液装到三口烧瓶中，在80度条件的恒温水浴中，搅拌桨以一定速度搅拌，溶出30min。成分分析：全碱浓度、苛碱浓度、AO浓度、吸光度测S

在溶出过程中，由于原硅酸钙引起的二次反应，在溶出液中有不少的SiO2，使成品氧化铝的质量低于规范要求。通过测溶液的吸光度算出其硅含量。脱硅过程实质就是是其中的SiO2转变成浓度小的化合物沉淀析出。脱硅法一：使SiO2成为含水铝硅酸钠析出。脱硅法二：使SiO2成为水化石榴石析出。
烧结法的原理

用碳酸钠和石灰石按一定比例与铝土矿烧结，可以很大程度上减轻Si2O的危害，使 Al2O3和Na2O的损失大大减少，这样就形成了碱石灰烧结法。在处理高硅铝矿是，比拜耳法优越。中国现在的铝土矿品味很差，碱石灰烧结法有很大的应用前景。
烧结法的基本流程

石灰对氧化铝生产的影响

石灰对氧化铝生产的影响石灰在石灰拜耳法氧化铝生产中起着重要的作用，石灰烧成质量、成分对配料、预脱硅、溶出率、碱耗等方面都有重要影响。

因此，拜耳法生产中使用优质的石灰能减少外排损失、节约能耗、降低生产成本。

一、石灰的主要成分石灰的主要成分是CaO，但由于烧成质量不好往往还含有一定量的CaCO3，同时由于各地石灰矿的不同，含有一定量的Mg、Si等，这些杂质都会对氧化铝生产造成一定的影响。

二、石灰的主要作用1、消除二氧化钛的危害。

铝土矿在高压溶出过程中表面会形成一层致密的钛酸钠包裹层，影响铝土矿的进一步溶出。

加入石灰将二氧化钛生成不溶性的钛酸钙沉淀，避免了二氧化钛的危害。

2、提高溶出率。

加入一定量的石灰可以提高铝土矿的活性，促进铝土矿的高压溶出反应，提高溶出率。

3、降低碱耗。

石灰能与SiO2反应生成稳定的水化石榴石（3CaO.Al2O3.xSiO2.yH2O），减少钠硅渣（Na2O.Al2O3.1.7SiO2.2H2O)的生成，降低碱耗。

4、由于石灰的催化作用，可以使针铁矿向赤铁矿发生转变，提高赤泥的沉降性能，进而提高溶出率。

5、作精滤介质。

精滤过程中，通过加入一定量的石灰乳和粗液中的SiO2生成水化石榴石，水化石榴石是疏松多空的结构，可以起到过滤效果，既叶滤机的工作原理。

三、石灰的主要危害1、石灰中的Si会造成氧化铝和氧化钠的损失。

2、石灰中的Mg能促进脱钛反应，一定量的Mg也能促进高压溶出反应，但过量的Mg会抑制高压溶出反应，从而降低溶出率。

3、石灰与SiO2反应生成水化石榴石在降低碱耗的同时，会增加氧化铝的损失，降低回收率。

4、利用石灰乳做精滤介质会造成氧化铝的损失，使精液苛性比升高，影响分解率和回收率。

5、石灰中未烧成的Ca2CO3会发生反苛化反应，生成Na2CO3，造成有效碱的损失，同时Na2CO3的富集会造成管道结疤和设备，影响设备的使用寿命。

综上所述，石灰对拜耳法生产氧化铝有利也有弊，但总体来说利大于弊。

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ｓｏｄａ— ｌｉｍｅ．ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｏｄａａｓｈａｎｄｌｉｍｅｉｎｈｅａｔｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．，Ｉ１ｌｅｓｅｃｈａｎｉｓｍｂｅｔｗｅｅｎｆｅｒｒｉｃｂａｕｘｉｔｅａｎｄｓｏｄａｌｉｍｅｉｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅＨＵＷｅｎｔａｏ，ＷＡＮＧＨｕａｊｕｎ，ＳＵＮＣｈｕａｎｙａｏ，ＨＥＹａｎｇ，
摘要：针对高铁铝土矿的综合利用难题，研究了保温过程中碱石灰同高铁铝土矿以及纯碱和石灰之间的相互作用机
理．试验表明，在还原气氛中，原矿中的赤铁矿几乎全部被还原为单质铁，但只有少部分氧化铝转化为铝酸钠，其余仍以铝硅酸钠和刚玉形式存在，造成氧化铝和氧化钠的溶出率偏低．这是由于ＣａＯ活性较低，不能完全置换出铝硅酸钠中的Ｎａ２０和Ａ１：０，．由于低活性石灰的稀释作用，在体系中的相对含量降低，纯碱与高铁铝土矿之间的相互作用减弱．关键词：高铁铝土矿；还原性气氛；碱石灰；直接还原
胡文韬，王化军，孙传尧，何洋。，季春伶，王翠玲，于宏东
（１．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京１０００８３；２．北京矿冶研究总院矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京１０００７０；３．中国恩菲工程技术有限公司，北京１０００３８）
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ＪＩＣｈｕｎｌｉｎｇ，ＷＡＮＧＣｕｉｌｉｎｇ，ＹＵＨｏｎｇｄｏｎｇ２
（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈＥｉｃｆｉｅｎｃｙＭｉｎｉｎｇａｎｄＳａｆｅｔｙｆｏｒＭｅｔａｌＭｉｎｅｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｎｄａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｒｉｎｇ，Ｂｅｒｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｙｒｏｆＭｉｎｅｒｌａＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｉＳｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｙ，ＢｇｅｒｉｎｇＧｅｎｅｒａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＭｅｔｌａｌｕｒｙ，ｇＢｅｒｉｎｇ１０００７０，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｈｉｎａＥＮＦＩＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３８，Ｃｈｉｎａ）
第３４卷第５期
２０１３年５月
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
Ｖｏ１．３４№ ．５
Ｍａｙ２０１３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
还原气氛中碱石灰与高铁铝土矿间的作用机理