第四章碱石灰烧结法生产氧化铝ppt课件.ppt

《第四章碱石灰烧结法生产氧化铝ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章碱石灰烧结法生产氧化铝ppt课件.ppt（180页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,Chongqing University of Science and Technology,碱石灰烧结法生产氧化铝,烧结法存在的原因：拜耳法虽然流程简单，能耗低，质量好。但受矿石品质的限制：只能处理优质铝土矿，矿石A/S要高，这是由原理所决定的。随着优质矿石的减少以及矿石品位的降低，烧结法优势渐显；烧结法可处理硅酸盐矿石；要求铝土矿的品位不高。特别是处理我国独特的一水硬铝石，可以获得较低的碱耗和较高的铝氧回收率。,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

2、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(Na2SO410H2O )烧结法;1916年提出石灰石+矿石的两成分烧结法;1936-1940年前苏联科学家对烧结法进行了完善和改进,日臻成熟。,Al2O3SiO2,NaAl(OH)4Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀,NaOH,Al2O3SiO2,Na2O.Al2O32CaO.SiO2,NaAl(OH)4Na2SiO2(OH)2+含硅化合物沉淀,NaOH or Na2CO3+CaO,Bayer法铝硅分离,Sinter法铝硅分离,碱石灰烧结法生产氧化铝,碱石灰烧结法的原理和基本流程 铝酸盐炉料烧结过程物理化学反应

3、 铝酸盐炉料烧结过程的工艺 铝酸盐熟料的溶出 铝酸钠溶液的脱硅 铝酸钠溶液的碳酸化分解,1. 碱石灰烧结法的原理和基本流程,碱石灰烧结法原理 将铝土矿与一定数量的纯碱、石灰(或石灰石)配成炉料在高温下进行烧结，是氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，将烧结产物(熟料)用稀碱溶液溶出时固体铝酸钠便进入溶液，铁酸钠水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。再用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝，经过焙烧后产出氧化铝。分离AH后的母液成为碳分母液，经过蒸发后返回配料。所以烧结法的碱也是循环使用的。,碱石灰烧结

4、法的原理,综上：高温焙烧把铝土矿中的Al2O3与加入的纯碱Na2CO3反应形成易溶于水或稀碱的固体铝酸钠(Na2OAl2O3)，同时使杂质硅、铁、钛等生成原硅酸钙(2CaOSiO2)、铁酸钠(Na2OFe2O3)、钛酸钙(CaOTiO2)等。用调整液溶出熟料中的Na2O与Al2O3，得到铝酸钠溶液，与进入赤泥的原硅酸钙、钛酸钙以及Fe2O3H2O等不溶性残渣分离。熟料的溶出液(粗液)进行专门的脱硅净化，脱硅后的精液碳分产出Al2O3。碳分母液蒸发浓缩后返回配料。,碱石灰烧结法的基本流程,基本流程的工艺过程和条件(九个工序，六个比)：九个工序：生料浆制备；熟料烧结；熟料溶出；赤泥分离及洗涤；粗液

5、脱硅；精液碳酸化分解；氢氧化铝分离与洗涤；氢氧化铝的煅烧；分解母液蒸发浓缩六个比：碱比(Na2CO3/Al2O3+Fe2O3)；钙比(CaO/SiO2)；铝硅比(A/S)；铁铝比(F/A)；生料浆液固比；溶出液固比,碱石灰烧结法的基本流程,几个关键：溶出时发生二次反应铝的溶出率降低(应避免)溶出后液固的快速分离与沉降铝酸钠溶液的脱硅两次脱硅铝酸钠溶液的碳酸化分解槽液的成分与碳酸化程度；分解温度蒸发与调整液的配置蒸发是一水碳酸钠大量结晶(影响热量传递)AH的煅烧清洁高热量利用,碱石灰烧结法的基本流程-工艺过程简述,生料浆制备： 将铝土矿、石灰或石灰石、碱粉、无烟煤以及碳分母液按一定的比例，送入原

6、料磨中磨制成生料浆，经过料浆槽的三次调配成各项指标合格的生料浆，送熟料窑烧结。配料是基础，同时为了消除流程中S的危害，配有一定数量的无烟煤。熟料烧结： 配合格的生料浆送入熟料窑内，在12001300的高温下发生一系列的物理化学变化，主要使氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，其它杂质化合成不溶性的盐，并且烧至部分熔融，冷却后成外观为黑灰色的颗粒状物料即熟料。,碱石灰烧结法的基本流程-工艺过程简述,熟料溶出：熟料经过破碎达到要求的粒度后，用稀碱液(生产上称为调整液)在湿磨内进行粉碎性溶出，有用成分AO和NO转入溶液，成为铝酸钠溶液，而杂质Fe、Ca、Ti、

7、SiO2则转入赤泥。赤泥分离与洗涤： 为了减少溶出过程中的化学损失，赤泥和铝酸钠溶液必须快速分离，为了回收赤泥溶液带走的有用成分AO和NO，将赤泥进行多次反向洗涤再排入堆场。,粗液脱硅： 熟料溶出过程中，原硅酸钙不可避免的与溶液发生反应，造成粗液中会有56 g/L的SiO2，这部分杂质将影响成品氧化铝的质量。为了保证产品质量，粗液必须进行专门脱硅处理，制成精液，使其中SiO2的含量降到0.2 g/L以下。脱硅后的固体产物称为硅渣。硅渣及其附液中含有相当数量的有用成分，所以要返回配料加以回收。精液碳分： 在碳酸化分解槽中进行，连续不断的往其中溶入二氧化碳气体，可以是铝酸钠溶液分解析出AH，生产上

8、称碳酸化分解，有部分精液要添加种子进行晶种分解，以制得种分母液，来提高精液的苛性化系数。,碱石灰烧结法的基本流程-工艺过程简述,碱石灰烧结法的基本流程-工艺过程简述,AH分离和洗涤：分解后的AH浆液送去沉降分离, 并按颗粒大小进行分级, 细颗粒做晶种, 粗颗粒经过洗涤后送去烧制AH。分离后的母液(有种分和碳分)送去蒸发浓缩后返回配料。AH焙烧： AH还有部分附着水合结晶水，在循环炉内经过高温脱水并进行一系列的晶型转变，制得AO。母液蒸发： 将分离后的母液(有种分和碳分)，在这里称为蒸发原液经过蒸发器浓缩为符合配料要求的蒸发母液返回配料适用。在蒸发过程中，又浓缩了流程中的水分，使液量保持了平衡，

9、避免了生产中液量的堵塞。,碱石灰烧结法,拜耳法,作业方便,流程简单,碱石灰烧结法与拜耳法比较,碱石灰烧结法和拜耳法比较，流程复杂，能量消耗大，投资和成本都较高，成品氧化铝的质量有时也差些。但是它可以处理SiO2含量较高的矿石(A/S比4)。在生产过程中消耗的是比苛性碱便宜的碳酸钠，并且更有条件实现原料的综合利用和制取多品种氧化铝。,2. 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应-烧结过程的目的与要求,烧结过程是烧结法的核心环节。原料经烧结过程制成熟料。烧结过程的主要目的在于将生料中的Al2O3尽可能完全地转变成可溶性的铝酸钠，氧化铁转变为铁酸钠，而杂质SiO2, TiO2转变为不溶性的原硅酸钙和钛酸钙

10、。烧结过程所得到的熟料在化学成分、物相和组织上都应符合一定的要求，具有适当的粒度、强度、气孔率和可磨性。,铝酸盐炉料烧结过程- 基本概念,熟料折合比 1吨氧化铝产品的熟料量 标准溶出率 AO和Na2O在最好的溶出条件下，溶出后不再损失的溶出率 熟料质量评价标准溶出率，熟料的物理化学性能，容重，块度，S2-含量 烧结过程的重要性车间投资1/3，成本1/2，能耗1/2,标准溶出率是评价熟料质量最主要的指标，烧结法厂要求熟料中A标 96%，N标 97% ，联合法厂相应为93.5%和95.5%。 除此之外，熟料的容重、块度和二价硫S2-的含量也是判断熟料质量的标准。熟料的堆积密度和粒度反映着烧结强度和

11、气孔率。堆积密度是用粒度为310 mm的熟料测定的，其值应为1.201.30(烧结法厂)或1.21.45(联合法厂)。熟料粒度应该均匀，大块的出现常是烧结温度太高的标志，而粉末太多则是欠烧的结果。熟料大部份应为3050 mm, 呈灰黑色，无熔结或夹带欠烧料的现象。这样的熟料不仅溶出率高，可磨性良好，而且溶出后的赤泥也具有较好的沉降性能。,铝酸盐炉料烧结过程- 熟料质评标准,我国工厂将熟料中的负二价硫S2-的含量规定为熟料的质量指标，长期的生产经验证明: S2-含量0.25%的熟料是黑心多孔的，质量好。而黄心熟料或粉状黄料，S2-含量小于0.25%。特别S2-含量小于0.1%的熟料，它们在各方面

12、的性能都比较差。砸开熟料观察它的剖面，就可以对熟料质量作出快速的有效的鉴别。,铝酸盐炉料烧结过程- 熟料质评标准,铝酸盐炉料烧结过程- 主要物理化学反应,进入湿磨工序的物料有铝土矿、苏打、石灰、硅渣、无烟煤以及蒸发浓缩后的碳分母液。这些物料的矿物成份是很复杂的，它包括有一水铝石、高岭石、赤铁矿、金红石、方钠石、水化石榴石、碳酸钙、氧化钙、碳酸钠以及硫酸钠等等。在高温下，它们朝着在此条件下的平衡物相转化。反应的平衡产物和同条件下的单体氧化物得到的平衡物相是一致的，达到相同的热力学稳定状态。因此当烧结反应充分进行时，可以把炉料看成是由Na2O, K2O, CaO, A12O3, Fe2O3, Si

13、O2, TiO2等单体氧化物组成的体系。,铝酸盐炉料烧结过程- 主要物理化学反应,总体目标:Al2O3 Na2OAl2O3 +aqNaAl(OH)4+aqFe2O3 Na2OFe2O3 +aqNaOH+Fe2O3+aqSiO2 2CaOSiO2 +aq TiO2 CaOTiO2 +aq,铝酸盐炉料烧结过程- 主要物理化学反应,Al2O3的行为；SiO2的行为；Fe2O3的行为；MgO的行为和TiO2的行为；硫的危害和防治；氟化物的影响；Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系；CaO Al2O3 SiO2系;机理和影响因素,铝酸盐炉料烧结过程- Al2O3的行为,烧结过程

14、可能存在的含Al2O3物相：Na2OAl2O3;0.6Na2OAl2O3; Na2O11Al2O3; (Al2O3)C3A5 (CA2), C3A, C12A7, CA (高温),铝酸盐炉料烧结过程- Na2OAl2O3 的形成,反应：Al2O3+Na2CO3Na2OAl2O3+CO2G=148.06+0.00544TlnT-0.0205T, kJ/mol形成条件：温度：500700开始，800完全，升温加速，11001小时内完成；Na2CO3/Al2O3 1（过量的Na2CO3不分解）,铝酸盐炉料烧结过程- 0.6Na2OAl2O3 的形成,中性或弱氧化性气氛下可能制得0.6Na2OAl2O

15、3, 而在强氧化性气氛中只能获得Na2OAl2O3,铝酸盐炉料烧结过程- Al2O3的形成,性质:不溶于水及稀碱溶液反应:11 Na2OAl2O3 Na2O11Al2O3 (Fe2O3)+ 10Na2O形成条件:温度高于1300, 发生上述反应;Na2CO3/Al2O3 1, Na2O不足以和全部Al2O3 形成Na2OAl2O3 ;温度升高和有还原剂存在时加剧,1300,氧化铝溶出率降低,铝酸盐炉料烧结过程- 铝钙化合物的形成,同时制备铝酸钠和铝酸钙的炉料烧结过程不合 理, 因两种物质溶出制度大不相同。 溶出铝酸钙：Al2O3浓度5060 g/ L 溶出铝酸钠：Al2O3浓度 120 g/L

16、, Na2OC40 g/ L 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Na2OAl2O3,铝酸盐炉料烧结过程- SiO2的行为,为达到铝硅分离的目的，SiO2应转变为高温下不与Na2O及Al2O3相互作用，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：CS(偏硅酸钙)；C3S2 (二硅酸三钙) ；C3S (硅酸三钙);C2S (原硅酸钙) ；,铝酸盐炉料烧结过程- SiO2的行为,只有原硅酸钙2CaOSiO2满足要求；含钙较少的硅酸钙（CS，C3S2）高温下与NA(固体铝酸钠)反应：4CS+N

17、ANAS2+2C2SC3S不稳定，稳定区很小。冷却时分解为NA、C2S、CaO。游离的CaO在溶出时与铝酸钠溶液反应生成水合铝硅酸钙沉淀，既造成AO的损失，又使赤泥浆液难以分离。,铝酸盐炉料烧结过程- SiO2的行为,铝酸盐炉料烧结过程- 原硅酸钙的行为,原硅酸钙有六种同素异构体 H L H L 稳定性次序(依此降低)： C2S C2S HC2S转变温度（依此降低）： C2S C2S C2S,铝酸盐炉料烧结过程- 原硅酸钙的行为,铝酸盐炉料烧结过程- 原硅酸钙相变特性,冷却过程中SiO2 SiO2 体积膨胀，熟料自粉碎；许多物质阻碍上述相变，包括可与SiO2形成固溶体，或在冷凝时成为玻璃相将之

18、包裹；Fe2O3含量很高的熟料，由于其中溶解有Fe2O3和Na2O, 主要以 C2S, B2O3也有此作用；温度过低，时间过短，配钙不足可能导致- C2S出现。,铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3的行为,反应：Fe2O3+Na2CO3Na2OFe2O3+CO211 Na2OFe2O3Na2O11Fe2O3(Fe2O3) + 10Na2O形成条件：温度： NF从500700 开始, 比生成铝酸钠的速度更快，在1000下1小时内完成；Fe2O3由NF在1345 高温分解而致。,900 ：Al2O3+Na2OFe2O3Na2OAl2O3+Fe2O3(置换)烧结温度范围内(12001300)此反应进行彻

19、底。,铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3的行为,铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3的行为,铝酸盐炉料烧结过程- 碱比对Fe2O3形成的影响,铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3与CaO的反应产物,配钙足量：2CaOFe2O3；配钙不足： 2CaOFe2O3 +Fe2O3 CaOFe2O3 ;2C2F+NA C4AF+NF; （铁含量过高，配钙充足时， Al2O3）4CF+NA NF+ C4AF+2F F+NA Na2O 11(Al,Fe)2O3 （铁含量过高，配钙不足时， Al2O3， Na2O,铝酸盐炉料烧结过程- Fe2O3对溶出率的影响,铝酸盐炉料烧结过程- TiO2的行为,TiO2在烧结过程的

20、最终产物是钙钛矿，不再参与反应；配制炉料时，CaO的配入量应该同时满足SiO2和TiO2所需的CaO量。TiO2可与Na2O和K2O形成低熔点化合物，也可与熟料中的基本组成形成低温共晶或固溶体，从而影响烧结过程；,铝酸盐炉料烧结过程- MgO的行为,当碱和石灰配量不足时, 在熟料中可能生成尖晶石(MgOAl2O3)和堇青石(2MgO2Al2O35SiO2);当石灰中MgO7%时, MgO和C2S相互作用生成镁蔷薇辉石(C3MS2)和CaO, 但在1200的高温下对熟料无影响; 若熟料中C3MS2 50%, 炉料熔点降低, Al2O3，Na2O 钙镁橄榄石(CMS)和镁蔷薇辉石(C3MS2 )可

21、发生下述反应: CaOMgOSiO2+Na2OAl2O3=Na2OCaOSiO2+MgOAl2O3同时存在K2O和MgO时, 由于生成KMS5-KAS4系固溶体, 炉料熔点降低, 烧成温度范围变窄, Al2O3 ， Na2O;,铝酸盐炉料烧结过程-硫的危害和防治,危害:所有S形成Na2SO4而损失碱: 3.4 Kg-Na2CO3/Kg-S;Na2SO4 与Na2CO3形成低熔点共晶(826): 降低Na2CO3活度; 阻碍CaO参与反应; 烧结带后部形成烧结圈, 在冷却机内或入口处凝结析出，运转不能正常;增大物料流量;蒸发过程Na2SO4 与Na2CO3呈复盐析出, 影响蒸发作业。,铝酸盐炉料

22、烧结过程-硫的危害和防治,防治措施:限制S的来源：煤中S1%, 铝土矿中S0.7%;从流程中排硫:生料加煤形成FeS(入赤泥)和Na2S(入液相)，可有效防治氧化铁和硫的危害。在分解带全部还原，但料层表面的二价硫化物在烧结带和冷却带又被氧化；窑尾废气温度高，热耗大；高燃点还原剂（如废阴级碳块）可减轻此缺点。,铝酸盐炉料烧结过程-氟化物的影响,添加氟化物可降低烧成温度，扩大烧成温度范围，从而提高熟料质量和窑产能；在烧结高铁赤泥炉料时，可降低含水铝硅酸钠的脱水温度，降低石灰石的分解温度，加速液相形成，强化主要矿物生成过程，促进C4AF的分解和SiO2 SiO2的转变, 有利于溶出过程。,铝酸盐炉料

23、烧结过程-氟化物的影响的机理,F-、O-的离子半径相近，F-可进入铝硅酸盐晶格中，使之松动和活化，从而有利于内扩散和降低反应的活化能；氟化物可以与其它组分形成低溶点化合物或共晶，降低粘度，从而可促进外扩散。,铝酸盐炉料烧结过程- Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系,Na2O-Al2O3-Fe2O3-SiO2系Na2OAl2O3-2CaO SiO2系Na2OFe2O3-2CaO SiO2系Na2OAl2O3Na2OFe2O3 2CaO SiO2系,铝酸盐炉料烧结过程- Na2O-Al2O3-Fe2O3-SiO2系,属两成分烧结（铝土矿+苏打）；用于个别并联法厂或热法苛

24、化补碱；熟料中物相有： Na2OAl2O3 Na2OFe2O3 Na2OAl2O3 2SiO2 溶出时先溶解，再以水合铝硅酸钠形式析出。理论上碱耗和Al2O3溶出率与拜耳法相同。,铝酸盐炉料烧结过程- Na2OFe2O32CaO SiO2系,铝酸盐炉料烧结过程- Na2OAl2O32CaO SiO2系,铝酸盐炉料烧结过程- Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系,铝酸盐炉料烧结过程- Na2O Al2O3Na2O Fe2O3 2CaO SiO2系,由于更易形成三元化合物, 成分靠近C2S-NF区一侧的熟料溶出率明显降低；NF含量高的熟料中，除生成NA-NF固溶体外，还单

25、独存在NF，从而易形成三元化合物，炉料熔点低，烧结困难。,铝酸盐炉料烧结过程- CaO Al2O3SiO2系,适应于石灰烧结法石灰熔炼法（Perderson法）：电炉内同时制取生铁和铝酸钙；上述方法优点：原料丰富；炉料不需配碱；渣易用于制备水泥；缺点：温度高；物料中Al2O3含量低；物料流量大，渣易变性。,铝酸盐炉料烧结过程- CaO Al2O3SiO2系,铝酸盐炉料烧结过程- CaO Al2O3SiO2系,C2AS的出现将导致溶出率降低； 为了避免在熟料中出现C2AS，炉料成分应选择在a F线段上（1.3148%，-C2S缓慢冷却转变为 型，由于体积膨胀熟料自粉化。,铝酸盐炉料烧结过程- 固

26、相反应机理,区别于熔炼过程，烧结属固相反应。固相反应速度决定于内扩散和外扩散；温度升高，晶体内质点振幅增大，跃入同晶粒内相邻质点的位置，导致固相反应。此为内扩散；两种物质烧结时，反应产物在熔点高的物质上生成，较低熔点的物质通过外扩散（两晶粒间的扩散）迁移直产物表面然后由内扩散达反应表面；纯固相反应速度慢，液相的出现使之加速，因为溶解扩散成分而加速外扩散。,铝酸盐炉料烧结过程- 烧结过程反应序,400700水合物脱水, 且开始形成NA-NF固溶体,高岭石脱水后与苏打反应形成NA和NS；750800石灰石分解；750900：Al2O32SiO2+Na2CO3=Na2O Al2O3 2SiO2+CO

27、2Na2O Al2O3 2SiO2 +2CaO= Na2O Al2O3 SiO2 +2CaO SiO2 Na2O Al2O3 SiO2 +2CaO= Na2O Al2O3 +2CaO SiO2 更高温度下反应加速；缓慢加热，以保持新生产物活性和中间反应的完全。缓慢冷却可促使C2SC2S,铝酸盐炉料烧结过程- 烧结温度范围,烧结温度范围=T2-T1,铝酸盐炉料烧结过程-碱石灰铝土矿生料浆配制,在生产实践中，要做到“优质高产、低消耗”，归纳出的一条经验是:“烧结是关键，配料是基础”。只有制配出合格的生料浆，才能烧结出高质量的熟料。因此生产部门十分重视生料浆的配制，制定出三次配矿，三次调整的配料制度

28、。所谓炉料配方是生料浆中各种氧化物含量所应保持的比例。它对于炉料的性质、烧结进程和熟料质量有着决定性的影响。,铝酸盐炉料烧结过程-碱石灰铝土矿生料浆配制,炉料配方的选择应该以保证烧结过程的顺利进行，制取高质量的熟料，并且节约原料 (碱和石灰)和燃料为原则。要使烧结过程顺利进行，关键在于使炉料具有比较宽阔的烧结温度范畴。它是标志炉料性质，影响烧结进程和熟料质量的一项重要指标。 在确定炉料配方时，要综合考虑原料特点、烧结制度以及熟料溶出工艺等各个方面。由于配方受多种因素的影响，目前主要是通过实验来确定最宜配方的。,铝酸盐炉料烧结过程-碱石灰铝土矿生料浆配制,七项指标：铝硅比 A/S铁铝比 F/A碱

29、 比 N/(A+F)钙 比 C/S水 份固定碳含量干生料的细度,饱和配方：碱比=1 钙比=2高碱比：熔点高，烧结温度范围宽。但碱量大，且多于NF和NA用碱时 Na2CO3+2CaOSiO2=Na2OCaOSiO2+Ca O+CO2低碱比：A和N不能完全转变为NA和NF，生成C2AS，C4AF等系列三元化合物；高钙比：游离CaO存在；低钙比：NAS2不能完全分解。,铝酸盐炉料烧结过程-碱石灰铝土矿生料浆配制,铝酸盐炉料烧结过程-碱石灰铝土矿生料浆配制,低碱高钙配方（ Fe2O3含量低）配方所允许的波动范围是根据原料配制的操作水平确定的。由于燃料带入灰分以及一些作业因素(如各种氧化物的灰尘损失率不

30、同)等原因，生料和熟料之间的碱比和钙比存在差值K1和K2,低碱高钙配方原因： 采用上述配方能够得到质量最好的熟料是由于我国矿石中Fe2O3量较低(与国外不同)，熟料中只有部份Fe2O3以Na2OFe2O3状态存在。4CaOAl2O3Fe2O3，在熟料中呈稳定相，在生料掺煤的情况下，一部份Fe2O3还原成FeS和FeO。如果碱比等于1，在烧结过程中，多余的Na2O便生成Na2OCaOSiO2造成Na2O的损失。关于钙比，研究结果表明，C2S和CaOTiO2在熟料中都是稳定相，而钙比是以CaO对SiO2的分子比表示的，熟料中常含11.5%的TiO2，也可能出现一些其它的含钙化合物，综合这些因素的影

31、响，钙比为2.02.03时的效果最好。 生产实践充分证明，采用这种低碱高钙配方比饱和配方，Al2O3和Na2O的溶出率高出0.51.0%，而且烧成温度范围比较宽阔。,铝酸盐炉料烧结过程-碱石灰铝土矿生料浆配制,3. 铝酸盐炉料烧结过程的工艺-烧结窑的设备系统,将碳分母液蒸发到一定浓度后，与铝土矿、石灰、补充的碳酸钠以及其它循环物料(如硅渣)一同加入管磨，混合磨细后经调整配比制成合格的生料浆送入回转窑中，进行湿法烧结。湿法烧结具有以下优点: 可以利用窑气的热量蒸发碳分母液中的水分，无须在蒸发器内将含水碳酸钠结晶析出; 采用湿磨，即可提高磨的效率，又不必将物料烘干，料浆可以用泵输送减轻环境的污染，

32、便于将生料浆成分准确调配，保证成分稳定，有利于窑的运转等。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-烧结窑的设备系统,近年来，由于对节能提出越来越高的要求，干法烧结又得到了重视，而且在技术和设备上也有了新的发展。但是在碱石灰铝土矿炉料的烧结法中，碱溶渣是循环使用的，对于熟料的质量要求严格，它的烧结过程日前仍是用湿法烧结进行的。 碱石灰铝土矿炉料烧结窑的设备系统如图4-4所示。 目前用于炉料烧结的窑型式有三种。直筒型，一端扩大型和两端扩大型。窑的规格也不一样。用于霞石炉料烧结的最大回转窑为5.0185 m。 碱石灰铝土矿炉料烧结窃的设备系统除窑体本身外，还包括有饲料、窑灰收集及回饲、燃料燃烧与熟料冷却系统。,

33、铝酸盐炉料烧结过程的工艺-烧结设备,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-烧结设备系统组成,熟料窑的饲料系统；熟料窑的收尘系统；燃料燃烧系统；熟料冷却机系统。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的饲料系统,流入法: 设备简单, 易调控, 动力消耗少。但产能小，易结圈，要求L/D30；喷入法:产能大, 结圈少，L/D20。但设备复杂， 动力消耗大。喷雾装置：单枪喂料多枪喂料刮料器：,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的收尘系统,垂直烟道： 60%旋风收尘器：92%电收尘： 98%,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的收尘系统,垂直烟道： 重力沉降: 利用重力沉降作用使粉尘沉落而收集。适用于收集粒径50m的粉尘。,

34、第十二章 收尘设备,旋风收尘器的工作原理,当含尘气体由进气口以较高的速度(一般为1225 m/s)外圆筒的切向进入外圆筒后，形成旋转运动，由于内外筒体及顶盖的限制，逼迫气流在其间由上向下作螺旋线形的旋转运动，称为外旋流。含尘气流旋转运动过程中，产生很大的离心力。由于固体尘粒惯性力比气体大很多，被甩向筒壁失去能量沿壁滑下，与气流逐渐分离，在外圆筒壁下部形成料粒浓集区，经排灰口进入储灰箱中。旋转下降的外旋流沿锥体向下运动时，随着圆锥的收缩而向收尘器中心靠拢，旋转气流进入排气管半径范围附近。由于下面呈密封状态而迫使气流开始旋转上升，形成一股自下向上的螺旋线运动气流，称为内旋流，也称核心流，最后净化气

35、体经排气管向外排出。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的收尘系统-旋风收尘,要点：1、含尘气体以较高的速度（1225 m/s）切向进入旋风筒。2、依靠惯性离心力使粉尘从气体中分离出来。3、收尘器内存在两种主要旋流：内旋流与外旋流。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的收尘系统-电收尘,在高压直流电场内，使粉尘颗粒带电，在电场力作用下，使粉尘沉积并收集下来，如卧式电除尘器、立式电除尘器。适用于粒径0.01m粉尘的收集。,工作原理 利用高压静电进行气、尘分离。 电场内设计有线状的放电极(阴极)和板状的收尘极(阳极)，当电极间加上直流高压后，放电极周围局部区域的电场强度使气体电离，生成电子和正、负离子

36、。其中正离子很快到达放电极中和，而大量的电子和负离子在电场力的作用下向收尘极方向运动，这就是电晕放电和电晕电流。,当含尘气体通过电极间的通道时，电晕电流中的电子和负离子(正离子由于其作用区域很小，绝大部分粉尘靠电子和负离子吸附)就会吸附到粉尘上，使粉尘荷电。荷电的粉尘在电场力的作用下向收尘极运动，最后沉积在收尘极板上并将电荷释放出来。当粉尘沉积到一定厚度时，通过振打装置将粉尘清入灰斗排出，完成了分离过程。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的收尘系统-电收尘,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的收尘系统-电收尘,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-燃料燃烧系统,煤磨系统一次风：窑头鼓风二次风：窑尾排风 通过

37、调节一次风和二次风的量可以改变火 焰的位置和形状。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料冷却机系统,筒体：扬料板：强化热交换喷水装置：强化冷却，保护筒体炉栅：防止大块熟料进入冷却机而损坏 扬料板,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点,熟料窑有一定的斜度和转速，熟料窑中的炉料，在从窑的冷端向热端运动的过程中逐步加热，经过烘于、预热、分解、烧结和冷却几个阶段，完成一系列的物理化学变化后，成为熟料出窑。由于动力学条件的限制，炉料不是在所有温度下都接近于它的平衡状态，而是在同一时间内重叠地进行许多反应。但是，炉料在窑内的反应仍然表现一定的阶段性。为了便于分析炉料在窑内发生的物理化学反应，常常按炉料在各

38、段发生的变化以及传热方式的特点，从窑尾到窑头将窑划分为五个带。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点,烘干带；预热带；分解带；烧结带；冷却带。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点,1. 烘干带 通常也就是刮料器所占据的那段长度，一般为1012 m。在烘干带窑气温度由800 降低到250，而炉料由80左右加热到150左右，料团中的水分降低到1012%。生料浆喷入窑内后，经雾化并落下来与回饲窑灰混合，脱除其中80%左右的附着水。产生大量的水蒸气随同窑气将大量窑灰挟带出窑，窑灰经收尘后，返饲回窑，构成窑灰的循环。熟料窑的窑灰循环量达到干生料量的两倍，对于强化料浆的烘干和防止泥浆圈的生成

39、起着非常有效的作用。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点,2. 预热带 窑气温度由1200 降至800 ，炉料由150 被加热到600 左右，除继续脱掉残留的附着水外，其主要作用是脱除物料的结晶水。在此带炉料中的硫酸钠开始被还原为硫化物。炉料出现膨胀现象。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点,3. 分解带 窑气温度由1500以上降至1200左右，炉料由600被加热到1000以上。此带主要作用是各种碳酸盐加热分解，Na2CO3与A12O3, Fe2O3及A12O32SiO2急烈反应生成Na2OA12O3, Na2OFe2O3和Na2OA12O32SiO2等化合物。炉料在此带以粉末

40、状态存在，体积膨胀程度最大，所以物料移动速度较快。以后由于Na2SO4熔化和某些中间化合物低温共晶熔体的生成，炉料体积开始收缩。 当生料掺煤时，出分解带的炉料中SO42-的含量达到最大。炉料中氧化铝的溶出率可达7080%。氧化钠的溶出率可达8090%。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点,4. 烧成带 一般认为烧结带就是窑内火焰所占据的那一段窑体，大体上相当于挂有窑皮的长度。窑皮是窑投产时特意提高温度，增加炉料中的熔体数量，使之黏附在耐火砖上的熟料层，它起着保护耐火砖不受炉料及窑气侵蚀和磨损的作用。在此带空气温度可达1500以上，炉料温度在1250。这里发生的主要的化学反应是CaO分解

41、Na2OAl2O32SiO2并生成NA和C2S。由于温度高，炉料中的液相增多，反应速度加快。在此之前出现的一些中间化合物都急剧地向其平衡物相转变。烧结产物的晶体也渐趋完整，并得到长大。 在生料掺煤的情况下，烧成带的温度高。这一带过剩空气系数也较大，保持着氧化性气氛，炉料中在此之前生成的S2-又部分地氧化为SO42-，使脱硫效果降低。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点,5. 冷却带 从窑皮前端到窑头的一段为冷却带，熟料由烧结带进入此带被二次空气和窑头漏风冷却，逐渐冷却到1000左右经下料口排入冷却机。为了使熟料不因骤冷而降低质量，在窑头筑成挡料圈或使火焰的位置略伸向窑内，以保证熟料在1

42、000左右的条件下缓慢冷却。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-熟料窑的作业特点,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,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。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,1） 铝硅比 铝硅比对烧结温度和烧结温度范围的影响很大。实验给果表明，烧结温度随炉料中铝硅比的降低而降低。生料中A/S增大时，相应的Fe2O3的含量减少，铁酸钠及原硅酸钙含量减少，导致烧成温度升高，生产上称为“生料子吃火”，在一定生产条件下易出现欠

43、烧结料黄料；相反，当A/S降低，物料虽易烧结，但烧结温度范围也变窄，除造成熟料窑操作紧张外，还造成熟料窑的烧结带容易结圈，下料口易堵塞等生产故障。因此，烧结时希望熟料铝硅比适当地高一点。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,铁铝比(摩尔比) 炉料烧结温度随着铁铝比的提高而下降。因为铁铝比高，炉料中含氧化铁多，生成低熔点的固溶体增加。在生产中要求炉料有一定的铁铝比，这样既有利于熟料烧结成块，同时也利于熟料窑挂窑皮的操作。生产实践经验表明，炉料铁铝比在0.070.10范围较好。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,碱比、钙比 烧结温度随碱比增大而升高，碱比为0.9左右时，烧成温

44、度范围变得很窄，不好烧结。烧结温度随钙比升高而降低，但降低不明显。然而炉料的碱比和钙比是由保证有用成分的最大溶出率来决定的。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,4) 生料中的硫酸钠 由于硫酸钠是低熔点化合物，炉料中硫酸钠多，使烧结温度降低和烧结温度范围变窄。,从以上所述可知，保证炉料的适当成分是制取优质熟料的重要前提，同时也是稳定熟料窑生产的首要条件。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,2. 烧结温度 适宜的烧结温度主要决定于炉料成份。当烧结温度过低时，化学反应进行不完全，出现欠烧现象，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

45、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。因此在生产上应力求控制在正烧结温度。(一般适宜的烧结温度:12001260),3. 烧结时间 烧结过程需要一定的时间。在生产实践中，由于熟料窑的长度一定，斜度一定，物料在烧结带停留时间的长短是由熟料窑的转速来控制的。如果熟料窑的转速太快，使物料在烧成带的停留时间少于物料反应所需要的时间，就会造成熟料“欠烧”而影响质量；如果转速太慢，将降低窑的产能

46、。 一般来说窑的转速控制在22.5转/分。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,4. 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份，有时还含有相当数里的硫化物。灰份主要由Al2O3、SiO2、CaO和Fe2O3组成。而且SiO2的含量常常在50%以上。灰份中各成分直接落到炉料中与苏打、石灰反应。因此配料时必须考虑进入熟料中灰份的数量及其组成。同时也要考虑硫所造成的碱损失，采取相应的措施。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,5. 炉料的粒度和混合程度 炉料烧结时的物理化学反应主要是在固态下进行，仅在结

47、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。 影响最佳磨细程度的因素很多，主要是烧结温度和时间以及原料的性质等，一般要求炉料中的固体在 0.125 mm筛上的残留量在12%以下。 当炉料混合不好，使各个组分分布不均匀，熟料质量也因而下降。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-影响炉料质量的因素,6. 熟料窑的操作 熟料窑的操作既要稳定，又要根据各方而情况的变化及时地审慎进行调节。在目前熟料窑的作业还难以实行自动控制时，窑的操作具有高度的技艺。在充分掌握工艺知识、设备特性和生产状况的基础上才能很好地驾驭窑的运转。 总之，熟料的质量是受到大量因素的影响，须要充分地发挥工人的作用

48、，调动各方面的极积作用才能取得良好的效果。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-提高窑产能和降低热耗的途径,在烧结过程中，应在保证熟料质量的前提下，尽可能地提高窑的产能和降低熟料的热耗；在大多数情况下，两者是可以同时实现的。 窑的产能通常以窑的单位体积或单位表面积的熟料产量表示。熟料热耗则以每吨或每千克熟料所耗费的热量表示。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-提高窑产能和降低热耗的途径,降低生料浆含水率 扩大窑体直径 提高窑的发热能力 提高冷却机的冷却效果 生料掺煤 选择窑的最佳作业制度 提高窑的运转率,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-提高窑产能和降低热耗的途径,降低生料浆的含水率 由熟料窑热平衡计算数据可以看出，生

49、产1吨氧化铝，仅在烧结过程的能耗就已超过了整个拜耳法的能耗，而化学反应所耗的热量只占燃料燃烧热量的1217%, 其余的热量主要是蒸发料浆水分所消耗的热量以及由熟料和废气带走的热量。料浆中的大量水分使窑的产能降低，同时也增加了废气量。当料浆含水量由40%增加到41%，则每吨熟料需要蒸发的水量约增加55千克，热耗约增加15 万kJ。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-提高窑产能和降低热耗的途径,采用三效蒸发器蒸发相同的水分所需热量不到在窑内所耗热量的1/3，而且冷凝水可以利用。因此，在保证料浆流动性的前提下，应尽可能地降低其水分含量。磨制生料浆的添加某些表面活性物质(如风化煤)是可以达到这一目的的。,铝酸

50、盐炉料烧结过程的工艺-提高窑产能和降低热耗的途径,扩大窑体直径 熟料窑通常带有扩大的热端或冷端。冷端扩大后便于安装喷枪或挂链，延长雾化物料处于悬浮状态的时间，加强窑的烘干能力。热端扩大则能提高火焰或窑气的辐射能力。扩大预热分解带的直径，也有利于安装各种类型的换热器和扬料器，强化传热过程。因此现在新建的窑大多是前后直径一致的直筒型。这种类型的窑便于制造，安装和维护。窑的直径与窑的长度是相关的，处理不同的物料的熟料窑有其最宜的长径比。,铝酸盐炉料烧结过程的工艺-提高窑产能和降低热耗的途径,3. 提高窖的发热能力 窑有足够的发热能力，才有提高产能的前提，窑的发热能力Q为： 要提高窑的发热能力，须从增