氧化铝熟料溶出过程中碳酸钠的行为.pdf

2 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 氧化铝熟料溶出过程中碳酸钠的行为 任根宽 宜宾学院化学化工系，四川宜宾6 4 4 0 0 0 摘要石灰石烧结法提取氧化铝的熟料中含有少量8 2 C a O S i O ，而p - 2 C a O S i O 被N a C O 。分解，其 分解产物又与N a A I O H 。发生相互作用，生成水合铝酸钙，造成氧化铝的损失} 二次反应过程生成 C a O H 使赤泥沉降性能下降；随着p - 2 C a O S i O 。分解产生N a S i O 。增加，增加脱硅的难度。通过实 验研究表明碳酸钠浓度控制在7 ％～9 ％，能够有效的抑制p - 2 C a O S i O 。分解，改善赤泥的性能，减少 溶出液中硅含量，提高氧化铝的溶出率。 关键词碳酸钠；赤泥；沉降性能；熟料 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 1 2 0 0 9 0 4 一0 0 2 0 0 3 B e h a v i o ro fS o d i u mC a r b o n a t ed u r i n gL e a c h i n gP r o c e s so fA l u m i n aS i n t e r R E NG e n k u a n D e p a r t m e n to fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，Y i b i nU n i v e r s i t y ，Y i b i n6 4 4 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t A l u m i n as i n t e rw i t hs i n t e r i n gm e t h o do fl i m e s t o n eh a sp d i c a l c i u ms i l i c a t e ，p - d i c a l c i u ms i l i c a t ei s d e c o m p o s e db ys o d i u mc a r b o n a t e ，d e c o m p o s i t i o np r o d u c tw i l lr e a c tw i t hs o d i u ma l u m i n a t et Oh y d r a t e dc a l c i u ma l u m i n a t e s ，t h el o s so fa l u m i n aw a sc a u s e d ；s e d i m e n t a t i o np r o p e r t yo fr e dm u dl o w sw h e nc a l c i u m h y d r o x i d ee n g e n d e r e di nt h es e c o n d a r yr e a c t i o n s ．d e s i l i c o n i z a t i o np r o c e s sb e c o m e se v e nm o r ed i f f i c u l ta s s o d i u ms i l i c a t eo fd e c o m p o s i t i o np r o d u c ti n c r e a s e s ．T h ee x p e r i m e n t a ls t u d ys h o w st h a tw h e nt h es o d i u mc a r b o n a t e c o n c e n t r a t i o ni st ob ek e p ta t7 ％～9 ％，p d i c a l c i u ms i l i c a t ed e c o m p o s e dc a nb ee f f e c t i v e l yc u r b e d ，s e d i m e n t a t i o n p r o p e r t yo fr e dm u di si m p r o v e d ，s i l i c o nc o n t e n ti sl o w e d ，l i x i v i a t i o nr a t eo fa l u m i n ai si n c r e a s e d ． K e y w o r d s S o d i u mc a r b o n a t e ；R e dm u d ；S e d i m e n t a t i o np r o p e r t y ；A l u m i n as i n t e r 粉煤灰为原料采用石灰石烧结法生产氧化铝。 熟料溶出是生产关键工序之一。烧成的熟料中 A l 0 3 主要转化为1 2 C a O 7 A 1 2 0 。和C a O A l 0 。，而S i O 大部分转化为y - 2 C a O S i 0 2 。用 N a 2 C 0 3 溶解熟料时，1 2 C a O 7 A l 。0 。和C a O A l O 。转化为N a A l O H ．转移到溶液中，而7 2 C a O S i O 不能被N a C O 。分解，滞留在赤泥中， 从而实现了硅与铝分离[ 1 3 。但是在熟料煅烧过程， 由于含有V O 。、F e O 。、K O 化合物，成为高温晶型 p ．2 C a O S i O 。的稳定剂，在冷却过程，抑制3 - 2 C a O S i 0 2 向7 - 2 C a O S i 0 2 转化比] ，使3 - 2 C a O S i 0 2 在熟料中或多或少保留下一部分。而这种物质处于 作者简介任根宽 1 9 7 2 - - ，男．内蒙古商都人，硕士。讲师。 介稳状态，化学稳定性较差，在熟料溶出过程中易于 与N a C O 。相互作用，使已经溶解出来的A l z O 。重 新析出，而且当溶出过程控制条件控制失当时 尤其 是N a C O 。用量 ，就会造成A I 。0 。大量损失[ 3 ] ，赤 泥的沉降性能下降，溶液中S i O z 含量增加，给铝酸 钠溶液的脱硅难度加大。因此，在氧化铝溶出过程 必须控制适量的N a 。C O 。浓度，对氧化铝生产是十 分必要的。 1溶出液中碳酸钠的作用 1 ．1 碳酸钠在溶出过程对铝酸盐的作用 石灰石烧结熟料中1 2 C a O 7 A I z O s 和C a O 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 2 1 A l 0 。用N a O H 溶液溶出时都将转变为水合铝酸 钙沉淀，只有用N a C O 。溶液才能使其中的氧化铝 转变为可溶性N a A l O H 。进入溶液。溶出反应如 下‘卜5 。 C a O A 1 20 3 N a 2 C 0 3 a q - “ 2 N a A l O H 4 C a C 0 3 a q 1 1 2 C a O 7 A 1 20 3 1 2 N a 2 C 0 3 a q 一1 2 C a C 0 3 1 0 N a 0 H 1 4 N a A l 0 H 4 a q 2 由反应式 1 和 2 可以看到，在熟料溶出过程 中添加N a 。C O 。用量必须能够满足铝酸盐完全转化 为N a A l O H 。的要求。 1 ．2 碳酸钠在溶出过程中对2 C a O S i 0 2 的作用 p 一2 C a O S i O 。在N a A I O H ．溶液中将会被 N a 2 C 0 。分解，反应如下[ 6 ] 2 C a O S i O z 2 N a 2 C O j a q 2 C a C 0 3 N a 2 S i 0 3 2 N a 0 H a q 3 2 C a O S i 0 2 2 N a A l O H 4 2 N a 2 C 0 3 a q N a 2 0 A 1 2 0 3 2 S i 0 2 n H 2 0 4 N a O H 2 C a C 0 3 a q 4 反应方程式 3 和 4 最终生成的产物钠硅渣 N a 2 0 A 1 2 0 3 2 S i 0 2 n H 2 0 ，造成A 1 2 0 3 和 N a O 损失，同时反应过程生成可溶性N a S i o a ，使 溶出液中的硅含量升高，增加了脱硅的难度，所以从 这一点讲溶液中N a C 0 。越低越好。 但反应式 3 和 4 生成N a O H ，提高溶液的苛 性比，增加了二次反应程度，其反应如下[ 7 ] 2 C a O S i 0 2 2 N a O H a q 一2 C a O H 2 N a 2 S i 0 3 5 时，会使全部赤泥产生溶剂化作用，导致赤泥变性和 膨胀现象发生，增加赤泥的黏性，降低赤泥的沉降性 能，增加了A l 。0 。损失[ 8 ] 。为了消除C a 0 H 。对 氧化铝生产带来的危害，常需要一定量N a z C O 。在 溶液中进行苛性化反应，其反应如下 N a 2 C 0 3 C a O H 2 a q C a C 0 3 N a O H a q 9 由反应式 9 可以看到，苛性化反应降低溶液中 C a O H 。浓度，减少了水化石榴石生成速度，在相 同的时间内，使水化石榴石的生成数量减少，减少溶 出过程氧化铝的损失。但是苛性化反应提高了溶液 中N a O H 的浓度，加强了溶液对原硅酸钙的分解和 脱硅作用，使二次反应损失增加，因此看来控制一定 量的N a 。C 0 。浓度对减少A l 0 。损失是非常必要 的。 ’ 1 ．4 碳酸钠在溶出过程中对水化石榴石分解作用 二次反应产物3 C a O A 1 2 0 3 x S i 0 2 y H 2 0 可以被N a 2 C 0 3 分解[ 9 。，其反应如下 3 C a O A 1 2 0 3 x S i 0 2 y H 2 0 3 N a 2 C 0 3 a q 3 C A C 0 3 2 一x N a A l O H 4 x ／2 N a 2 0 A 1 2 0 j 2 S i 0 2 y H 2 0 4 N a O H a q 1 0 根据3 C a O A 1 2 0 3 x S i 0 2 y H 2 0 中的氧化 铝重新进入返回溶液，提高了A l 。o 。溶出率，并且 N a 2 C O 。浓度和数量的增加也加速2 C a O S i O 分 解，加剧原硅酸钙的分解，促进钠硅渣的生成，导致 A l 。0 。损失量增加D o ] ，因此控制一定量的N a 2 C O 。 浓度对水化石榴石的分解及其抑制其生成具有重要 的意义。 2 C a O ．H ’2 2 N a A ‘o H ’4 a q 2⋯ 2 溶出液中碳酸钠浓度的控制 3 c a O A 1 2 0 。6 H 2 0 2 N a O H 6 ⋯⋯、’一⋯～7 ⋯一⋯一’‘1 3 C a O A l z 0 3 6 H 2 0 x N a 2 S i 0 3 a q 3 C a O A 1 2 0 3 x S i 0 2 - y H 2 0 2 x N a O H a q 7 2 C a O H 2 2 N a A l 0 H 4 x N a 2 S i 0 3 a q 3 C a O A 1 2 0 3 x S i 0 2 y H 2 0 2 1 x N a O H a q 8 一可以看出，p 一2 C a O S i 0 2 被N a 。C O a 和 N a O H 分解反应后的产物C a O H 和N a S i O 。又 与溶液中可溶性N a A I O H 。相互作用，生成水化 石榴石 3 C a 0 A l O 。x S i 0 2 y H 2 0 和水合铝酸 钙 3 C a O A l 。0 3 6 H o 等含铝化合物，使溶解出 来的A l 。Q 重新返回到赤泥中，造成A l Q 的损失。 1 ．3 碳酸钠在溶出过程对赤泥沉降性能的影响 二次反应产物C a O H 。本身就是一种溶剂化 物质，而且还是表面活性物质，当其被赤泥粒子吸附 通过上述分析可知，溶出液中控制一定量的 N a C O 。用量是必要的，既要保证铝酸盐完全转化 为可溶性N a A I O H 。，又要降低二次反应的速度， 减少A l 。O 。的损失，同时也不能使粗液中S i O 。明显 上升。那么N a C O 。究竟控制多少才算合适，必须 通过实验或实践确定。 把粉煤灰和石灰石按一定比例配成生料，在 14 0 0 ℃下煅烧1h ，得到的熟料化学组成为 ％ A 1 2 0 31 5 ．4 0 、S i 0 21 9 ．5 0 、C a O5 2 ．0 4 、F e 2 0 32 ．5 6 、 N a O0 ．1 l 、烧失量1 4 ．9 0 。物相分析表明，熟料中主 要含有的矿物为C a O A l 0 3 、1 2 C a 0 7 A 1 2 0 3 、 y - 2 C a O S i 0 2 、1 3 - 2 C a O S i 0 2 和F e 0 。 实验条件为溶出温度8 0 ℃，溶出时间3 0m i n ． 液固比4 1 。 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年4 期 3实验与结果分析 3 ．1 碳酸钠浓度对氧化铝溶出率的影响 N a C O 。用量与氧化铝溶出率的关系见图1 。 冰 、 静 号三 坡 N a 2 c u ／％ 图lN a C 0 3 浓度对氧化铝溶出率的影响 F i g ．1 I n f l u e n c eo fN a 2C O sc o n c e n t r a t i o n o nA 1 20 3d i s s o l v i n gr a t e 由图1 可以看到，在开始溶出时，随着N a 。C O 。 浓度及用量的增加，熟料溶出率不断增大，这是 N a C O 。用量的增加主要用于与熟料中的 C a O A 1 2 0 。和1 2 C a O 7 A 1 2 0 。反应生成可溶性的 N a A l 0 H ；，使氧化铝的溶出率逐渐升高。当达到 一定N a 。C O 。浓度后，氧化铝溶出率反而下降，这是 由于A l 。0 。溶出基本上完成时，随着N a 。C O 。浓度 增加，一方面提高溶液苛性比，加快二次反应产物水 化石榴石的分解，另一方面增加二次反应的速度，但 是二次反应损失氧化铝大于水化石榴石分解所产生 的氧化铝，氧化铝溶出率反而下降。从A l 0 。溶出 率来考虑，N a 。C O 。最适宜浓度为7 ％～1 1 ％。 3 ．2N a C 0 3 浓度对粗液中S i 0 2 含量的影响 N a C O 。与S i O 含量的关系见图2 。 N 3 2 c o ，％ 图2N a C O ，浓度对S i 0 2 浓度的影响 F i g ．2 I n f l u e n c eo fN a sC 0 3c o n c e n t r a t i o n o nS i O zc o n c e n t r a t i o n 图2 可以看到，随着N a C O 。浓度的增加，S i 0 2 浓度逐渐增加，并且在N a 。C 0 。浓度9 ％以上，S i 0 2 浓度随N a 。C O 。浓度的增加幅度比较大，这可能是 在N a 。C O 。浓度9 ％时，使二次反应速度加快的缘 故。但是S i O 增加将给后续脱硅带来了巨大的困 难。因此从整体工艺考虑，N a C O 。浓度不宜太高， 应该不大于9 ％为宜。 3 ．3 N a C 0 3 对赤沉降性能的影响 不同N a 。C O 。浓度对熟料赤泥沉降性能的影响 的结果见图3 。 暑 童 氨 瑚 粪 3 ．05 ．07 ．09 ．01 1 ．O1 3 ．01 5 ．01 7 ．0 N 叼0 ／％ 图3N a C O ，浓度对赤泥沉降性能的影响 F i g ．3 I n f l u e n c eo fN a 2C 0 3c o n c e n t r a t i o n o ns e t t l i n gp r o p e r t yo fr e dm u d 从图3 可以看到，赤泥的沉降速度大致上随着 N a C O 。浓度的增加减少，表明了赤泥的沉降性能 随着N a C O 。浓度增加而变差，并且在开始时沉降 速度减少的比例比较小，当N a C O 。浓度为9 ％时， 减少的幅度较大。这主要是由于在开始时，N a 。C O 。 主要用于与铝酸盐的反应，而没有多余的来分解 2 C a O S i 0 ，当N a 。C 0 。浓度增加到一定程度时， 铝酸盐基本溶解完成，多余碳酸钠与2 C a O S i O 反应，产生了C a O H ，C a O H 。是种表面活性和 溶剂化物质，会使赤泥产生溶剂化作用，使赤泥的黏 性增加，赤泥沉降能力降低，导致赤泥变性及膨胀现 象发生，氧化铝溶出率降低。从赤泥的沉降性能来 看，N a 。C O 。浓度应该小于9o A 为宜。 从氧化铝的溶出率、溶液中S i O 。和赤泥的沉降 性能综合考虑，得到在熟料溶出过程中，碳酸钠的浓 度为7 ％～9o A 比较经济合理。 4结论 在石灰石烧结法生产氧化铝工艺中，N a z C O s 太低，使氧化铝的溶出率低，当N a C O s 浓度过高， 将会引起二次反应发生，导致溶出液中硅含量过高， 给后续脱硅带来困难，同时还会引起赤泥变性和膨 胀，影响赤泥的沉降性能。经综合各方面考虑， N a z C O 。浓度应控制在7 ％～9 ％比较合理。 下转第4 8 页 0 8 6 4 l O O O 万方数据 4 8 有色金属 冶炼部分2 0 0 9 年4 期 耐高温和耐冻性，具有良好的耐久性。 参考文献 [ 1 3 任冬梅，毛亚南．赤泥的综合利用[ J ] ．有色金属工业， 2 0 0 2 5 3 2 3 4 ． [ 2 3 付凌雁，张召述．铝土矿尾矿活化制备水泥基材料的研 究口] ．化学工程，2 0 0 7 6 4 1 4 4 ． [ 3 ] 李顺，刘守庆．张召述．低质粉煤灰活化技术研究F J ] ． 化工环保，2 0 0 4 ，2 4 增刊 2 8 9 2 9 3 ． [ 4 ] D a v i d o v i t sJ ．G e o p o l y m e r s i n c o r g a n i cp o l y m e r i cn e w m a t e r i a l s l , J 3 ．M a t e rE d u c ，1 9 9 4 ，1 6 9 1 1 3 9 ． [ 5 ] Q i a nJC ，L a c h o w s k iEE ，G l a s s e rFP ．M i c r o s t r u c t u r e a n dc h e m i c a lv a r i a t i o ni nc l a s sFf l ya s hg l a s s [ A ] ．／／ M a t e r i a l sR e s e a r c hS o c i e t yS y m p o s i aP r o c e e d i n g s [ c ] ． 1 9 9 8 ，1 1 3 1 0 4 5 5 4 ． [ 6 ] G o k t a sAA ．M a n u f a c t u r ea n dP r o p e r t i e so fs I a g b a s e d T r a n s p a r e n tg l a s sa n dL i g h tC o l o u r e dG l a s s c e r a m i c [ A ] ．／／S e c o n dI n t e r n a t i o n a lC e r a m i c sC o n g r e s s [ C ] ． 1 9 9 4 4 0 5 4 1 3 ． 上接第2 2 页 参考文献 [ 1 ] 杨重愚．氧化铝生产工艺学I M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 3 ． [ 2 ] 沈威．水泥工艺学[ M ] ．武汉武汉工业大学出版社， 1 9 9 1 ． [ 3 ] 周宗科．浅析二次反应对氧化铝生产熟料溶出的影响 [ J ] ．世界有色金属，2 0 0 2 9 3 5 3 8 ． [ 4 ] 孙会兰。涂赣峰．毕诗文，等．七铝十二钙合成及其在高 碳钠铝酸钠溶液中的溶出性能[ J ] ．轻金属，2 0 0 7 1 1 1 7 1 8 ． [ 5 ] 阳勇福，林海燕，郭献军．粉煤灰中氧化铝浸取模型的 建立[ J ] ．煤炭学报。2 0 0 8 ，3 3 2 2 0 1 2 0 4 ． [ 6 3 任根宽．二次反应对熟料中氧化铝溶出率的影响分析 [ J ] ．轻金属，2 0 0 7 4 1 6 1 8 ． [ 7 ] 袁华俊．铝酸盐熟料数料溶出二次反应研究[ J ] ．贵州 工学院学报，1 9 9 5 ，2 4 2 1 6 ． [ 8 ] 冯国政．碳酸钠在烧结法熟料溶出过程的作用与浓度 控制[ J ] ．矿产保护与利用，2 0 0 0 3 3 2 - 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