氧化铝生产工艺

2006年化学工业出版社出版的图书

《氧化铝生产工艺》是2006年2月1日化学工业出版社出版的图书，作者是毕诗文。本书全面介绍了拜耳法和烧结法生产氧化铝的基本理论、工艺和新技术，总结和归纳了氧化铝研究领域的新成果，根据我国铝土矿资源状况，提出了我国氧化铝工业可持续发展的方向。

内容介绍

主要内容包括：世界和我国氧化铝工业的发展状况及我国铝土矿资源的特点；铝酸钠溶液特性、拜耳法和烧结法生产氧化铝的原理及其工艺；影响拜耳法生产氧化铝的溶出过程、赤泥沉降性能、晶种分解过程、蒸发过程和氢氧化铝焙烧过程的因素及工艺优化；烧结法熟料烧成、熟料浸出、铝酸钠溶液脱硅以及碳酸化分解等技术；拜耳法和烧结法生产氧化铝最新技术的开发与应用；我国氧化铝工业可持续发展的方向。

本书适合从事氧化铝生产的科研人员和工程技术人员阅读，也可作为有色冶金专业的大学本科生教材。

第1章绪论1

1?1氧化铝工业的发展1

1?2我国氧化铝工业2

1?2?1我国氧化铝工业的发展2

1?2?2我国氧化铝生产所取得的主要技术成就3

1?2?3我国氧化铝工业存在的主要问题5

1?3氧化铝生产基本方法7

1?3?1电解炼铝对氧化铝的质量要求7

1?3?2氧化铝生产方法8

第2章铝土矿11

2?1铝土矿的化学组成及矿物组成11

2?2铝土矿矿石结构特点13

2?3世界铝土矿概况13

2?4我国铝土矿概况15

第3章铝酸钠溶液17

3?1Na2O?Al2O3?H2O系17

3?1?130℃下的Na2O?Al2O3?H2O系17

3?1?2其他温度下的Na2O?Al2O3?H2O系19

3?1?3铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3比值21

3?2铝酸钠溶液的稳定性22

3?3铝酸钠溶液的物理化学性质23

3?3?1铝酸钠溶液的密度23

3?3?2铝酸钠溶液的电导率23

3?3?3铝酸钠溶液的饱和蒸汽压24

3?3?4铝酸钠溶液的黏度25

3?3?5铝酸钠溶液的热容及热焓25

3?3?6氧化铝水合物在碱溶液中的溶解热26

3?4铝酸钠溶液结构27

3?4?1胶体说27

3?4?2络合离子说28

3?4?3水化离子说30

3?4?4缔合离子说30

第4章拜耳法的原理和基本工艺流程32

4?1拜耳法的原理32

4?2拜耳法的基本流程34

4?2?1原矿浆制备34

4?2?2高压溶出34

4?2?3溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤35

4?2?4晶种分解36

4?2?5氢氧化铝的分离与洗涤36

4?2?6氢氧化铝煅烧36

4?2?7种分母液的蒸发及一水苏打的苛化36

第5章铝土矿中氧化铝的溶出38

5?1液?固多相反应38

5?2铝土矿的溶出性能及动力学40

5?2?1三水铝石型铝土矿40

5?2?2一水软铝石的溶出42

5?2?3一水硬铝石型铝土矿的溶出43

5?3氧化铝的溶出率、Na2O损失率及赤泥产出率47

5?3?1氧化铝的溶出率47

5?3?2赤泥的产出率及碱耗48

5?4溶出过程的配料计算49

5?5影响铝土矿溶出过程的因素51

5?5?1溶出温度的影响51

5?5?2搅拌强度的影响52

5?5?3循环母液碱浓度的影响53

5?5?4配料分子比的影响53

5?5?5矿石细磨程度的影响55

5?5?6溶出时间的影响56

5?6铝土矿溶出过程的强化56

5?6?1铝土矿的预处理56

5?6?2溶出过程的添加剂60

第6章铝土矿中各种杂质在溶出中的行为65

6?1含硅矿物在溶出过程中的行为65

6?1?1硅矿物的溶出65

6?1?2铝酸钠溶液中硅矿物析出的平衡固相70

6?2含铁矿物在溶出过程中的行为73

6?2?1铁矿物在溶出过程中的行为73

6?2?2铝酸钠溶液中铁的存在形式78

6?2?3铁矿物对氧化铝溶出率的影响79

6?3含钛矿物在溶出过程中的行为79

6?3?1钛矿物与苛性碱溶液的反应79

6?3?2含钛矿物在溶出过程中的危害80

6?3?3消除TiO2不良影响的措施81

6?4氧化钙和氧化镁在溶出过程中的行为85

6?4?1氧化钙与铝酸钠溶液的反应85

6?4?2溶出过程中添加CaO的作用90

6?4?3石灰的作用机理92

6?4?4石灰的质量93

6?4?5MgO对一水硬铝石拜耳法溶出过程中的影响95

6?5含硫矿物在溶出过程中的行为96

6?5?1硫矿物与溶液的作用96

6?5?2含硫矿物在拜耳法生产中的危害98

6?5?3铝酸钠溶液的脱硫101

6?5?4铝酸钠溶液中硫化合物对结晶水合铝硅酸钠成分和结构的影响103

6?6有机物在溶出过程中的行为103

6?6?1有机物与溶液作用103

6?6?2有机物的清除107

第7章铝土矿溶出过程工艺109

7?1溶出技术的发展过程109

7?1?1单罐压煮器加热溶出109

7?1?2多罐串联连续溶出压煮器组110

7?1?3管道化溶出113

7?2管道化溶出技术的优越性116

7?2?1热耗116

7?2?2投资117

7?2?3生产操作和维护117

7?3国外三种不同的管道加热溶出装置118

7?3?1德国联合铝业公司(VAW)的多管单流法溶出装置118

7?3?2匈牙利多管多流溶出装置120

7?3?3法国的单管预热?高压釜溶出装置121

7?4我国拜耳法溶出技术的进步121

7?4?1蒸汽直接加热的压煮器溶出121

7?4?2管道化溶出技术研究122

7?5高压水化学法127

7?5?1高压水化学法的原理128

7?5?2高压水化学法生产氧化铝的工艺流程129

7?5?3高压水化学法的改进和前景133

第8章溶出过程中结疤的生成与防治135

8?1结疤的形成及危害135

8?2结疤形成的物理化学137

8?3结疤的防治142

8?4结疤的清理146

第9章赤泥的分离和洗涤147

9?1概述147

9?2拜耳法赤泥浆液的特性148

9?3影响赤泥沉降分离的因素149

9?3?1矿物的形态149

9?3?2溶出浆液的稀释浓度150

9?3?3稀释浆液的温度151

9?3?4黏度的影响151

9?3?5底流液固比152

9?3?6絮凝剂的使用152

9?4赤泥沉降设备157

9?4?1沉降槽157

9?4?2过滤机158

9?5赤泥洗涤效率的计算160

第10章铝酸钠溶液晶种分解162

10?1概述162

10?2铝酸钠溶液分解机理163

10?3铝酸钠溶液分解过程中晶粒的附聚165

10?3?1附聚的概念165

10?3?2影响附聚的因素165

10?3?3附聚效率的衡量166

10?3?4附聚动力学方程166

10?4铝酸钠溶液晶种分解过程中的二次成核171

10?4?1二次晶核形成机理171

10?4?2成核率172

10?4?3诱导期与二次成核173

10?5影响铝酸钠溶液分解的主要因素173

10?5?1分解原液的浓度和分子比的影响174

10?5?2温度制度的影响176

10?5?3晶种数量和质量的影响177

10?5?4搅拌速度的影响179

10?5?5分解时间及母液分子比的影响179

10?5?6杂质的影响180

10?6添加剂对分解过程的影响180

10?7铝酸钠溶液分解工艺182

10?7?1铝酸钠溶液分解作业条件182

10?7?2铝酸钠溶液分解工序主要设备182

10?8关于砂状氧化铝生产工艺184

10?8?1国外砂状氧化铝生产发展概况185

10?8?2我国生产砂状氧化铝发展概况186

第11章氢氧化铝的煅烧187

11?1氢氧化铝煅烧过程的物理化学187

11?1?1氢氧化铝煅烧过程的相变187

11?1?2氢氧化铝煅烧过程中结构与性能的变化188

11?2氢氧化铝煅烧工艺技术190

11?2?1传统回转窑焙烧工艺190

11?2?2改进回转窑焙烧工艺191

11?2?3流态化焙烧工艺194

第12章分解母液的蒸发和一水碳酸钠的苛化202

12?1概述202

12?2蒸发器的类型202

12?3单级蒸发203

12?4多级蒸发204

12?4?1多级蒸发过程204

12?4?2多级蒸发装置的热工计算204

12?5蒸发器的结垢和阻垢210

12?5?1杂质在母液中的结垢行为210

12?5?2蒸发过程的阻垢措施213

12?6蒸发设备构造214

12?7蒸发工艺的应用217

12?7?1蒸发工艺过程217

12?7?2国内外蒸发技术和装置的应用218

12?8一水碳酸钠的苛化219

12?8?1一水碳酸钠苛化的原理219

12?8?2Na2O?CaO?CO2?Al2O3?H2O系平衡状态图221

12?8?3一水碳酸钠苛化工艺221

第13章碱石灰烧结法生产氧化铝的原理和基本流程222

13?1烧结法的原理222

13?2烧结法的基本流程223

第14章铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应225

14?1概述225

14?2固相反应概念226

14?3烧结法熟料烧结的物理化学及相平衡227

14?3?1Na2CO3与Al2O3之间的相互作用227

14?3?2Na2CO3与Fe2O3之间相互作用228

14?3?3Na2CO3与Al2O3和Fe2O3间的相互作用229

14?3?4Na2CO3与SiO2间的相互作用229

14?3?5Na2CO3与Al2O3和SiO2间的相互作用230

14?3?6Na2CO3与Al2O3、Fe2O3、SiO2间相互作用230

14?3?7CaO与SiO2间的相互作用230

14?3?8CaO与Al2O3间的相互作用231

14?3?9CaO与Fe2O3相互作用232

14?3?10Na2CO3与CaO和SiO2间的相互作用232

14?3?11CaO与Al2O3及Fe2O3间的相互作用232

14?3?12Na2O·Al2O3·2SiO2及CaO间的相互作用232

14?3?13Na2O·Al2O3、Na2O·Fe2O3及2CaO·SiO2之间的相互作用233

14?3?14熟料配方234

14?4烧成温度及烧成温度范围235

14?5熟料烧结236

14?5?1生料在烧结过程中的物理化学反应程序236

14?5?2关于生料加煤237

14?5?3关于石灰配料问题239

14?5?4熟料形成的热化学239

第15章铝酸盐炉料烧结过程工艺241

15?1回转窑中熟料煅烧过程和热工特性241

15?1?1煅烧过程241

15?1?2熟料窑的结圈问题242

15?1?3窑的热工特性243

15?2熟料窑的发热能力与窑的产能245

15?3熟料窑中物料的运动速度与窑的产能246

15?4熟料窑烧成制度247

第16章熟料溶出及赤泥分离249

16?1溶出过程的反应249

16?2熟料溶出时氧化硅的溶解250

16?2?1硅酸二钙分解的特性250

16?2?2溶出时熟料中SiO2进入铝酸钠溶液的动力学251

16?3溶出副反应（二次反应）问题252

16?4溶出用溶液（调整液）中Na2CO3的作用253

16?5减少溶出副反应损失的措施及经验254

16?6熟料中二价硫含量与湿磨溶出的关系255

16?7烧结法赤泥沉降性能256

第17章铝酸钠溶液的脱硅过程259

17?1概述259

17?2铝酸钠溶液中含水铝硅酸钠的析出259

17?2?1SiO2在铝酸钠溶液中的行为259

17?2?2含水铝硅酸钠在碱溶液和铝酸钠溶液中的溶解度261

17?2?3影响含水铝硅酸钠析出过程的因素263

17?3铝酸钠溶液添加石灰的脱硅过程266

17?3?1添加石灰脱硅过程的机理266

17?3?2添加石灰脱硅过程的主要影响因素266

17?3?3从石灰脱硅渣中回收氧化铝269

17?4铝酸钠溶液脱硅过程的工艺269

17?4?1蒸汽直接加热一次脱硅与加石灰二次脱硅270

17?4?2间接加热连续脱硅272

17?4?3铝酸钠溶液的深度脱硅273

17?4?4粗液两段常压脱硅工艺276

第18章铝酸钠溶液的碳酸化分解279

18?1碳酸化分解过程的原理279

18?1?1碳酸化分解过程中的铝酸钠溶液的结构279

18?1?2铝酸钠溶液碳酸化分解机理280

18?2影响碳分过程的主要因素283

18?2?1精液的成分与碳酸化深度（分解率）284

18?2?2原液分子比286

18?2?3二氧化碳气体的纯度、浓度和通气时间287

18?2?4温度288

18?2?5晶种290

18?2?6搅拌291

18?3碳分过程中氧化硅的行为291

18?4碳酸化分解率的连续控制294

18?5碳分过程的工艺295

第19章富矿烧结生产氧化铝298

19?1富矿烧结工艺发展的意义298

19?1?1传统烧结法的发展限制298

19?1?2富矿烧结工艺发展意义299

19?1?3富矿烧结需解决的问题300

19?2富矿的烧结300

19?2?1富矿熟料的烧结温度301

19?2?2富矿熟料的碱比302

19?2?3富矿熟料的钙比303

19?2?4富矿熟料的主矿物304

19?2?5富矿熟料与普矿熟料成分的对比305

19?3富矿熟料的溶出305

19?3?1溶出液固比（L/S）对不加钙富矿熟料溶出效果的影响306

19?3?2溶出时间对不加钙富矿熟料溶出效果的影响306

19?3?3加钙富矿熟料的溶出307

19?3?4溶出赤泥与沉降307

19?4溶出浆液的脱硅309

19?4?1富矿熟料溶出泥浆不分离加压脱硅309

19?4?2加钙富矿熟料溶出泥浆不分离加压脱硅310

19?4?3不同晶种对溶出泥浆不分离加压脱硅的影响311

19?4?4不同富矿熟料脱硅效果对比312

第20章关于我国氧化铝工业的可持续发展313

20?1我国氧化铝工业的发展方向313

20?2低成本处理我国中低品位铝土矿合理工艺的讨论314

20?2?1选矿拜耳法314

20?2?2石灰拜耳法316

20?2?3富矿烧结法317

20?2?4混联法氧化铝厂的改进与优化318

图书前言

前言我国铝土矿资源特点是高铝高硅的中低品位的一水硬铝石矿，采用的生产方法是烧结法和联合法，联合法中的拜耳法（溶出温度高，苛性钠浓度大）也不同于国外处理三水铝石型铝土矿的拜耳法（溶出温度低，苛性钠浓度小），所以，我国氧化铝生产与国外相比能耗高，成本高。为此，多年来我国从事该领域的科研人员对铝土矿的溶出过程、赤泥沉降性能和铝酸钠溶液的分解过程进行了大量的研究，不断开发出适合我国铝土矿资源特点的新成果、新技术，以降低我国氧化铝生产成本，参与国际市场竞争。东北大学氧化铝研究室曾得到国家自然科学基金委员会、国家“十五”攻关项目、国家重点基础研究规划项目（973）和中国铝业公司的支持，取得了一些研究成果，同时，一直跟踪和关注国内外氧化铝生产技术发展动态。因此，本书不仅系统地介绍了烧结法和拜耳法生产氧化铝基本理论和工艺，还将我们多年来的研究成果和国内外生产氧化铝新技术及发展动态进行了归纳和总结，融为一体，内容丰富而翔实，具有实用价值。本书是根据工矿企业技术人员和大学本科生教学的需要而编著的，全书共二十章。本书由东北大学氧化铝工艺与材料研究室毕诗文（第1、第2、第7、第10、第20章），于海燕（第3～第6章、第9章、第12章），杨毅宏（第8章、第13～第19章），翟秀静（第11章）编著。全书由毕诗文和于海燕分别任主编和副主编，负责统一校阅定稿。由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请读者给予批评指正。编著者2005年11月于东北大学

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