浅谈氧化铝生产工艺及拜耳法铝酸钠溶液分析

氧化铝

科技信息○科教前沿○

SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2011年第19期

浅谈氧化铝生产工艺及拜耳法铝酸钠溶液分析

李月平

（商丘市回民中学河南商丘

476000）

【摘要】本文介绍了氧化铝生产的工艺类型，并着重论述了拜耳法生产氧化铝的原理、实质、工艺流程等。对铝酸钠浆液进行的下列测定：液固比、固体含量、细度、悬浮物和比重等物理性质，以及全碱、氧化铝、苛性钠、碳酸钠、二氧化硅、氧化铁、硫酸根、氧化镓、有机物等化学着重介绍了溶液（全碱，苛碱）分析的仪器、原理及注意事项等。

【关键词】拜耳法；氧化铝；溶液分析

1

1.1

拜耳法相关理论

拜耳法基本原理

拜法生产氧化铝的工艺流程是由许多工序组成的，其中主要有：矿浆制备、矿浆溶出、溶出浆液的稀释、赤泥分离、洗涤、粗液精制、晶种分解，氢氧化铝分离、洗涤、分解母液蒸发等工序，而各工序控制的温度、浓度、若苛性比值都不同。

（1）用NaOH溶液溶出铝土矿，所得到的铝酸钠溶液在添加晶种、不断搅的条件下，溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出。

（2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的铝土矿。

拜耳法基本原理的实质用下列反应式表示：

Al(OH)3(1或3)H2

O+2NaOH+aq2NaAL(OH)+aq1.2拜耳法溶出工艺简介

溶出工艺的主要目的是以高产出率有效地提取铝土矿的氧化铝，并且使溶液充分脱硅，避免地过量的二氧化硅影响，把苛性碱的消耗量减至最少。根据矿石形态不同选用不同的溶出工艺制度，溶出工艺相关信息如表1所示：

表1溶出工艺相关信息

名称

选项

溶出温度调配液NK平衡ak最终溶出液ak溶出时间

欧洲拜耳法

美洲拜耳法

一水硬铝石

碳酸碱（Na2OC）和苛性碱（Na2OK）。它们主要以钠盐形式存在，此外尚有部分以钾盐形式存在。在分析过程中均以氧化钠形式报出结果。

溶液中的苛性碱是指：溶液中未化合碱（NaOH）、铝酸钠[NaOH·Al(OH)3]、硅酸钠（Na2SiO3）等。碳酸碱是指：碳酸钠。而苛性碱和碳酸碱的总和称为全碱。用下列反应式表示它们三者之间的关系：

Na2OT=Na2OC+Na2OK

在烧结法中要求保持一定浓度的碳酸碱，碳酸碱含量过低时对赤泥的沉降带来不利的后果，但碳酸碱的含量过高，它能与硅酸钙反应，生成碳酸钙和硅酸钠。而硅酸钠进一步与铝酸钠反应生产铝硅酸钠溶液造成溶液中氧化铝的损失

2.2Na2OT和Na2OK的实验过程及分析

针对铝酸钠浆液测定项目中的全碱（Na2OT）和苛性碱（Na2OK）的实验方及其原理，实验注意事项作简要介绍如下：

1）全碱、氧化铝的测定

（1）方法。采用EDTA络合滴定测定氧化铝，酸碱滴定测定全碱。即在试样溶液中先加入过量的EDTA及盐酸，加热试反应完全。而后用氢氧化钠回滴过量的盐酸以测定全碱，再用醋酸锌回滴过量的EDTA以测定氧化铝。但是过剩的EDTA的酚酞变化时，要离解出一个氢离子，消耗等当量的碱，因此计算全碱时应加以补正。

（2）试剂。主要试剂有EDTA标准溶液：0.098M，醋酸锌标准溶液：0.03226M，盐酸标准溶液：0.3226N，氢氧化钠标准溶液：0.3326N，二甲酚橙指示剂：0.5%，4:1酚酞-绿光混合指示剂：1%酚酞酒精溶液（4分）与分绿光指示剂酒精溶液混合（1分）。

（3）操作步骤。移取定量的铝酸钠溶液，于250mL预先已加有EDTA标准溶液和15mL0.3226N盐酸（矿浆、蒸发母液则加20mL）的锥形瓶中，加热至沸。加入8滴酚酞-绿光混合液以0.3226N氢氧化钠标准溶液回滴至微红色。加入10mL醋酸-醋酸钠缓冲液，5滴二甲酚橙指示剂，以0.03226M醋硝酸锌回滴到红色，即为终点。利用下列反应式计算：

200°C-260°CNa2Ok>200g/L

1.321.3730-60分钟

145°C左右Na2Ok>230g/L

1.281.2830-60分钟

260°C-280°CNa2Ok>340g/L

1.351.4830-60分钟

对于三水铝石的低温溶出方案，典型的溶出温度为145°C，更高的溶出温度会导致已溶解的三水铝石以一水落石出软铝石的形态结晶析出，而一水软铝石在130°C以上较稳妥定，典型的溶出时间为30-60分钟，主要是为了使溶液充分脱硅，对于某一给定的赤泥条件，由于溶出过程自蒸发量少，所以低温溶出氧化铝厂需要更高的蒸发能力。

Al2O3(g/L)=1000(0.005V1-0.001645V2)/V4Na2OT(g/L)=1000[0.01(V5-V3)+0.001V2]/V4

式中：V1为加入EDTA的体积，V2为回滴醋酸锌体积，V3为回滴氢氧化钠体积，V4为所取试样的体积，V5为加入盐酸的体积。以上单位为mL；

（4）方法说明滴定过程中各离子的状况：铝酸钠溶液中主要成分有：苛性钠、碳酸钠、铝酸钠和硫化钠等。当往溶液中加入EDTA后，溶液中又增加了EDTA和铝的EDTA络合物。所以，在整个滴定的过程中，可能存在如下组分：碳酸钠（CO32-、HCO3-、H2CO3(H2O+CO2)）；硫化钠（S2-、HS-、H2S）；铝酸钠（AlO2-、Al(OH)3、Al3+）；EDTA（H4Y、H3Y-、H2Y2-、HY3-、Y4-）；Al-EDTA络合物（Al(OH)Y、AlY、AlHY）；苛性碱（Na+、OH-）。

全碱的测定：当往铝酸钠溶液中加入过量的EDTA以后，用酸中和时，则发生下列反应式：

2

2.1

实验过程及分析

铝酸钠浆液的分析

氧化铝生产过程中的铝酸钠浆液主要有如下几种：烧结法溶出后的铝酸钠赤泥浆液，分解过程中含氢氧化铝的铝酸钠浆液。另外，还有经过沉降分离过滤后含少量悬浮物的铝酸钠溶液。

对铝酸钠浆液进行下列测定：液固比、固体含量、细度、悬浮物和比重等物理性质，以及全碱、氧化铝、苛性钠、碳酸钠、二氧化硅、氧化铁、硫酸根、氧化镓、有机物等化学成分。

对各种浆液中的液固比及固体含量进行测定，可以了解矿浆配料的情况；赤泥浆液的过滤沉降性能以及种子分解过程中氢氧化铝种子添加量等。细度的测定是为了控制矿浆中矿石磨细的程度，以及控制烧结系统中溶出熟料中氧化铝溶出率和使赤泥较易沉降分离。铝酸钠精液中的悬浮物是铝硅酸钠细小颗粒，精液中有过多的悬浮物存在时会随铝硅酸钠溶液的分解而进入氢氧化铝中，从而使产品质量变坏。因此，必须控制精液中悬浮物的含量。硅渣滤饼的水分直接影响到生料浆水分的高低而影响液量平衡。

氧化铝生产中把铝酸钠溶液中的碱分为三种形式：全碱（Na2OT）、

NaOH+HCl→NaCl+H2O

Na2CO3+2HCl→2NaCl+CO2↑+H2O

NaAl(OH)4+Na2H2Y+2HCl→Na2Al(OH)Y+3H2O+NaCl

由公式5、6和7可知，在pH=8.2时，所消耗盐酸的量恰等于中和全碱量。但是在溶液中还有过剩的EDTA。在pH=8.2时，EDTA按公式8离解，起着一元酸的作用，在中和时被滴定。

H2Y2-←→H++HY3-当采用0.03226M的醋酸锌时，由于1mL0.03226M的醋酸锌相当于0.03226MEDTA，因此也相当于1mL0.3226N的盐酸。所以在计算全碱时，必须加以补正。

455

氧化铝

2011年第19期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION

○科教前沿○科技信息

在操作过程中，当加入EDTA、盐酸和试样后，在电炉上加热的目的是促使EDTA和铝络合，另一方面也是促使碳酸钠的完全分解。

当溶液pH=5时，EDTA主要以H2Y2-形式存在，其铝的络合物是以AlY为主要形式，反应过程用公式9和10表示：

碳酸钡不会发生溶解现象，所以该酸度确定为滴定终点。

根据氢氧化铝溶液溶度积理论上可以算出在 …… 此处隐藏：5120字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……