怎么分離鋁土礦(AL2O3,FE2O3,SIO2)過程及試劑?

匿名用戶 | 2017-05-23 09:30

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  • 鋁土礦中常含有少量的SiO2和Fe2O3,寫出實驗室由鋁土礦制取純凈Al2O3時需加入的試劑和反應方程式：
    加HCl溶液過量,過濾除去SiO2沉淀,方程式為Al2O3+6HCl→2AlCl3+3H2O,Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O
    加NaOH溶液過量,過濾除去Fe(OH)3,方程式為4NaOH+AlCl3→NaAlO2+3NaCl+2H2O ,3NaOH+FeCl3→Fe(OH)3↓+3NaCl
    通入CO2過量,過濾得到Al(OH)3,方程式為2NaAlO2+CO2+3H2O→2Al(OH)3↓+Na2CO3
    煅燒Al(OH)3可以得到純凈的Al2O3,方程式為2Al(OH)3→Al2O3+3H2O↑
    鋁土礦的主要化學成分為Al2O3,一般為40％～70%質量分數,另含SiO2、Fe2O3、TiO2及少量CAO、MgO及微量Ga、V、P、V、Cr等.以Al2O3在礦物存在形態分為：三水鋁石（Al2O3?3H2O）,一水軟鋁石,一水硬鋁石（分子式均為Al2O3.H2O）.評定鋁土礦質量標準是鋁硅比,生產要求該值不低于3～3.5.
    等
    從鋁土礦制取Al2O3方法很多,目前工業上幾乎采用堿法,又分為拜耳法、燒結法、聯合法等三種：
    Al2O3?3H2O(或Al2O3?H2O)+NaOH→（浸出/分解）NaAl(OH)4+赤泥→（晶種分解/蒸發、苛化）Al2(OH)3→（煅燒）Al2O3.
    （一） 拜耳法：是典型的一種濕法冶金的方法,在氧化鋁生產中占絕對優勢.
    工藝流程（如圖）
    原理如下：
    實質是在不同條件下,控制反應向不同方向進行.其中關鍵工序是：
    1 鋁土礦的浸出——浸出母液的主要成份是NaOH
    主要反應：
    1）氧化鋁 Al2O3?nH2O+2NaOH→2NaAlO2+nH2O
    2）二氧化硅：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
    2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O→Na2O?Al2O3?2SiO2?2H2O↓+4NaOH
    3） 氧化鐵：溶出的Fe2O3不與NaOH反應,以固相直接進入殘渣,呈紅色.
    4） 二氧化鈦：TiO2+2Ca(OH)2→2CaOTiO2?2H2O 直接進入赤泥中
    5） 碳酸鹽：主要有CaCO3+2NaOH→Na2CO3+Ca(OH)2
    MgCO3+2NaOH→Na2CO3+Mg(OH)2
    由鋁土礦在NaOH溶液中高壓溶出的Al2O3水合物進入溶液,SiO2、Fe2O3、TiO2及反應物留在赤泥中（赤泥為鋁礦中其他成分與堿液發生作用后的產物）,再借助機械方法使溶液與殘渣分開,以達到Al2O3與雜質分離.
    鋁土礦浸出是利用由若干預熱器、壓煮器和自蒸發器依次串聯成的壓煮器組來連續作業完成的.（如圖）
    2 鋁酸鈉溶液的晶種分解
    制成的鋁酸鈉溶液,其中Al2O3濃度為（145±5）g/l,且在低于100℃溫度下不穩定.越接近30℃,過飽和度越大,若在30℃下加入Al(OH)3晶種,并不斷機械攪拌,此時過飽和鋁酸鈉溶液就可自發水解,產出Al(OH)3.
    NaAl2O3+2H2O→Al(OH)3↓+NaOH
    這種溶液的苛性比值較高.種分母液經蒸發濃縮后,作為循環母液返回,溶出過程溶出下批鋁土礦.
    3 氫氧化鋁的煅燒及分解
    Al2O3?3H2O（225℃）→AlO3?H2O+2H2O
    Al2O3?H2O(500-550℃)→γ-Al2O3+H2O
    γ-Al2O3(900℃開始/1200℃維持)→α-AL2O3
    在帶冷卻機的回轉窯中進行,重油煤氣作燃料,產物Al2O3或于管狀機中冷卻或送入車間直接電解.
    4 母液的蒸發與苛化
    生產過程因各種原因進入大量水分,會引起縮環母液濃度降低,需適時蒸發水分,保持母液濃度.
    浸出過程中,高濃度的苛性鈉與礦石中碳酸鹽反應或空氣中CO2反應,使 NaOH部分轉化為Na2CO3或形成Na2CO3?H2O.均不能溶解Al2O3水合物,需轉變為有用的NaOH,即利用石灰乳與其苛化反應生成NaOH溶液.
    Na2CO3+Ca(OH)→2NaOH+CaCO3
    （二）堿石灰燒結法生產Al2O3.適于處理鋁硅比小于4的鋁土礦 （如圖）
    1）實質：是鋁土礦與足量Na2CO3、石灰配成爐料,在1200℃下燒結,生成可溶于水的鋁酸鈉（Na2O?Al2O3）.其中SiO2與碳生成不溶于水的原硅酸鈣（2CaO?SiO2）,用稀堿溶液浸入Na2O?Al2O3,與2CaO?SiO2分離.溶液脫S后通入CO2氣體進行碳酸化分解,析出Al(OH)3及碳分母液,用過濾機將兩者分離.氫氧化鋁經洗滌后,最終送煅燒,分解成Al2O3.母液經蒸發濃縮,用于配料處理循環使用.
    2）工藝為：生料燒結,熟料溶化,鋁酸鈉液脫硅,碳酸化分解.
    匿名用戶 | 2017-05-23 09:30

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