熟料烧结炉料配方浅析

(1.贵州铝厂，贵阳550014；2.贵州工业大学，贵阳550003) 摘 要：烧结炉料配方，对混联法生产氧化铝烧结工艺过程有着十分重要作用，选择正确的配方，对获取高质量烧结熟料和较好的技术经济指标具有十分重要意义。 关键词：烧结熟料；铝硅比；碱比；钙比 中图分类号：TF821；TF802.67 文献标识码：A 混联法生产氧化铝，熟料烧结过程十分重要，它不仅影响烧结工艺系统，而且也影响到混联法整个生产系统技术经济指标的好环。而烧结熟料的质量和烧结工艺过程又取决于熟料烧结的炉料配方，所以研究并正确选择炉料配方，对于获得优质的熟料，保证烧结工艺过程的顺利进行，具有十分重要的意义。 1 试验原料及条件 1.1 原料化学成分 表1 原料化学成分 化学成分 含量% 类别 Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 CaO NaO A/S 灼减 铝矿 61.52 18.32 2.45 2.16 0.40 0.093 3.36 12.25 赤泥 24.32 10.86 3.40 4.58 28 4.38 2.24 16.55 工业石灰 　 　 　 　 76.72 　 　 　 工业纯碱 　 　 　 　 　 57.74 　 　 1.2 工业溶出调整液成分 表2 调整液成分 成分 Na2OK Na2OC Na2OT Al2O3 αK 含量g/l 56.544 17.685 74.229 58.98 1.577 1.3 工业溶出条件 1.3.1 矿样粒度组成 表3 矿样粒度组成 粒度 % 物料 +60# +120# +230# -230# 铝土矿 0 0 9.78 90.22 赤泥 0 5.45 4.25 90.30 1.3.2 溶出条件 温度80℃，时间30 min，溶出αk 1.25 2 试验结果 2.1 生料化学成分 表4 生料化学成分 成分 含量% 编号 Al2O3 Fe2O3 SiO2 CaO Na2OT A/S ［N/A+F］ ［C/S］ 生-1 26.79 1.92 9.24 18.11 17.04 2.9 1.00 2.10 生-2 27.08 1.94 9.34 18.30 16.84 2.9 0.98 2.10 生-3 27.36 1.96 9.44 18.51 16.70 2.9 0.96 2.10 生-4 27.64 1.98 9.53 18.68 16.51 2.9 0.94 2.10 生-5 25.68 2.27 9.51 18.64 16.16 2.7 0.98 2.10 生-6 24.74 2.43 9.51 18.66 15.66 2.6 0.98 2.10 生-7 27.05 2.08 9.33 18.50 17.01 2.9 0.98 2.15 生-8 27.65 1.98 9.54 18.62 17.28 2.9 0.98 2.10 生-9 27.15 2.05 9.36 17.92 17.48 2.9 0.98 2.05 生-10 26.24 2.43 9.05 16.81 17.07 2.9 0.98 2.00 2.2 熟料A/S对氧化铝溶出率的影响 表5 A/S对η4的影响 成分 含量% 编号 熟料组成% 赤泥化学成分% ηA% Al2O3 Fe2O3 SiO2 CaO A/S Al2O3 CaO A/S-1 33.90 3.81 12.00 22.51 2.83 5.98 47.53 91.64 A/S-2 32.94 3.81 12.30 23.08 2.68 4.88 33.78 90.50 A/S-3 30.86 3.81 12.00 22.75 2.57 4.95 40.30 89.75 2.3 熟料［N/A+F］对ηA的影响 表6 ［N/A+F］对ηA的影响 成分 含量% 编号 熟料组成% 赤泥化学成分% ηA% Al2O3 Fe2O3 SiO2 CaO [N/A+F] Al2O3 CaO [N/A+F]-1 33.40 3.75 11.55 22.44 1.00 7.52 46.88 89.70 [N/A+F]-2 33.90 3.81 12.00 22.51 0.98 5.98 47.53 91.64 [N/A+F]-3 33.90 3.73 11.80 22.53 0.96 6.26 45.96 90.52 [N/A+F]-4 34.38 4.04 12.01 22.66 0.94 8.40 45.46 88.90 2.4 熟料［C/S］对ηA的影响 表7 ［C/S］对ηA的影响 成分 含量% 编号 熟料组成% 赤泥化学成分% ηA% Al2O3 Fe2O3 SiO2 CaO [C/S] Al2O3 CaO [C/S]-1 33.80 3.85 11.70 23.27 2.12 5.87 47.56 91.50 [C/S]-2 33.85 3.82 11.79 22.91 2.08 6.37 46.85 90.80 [C/S]-3 33.85 3.75 11.75 22.17 2.02 7.49 45.48 89.20 [C/S]-4 34.18 4.01 11.95 22.22 1.99 8.85 46.40 87.60 3 试验结果分析 3.1 铝硅比A/S对ηA的影响 从表5可看出，熟料A/S对氧化铝溶出率影响较为明显。随熟料A/S提高，氧化铝溶出率随之提高。在烧结技术条件不变的情况下，提高熟料A/S，意味着SiO2含量的相应减少，这对烧结过程是有利的，可以充分保证Na2O·Al2O3的生成，而且随着熟料A/S的提高，溶出时渣量减小，带走的氧化铝损失也小，也使ηA有所提高。反之，当熟料A/S降低，则意味着SiO2含量增多，在高钙配方烧结过程的CaOSiO2系中，除生成C2S外，还会生成CS，C3S，C3S2，等化合物。这些化合物在高温下与Na2O·Al2O3反应生成Na2O·Al2O3·2SiO2复盐，此盐在溶出时不分解，也不溶，因此，造成Na2O和Al2O3的损失，而化合的C3S在高温下解为2CaO·SiO2及游离CaO,游离的CaO在熟料溶出时与铝酸钠溶液生成含水铝酸钙和水化石榴石，造成Al2O3的损失。 4CS+NAÛ NAS2+2C2S 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aqÛ 3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH+aq 3CaO·Al2O3·6H2O+xNa2SiO3+aqÛ 3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+2xNaOH+aq 3.2 碱比［N/A+F］对ηA的影响 熟料烧结中碱的配方，依其性质主要可分为两大类，一是高碱配方，一是低碱配方。 3.2.1 高碱配方 高碱配方，即［N/A+F］＞1的配方，该配方目前在生产中未采用，具有以下缺点： a.高碱配方，碱耗增大，将增加生产成本，降低生产效益。 b.在烧结过程中，多余的Na2CO3与2CaO·SiO2发生反应： NaCO3+2CaO·SiO2Û Na2O·CaO·SiO2+CO2 由于NCS生成，使熟料中Na2O的溶出率降低。 c.烧结温度随碱比增大而升高，高碱配方的炉料，一般具有较高的熔点，而熔点高的炉料需要更高的烧结温度或更长的时间烧结，才能保证烧结反应的充分进行。但过高的烧结温度，既增加能耗，又使烧结工艺过程难以控制。 d.高碱炉料配方，在高温烧结过程中，偏铝酸钠中的Na2O又会挥发损失，同时还会生成一种为水和酸碱溶液都不溶解的βAl2O3(Na2O·11Al2O3)，溶出时造成Na2OAl2O3的损失。 3.2.2 低碱配方 低碱高钙配方是根据我国高硅低铁铝矿及工艺特点所确定的。在长期的生产实践中取得了良好的效果。 a.在熟料烧结中，生料浆中约有35%的Fe2O3以CaO·Fe2O3状态存在，还有20%的Fe2O3以4CaO·Al2O3·Fe2O3状态存在，故按碱比［N/A+F］物理意义，当采用［N/A+F］[WTBZ]＜1的低碱配方，而实际上已接近饱和配方，从而充分保证了熟料成分中Na2O·Al2O3与Na2O·Fe2O3的生成。 b.熟料烧结是在高温下进行的，从热力学计算证明，Na2O·Al2O3与Na2O·Fe2O3可顺利生成。 Al2O3+Na2CO3Û Na2O·Al2O3+CO2↑ ΔG=35387+13TlnT-49.0T 热力学计算当T＞610℃时，反应向右进行，在1150℃下，反应可在1小时完成。 Fe2O3+Na2CO3Û Na2O·Fe2O3+CO2↑ ΔG=15096-3.5TlgT+325.6×10-5T2-12.16T 在烧结温度下，Δ[WTBX]G[WTBZ]负值较大，反应向右进行。 c.由于生料加煤排硫的烧结工艺，在生产中一部分Fe2O3还原为FeO和FeS；一部分Fe2O3在烧结中还以4CaO·Al2O3·Fe2O3形态存在，约有20%Fe2O3结合为C4AF，20%反应生成FeS,FeO等，且为稳定相，所以采用［N/A+F］＜1的生料组成，仍能保证NaO和Al2O3的溶出率。 d.生产实践证明，该配方优于高碱配方，其Al2O3与Na2O的溶出率较高。 3.2.3 试验较佳碱比配方 从表6可看出，当A/S为2.9，［C/S］为2.1，较佳碱比为0.98时，氧化铝溶出率可达91.64%；随着碱比增大时，氧化铝溶出率随之降低，故高碱配方，不宜采用。但是当碱比小于0.98时，氧化铝溶出率逐渐降低，这是因为此时的碱比不能保证熟料烧结中Na2O·Al2O3与Na2O·Fe2O3的生成所需碱的配量。 3.3 钙比［C/S］对ηA的影响 正确的钙比，主要保证烧结熟料中2CaO·SiO2和CaO·TiO2的反应生成，它们都是熟料中的稳定相；另外还要考虑熟料中生成的4CaO·Al2O3·Fe2O3和CaO·Fe2O3稳定相所消耗的CaO量，故钙比配方采用［C/S］＞2的高钙配方，这样才能满足熟料烧结的要求，从而获得较好的溶出效果。 从表7可看出，当［N/A+F］为0.98，A/S为2.9时，熟料钙比为2.12时，可以取得较好的氧化铝溶出率，其溶出率可达到91.50%。 当然选择采用高钙配方也有一个较佳值，主要标准是，应按烧结熟料中生成物的平衡成分确定。如果配钙过多，则产出游离的CaO，溶出时由于生成Ca(OH)2并引起赤泥膨胀，还会因Ca(OH)2与铝酸钠溶液及Na2SiO3反应生成含水铝酸钙和水化石榴石，造成Al2O3的损失，最终导致氧化铝溶出率降低的后果。 4 结语 a.烧结炉料配方，直接影响烧结熟料质量和氧化铝的溶出率，实践证明选择适当的炉料A/S、［N/A+F］和［C/S］不仅对改善烧结工艺过程而且对取得良好的技术经济指标都是至关重要的。 b.试验中，当熟料炉料配方选用A/S为2.9、［N/A+F］为0.98和［C/S］为2.12时，可以取得较好的氧化铝溶出率，其溶出率可达到91.50%。 参考文献 〔1〕杨重愚.氧化铝生产工艺学〔M〕.北京：冶金工业出版社，1993年10月 〔2〕陈念贻.氧化铝生产的物理化学〔M〕.上海：上海科学技术出版社，1961. 〔3〕尹守义.低铝硅比熟料溶出的几个试验〔J〕.轻金属，1989(7)：7～10 〔4〕于斌.矿石品位和熟料铝硅比对混联法氧化铝生产的影响〔J〕.1995(4)：8～12. 〔5〕袁华俊.低铝硅比生料的工艺实践〔J〕.轻金属，1995(3)：

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