怎么分离铝土矿(AL2O3,FE2O3,SIO2)过程及试剂?

Question

怎么分离铝土矿(AL2O3,FE2O3,SIO2)过程及试剂?

Answer 1

铝土矿中常含有少量的SiO2和Fe2O3,写出实验室由铝土矿制取纯净Al2O3时需加入的试剂和反应方程式：
加HCl溶液过量,过滤除去SiO2沉淀,方程式为Al2O3+6HCl→2AlCl3+3H2O,Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O
加NaOH溶液过量,过滤除去Fe(OH)3,方程式为4NaOH+AlCl3→NaAlO2+3NaCl+2H2O ,3NaOH+FeCl3→Fe(OH)3↓+3NaCl
通入CO2过量,过滤得到Al(OH)3,方程式为2NaAlO2+CO2+3H2O→2Al(OH)3↓+Na2CO3
煅烧Al(OH)3可以得到纯净的Al2O3,方程式为2Al(OH)3→Al2O3+3H2O↑
铝土矿的主要化学成分为Al2O3,一般为40％～70%质量分数,另含SiO2、Fe2O3、TiO2及少量CAO、MgO及微量Ga、V、P、V、Cr等.以Al2O3在矿物存在形态分为：三水铝石（Al2O3?3H2O）,一水软铝石,一水硬铝石（分子式均为Al2O3.H2O）.评定铝土矿质量标准是铝硅比,生产要求该值不低于3～3.5.
等
从铝土矿制取Al2O3方法很多,目前工业上几乎采用碱法,又分为拜耳法、烧结法、联合法等三种：
Al2O3?3H2O(或Al2O3?H2O)+NaOH→（浸出/分解）NaAl(OH)4+赤泥→（晶种分解/蒸发、苛化）Al2(OH)3→（煅烧）Al2O3.
（一） 拜耳法：是典型的一种湿法冶金的方法,在氧化铝生产中占绝对优势.
工艺流程（如图）
原理如下：
实质是在不同条件下,控制反应向不同方向进行.其中关键工序是：
1 铝土矿的浸出——浸出母液的主要成份是NaOH
主要反应：
1）氧化铝 Al2O3?nH2O+2NaOH→2NaAlO2+nH2O
2）二氧化硅：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O→Na2O?Al2O3?2SiO2?2H2O↓+4NaOH
3） 氧化铁：溶出的Fe2O3不与NaOH反应,以固相直接进入残渣,呈红色.
4） 二氧化钛：TiO2+2Ca(OH)2→2CaOTiO2?2H2O 直接进入赤泥中
5） 碳酸盐：主要有CaCO3+2NaOH→Na2CO3+Ca(OH)2
MgCO3+2NaOH→Na2CO3+Mg(OH)2
由铝土矿在NaOH溶液中高压溶出的Al2O3水合物进入溶液,SiO2、Fe2O3、TiO2及反应物留在赤泥中（赤泥为铝矿中其他成分与碱液发生作用后的产物）,再借助机械方法使溶液与残渣分开,以达到Al2O3与杂质分离.
铝土矿浸出是利用由若干预热器、压煮器和自蒸发器依次串联成的压煮器组来连续作业完成的.（如图）
2 铝酸钠溶液的晶种分解
制成的铝酸钠溶液,其中Al2O3浓度为（145±5）g/l,且在低于100℃温度下不稳定.越接近30℃,过饱和度越大,若在30℃下加入Al(OH)3晶种,并不断机械搅拌,此时过饱和铝酸钠溶液就可自发水解,产出Al(OH)3.
NaAl2O3+2H2O→Al(OH)3↓+NaOH
这种溶液的苛性比值较高.种分母液经蒸发浓缩后,作为循环母液返回,溶出过程溶出下批铝土矿.
3 氢氧化铝的煅烧及分解
Al2O3?3H2O（225℃）→AlO3?H2O+2H2O
Al2O3?H2O(500-550℃)→γ-Al2O3+H2O
γ-Al2O3(900℃开始/1200℃维持)→α-AL2O3
在带冷却机的回转窑中进行,重油煤气作燃料,产物Al2O3或于管状机中冷却或送入车间直接电解.
4 母液的蒸发与苛化
生产过程因各种原因进入大量水分,会引起缩环母液浓度降低,需适时蒸发水分,保持母液浓度.
浸出过程中,高浓度的苛性钠与矿石中碳酸盐反应或空气中CO2反应,使 NaOH部分转化为Na2CO3或形成Na2CO3?H2O.均不能溶解Al2O3水合物,需转变为有用的NaOH,即利用石灰乳与其苛化反应生成NaOH溶液.
Na2CO3+Ca(OH)→2NaOH+CaCO3
（二）碱石灰烧结法生产Al2O3.适于处理铝硅比小于4的铝土矿 （如图）
1）实质：是铝土矿与足量Na2CO3、石灰配成炉料,在1200℃下烧结,生成可溶于水的铝酸钠（Na2O?Al2O3）.其中SiO2与碳生成不溶于水的原硅酸钙（2CaO?SiO2）,用稀碱溶液浸入Na2O?Al2O3,与2CaO?SiO2分离.溶液脱S后通入CO2气体进行碳酸化分解,析出Al(OH)3及碳分母液,用过滤机将两者分离.氢氧化铝经洗涤后,最终送煅烧,分解成Al2O3.母液经蒸发浓缩,用于配料处理循环使用.
2）工艺为：生料烧结,熟料溶化,铝酸钠液脱硅,碳酸化分解.