D0I:10.13374/i.issnl001t03.2009.11.030 第31卷第11期 北京科技大学学报 Vol.31 No.11 2009年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2009 氧化铝熟料溶出二次反应过程SO2进入铝酸钠溶液 的动力学机理 陈滨，2)何世文)唐娴敏) 1)湖南工业大学治金工程学院，株洲4120002)中南大学治金科学与工程学院，长沙410083 摘要基于采用较高液固比(20：1)的实验条件，避免了因硅酸钠与铝酸钠反应形成水合铝硅酸钠（钠硅渣），可将氧化铝熟 料溶出二次反应动力学过程分为SO2进入铝酸钠溶液和A203损失两个动力学过程，详细研究了SO2进入铝酸钠溶液过程 的动力学行为·通过选择合适的动力学模型对实验数据进行处理，获得了该过程的动力学方程.方程表明，该过程的表观活 化能较小，仅为24.86kJml一1，说明其过程发生需要突破的活化能能垒较小，相应反应较易发生，其动力学机理与表面化学 反应有关，也与扩散有关，铝酸钠溶液中Al2O3质量浓度对过程的影响远远大于铝酸钠溶液中Na2COg质量浓度和Na0H质 量浓度的影响，因此认为熟料溶出过程中，导致SiO2进入铝酸钠溶液的原因主要是熟料中的硅酸钙与NaA1(OH)4相互作用. 关键词氧化铝：熟料溶出：二次反应：二氧化硅；反应动力学 分类号TF821 Kinetic mechanism of SiO2 dissolving into sodium aluminate solution in secondary reaction during clinker-leaching CHEN Bin),HE Shi-wen),TANG Xian-min) 1)School of Metallurgical Engineering.Hunan University of Technology.Zhizhou 412000.China 2)School of Metallurgical Science and Engineering,Central South University.Changsha 410083.China ABSTRACI Based on the fact that the formation of sodium aluminium hydrosilicates can be avoided on the experimental condition of high liquid-to"solid ratio (20:1).the secondary reaction process is divided into two sections according to the characteristics of dynamic process during clinker-leaching.One of the two processes,namely.the process of Si0z dissolving into sodium aluminate solution was detailedly researched.Through processing all data with a fitting kinetic model.the corresponding kinetic equation was deduced.The results demonstrate that the process has an apparent activation energy of 24.86kJmo,which serves as an indication that corre- sponding reactions of this process can easily happen.Since the effect of Al203 mass concentration in sodium aluminate solution is more than those of NazCO3 mass concentration and NaOH mass concentration greatly.it can be considered that the reaction between calci- um silicate in clinker and NaAl(OH)4 is the main reason to result in SiOz entering into sodium aluminate solution. KEY WORDS alumina:clinker leaching:secondary reaction:silicon dioxide:reaction kinetics 我国是铝土矿资源比较丰富的国家之一，已探 分离，但是，在实际生产中，熟料中的原硅酸钙在溶 明的铝土矿储量为23亿t四，而一水硬铝石型铝土 出、分离过程中会被铝酸钠溶液分解，分解产物 矿是我国目前氧化铝生产的主要资源，该类型矿石 Na2SiO3和Ca(OH)2又与NaA(OH)4相互作用生 约占总储量的98%，而且铝硅比为4~7的中低品 成含氧化铝和碱的不溶物（如钠硅渣，Na20·A203· 位铝土矿约占总储量的80%2].烧结法比较适合 1.7Si02·2H20)进入赤泥造成氧化铝和碱的损失， 处理我国占绝大多数的中低品位铝土矿，在熟料烧 此即二次反应损失[].当作业条件控制不当时， 结过程中，铝转化成易溶于水的铝酸钠(N20· 二次反应严重，造成大量氧化铝和碱的损失[可]. A203),硅则转化成相对稳定、不溶于水的原硅酸钙 为了有效地控制溶出过程的二次反应，对二次 (3-2Ca0Si02),从而在熟料溶出过程中实现铝硅 反应的动力学机理进行研究以查明影响该过程的主 收稿日期：2008-12-22 作者简介：陈滨(l976一)，男，讲师，博士，E mail:csuchenbin@sohu:com氧化铝熟料溶出二次反应过程 SiO2 进入铝酸钠溶液 的动力学机理 陈 滨1‚2） 何世文1） 唐娴敏1） 1） 湖南工业大学冶金工程学院‚株洲412000 2） 中南大学冶金科学与工程学院‚长沙410083 摘 要 基于采用较高液固比（20∶1）的实验条件‚避免了因硅酸钠与铝酸钠反应形成水合铝硅酸钠（钠硅渣）‚可将氧化铝熟 料溶出二次反应动力学过程分为 SiO2 进入铝酸钠溶液和 Al2O3 损失两个动力学过程‚详细研究了 SiO2 进入铝酸钠溶液过程 的动力学行为．通过选择合适的动力学模型对实验数据进行处理‚获得了该过程的动力学方程．方程表明‚该过程的表观活 化能较小‚仅为24∙86kJ·mol －1‚说明其过程发生需要突破的活化能能垒较小‚相应反应较易发生‚其动力学机理与表面化学 反应有关‚也与扩散有关．铝酸钠溶液中 Al2O3 质量浓度对过程的影响远远大于铝酸钠溶液中 Na2CO3 质量浓度和 NaOH 质 量浓度的影响‚因此认为熟料溶出过程中‚导致 SiO2 进入铝酸钠溶液的原因主要是熟料中的硅酸钙与 NaAl（OH）4 相互作用． 关键词 氧化铝；熟料溶出；二次反应；二氧化硅；反应动力学 分类号 TF821 Kinetic mechanism of SiO2dissolving into sodium aluminate solution in secondary reaction during clinker-leaching CHEN Bin 1‚2）‚HE Sh-i wen 1）‚T A NG Xian-min 1） 1） School of Metallurgical Engineering‚Hunan University of Technology‚Zhuzhou412000‚China 2） School of Metallurgical Science and Engineering‚Central South University‚Changsha410083‚China ABSTRACT Based on the fact that the formation of sodium aluminium hydrosilicates can be avoided on the experimental condition of high liquid-to-solid ratio （20∶1）‚the secondary reaction process is divided into two sections according to the characteristics of dynamic process during clinker-leaching．One of the two processes‚namely‚the process of SiO2dissolving into sodium aluminate solution was detailedly researched．T hrough processing all data with a fitting kinetic model‚the corresponding kinetic equation was deduced．T he results demonstrate that the process has an apparent activation energy of 24∙86kJ·mol －1‚which serves as an indication that corre￾sponding reactions of this process can easily happen．Since the effect of Al2O3mass concentration in sodium aluminate solution is more than those of Na2CO3mass concentration and NaOH mass concentration greatly‚it can be considered that the reaction between calci￾um silicate in clinker and NaAl（OH）4is the main reason to result in SiO2entering into sodium aluminate solution． KEY WORDS alumina；clinker leaching；secondary reaction；silicon dioxide；reaction kinetics 收稿日期：2008－12－22 作者简介：陈滨（1976－）‚男‚讲师‚博士‚E-mail：csuchenbin＠sohu．com 我国是铝土矿资源比较丰富的国家之一‚已探 明的铝土矿储量为23亿 t ［1］‚而一水硬铝石型铝土 矿是我国目前氧化铝生产的主要资源‚该类型矿石 约占总储量的98％‚而且铝硅比为4～7的中低品 位铝土矿约占总储量的80％［2－3］．烧结法比较适合 处理我国占绝大多数的中低品位铝土矿．在熟料烧 结过程中‚铝转化成易溶于水的铝酸钠 （Na2O· Al2O3）‚硅则转化成相对稳定、不溶于水的原硅酸钙 （β－2CaO·SiO2）‚从而在熟料溶出过程中实现铝硅 分离．但是‚在实际生产中‚熟料中的原硅酸钙在溶 出、分离过程中会被铝酸钠溶液分解‚分解产物 Na2SiO3 和 Ca（OH）2 又与 NaAl（OH）4 相互作用生 成含氧化铝和碱的不溶物（如钠硅渣‚Na2O·Al2O3· 1∙7SiO2·2H2O）进入赤泥造成氧化铝和碱的损失‚ 此即二次反应损失［4－5］．当作业条件控制不当时‚ 二次反应严重‚造成大量氧化铝和碱的损失［6］． 为了有效地控制溶出过程的二次反应‚对二次 反应的动力学机理进行研究以查明影响该过程的主 第31卷 第11期 2009年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．11 Nov．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．11．030