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二水硫酸鈣做脫硅劑

1．應用背景

國內外采用Al₂O₃生產方法有拜耳法、燒結法、拜耳-燒結聯合法、拜耳法用于處理低硅鋁土礦具有流動簡單、產品質量高等優點，但只適合處理高品位的鋁土礦，處理低品位鋁土礦必須采用燒結法，燒結法處理的鋁土礦品位低，Al₂O₃回收率高，資源綜合利用好，我國已查明的鋁礦資源中高硅鋁土礦占85%，決定了Al₂O₃生產多采用混聯法或燒結法，但燒結法的缺點是生產的Al₂O₃質量低，SiO₂含量高，必須在一次脫硅的基礎上進行二次深度脫硅，二次脫硅指數A/S（硅量指數，Al₂O₃與SiO₂的質量比）則要達到1000以上。在對鋁酸鈉溶液深度脫硅中CaSO₄ ·2H₂O作為脫硅劑是一種易得的工業產品且生產工藝簡單，經濟實用。其脫硅指數可達4000以上。

2． 二水硫酸鈣的脫硅機理

根據反應后硅渣的XRD分析，硅渣中含有鈉硅渣、氫氧化鈣、水化石榴石和水合硅酸鋁鈣四種物質，其中水化石榴石為主要成分，水化石榴石的生成是深度脫硅達到較高A/S的主要原因。

反應為：

3CaSO₄·2H₂O + 2Al(OH)₄^- + xH₂SiO₄^2- = 3CaO·Al₂O₃·xSiO₂·(6-2x)H₂O + 3SO₄^2- +9H₂O + (6x-10)OH^-

在硫酸鈣脫硅劑的脫硅產物中含有少量的鈣霞石型鈉硅渣，少量的鈣霞石型鈉硅渣的形成降低溶液中SO42-的濃度，有利于上式向正反應方向進行，即有利于水化石榴石的形成。

反應為：

8Na+ + 6Al(OH)₄^- + 6SiO₂(OH)₂^2- +2SO₄^2- = 4Na₂O·3Al₂O₃·6SiO₂·2SO₄^2-·yH₂O + 10OH^- + (13-y)H₂O

3．脫硅條件的選擇

影響脫硅的條件主要有溫度、反應時間、CaSO₄·2H₂O的濃度、攪拌速度。如溫度影響脫硅活性和脫硅深度的重要因素，在一定范圍內隨著溫度的升高硅酸鈉溶液體系的粘度和擴散層厚度降低；反應常數變大；脫硅速度加快。但隨著溫度的升高產物水化石榴石的溶解度升高，脫硅效果趨于不變。所以要選擇適當的溫度。CaSO₄·2H₂O在水中的溶解度小溶解速度慢所以反應時間也應從反應程度和成本上考慮反應時間。當CaSO₄·2H₂O用量過多時過量的鈣離子會與溶液中的Al³⁺結合，反而降低溶液中Al₂O₃的含量降低硅量指數，使脫硅效果變差。所以CaSO₄·2H₂O用量也很重要。

4．作為脫硅劑對二水硫酸鈣的要求

硫酸鈣晶體形式為有兩個結晶水的二水硫酸鈣，理論水含量為20.93%，在實際中水含量在19.00—23.00%之間。

二水硫酸鈣作為脫硅劑不應引入過多的雜質，特別是硅雜質。即對二水硫酸鈣含量要求高。純度在化學純以上（≥97%）。

對二水硫酸鈣的粒度要求，粒度小表面積增大，溶解的速度快。有利于反應向正向進行，減短反應時間。