二水硫酸钙做脱硅剂

1．应用背景

国内外采用Al₂O₃生产方法有拜耳法、烧结法、拜耳-烧结联合法、拜耳法用于处理低硅铝土矿具有流动简单、产品质量高等优点，但只适合处理高品位的铝土矿，处理低品位铝土矿必须采用烧结法，烧结法处理的铝土矿品位低，Al₂O₃回收率高，资源综合利用好，我国已查明的铝矿资源中高硅铝土矿占85%，决定了Al₂O₃生产多采用混联法或烧结法，但烧结法的缺点是生产的Al₂O₃质量低，SiO₂含量高，必须在一次脱硅的基础上进行二次深度脱硅，二次脱硅指数A/S（硅量指数，Al₂O₃与SiO₂的质量比）则要达到1000以上。在对铝酸钠溶液深度脱硅中CaSO₄ ·2H₂O作为脱硅剂是一种易得的工业产品且生产工艺简单，经济实用。其脱硅指数可达4000以上。

2． 二水硫酸钙的脱硅机理

根据反应后硅渣的XRD分析，硅渣中含有钠硅渣、氢氧化钙、水化石榴石和水合硅酸铝钙四种物质，其中水化石榴石为主要成分，水化石榴石的生成是深度脱硅达到较高A/S的主要原因。

反应为：

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

在硫酸钙脱硅剂的脱硅产物中含有少量的钙霞石型钠硅渣，少量的钙霞石型钠硅渣的形成降低溶液中SO42-的浓度，有利于上式向正反应方向进行，即有利于水化石榴石的形成。

反应为：

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

3．脱硅条件的选择

影响脱硅的条件主要有温度、反应时间、CaSO₄·2H₂O的浓度、搅拌速度。如温度影响脱硅活性和脱硅深度的重要因素，在一定范围内随着温度的升高硅酸钠溶液体系的粘度和扩散层厚度降低；反应常数变大；脱硅速度加快。但随着温度的升高产物水化石榴石的溶解度升高，脱硅效果趋于不变。所以要选择适当的温度。CaSO₄·2H₂O在水中的溶解度小溶解速度慢所以反应时间也应从反应程度和成本上考虑反应时间。当CaSO₄·2H₂O用量过多时过量的钙离子会与溶液中的Al³⁺结合，反而降低溶液中Al₂O₃的含量降低硅量指数，使脱硅效果变差。所以CaSO₄·2H₂O用量也很重要。

4．作为脱硅剂对二水硫酸钙的要求

硫酸钙晶体形式为有两个结晶水的二水硫酸钙，理论水含量为20.93%，在实际中水含量在19.00—23.00%之间。

二水硫酸钙作为脱硅剂不应引入过多的杂质，特别是硅杂质。即对二水硫酸钙含量要求高。纯度在化学纯以上（≥97%）。

对二水硫酸钙的粒度要求，粒度小表面积增大，溶解的速度快。有利于反应向正向进行，减短反应时间。