高压水化学法原理

高硅含铝原料、石灰和苛性碱溶掖混合后在533-573K温度下加压溶出原料中的Al₂O₃，使溶液的摩尔比降至12左右。此时原料中的SiO₂在苛性碱溶液含Na₂O 250-500g/L时，变成Na₂O·2CaO，2SiO₂·H₂O，进一步处理变为CaO·SiO·H₂O渣，而在苛性碱溶液含Na₂O 120-150g/L时，石灰多则变成2CaO·SiO₂·0.5H₂O渣，石灰少则变成CaO·SiO₂·H₂O渣。理论上SiO₂不造成Na₂O和Al₂O₃损失。

高压水化学法(hydrothermal process fox a-lumina production)是指一种苛性碱湿法处理高硅含铝原料的氧化铝生产方法。苏联在20世纪50年代末所提出，一直在不断改进，但仍未用于工业生产 。

主要由溶出、脱硅、蒸发、溶解、加种子分解、锻烧等过程组成。

将高硅铝矿，石灰和苛性比为35-38、苛性氧化钠浓度为400-500g/L的循环苛性碱液按CaO:SiO₂=1:1(摩尔比)、Na₂O:Al₂O₃=9:10(摩尔比)配成原矿浆，在3-4MPa压力下溶出10min，得到含Al₂O₃ 70-80g/L和含SiO₂ 3-4g/L的铝酸钠溶液和主要成分为Na₂O·2Cao·2SiO₂·H₂O的易于分离洗涤的泥渣。氧化铝溶出率达90%-92%。

因泥渣还含有Na₂O需予以回收。回收氧化钠是将洗涤后的泥渣与石灰乳混合，在1.8MPa压力下溶出1h,得到致密的2CaO·SiO₂·H₂O沉淀和含Na₂O 70-75g/L的溶液，氧化钠回收率达97%-98%。或在3MPa压力下，用水或稀碱溶液溶出泥渣4h，得到含Na₂O 20-25g/L的溶液及CaO·SiO₂·H₂O沉淀。氧化钠回收率为85%-90%。

蒸发所得铝酸钠溶液至含Na₂ 500-510g/L，然后将其由353K逐步降温至303-293K，此时有80%以上的Al₂O₃，以夹带母液的水合铝酸钠(Na₂O·Al₂O₃·2.5H₂O)晶体析出，同时得到苛性比为35-38、用于返回配制原矿浆的循环苛性碱。加种子分解用水溶解水合铝酸钠得到的苛性比1.4-1.6的铝酸钠溶液，得到Al(OH)₃。Al(OH)₃经缎烧获得Al₂O₃成品。由于铝酸钠溶液中的SiO₂会使水合铝酸钠的结晶析出速度大为降低，并使晶体细小，难以分离洗涤。所以在蒸发结晶前，溶液需在常压下煮沸1h，使其中大部分的SiO₂变成Na₂O·Al₂O₃·1.7SiO₂·H₂O沉淀而与铝酸钠溶液分离，得到含SiO₂ 1.5g/L以下的铝酸钠溶液 。

本法的物料不需经过高温烧结处理，因而能耗较低，并且得到价格高于碳酸钠的苛性碱产品。但由于溶出液的苛性比高达9-10。而Al₂O₃浓度仅为70-80g/L，因而单位产品物料流最和蒸发量都很大，再加上溶液的Na₂O浓度高达400-500g/L，蒸发、分离和脱硅都较困难，因而仍未获得工业应用 。2100433B

这层水分子的数目称为水化数（hydration number）。这是一种“溶剂化”过程，任何物质的溶解必定伴随有溶剂化（solvation），即溶质分子或离子通过静电作用、氢键、范氏引力、甚至配键与溶剂分子作用产生溶剂化粒子，促进了溶解过程。许多物质能溶于水，是与水有很强的水化能力分不开的。水化的概念对于电解质溶液结构的探讨及其性质的理论计算很重要，但它是静电作用的结果，与化学结合不同。有些离子能通过配键与水分子结合，形成固定的配位水，如Cu(H2O)42 ，可存在于水溶液以至气态和离子晶体中，称为水合离子，其过程为“水合作用”，但英语仍作hydration。

分子或离子与水结合而形成水合物或水合离子的过程。物质在水中的溶解或离解，主要是通过水化而引起的。在有机化学中也指分子中不饱和键在催化剂作用下与水分子化合的反应。如乙烯与水化合成乙醇。又称水合。

中文名称：水化

英文名称：hydration

物质与水发生化合叫水化作用，又称水合作用(一般指分子或离子的水合作用。) 水溶液中离子一般均以水化离子的形式存在。根据X射线衍射分析，液态水是微观晶体，在短程和短时间内具有与冰相似的结构，即1个中心水分子周围有4个水分子占在四面体的顶角包围着它，四面体结构是通过氢键形成的。5个水分子没有占满四面体的全部体积，是一个敞开式的松弛结构。离子溶入水中后，离子周围存在着一个对水分子有明显作用的空间，当水分子与离子间相互作用能大于水分子与水分子间的氢键能时，水的结构就遭到破坏，在离子周围形成水化膜。紧靠离子的第一层水分子定向地与离子牢固结合，与离子一起移动，不受温度变化的影响，这样的水化作用称原水化或化学水化，它所包含的水分子数称为原水化数。第一层以外的水分子也受到离子的吸引作用，使水的原有结构遭到败坏，但由于距离稍远，吸引较弱，与离子联系较松，这部分水化作用称二级水化或物理水化。它所包含的水分子数随温度的变化而改变，不是固定值。用不同方法测定原水化数，所得结果相差很大，这是因为不同方法测出的数值，都是原水化数加上部分二级水化数。用不同方法测出的常见离子的水化数见表。由表中数据可以看出离子半径小，电荷数大的离子水化数大，在它周围的水分子多，这些水分子都定向地牢固地与离子结合，失去了独立运动的能力。离子周围的第一层水分子数虽然不变，但并不是同一个水分子永久地无限期地留在离子周围，而是与外界的水分子不断地相互交换，只是保持水化数不变。离子水化作用产生两种影响，一是离子水化作用减少溶液“自由”水分子的数量，增加离子体积，因而改变电解质溶液中电解质的活度系数（使Y±增大）和电导性质。这是溶剂对溶质的影响；二是离子水化往往破坏附近水层中的正四面体结构。降低离子邻近水分子层的相对介电常数，这是溶质对溶剂的影响。2100433B