拜耳法溶出-分離-脫硅

1、拜耳法溶出工藝 呂國(guó)志 2013-9-18 東北大學(xué) 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 n原料制備 n拜耳法高壓溶出 n溶出料漿的稀釋與分離洗滌 n鋁酸鈉溶液脫硅 第一部分：原料制備 原料制備是氧化鋁生產(chǎn)中的第一道工序。 原料制備的目的是為拜爾法生產(chǎn)配制出合 格的原礦漿送高壓溶出工序。拜爾法原料 制備過(guò)程包括：鋁礦石的破碎、磨礦、石 灰燒制和配料。 拜爾法生產(chǎn)工藝對(duì)原料制備的要求： （1）參與化學(xué)反應(yīng)的物料要有一定的細(xì)度； （2）參與化學(xué)反應(yīng)的物料之間要有一定的配比和均勻 的混合。 原料制備的任務(wù)是： （1）將鋁土礦破碎并混均按比例配入富礦熟料（或 石灰）送到磨前礦石儲(chǔ)倉(cāng)。 （2）將蒸發(fā)母液按生產(chǎn)需求補(bǔ)充適當(dāng)

2、苛性堿制成合 格的調(diào)配液。 （3）將礦石（國(guó)內(nèi)一水硬鋁石礦要加石灰）和調(diào)配 液按一定比例和數(shù)量加入礦漿磨內(nèi)，磨制出合格 的原礦漿。 拜耳法原料制備過(guò)程包括： （1）鋁土礦破碎與礦石預(yù)均化 （2）石灰燒制 （3）原礦漿制備 鋁土礦破碎 從礦山開(kāi)采的礦石一般呈不規(guī)則形狀。根據(jù)目前 破碎設(shè)備的生產(chǎn)性能，一次破碎成符合磨礦粒度 要求的細(xì)顆粒很困難，所以，破碎一般采用分段 破碎，將破碎分成粗碎、中碎、細(xì)碎過(guò)程進(jìn)行。 v由粒度1500500 mm的礦石破碎成400125 mm， 叫粗碎； v由400125 mm破碎成10025 mm叫中碎； v由10025 mm破碎成255 mm叫細(xì)碎。 破碎機(jī) 影響礦石

3、破碎的因素很多，主要與礦石的結(jié)構(gòu)、硬 度、形狀大小以及均勻性等物理性質(zhì)有關(guān)。為了得 到合格的碎礦石，通常根據(jù)不同形式的礦石和礦石 特性，采用不同的設(shè)備和破碎流程。 破碎一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)，通常采用顎式和圓錐顎式和圓錐 式破碎機(jī)式破碎機(jī)，此時(shí)破碎流程比較復(fù)雜；破碎其他形式的鋁土 礦時(shí)，可采用反擊式和錘式破碎機(jī)反擊式和錘式破碎機(jī)，此時(shí)破碎流程比較簡(jiǎn) 單。 鋁土礦破碎主要有以下幾種方法：壓碎、壁碎、折 斷、磨剝、擊碎。 （1）壓碎：利用兩破碎工作面逼近時(shí)加壓，使物料破碎。 此法的特點(diǎn)是作用力逐步加大，作用力的范圍較大，適用 于破碎較硬的礦石。 （2）壁碎：破碎工作是由尖齒楔入物料的壁面而完成的。

4、其特點(diǎn)是作用力的范圍較為集中而發(fā)生局部破裂。此法適 用干脆性礦石的破碎。 （3）折斷：物料在破碎工作面間如同承受集中負(fù)荷的支點(diǎn) 梁，除在外力作用點(diǎn)處受壁力之外，礦石本身發(fā)生折屈而 破碎。 （4）磨剝：破碎工作面在物料上相對(duì)移動(dòng)，對(duì)物料施加剪 壓力，這種力是作用在物料的表面上。此法適用于細(xì)粒物 料的磨礦。 （5）擊碎：利用擊碎力的瞬間作用于物料上使物料破裂， 是動(dòng)力破碎。 鋁土礦預(yù)均化 鋁土礦的預(yù)均化是在預(yù)均化堆場(chǎng)的堆料和取料過(guò)程中實(shí) 現(xiàn)的。從鋁土礦礦山來(lái)的礦石，其成分波動(dòng)的周期長(zhǎng)、振 幅較大，采用專(zhuān)門(mén)的堆料機(jī)以薄層堆疊，層數(shù)可達(dá) 200500層。堆完后用專(zhuān)門(mén)的取料機(jī)械以垂直料層的方向 和薄層切

5、取的方式取料，使運(yùn)出預(yù)均化堆場(chǎng)的礦石成分波 動(dòng)的周期縮短、振幅降低，其標(biāo)準(zhǔn)偏差縮小。 氧化鋁生產(chǎn)原料的存儲(chǔ) 氧化鋁廠是連續(xù)生產(chǎn)的工廠，要求各種原料（鋁土 礦、石灰石、焦炭及煤）在工廠必須有足夠的存儲(chǔ)量，以 保證氧化鋁廠連續(xù)而均衡地生產(chǎn)。 各種生產(chǎn)原料所需的儲(chǔ)存量取決于該原料的日用量 和儲(chǔ)存期。原料的儲(chǔ)存量所能滿足工廠生產(chǎn)需要的天數(shù)， 稱(chēng)為該原料的儲(chǔ)存期。 物料名稱(chēng)鋁土礦石灰石焦炭及煤 一般儲(chǔ)存期/天203010202030 氧化鋁廠原燃料礦石的儲(chǔ)存期 常用的礦石預(yù)均化設(shè)備 預(yù)均化堆場(chǎng)的設(shè)備要適應(yīng)所處理礦石物理性質(zhì)（濕度、 黏性、粒度、安息角等），其作業(yè)方式和性能決定了 預(yù)均化的效果。常用的礦石

6、預(yù)均化設(shè)備主要有： 懸臂式皮帶堆料機(jī) 橋式斗輪取料機(jī) 圓形堆場(chǎng)混勻堆取料機(jī) 橋式、門(mén)式抓斗起重機(jī) 帶式輸送機(jī) 生產(chǎn)石灰的原料是石灰石。中國(guó)的氧化鋁廠中，石灰燒制設(shè)備主 要有兩種類(lèi)型：豎式石灰爐和石灰回轉(zhuǎn)窯。在鋼鐵行業(yè)國(guó)外氧化鋁廠 中還有雙筒式豎式石灰爐。氧化鋁生產(chǎn)中，對(duì)石灰石的質(zhì)量要求是： 項(xiàng)目質(zhì)量要求 1CaO52.0% 2SiO22.0% 3MgO1.0% 除了對(duì)石灰石的化學(xué)成分有要求外，石灰石的粒度也應(yīng)滿足如下要求： p 豎式石灰爐石灰石粒度50110mm。如果采用分級(jí)煅燒， 粒度范圍可為30150mm，其中3070mm為一級(jí)，70150mm為另一 級(jí)。 p 回轉(zhuǎn)窯要求入窯石灰石的粒度要

7、均勻，不能夾雜粉料，石 灰石粒度要求1550mm。 石灰燒制工藝 石灰石的主要成分是碳酸鈣（CaCO3）,其中雜質(zhì)有 氧化硅、氧化鋁、氧化鎂和氧化鐵等。碳酸鈣在大于 900的煅燒分解溫度下，按下式分解為CaO和CO2： CaCO3 CaO+CO2 石灰的煅燒可以采用豎式石灰爐或回轉(zhuǎn)窯來(lái)完成。 由于石灰石在爐內(nèi)的填充率和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同、燃料的種 類(lèi)和燃燒狀態(tài)不同以及在爐內(nèi)的熱量傳遞方式不同，造 成了兩種設(shè)備燒制出的石灰質(zhì)量和爐氣組分有一定得差 異。 石灰爐 v原礦漿制備的工藝流程 v原礦漿的配料計(jì)算 v配礦 v配堿 v配石灰 v原礦漿液固比調(diào)整 v原礦漿制備的主要設(shè)備 原礦漿制備工藝流程圖 原礦漿

8、制備工藝示意圖（一） 810m 47.02t/h 217.3m3/h 4.58t/h 45.76t/h 217.3m3/h 4.7t/h 原礦漿制備工藝示意圖（二） 礦漿槽礦漿槽 8*10 400m3 355 m3/h 240 m3/h 240m3/h 240 m3/h 240 m3/h 4.58t/h 45.76t/h 217.3m3/h （a）配料苛性比值 配料苛性比是指當(dāng)?shù)V石的溶出率達(dá)到理論溶出率時(shí) 溶出液的苛性比值，在實(shí)際生產(chǎn)中，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)和技術(shù) 經(jīng)濟(jì)比較確定最宜的配料苛性比值。 （b）原礦漿的配料計(jì)算 X= 式中 A -實(shí)際溶出率 b -赤泥中的鈉硅比 k-配料苛性比 w-石灰添加

9、量（%） X-每m3循環(huán)母液應(yīng)配入的礦石量Kg n、a -循環(huán)母液中Na2O和Al2O3濃度（g/L） A、 s-鋁土礦中Al2O3和SiO2的含量（%） c、 c-礦石和石灰中CO2的含量 ) 100 (41. 1608. 0 100)608. 0( wc cbsA an Ak k 原礦漿的配料計(jì)算 （c）礦漿的液固比L/S 生產(chǎn)上常用檢查原礦漿的液固比的方法來(lái) 檢驗(yàn)原礦漿配料是否合格。 LS=dL/(L+W)X= 式中：dL、dS 、dP-循環(huán)母液，礦石，原礦漿的密度； L-循環(huán)母液的質(zhì)量； S鋁土礦與石灰的質(zhì)量； W-石灰添加量（%）。 當(dāng)生產(chǎn)中循環(huán)母液密度dL，鋁土礦和石灰的密度ds一

10、定，用密度計(jì)測(cè) 出原礦漿密度dp，則原礦漿液液固比可求出，以此作為控制配料操作的 依據(jù)。 )( )( L L ddpds dpdsd 單位礦石所需要的循環(huán)母液量叫配堿量。 生產(chǎn)中，配堿量主要考慮以下三方面的用堿量： （1）鋁酸鈉結(jié)合堿。例如當(dāng)規(guī)定的MR（分子比）=1.45時(shí)， 即溶出摩爾的氧化鋁，在溶液中就要保留有1.45摩爾的氧 化鈉； （2）與氧化硅反應(yīng)生成鈉硅渣所需堿。例如當(dāng)赤泥的鈉硅 比為0.2時(shí)，礦石中有1kg的活性氧化硅就要配入0.2kg的苛 性鈉； （3）在溶出過(guò)程中由于反苛化反應(yīng)和機(jī)械損失的苛性堿。 但配料時(shí)加入的堿并不是純苛性氧化鈉，而是生產(chǎn)中返 回的循環(huán)母液。循環(huán)母液中除苛

11、性氧化鈉外，還有氧化 鋁、碳酸鈉和硫酸鈉等成份。所以在循環(huán)母液中有一部 分苛性氧化鈉與母液本身的氧化鋁化合，稱(chēng)為惰性堿。 剩下的部分才是游離苛性氧化鈉，它對(duì)配料才是有效的。 液體堿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目質(zhì)量要求 1氫氧化鈉含量NaOH30% 2鈣0.002% 3氯化鈉NaCl0.007% 4二氧化硅SiO20.002% 5碳酸鈉Na2CO30.1% 6硫酸鈉Na2SO4 0.0015 % 7氧化鈉Na2O0.001% 假設(shè)已知兩種鋁土礦的成分如下（%）： 鋁土礦SiO2Fe2O3Al2O3A/S 1#S1 F1A1K1 2#S2F2 A2 K2 要求混礦的A/S為K，計(jì)算兩種礦石的配礦比例。 根據(jù)條件

12、必須是K1KK2或K1KK2，否則達(dá)不 到調(diào)整要求。 假設(shè)第一種礦石用1噸時(shí)，需要配入第二種礦石X噸， 根據(jù)鋁土礦鋁硅比的定義進(jìn)行計(jì)算。 拜耳法配料加入的石灰量是以鋁礦石中含氧化鈦 （TiO2）量計(jì)算的，按其反應(yīng)式要求氧化鈣和氧 化鈦的克分子比為1.0。 一般在處理一水鋁石型鋁 土礦時(shí)，在原礦漿中需配入干礦石量3%5%的石 灰，來(lái)消除二氧化鈦的不利影響。 在磨礦中，球磨機(jī)的下料量要求穩(wěn)定。因此，原礦漿液比 固的調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)循環(huán)母液的加入量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在拜耳法磨 礦中，循環(huán)母液由三個(gè)點(diǎn)加入，而磨機(jī)內(nèi)和分級(jí)機(jī)溢流的 液固比在磨礦的操作中要求穩(wěn)定。因此，調(diào)節(jié)原礦漿的液 固比，實(shí)際上是靠增減加入混合槽的循

13、環(huán)母液量來(lái)實(shí)現(xiàn)。 穩(wěn)定循環(huán)母液的濃度和嚴(yán)格鋁土礦的配礦制度，是確保拜 耳法正確配堿的有效措施。同時(shí)應(yīng)盡量減少非生產(chǎn)用水進(jìn) 入流程及提高石灰質(zhì)量等，也是拜耳法正確配料，達(dá)到良 好溶出指標(biāo)的重要保證。 濕磨：將鋁土礦按配料要求配入石灰和循環(huán)母液并磨制成 合格的原礦漿。 所用設(shè)備：球磨機(jī)、棒磨機(jī)等 原礦漿制備的主要設(shè)備（一） 皮帶輸送機(jī) 、化灰機(jī) 原礦漿制備的主要設(shè)備（二） 堿液泵、礦漿輸送泵 原礦漿制備的主要設(shè)備（三） 原礦漿制備的主要設(shè)備（四） 螺旋分級(jí)機(jī) 第二部分：拜耳法高壓溶出 拜耳法高壓溶出 一、概述 二、鋁土礦溶出過(guò)程 v鋁土礦溶出過(guò)程的工藝 v影響鋁土礦溶出過(guò)程的因素 v雜質(zhì)及添加劑對(duì)

14、溶出過(guò)程的影響 三、鋁土礦溶出過(guò)程的結(jié)疤 四、溶出過(guò)程主要設(shè)備 五、其他拜耳法氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)介 六、拜耳法溶出過(guò)程新工藝新技術(shù) 一、概 述 v高壓溶出的目的就是用苛性堿溶液將鋁土礦中的氧 化鋁溶出，生成鋁酸鈉溶液，有效地提取鋁土礦的 氧化鋁。使溶液充分脫硅，避免過(guò)量的SiO2影響， 把苛性堿的消耗減至最少。 v工業(yè)生產(chǎn)中一般采用循環(huán)母液來(lái)溶出鋁土礦。為了 加快氧化鋁水合物（特別是一水硬鋁石）的溶出速 度，添加石灰，并且把鋁土礦、石灰、循環(huán)母液磨 制成礦漿后在溶出設(shè)備中完成溶出過(guò)程。 三水鋁石和一水鋁石在溶出時(shí)的反應(yīng)： Al2O33H2O+2NaOH =2NaAl(OH)4 Al2O3H2O+

15、2NaOH+2 H2O=2NaAl(OH)4 溶出過(guò)程的主要反應(yīng) 鋁土礦中氧化鋁水合物存在的狀態(tài)不同要求的溶出條件 也不同。 二、鋁土礦溶出過(guò)程 2.1 鋁土礦溶出過(guò)程的工藝 （1）預(yù)脫硅 為了減輕拜耳法過(guò)程中，硅渣在溶出時(shí)析出，影響溶出 效果，在原礦漿進(jìn)入溶出之前進(jìn)行預(yù)脫硅，是減輕結(jié)疤的有 效途徑。 預(yù)脫硅就是在高壓溶出之前，將原礦漿在90以上攪拌 6-10h，添加鈉硅渣晶種，使硅礦物盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)楣柙?，?過(guò)程稱(chēng)為預(yù)脫硅。 預(yù)脫硅過(guò)程并不是所有的硅礦物都能參加反應(yīng)，只有高 嶺石和多水高嶺石這些活性的硅礦物才能反應(yīng)生成鈉硅渣， 保持較長(zhǎng)時(shí)間，可以使生成鈉硅渣的反應(yīng)進(jìn)行得更充分。 在100的溫度

16、條件下，以高嶺石（Al2O32SiO22H2O） 形態(tài)存在的SiO2在苛性堿溶液中溶解生成硅酸鈉進(jìn)入溶液， 當(dāng)溶液中的SiO2含量達(dá)到臨界飽和狀態(tài)時(shí)鋁硅酸鈉就會(huì)分解 出來(lái)，進(jìn)入固相。 液相 SiO2 濃度 脫硅時(shí)間 高嶺石溶解鋁硅酸鈉分解 鋁土礦常壓脫硅過(guò)程 二氧化硅的分解產(chǎn)物是方鈉石3(Na2OAl2O32SiO22H2O)Na2X， (分子式中的X代表CO32-、 SiO42- 、Cl-等)方鈉石和赤泥一起被排 除。 在添加石灰的情況下，Ca2+就可以取代方鈉石中的Na+從 而減少苛性堿的消耗量。 在預(yù)脫硅階段主要發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)： a 高嶺石的溶解 Al2O32SiO22H2O+6NaO

17、H 2NaAlO2+2Na2SiO3+5H2O b方鈉石的分解 2NaAlO2+1.7 Na2SiO3+(n+1.7)H2O Na2OAl2O31.7SiO2nH2O+3.4 NaOH 分解速度和溶液中最終的SiO2含量受以下因素影響： 溶液中苛性堿（Na2Ok）濃度?？列詨A濃度越低分解速 度越快，溶液中最終的SiO2含量越低。 脫硅溫度。溫度越高分解速度越快，溶液中最終的 SiO2含量越低。 溶液中Al2O3濃度。Al2O3濃度越低分解速度越快，溶 液中最終的SiO2含量越低。 脫硅停留時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)分解速度越快，溶液中最終 的SiO2含量越低。 鋁土礦中存在的高嶺石含量和質(zhì)量。高嶺石含量越

18、高 分解速度越快，溶液中最終的SiO2含量越低。 鋁土礦溶出過(guò)程的工藝 （2）高壓溶出 預(yù)脫硅后的礦漿用高壓泵泵入礦漿預(yù)熱系統(tǒng)，礦漿被多 級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱至溶出溫度后進(jìn)行保溫溶出。溶出后的礦漿經(jīng) 多級(jí)自蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行自蒸發(fā)降溫后去稀釋沉降系統(tǒng)。礦漿在 前若干級(jí)的預(yù)熱，一般是利用溶出后的礦漿在自蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn) 生的乏汽作為加熱介質(zhì)，而礦漿最后則是通過(guò)新蒸汽作為新 熱源間接或直接加熱至指定的溶出溫度，也可以采用熔鹽作 為新熱源間接加熱至指定的溶出溫度。 自原料制備自原料制備 停留停留12h后出料后出料 Q=200m3/h 去高壓隔膜泵去高壓隔膜泵 預(yù)脫硅槽預(yù)脫硅槽 10.532m 倒料泵倒料泵 倒料泵倒料泵

19、出料泵出料泵 Q=200m3/hQ=200m3/h 高位槽高位槽 增壓泵增壓泵 Q=300m3/h 蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽 105 105 105 240m3/h 240m3/h 240m3/h240m3/h 240m3/h 典型的拜耳法溶出系統(tǒng)流程（一） 380m3/h 54m3/h 354.76m3/h 356.19m3/h167.21m3/h 186m3/h 典型的拜耳法溶出系統(tǒng)流程（二） （3）主要拜耳法溶出工藝裝備系統(tǒng) 蒸汽直接加熱高壓釜（或稱(chēng)高壓溶出器、壓煮器）溶出蒸汽直接加熱高壓釜（或稱(chēng)高壓溶出器、壓煮器）溶出 由多程預(yù)熱器和蒸汽直接加熱壓煮器，加保溫溶出串聯(lián)高壓釜 系列構(gòu)成。

20、制備好的原礦漿在原礦漿槽中停留48h，進(jìn)行預(yù)備硅。 預(yù)脫硅后的礦漿用油壓泥漿泵送入雙程預(yù)熱器預(yù)熱到140160 后，再加入溶出器，在前兩個(gè)或三個(gè)溶出器中用新蒸汽直接加熱至 溶出溫度，然后依次進(jìn)入其余溶出器，溶出后的料漿從最后一個(gè)溶 出器排入自蒸發(fā)器自蒸發(fā)冷卻；一級(jí)自蒸發(fā)器的二次蒸汽送往預(yù)熱 器作為熱源，二級(jí)自蒸發(fā)器的二次蒸汽送去加熱赤泥洗水；溶出礦 漿與赤泥洗液混合，進(jìn)行稀釋。 蒸汽直接加熱的高壓溶出器組 蒸汽直接加熱的溶出器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和維修，但 新蒸汽消耗大，料漿稀釋增加了蒸發(fā)工序的負(fù)擔(dān)和熱耗。 這類(lèi)溶出工藝已逐漸被改造或淘汰。 單管預(yù)熱單管預(yù)熱壓煮器間接加熱溶出壓煮器間接加熱溶出

21、該技術(shù)由原法國(guó)鋁業(yè)公司開(kāi)發(fā)，并用于處理一水硬鋁石型鋁土礦。 在該技術(shù)中，礦漿由管道預(yù)熱器預(yù)熱至150左右，然后由在帶機(jī) 械攪拌的溶出高壓釜內(nèi)的蒸汽列管間接加熱預(yù)熱至溶出溫度，最后 在隨后的串聯(lián)溶出高壓釜中完成溶出過(guò)程。該技術(shù)的溶出溫度可達(dá) 260。 套管（單管或多管）預(yù)熱套管（單管或多管）預(yù)熱停留罐溶出停留罐溶出 該技術(shù)在中國(guó)于20世紀(jì)80年代得到了開(kāi)發(fā)，并在鄭州輕金屬研 究院氧化鋁實(shí)驗(yàn)廠進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，隨后得到了廣泛的工業(yè)化應(yīng)用。 在該技術(shù)中，礦漿由套管預(yù)熱器預(yù)熱至溶出溫度，然后在不帶攪拌 的串聯(lián)停留罐中保溫溶出。 管道溶出（套管預(yù)熱管道溶出（套管預(yù)熱管道溶出）管道溶出） 管道溶出技術(shù)是采用

22、帶套管的管道，可以是單管也可以是多管，進(jìn)行 礦漿的預(yù)熱，然后在管式溶出器中溶出。德國(guó)和匈牙利的科技工作者對(duì) 管道化溶出技術(shù)的開(kāi)發(fā)及工業(yè)化作出了重要貢獻(xiàn)。 管道化溶出設(shè)備由原礦漿管邊，蒸汽夾套、礦漿夾套和自蒸發(fā)器等組 成，原礦漿用隔膜泵送入原礦漿管道，經(jīng)管外的一、二級(jí)蒸汽夾套，三 級(jí)礦泵夾套預(yù)熱和蒸汽夾套預(yù)熱原礦漿，再經(jīng)喇叭狀噴嘴進(jìn)入一級(jí)自蒸 發(fā)器降溫降壓；一級(jí)自蒸發(fā)器的二次蒸汽導(dǎo)入二級(jí)蒸汽夾套預(yù)熱原礦漿； 一級(jí)自蒸發(fā)器的溶出漿進(jìn)入二級(jí)自蒸發(fā)器再次降溫降壓；二級(jí)自蒸發(fā)器 的二次蒸汽導(dǎo)入一級(jí)蒸汽夾套預(yù)熱原礦漿，二級(jí)自蒸發(fā)器的溶出漿送稀 釋槽，加赤泥洗液稀釋。 管道化溶出的特點(diǎn)是熱量利用合理，能充分

23、利用溶出漿的 熱量，循環(huán)母液不受蒸汽冷凝水稀釋?zhuān)瑹o(wú)攪拌裝置，靠礦漿 湍流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行攪拌，減輕結(jié)垢生成。 以上的所有溶出技術(shù)中，溶出后礦漿都經(jīng)過(guò)多級(jí)自蒸發(fā) 系統(tǒng)，回收高溫礦漿的熱量，形成多級(jí)乏汽，用于溶出前 礦漿的多級(jí)預(yù)熱，即得到卸壓降溫的溶出后礦漿，可進(jìn)行 稀釋沉降處理，又合理利用了溶出礦漿的預(yù)熱，達(dá)到節(jié)能 的目的。 （4）幾種典型的鋁土礦溶出工藝 v單流法溶出工藝 單流法溶出工藝是指用于溶出鋁土礦的全部母液與出磨礦漿 混合制成原礦漿，用多級(jí)自蒸發(fā)器的二次汽以及新蒸汽間接 （或部分間接）加熱到溶出溫度，在罐式或管式溶出器中完成 母液對(duì)礦石中氧化鋁的溶出過(guò)程。國(guó)外新建或擴(kuò)建改造的氧化 鋁廠大多采用

24、此種溶出工藝。 單流法溶出工藝的優(yōu)點(diǎn)是：?jiǎn)瘟鞣ㄔ谔幚砉琛⑩伒鹊V物含量 少、在溶出過(guò)程中在加熱表面結(jié)疤生成速度小及結(jié)疤清理較易 的鋁土礦時(shí)，具有工藝流程簡(jiǎn)單、易操作、易控制、預(yù)熱過(guò)程 熱利用較高的優(yōu)點(diǎn)。 v雙流法溶出工藝流程 雙流法溶出工藝流程是將用于溶出的堿液分成不等的兩 部分，僅用其小部分（約15%-20%）與鋁土礦磨制成礦漿制 成礦漿流，剩余的大部分堿液為堿液流。兩股料流分別經(jīng)過(guò) 用溶出后礦漿多級(jí)自蒸發(fā)器的乏汽不同程度地預(yù)熱；堿液流 再經(jīng)過(guò)單獨(dú)用新蒸汽加熱至更高溫度。兩股料流在串聯(lián)的壓 煮器系列中的第一個(gè)壓煮器中匯合，并在一個(gè)或多個(gè)壓煮器 中用新蒸汽間接加熱到溶出溫度，并在其后的壓煮器中完

25、成 母液對(duì)礦石中氧化鋁的溶出過(guò)程。 雙流法溶出工藝的優(yōu)點(diǎn)是：在雙流法溶出工藝中，絕大部 分溶出母液不參與制備礦漿而直接預(yù)熱器間接加熱。因母液 中二氧化硅含量很低，加熱過(guò)程中硅渣析出量很少，因而大 大減輕母液預(yù)熱器換熱表面上的結(jié)疤。 v后加礦增濃工藝技術(shù) 拜耳法后加礦增濃技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)后增濃技術(shù)。該技術(shù)是將易溶出 的鋁土礦磨制成礦漿直接泵入拜耳法溶出系統(tǒng)的某級(jí)料漿自蒸發(fā) 器中，利用高溫溶出礦漿的余熱迅速升溫溶出，進(jìn)一步降低溶出 液的k。 該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以提高拜耳法的循環(huán)效率，達(dá)到節(jié)能 增產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本的目的。 后加礦增濃技術(shù)的應(yīng)用受到如下限制：所容許達(dá)到的最 大氧化鋁濃度必須確保在赤泥分離洗滌

26、、葉濾和溶液冷卻時(shí)， 不至于發(fā)生氫氧化鋁自動(dòng)水解。如果溶出的氧化鋁濃度高于 此限制，需要添加或調(diào)配母液來(lái)降低氧化鋁濃度，以控制隨 后的水解損失。 以一水硬鋁石型鋁土礦為原料、后加三水鋁石型鋁土礦 的后加礦增濃溶出工藝首先在中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司開(kāi)發(fā)成 功并實(shí)施了產(chǎn)業(yè)化，明顯提高了分解率和拜耳法循環(huán)效率， 降低了能耗，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 2.2 影響鋁土礦溶出過(guò)程的因素 鋁土礦溶出過(guò)程是液固多相反應(yīng)，物理化學(xué)過(guò)程及其復(fù) 雜，所以影響溶出過(guò)程的因素比較多。總的來(lái)說(shuō)，影響溶出 過(guò)程的主要因素有： a 鋁土礦的礦物組成及結(jié)構(gòu) b 溶出溫度 c 攪拌強(qiáng)度 d 循環(huán)母液堿濃度 e 配料分子比的影響 f

27、礦石細(xì)磨程度 g 溶出時(shí)間 a 鋁土礦的礦物組成及結(jié)構(gòu) v雖然在目前的氧化鋁生產(chǎn)中所采用的原料統(tǒng)稱(chēng)為鋁土礦， 但鋁土礦并不是一種化學(xué)成分穩(wěn)定、結(jié)晶形態(tài)一致的單一 類(lèi)礦物。根據(jù)氧化鋁在鋁土礦中的不同結(jié)晶形態(tài)，鋁土礦 可以分為：三水鋁石型、一水鋁石型、一水硬鋁石型以及 它們之間相互共生的混合型。對(duì)于某一類(lèi)型的鋁土礦，雖 然它們的氧化鋁的結(jié)晶形態(tài)相同，但它們的化學(xué)成分又會(huì) 因不同的產(chǎn)地有所不同。 v不同類(lèi)型的鋁土礦由于其氧化鋁存在的結(jié)晶狀態(tài)不同，所 以與鋁酸鈉溶液的反應(yīng)能力自然就會(huì)不同，即使同一類(lèi)型 的鋁土礦，由于產(chǎn)地的不同，它們的結(jié)晶完整性也會(huì)有所 不同，其溶出性能也就會(huì)不同。 三水鋁石型鋁土礦

28、v三水鋁石的晶體呈層狀，屬于單斜晶系，結(jié)晶的解理面完 整，在溶出時(shí)容易破解。三水鋁石型鋁土礦是最易溶出的 一種鋁土礦，在溶出溫度超過(guò)85時(shí)，就會(huì)有三水鋁石的 溶出，隨著溫度的升高，三水鋁石礦的溶出速度加快。通 常情況下，三水鋁石礦典型的溶出過(guò)程是溫度為140 150、Na2O濃度為120140g/L，礦石中的三水鋁石能迅 速地進(jìn)入溶液，滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。 一水軟鋁石的溶出 v一水軟鋁石的晶體呈片狀，屬于斜方晶系，結(jié)晶的解理面 完整，晶體遭到破壞時(shí)裂為晶層碎片。相對(duì)三水鋁石礦來(lái) 講，一水軟鋁石礦的溶出條件要苛刻得多，它需要較高的 溫度和較大的苛性堿濃度才能達(dá)到一定的溶出速率。一水 軟鋁石型鋁土

29、礦的溶出溫度至少需要200，然而生產(chǎn)上實(shí) 際采用的溫度一般為240250，溶出液的濃度通常是 180240g/L的Na2O。 一水硬鋁石型鋁土礦的溶出 v一水硬鋁石的晶體呈條狀，也屬于斜方晶系，但結(jié)晶沒(méi) 有完整的解理面，晶體遭到破壞時(shí)裂為小的晶棒。在所 有類(lèi)型的鋁土礦中，一水硬鋁石型鋁土礦是最難溶出的。 一水硬鋁石的溶出溫度通常在260左右，溶出液Na2O濃 度為240300g/L。我國(guó)的鋁土礦主要是一水硬鋁石型鋁 土礦。 不同類(lèi)型的鋁土礦通常采用的溶出條件如下表所示 鋁土礦溫度（）壓強(qiáng)（MPa）Na2O(g/L ) 三水鋁石140150 0.39 120140 一水軟鋁石2052301.18

30、2.29140220 一水硬鋁石230245 2.94250300 v溫度是溶出過(guò)程中最主要的影響因素，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率 常數(shù)和擴(kuò)散速率常數(shù)都會(huì)增大，所以，不論反應(yīng)過(guò)程是由化學(xué)反 應(yīng)控制或是擴(kuò)散控制，從動(dòng)力學(xué)方面說(shuō)明了提高溫度對(duì)于增加溶 出速率有利。 v溫度在溶出天然的一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)所起的作用比溶出純一 水硬鋁石礦物時(shí)更加顯著。因?yàn)樵谌艹鲣X土礦時(shí)會(huì)有鈦酸鹽和鋁 硅酸鹽保護(hù)膜的生成，提高溫度使這些保護(hù)膜因再結(jié)晶而破裂， 甚至不加石灰也有良好的溶出效果。 v提高溫度可以使礦石在礦物形態(tài)方面的差別所造成的影響消失。 但是，提高溶出溫度會(huì)使溶液的飽和蒸汽壓急劇增大，溶出設(shè)備 和操作方面的困

31、難也隨之增加，這就使提高溶出溫度受到限制。 b 溶出溫度的影響 c 攪拌強(qiáng)度的影響 v強(qiáng)烈的攪拌使整個(gè)溶液成分趨于均勻，從而強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程。加 強(qiáng)攪拌還可以在一定程度上彌補(bǔ)溫度、堿濃度、配堿數(shù)量和礦石 粒度方面的不足。 v在間接加熱機(jī)械攪拌的高壓溶出器組中，礦漿除了沿流動(dòng)方向運(yùn) 動(dòng)外，還在機(jī)械攪拌下強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，湍流程度也較強(qiáng)。 v當(dāng)溶出溫度提高時(shí)，溶出速度由擴(kuò)散所決定，因而加強(qiáng)攪拌能夠 起到強(qiáng)化溶出過(guò)程的作用。此外，提高礦漿的湍流程度也是防止 加熱表明結(jié)疤、改善傳熱過(guò)程的需要，在間接加熱的設(shè)備中這是 十分重要的。礦漿湍流程度越高，結(jié)疤越輕微。 d 循環(huán)母液堿濃度的影響 v當(dāng)其他條件相同時(shí)，母液濃

32、度越高，Al2O3的未飽和程度就越 大，鋁土礦中Al2O3的溶出速度越快，而且能得到分子比低的 溶出液。從整個(gè)流程看，蒸發(fā)后的蒸發(fā)母液，即循環(huán)母液的 Na2O濃度不宜超過(guò)240g/L，如果要求母液的堿濃度過(guò)高，蒸 發(fā)過(guò)程的負(fù)擔(dān)和困難必然增大，所以從整個(gè)流程來(lái)權(quán)衡，母液 的濃度只宜保持為適當(dāng)?shù)臄?shù)值。 e 配料分子比的影響 v在溶出鋁土礦時(shí)，物料的配比是按溶出液的MR達(dá)到預(yù)期的要求 計(jì)算的。預(yù)期的溶出液MR稱(chēng)為配料MR。它的數(shù)值越高，即對(duì)單 位質(zhì)量的礦石配的堿量也越高，由于在溶出過(guò)程中始終保持著更 大的未飽和度，所以溶出速度必然更快。但是，這樣一來(lái)循環(huán)效 率必然降低，物料流量則會(huì)增大。從循環(huán)堿量公

33、式： N=0.608 (MR)m(MR)a (MR)m-(MR)a （ t/tAl2O3） 可以看出，為了降低循環(huán)堿量，降低配料分子比要比提高母液 分子比效果更大，所以在保證Al2O3的溶出率不過(guò)分降低的前提 下制取分子比盡可能低的溶出液是對(duì)溶出過(guò)程的一項(xiàng)重要要求。 f 礦石細(xì)磨程度的影響 氧化鋁礦石粒度越細(xì)小時(shí)，其比表面積就越大。這樣礦石與溶液 接觸的面積就越大，即反應(yīng)的面積增加了，在其他溶出條件相同 時(shí)，溶出速率就會(huì)增加。另外礦石的磨細(xì)加工會(huì)使原來(lái)被雜質(zhì)包 裹的氧化鋁水合物暴露出來(lái)，增加了氧化鋁的溶出率。致密難溶 的一水硬鋁石型礦石則要求細(xì)磨。然而過(guò)分的細(xì)磨使生產(chǎn)費(fèi)用增 加、降低產(chǎn)能，又無(wú)

34、助于進(jìn)一步提高溶出速度，而且還可能使溶 出赤泥變細(xì)，造成赤泥分離洗滌的困難。 g 溶出時(shí)間的影響 v鋁土礦溶出過(guò)程中，只因Al2O3的溶出率沒(méi)有達(dá)到最大值，那么 增加溶出時(shí)間，Al2O3的溶出率就會(huì)增加。但是過(guò)長(zhǎng)增加時(shí)間造 成產(chǎn)量減少，所以增加時(shí)間是又限度的。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)及實(shí) 踐經(jīng)驗(yàn)，溶出時(shí)間控制在45-60分鐘較合適。 v經(jīng)研究證明，250-260 時(shí)，溶出時(shí)間影響溶出率較大；溫度 大于260 時(shí)，溶出時(shí)間對(duì)溶出率影響相對(duì)減弱；特別是溫度 大于300 時(shí)，不管氧化鋁礦態(tài)如何，大多數(shù)鋁土礦溶出過(guò)程 都可以在幾分鐘內(nèi)完成，且溶液接近飽和。 2.3 雜質(zhì)及添加劑對(duì)溶出過(guò)程的影響 氧化鋁生產(chǎn)的實(shí)質(zhì)

35、就是將礦石中的氧化鋁與其他雜質(zhì)分 離的過(guò)程。鋁土礦的成分十分復(fù)雜，除鋁外還含有多種雜質(zhì) 元素。主要雜質(zhì)有硅、鐵、鈦，次要雜質(zhì)有鈣、鎂、碳、鈉、 鉀、鉻、釩、鎵、磷、氟、鋅等。在一定的溶出條件下，這 些雜質(zhì)元素及其礦物除與堿作用外，它們相互之間或與反應(yīng) 物、反應(yīng)物之間也會(huì)發(fā)生作用，可能導(dǎo)致改變?nèi)芤旱某煞旨?性質(zhì)，或者是鋁礦物表面鈍化或被覆蓋，從而減緩其溶出過(guò) 程。此外，進(jìn)入溶液中的雜質(zhì)還會(huì)影響到分離、分解、蒸發(fā) 等過(guò)程的進(jìn)行。因此，有必要研究這些雜質(zhì)在溶出過(guò)程中的 行為及其對(duì)溶出過(guò)程的影響。 （1）含硅礦物在溶出過(guò)程中的行為 鋁土礦中的硅礦物是堿法氧化鋁生產(chǎn)中最有害的雜質(zhì)。鋁 土礦中的氧化硅一般

36、以石英（SiO2），蛋白石（SiO2nH2O） 高嶺石（Al2O32SiO22H2O）、葉臘石（Al2O34SiO2H2O） 等形式存在。 SiO2在溶出過(guò)程的行為取決于它的礦物組成、溶出溫度和 溶出過(guò)程的時(shí)間。無(wú)定形的蛋白石，不僅易溶于苛性堿溶液， 而且還能溶于碳酸鈉溶液，其反應(yīng)方程式如下： SiO2nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aq SiO2nH2O+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+CO2+aq 游離狀態(tài)的SiO2和石英只有在較高溫度下，才開(kāi)始和鋁酸 鈉溶液起反應(yīng)。在低溫下溶出三水鋁石時(shí)，礦石中以石英形態(tài) 存在的那部分SiO2將轉(zhuǎn)移到赤泥中被分離出去，不會(huì)引起氧化 鋁和

37、氧化鈉的損失。 溶出一水硬鋁石時(shí)，在溶出條件下鋁土礦中所有形態(tài)的 SiO2都與堿反應(yīng)，生成含水鋁硅酸鈉，反應(yīng)方程式為： Al2O3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq 2NaAlO2+2Na2SiO3+aq = 3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O +4NaOH 添加石灰時(shí)3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O進(jìn)一步反應(yīng)生成含水 鋁硅酸鈣。反應(yīng)方程式為： 3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+3Ca(OH)2= 3CaO.Al2O3.nSiO2(6-2n)H2O+6NaOH 不添加石灰，溶出一水硬鋁石時(shí)，SiO2成為鈉硅渣進(jìn)

38、入赤 泥中。添加石灰溶出一水硬鋁石時(shí)，還會(huì)生成水化石榴石。 生產(chǎn)上稱(chēng)含水鋁硅酸鈉為鈉硅渣，生成含水鋁硅酸鈉的反應(yīng)為 脫硅反應(yīng)。含硅礦物能對(duì)氧化鋁生產(chǎn)帶來(lái)危害。 SiO2造成的危害 v由于SiO2的存在，溶出時(shí)造成氧化鋁和苛性堿的損失，生成 的鋁硅酸鹽絕大多數(shù)進(jìn)到赤泥之中而排除。但還有少量仍殘 留在溶液之中。在生產(chǎn)條件發(fā)生變化時(shí)，SiO2在溶液之中過(guò) 飽和而析出，導(dǎo)致整個(gè)工廠管道和設(shè)備器壁上產(chǎn)生結(jié)疤，妨 礙生產(chǎn)。殘留在鋁酸鈉溶液中的SiO2在分解對(duì)會(huì)隨同氫氧化 鋁一起析出，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)過(guò)程要控制和減 少SiO2的有害作用。 （2）含鐵礦物在溶出過(guò)程中的行為 鋁土礦中主要含有赤鐵礦(

39、-Fe2O3)，菱鐵礦（FeCO3）針 鐵礦(-FeOOH)和水赤鐵礦（Fe2O3-0.5H2O）等。 鋁土礦溶出時(shí)所有赤鐵礦全部殘留在赤泥中，成為赤泥的 重要組成部分。赤泥中以針鐵礦形式存在的Fe2O3，通常都具 有不良的沉降和過(guò)濾性能。因此，在溶出時(shí)添加石灰促進(jìn)了針 鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦?？梢蕴岣哐趸X的溶出率，也改善了赤泥 的沉降性能。 氧化鐵含量越多，赤泥量越大，則洗滌用水越多，因此水 的蒸發(fā)量大，相應(yīng)赤泥分離設(shè)備、洗滌設(shè)備及蒸發(fā)設(shè)備相應(yīng)增 多，提高了產(chǎn)品成本。 在生產(chǎn)溶液中往往含有23毫克/升以鐵酸鈉形態(tài)溶解的鐵， 還含有細(xì)度在3微米以下的含鐵礦物微粒，這些微粒很難濾除， 則成為氫氧化鋁

40、被鐵污染的來(lái)源。 （3）含鈦礦物在溶出過(guò)程中的行為 鋁土礦含鈦礦物多以金紅石和銳鈦礦物存在。不加石灰時(shí)，含鈦礦 物能引起氧化鋁溶出率降低和氧化鈉損失，還導(dǎo)致赤泥沉降性能變壞 以及在加熱設(shè)備表面形成結(jié)疤。 在溶出一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)，不添加石灰，氧化鈦與堿作用生成 不溶性的鈦酸鈉 3TiO2+2NaOH+aq=Na2O3TiO22.5H2O+aq 鈦酸鈉結(jié)晶致密，在礦粒表面形成一致密薄膜，把礦粒包裹起來(lái)， 阻礙一水硬鋁石的溶出。由于三水鋁石易溶解，在鈦酸鈉生成之前已 經(jīng)溶解完畢，所以 TiO2不影響三水鋁石的溶出。 一水鋁石型鋁土礦，則受到一定程度的影響。生產(chǎn)中為了消除氧化 鈦在溶出過(guò)程中的危害

41、，一般采用添加石灰的辦法，使TiO2與CaO作 用生成不溶解的鈦酸鈣： 2CaOTiO2十2H2O=2CaOTiO22H2O 由于鈦酸鈣結(jié)晶粗大松脆，易脫落，所以氧化鋁溶出不受影響，并 且消除了生成鈦酸鈉所造成的堿損失。 （4）含硫礦物在溶出過(guò)程中的行為 鋁土礦中硫主要以FeS2(黃鐵礦)的形式存在，另外，還有 微量的CaSO42H2O(石膏)、BaSO4(重晶石)、黃鐵礦的同素 異晶體白鐵礦、磁黃鐵礦Fe1-nS、以及銅和鋅的硫化物 CuFeS2（黃銅礦）、ZnS（閃鋅礦）等等。 硫向鋁酸鈉溶液中轉(zhuǎn)移的情況與含硫礦物的種類(lèi)及反應(yīng)條 件有關(guān)。鐵的硫化物容易與堿液反應(yīng)，其反應(yīng)能力順序： 膠黃鐵礦

42、（含砷黃鐵礦）磁黃鐵礦白鐵礦黃鐵礦 黃鐵礦與堿液的反應(yīng)可用下列反應(yīng)式來(lái)描述： 8FeS2+3NaOH=4Fe2O3+14Na2S+NaS2O3+15H2O 6FeS2+22NaOH+2Fe2O3+10Na2S+Na2S2O3+11H2O 3FeS2+8NaOH=Fe3O4+2Na2S+2Na2S2+4H2O 黃鐵礦與堿液的反應(yīng)速度取決于在反應(yīng)物（磁赤鐵礦、磁 鐵礦、赤鐵礦）層中的擴(kuò)散速度。在鋁土礦濕磨以及預(yù)熱 （150）階段，就能很快在黃鐵礦顆粒表面形成致密的氧 化鐵屏蔽層。 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁進(jìn)入溶程中的硫，除來(lái)自鋁土礦外，還 有石灰、苛性鈉、赤泥洗水以及焙燒氧化鋁用的重油。有不同 工序的鋁酸

43、鈉溶液中硫離子狀態(tài)是不同的，這是由于硫有著復(fù) 雜的氧化、還原過(guò)程的緣故。 在溶出過(guò)程中很容易生成二硫化鈉，它不穩(wěn)定，依下式發(fā) 生反應(yīng)： 4Na2S2+6NaOH=6Na2S+Na2S2O3+3H2O 二硫化鈉也很容易被氧化： Na2S+Na2SO3+0.5O2+H2O=Na2S2O3+2NaOH 在230-235下溶出條件下，或在強(qiáng)氧化劑條件下， Na2S2O3才會(huì)進(jìn)行下一步反應(yīng)： 3Na2S2O3+6NaOH=2Na2S+4Na2SO3+3H2O Na2S2O3+2NaOH=Na2S+Na2SO4+H2O 鋁酸鈉溶液被鐵污染，主要是硫化物形態(tài)造成的。在低溫 下，S2-起著分散劑的作用，使黃鐵

44、礦分解生成的赤鐵礦、磁鐵 礦、以膠體形態(tài)進(jìn)入進(jìn)入溶液。在高溫溶出時(shí)，硫化鈉和二硫 化鈉與鐵作用，生成羥基硫代鐵酸鈉Na2FeS2(OH)22H2O， 其溶解度大于羥基鐵酸鈉NaFe(OH)4、硫化鐵、多硫化鐵和氫 氧化鐵。 反應(yīng)式如下： Fe2O3+2Na2S+5H2O=Na2FeS2(OH)22H2O+Fe(OH)2+2NaOH Fe(OH)2+Na2S2+2H2O= Na2FeS2(OH)22H2O （5）碳酸鹽在溶出過(guò)程中的行為 碳酸鹽來(lái)源：礦石與石灰 溶出過(guò)程中常見(jiàn)的碳酸鹽：CaCO3、MgCO3、FeCO3 碳酸鹽在高溫高壓溶出過(guò)程中，與苛性堿溶液發(fā)生如下反應(yīng)： CaCO3+2NaO

45、H=Ca(OH)2+Na2CO3 MgCO3+2NaOH=Mg(OH)2+Na2CO3 FeCO3+2NaOH=Fe(OH)2+Na2CO3 碳酸鈣與堿液反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，該反應(yīng)方向的決定因素 為碳酸鈣和氫氧化鈣的溶解度。OH-濃度較低時(shí)，該反應(yīng)向 左進(jìn)行，當(dāng)OH-濃度較高時(shí)，該反應(yīng)向右進(jìn)行，該反應(yīng)又叫 反苛化反應(yīng)。 （6）溶出添加劑石灰 目前，在工業(yè)上不僅在處理一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)需要添加 石灰，處理一水軟鋁石和三水鋁石型鋁土礦也普遍添加少量石 灰。添加石灰的作用如下： 在一水硬鋁石型鋁土礦的溶出過(guò)程中，添加石灰的作用首先在于消除鈦礦 物的危害作用。添加石灰避免了鈦酸鈉的生成及其對(duì)一水硬鋁石

46、表面的吸附 和覆蓋，從而消除了TiO2對(duì)一水硬鋁石的阻滯作用； 促進(jìn)針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，使其中的Al2O3充分溶出，并使赤泥的沉降性能 得到改善； 可減少堿的消耗。加入石灰后一部分SiO2轉(zhuǎn)變成水化石榴石，以水合鋁硅 酸鈉狀態(tài)存在的SiO2減少，降低了赤泥中的鈉硅比，從而降低堿耗； 可以使溶液中的磷、釩、鉻、氟和有機(jī)物等雜質(zhì)變成相應(yīng)的鈣鹽排出，使 鋁酸鈉溶液得到一定程度的凈化。石灰添加量越大，越有利于鋁酸鈉溶液中 雜質(zhì)含量的降低。 三、鋁土礦溶出過(guò)程的結(jié)疤 拜耳法過(guò)程結(jié)疤可分為四大類(lèi)： （1）因溶液分解而產(chǎn)生，以Al(OH)3為主，主要在赤泥分離沉 降槽、赤泥洗滌沉降糟、分解槽等設(shè)備的器壁上生

47、成。視條 件不同，可以是三水鋁石、拜耳石、諾爾石，一水軟鋁石及 膠體。 （2）由溶液脫硅以及鋁土礦與溶液間反應(yīng)而產(chǎn)生。如鈉硅渣， 水化石榴石等。此類(lèi)結(jié)疤主要是在礦漿預(yù)熱，溶出過(guò)程及母 液蒸發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)。其結(jié)晶形態(tài)與溫度、溶液組成、時(shí)間等 多種因素有關(guān)。 （3）因鋁土礦中含鈦礦物在拜耳法高溫溶出過(guò)程中與添加劑 及溶液反應(yīng)而生成。主要成份為鈦酸鈣CaOTiO2和羥基鈦酸 鈣CaTi2 O4(OH)2。這類(lèi)結(jié)疤主要在高溫區(qū)生成。 （4）除上述三種以外的結(jié)疤成分，如一水硬鋁石、鐵礦物、 磷酸鹽、含鎂礦物、氟化物及草酸鹽等。這類(lèi)結(jié)疤相對(duì)較少。 結(jié)疤的實(shí)際礦物組成則更復(fù)雜，如在鈣鈦礦的結(jié)疤中含有相 當(dāng)量的

48、鋯、鈮和釔。 結(jié)疤的危害 在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中,結(jié)疤形成和危害比較復(fù)雜。對(duì) 氧化鋁生產(chǎn)帶來(lái)的危害主要是使熱交換設(shè)備的傳熱系數(shù)下 降，能耗升高，造成生產(chǎn)成本增加。當(dāng)加熱面的結(jié)疤厚達(dá) 1 mm 時(shí)，為達(dá)到相同的加熱效果，必須增加一倍的傳熱 面積，或者相應(yīng)地提高熱介質(zhì)溫度。結(jié)疤能直接影響生產(chǎn) 工藝、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 結(jié)疤的清除方法 根據(jù)結(jié)疤成分和性質(zhì)的不同以及預(yù)熱溶出設(shè)備的類(lèi)型 及特點(diǎn)，可以選用不同的結(jié)疤清除方法。這些方法主要包 括機(jī)械法、流體力學(xué)法、化學(xué)法及熱法。 機(jī)械清除法機(jī)械清除法 此方法主要用于清除大容積設(shè)備和管道內(nèi)的結(jié)疤?？梢圆?用銑刀用風(fēng)動(dòng)裝置經(jīng)軟管驅(qū)動(dòng)，穿過(guò)每根熱交換管破碎結(jié)疤， 然后用水

49、將其沖洗掉。也可用硬質(zhì)合金制作的風(fēng)鉆，經(jīng)組裝的 空心鉆桿風(fēng)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，空心鉆桿內(nèi)通水，鉆頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)清除結(jié)疤。 機(jī)械清除法所用設(shè)備較為復(fù)雜，使用時(shí)操作勞動(dòng)強(qiáng)度也較大。 流體力學(xué)清除法流體力學(xué)清除法 用特制的噴頭碰射出高壓水流沖擊結(jié)疤，能夠有效地將其 清除。此方法已廣泛用于清除管式換熱器中的結(jié)疤。 流體力學(xué)清除法清除結(jié)疤的過(guò)程如下：把帶膠管的噴頭放 入管內(nèi)，開(kāi)水泵后，高壓水經(jīng)噴頭上的小孔向四周稍后的方向 噴射，一方面擊碎結(jié)疤，一方面自動(dòng)緩慢前進(jìn)，直至全管清除 完畢。 噴射過(guò)程中水流的直徑和水力參數(shù)不斷變化。可將噴出的 水流分為三段：出噴嘴時(shí)的水流，而后被空氣分割成數(shù)股小的 水流，最后變成一束水流。一般

50、是用中間段來(lái)沖擊結(jié)疤。 化學(xué)清除法化學(xué)清除法 化學(xué)清除法的基本過(guò)程是，某些結(jié)疤物質(zhì)先進(jìn)行全部或部分 化學(xué)溶解、打碎結(jié)疤、隨溶劑流帶出結(jié)疤碎塊。為了得到好的 清除效果，除選擇合適的循環(huán)運(yùn)行的溶劑外，還應(yīng)具有較高的 清洗流速和溫度。 化學(xué)清除法包括堿清除法和酸清除法。堿清除法主要用于清 除氫氧化鋁和純堿類(lèi)結(jié)疤。酸清除法被廣泛用于氧化鋁廠。對(duì) 于硅渣結(jié)疤和鎂渣結(jié)疤可以用5%-15%的硫酸或10%的鹽酸清洗， 若同時(shí)添加氟化鹽，則清洗效果更好。對(duì)于高溫鈦渣結(jié)疤，還 應(yīng)在酸中加入1.5%-2.5%的氫氟酸。為了避免氟化氫的危害，也 可用氟化鈉代替，但清洗效果要差些。 與機(jī)械清除法和水力學(xué)清除法相比，化學(xué)

51、清除法的主要 優(yōu)點(diǎn)是：不需要拆卸被清洗結(jié)疤的設(shè)備，對(duì)難以觸及的地方 也能清理，清除效率高、成本低、勞動(dòng)強(qiáng)度小。 缺點(diǎn)是需要添加出結(jié)疤的溶劑，這不僅增加了成本，某 些溶劑還會(huì)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。為了防止酸腐蝕設(shè)備，一 般要加入若丁作緩沖劑，其用量為酸液量的0.5%-1.0%。同 時(shí)需要控制酸洗溫度不超過(guò)75。 熱法熱法 熱法又稱(chēng)火法，是用火焰將金屬壁或結(jié)疤加熱，利用兩者 線膨脹系數(shù)不同，而使結(jié)疤崩碎脫落。這種方法的缺點(diǎn)是，當(dāng) 設(shè)備內(nèi)有多層加熱管時(shí)，內(nèi)層結(jié)疤無(wú)法清理。此外，由于結(jié)疤 厚薄不勻，容易燒壞金屬管。操作也較困難。 將金屬壁加熱到300-400，可使凹形內(nèi)表面上的結(jié)疤幾句崩 碎。這種方法只

52、適合用于清除彎頭等小型零部件上的結(jié)疤。 四、溶出過(guò)程主要設(shè)備 右圖是蒸汽直接加熱的 溶出器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。壓煮 溶出器是由一定厚度的 鍋爐鋼板焊接成的封閉 筒體，頂部為半球面體， 其上有進(jìn)料管、不凝性 氣體排出管及出料管； 底部為截頭圓錐體，其 中有蒸汽管，蒸汽噴頭 及套筒；筒體上部設(shè)有 人孔；簡(jiǎn)體外部覆蓋輕 質(zhì)保溫層。 蒸氣直接加熱的高壓溶出器簡(jiǎn)圖 1-蒸氣管；2-套筒；3-蒸氣噴頭?350mm 4-出料管?18412mm；5-人孔； 6-不凝性氣體排出管?753.5mm 蒸氣 進(jìn)料 出料 機(jī)械攪拌高壓溶出器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 緩沖器 緩沖器上方有一套通入高壓壓縮空氣的系統(tǒng)，當(dāng)料位 高時(shí)，自動(dòng)充氣閥的打開(kāi)，

53、壓縮空氣進(jìn)入緩沖器，料 為過(guò)低時(shí)，自動(dòng)排氣閥打開(kāi)，緩沖器上方的壓縮空氣 排出，這樣保持了緩沖器壓力和料位的平穩(wěn)；同時(shí)緩 沖器的壓力及料位與隔膜泵建立了連鎖，如果壓力超 壓或料位超高，隔膜泵自動(dòng)停止，為溶出機(jī)組的安全 運(yùn)行提供了安全保護(hù)。 單 管 v在單套管預(yù)熱段，料漿走內(nèi)管，閃蒸后的二次蒸汽對(duì)應(yīng)加 熱五級(jí)單管，蒸汽走外管與內(nèi)管之間的夾套，料漿溫度從 進(jìn)口的85左右，經(jīng)過(guò)單管預(yù)熱之后達(dá)到160左右。 溶出料漿溶出料漿 二次蒸汽二次蒸汽 預(yù)熱壓煮器 v預(yù)熱壓煮器管束內(nèi)的蒸汽是來(lái)自對(duì)應(yīng)閃蒸槽來(lái)的二次蒸汽，經(jīng) 過(guò)預(yù)熱后，礦漿溫度達(dá)到大于190。每臺(tái)壓煮器都有攪拌機(jī)， 攪拌的目的是防止料漿沉淀同時(shí)改善換

54、熱。使用6臺(tái)預(yù)熱壓煮器， 在線4（5）臺(tái)，備用2臺(tái)。 冷凝水冷凝水 不凝汽不凝汽 圖圖3：加熱管束示意圖：加熱管束示意圖 上環(huán)管上環(huán)管 下環(huán)管下環(huán)管 蒸汽蒸汽 加熱壓煮器 v規(guī)格型號(hào)與預(yù)熱壓煮器基本相同，管束里用來(lái)?yè)Q熱的蒸汽是來(lái)自熱 電廠鍋爐的60bar新蒸汽，在加熱段的前幾個(gè)壓煮器基本上達(dá)到了 溶出反應(yīng)溫度，后幾臺(tái)壓煮器通進(jìn)的少量蒸汽主要是補(bǔ)充溶出反應(yīng) 進(jìn)行時(shí)的反應(yīng)熱和散熱損失。 停留壓煮器 v停留壓煮器前面兩到三個(gè)是帶有加熱面積一定的加熱管束,作 用是補(bǔ)充溶出反應(yīng)熱和散熱損失，接著是不帶加熱管束只有 攪拌機(jī)的壓煮器，只是讓料漿有個(gè)緩沖的空間，起到延長(zhǎng)溶 出化學(xué)反應(yīng)時(shí)間的作用。 自蒸發(fā)器（閃

55、蒸槽） v溶出有11臺(tái)自蒸發(fā)器，在線10臺(tái)，備用1臺(tái)。自蒸發(fā)器的壓力隨著級(jí)數(shù) 的降低而降低，容積是隨著級(jí)數(shù)的降低而增大。它的壓力和液位通過(guò)預(yù) 先安裝好的孔板和頂部的二次汽閥的開(kāi)度及相應(yīng)的預(yù)熱器冷凝水疏水閥 的開(kāi)度控制。自蒸發(fā)器的作用就是礦漿降溫降壓，閃蒸出來(lái)的二次蒸汽 用來(lái)預(yù)熱相應(yīng)的預(yù)熱級(jí)的料漿。 2m 蒸汽蒸汽 料漿 料漿 圖4：閃蒸槽結(jié)構(gòu)示意圖 閃蒸槽結(jié)構(gòu)示意圖 冷凝水罐 v冷凝水罐的作用是收集預(yù)熱器和加熱器的冷凝水，預(yù)熱段 冷凝水由級(jí)別高的往級(jí)別低的流動(dòng)，冷凝水罐閃蒸出來(lái)的 蒸汽用來(lái)加熱下一級(jí)預(yù)熱器，冷凝水壓力隨著在各級(jí)冷凝 水罐的閃蒸后，壓力降至1bar左右，最后通過(guò)冷凝水泵送 到沉降

56、。而加熱斷的冷凝水被冷凝水罐收集后，進(jìn)入好水 或壞水閃蒸槽，閃蒸出來(lái)的6bar蒸汽并入6bar汽管網(wǎng)，用 于蒸發(fā)預(yù)熱或沉降，電導(dǎo)率合格的冷凝水送往熱電，由于 加熱管束破損等原因，造成含堿濃度超標(biāo)的送往沉降。 1.選礦拜耳法 選礦-拜耳法是指在拜耳法生產(chǎn)流程中增設(shè)選礦過(guò)程，以 處理高硅鋁土礦的氧化鋁生產(chǎn)方法。 a.選礦-拜耳法工藝流程簡(jiǎn)單、工程建設(shè)投資費(fèi)用比混 聯(lián)法節(jié)省三分之一左在； b.選礦-拜耳法工藝雖然由于增加了鋁土礦的浮選過(guò)程 而增加了選礦費(fèi)用，但由于該工藝沒(méi)有高熱耗的熟料燒結(jié) 過(guò)程及相應(yīng)的濕法系統(tǒng)，可大幅度節(jié)省能源，并使經(jīng)營(yíng)費(fèi) 用低于混聯(lián)法。 五、其他拜耳法氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)介 主要選礦

57、方法 v正浮選方法 自70年代初，我國(guó)對(duì)一水硬鋁石礦進(jìn)行了許多小型浮選脫硅試驗(yàn)， 一般磨礦細(xì)度為95%98%-0 074mm，甚至更細(xì)，用碳酸鈉和氫氧化 鈉調(diào)整pH至9左右,采用六偏磷酸鈉、硅酸鈉、腐植酸鹽、木質(zhì)素和硫 化鈉等作分散劑，常氧化石臘皂與塔爾油(多為4 1)或癸二酸下腳粒的 脂肪酸等作捕收劑，流程多為二次粗選-精選。 純礦物有可浮選性研究表明,采用油酸鈉作捕收劑，在pH9左右時(shí) (與通常試驗(yàn)采用的pH值相近)，-10m粒級(jí)高嶺石的可浮選性遠(yuǎn)高于 粗粒級(jí),上浮率達(dá)80%左右，難免離子(如Ca2+、Fe3+、Al3+等)對(duì)其有明 顯的活化作用。并且六偏磷酸鈉對(duì)-10m粒級(jí)高嶺石抑制作用

58、相對(duì)較 弱。因此,應(yīng)盡可能減少細(xì)粒高嶺石的產(chǎn)生，或采用藥劑抑制其上浮。 v反浮選法 我國(guó)鋁土礦脫硅反浮選成功的實(shí)例未見(jiàn)報(bào)道，這可能與我國(guó) 一水硬鋁石礦的性質(zhì)有關(guān)。其主要原因可能是： 含硅礦物種類(lèi)繁多,可浮選性差異較大； 大部分含硅礦物溶解時(shí),產(chǎn)生硅酸鹽類(lèi)物質(zhì)或膠體，抑 制礦物上?。?由于選擇性碎解作用,使含硅礦物粒度細(xì)微,不易上?。?含硅礦物多為層狀結(jié)構(gòu),層面與端面的電性差異較大,易 發(fā)生聚團(tuán),影響可浮性。鋁土礦反浮選脫硅研究工作尚在進(jìn)一 步深入研究之中。 浮選過(guò)程流程圖 礦石品位與氧化鋁生產(chǎn)能耗關(guān)系 礦石品位與氧化鋁生產(chǎn)物料關(guān)系 2.石灰-拜耳法 2342 2322 2()3() 3(62

59、)2(1) xNa SiONaAl OHCa OHaq CaOAl OxSiOx H Ox NaOH 石灰拜耳法用于處理我國(guó)高品位的一水硬鋁石礦，包括 由選礦拜耳法得到的高品位礦，同樣可以取得優(yōu)于常規(guī)拜耳 法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。用石灰拜耳法處理選精礦，可取得優(yōu)于 用常規(guī)拜耳法處理選精礦的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，獲得顯著的經(jīng)濟(jì) 效益，縮小我國(guó)與國(guó)際同行在氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)上的差距，提 高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。 不同拜耳法指標(biāo)比較 比較項(xiàng)目石灰拜耳法選礦拜耳法拜耳法 （蘋(píng)果鋁廠） 拜耳法 （澳大利亞） 鋁土礦成分 Al2O3 %64.664.663.555.0 SiO2 %11.2911.294.235.6 A/S5.72

60、5.72159.82 鋁礦類(lèi)型一水硬鋁石一水硬鋁石一水硬鋁石三水鋁石 主要消耗指標(biāo)（以1t產(chǎn)品氧化鋁計(jì)） 鋁礦，t2.1602.1191.8942.1 石灰石，t0.7800.2430.450.054 堿耗，kg （100%NaOH） 80.090.073.995.3 氧化鋁實(shí)收率，%73.772.583.186.6 工藝能耗，GJ16.516.115.7811.7 拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法 1.并聯(lián)法并聯(lián)法 并聯(lián)法包括拜耳法和燒結(jié)法兩個(gè)平行的生產(chǎn)系統(tǒng)， 以拜耳法處理鋁土礦，以燒結(jié)法處理高硅鋁土礦或 霞石等低品位鋁土礦。但也有的廠燒結(jié)系統(tǒng)采用低 硅鋁土礦，此時(shí)燒結(jié)法爐料中不配入石灰，即采用 所謂兩組分