第三章氧化鋁的生產(chǎn)

6.3氧化鋁生產(chǎn)

氧化鋁生產(chǎn)方法堿石灰燒結(jié)法

拜耳法拜耳—燒結(jié)聯(lián)合法氧化鋁→電解煉鋁16.3氧化鋁生產(chǎn)

若氧化鋁含有比鋁更正電性元素的氧化物（Fe2O3、SiO2、TiO2等），則在電解過(guò)程中，這些氧化物將分解并在陰極上析出相應(yīng)的元素，使所得鋁的質(zhì)量降低；

電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求主要是純度，含Al2O3應(yīng)大于98.2%。因?yàn)檠趸X純度是影響原鋁質(zhì)量的主要因素，同時(shí)也影響電解過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。例如:一純度主要包括：純度、水分和物理性能冰晶石Na3AlF6-氧化鋁熔融鹽電解法6.3.1電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求26.3氧化鋁生產(chǎn)

若氧化鋁含有比鋁更負(fù)電性元素的氧化物，如堿金屬及堿土金屬氧化物，則在電解時(shí)將按下反應(yīng)式與電解質(zhì)成分氟化鋁發(fā)生作用：3R’2O+2AlF3=6R’F+Al2O33R’’O+2AlF3=3R’’F2+Al2O3反應(yīng)式中，R’代表堿金屬元素，R’’代表堿土金屬元素。上述反應(yīng)使電解質(zhì)的冰晶石比（NaF:AlF3之分子比）發(fā)生改變，破壞了正常電解條件。6.3.1電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求一純度36.3氧化鋁生產(chǎn)

水分也是有害成分。因?yàn)樗cAlF3作用而生成HF，

造成氟的損失，同時(shí)HF使車間衛(wèi)生條件惡化。因此，電解煉鋁用的氧化鋁不僅必須含水量低，而且必須是長(zhǎng)期貯存也不顯著吸濕。6.3.1電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求二、水分46.3氧化鋁生產(chǎn)

散料在堆放時(shí)能夠保持自然穩(wěn)定狀態(tài)的最大角度(單邊對(duì)地面的角度)，稱為“安息角”。在這個(gè)角度形成后，再往上堆加這種散料，就會(huì)自然溜下，保持這個(gè)角度，只會(huì)增高，同時(shí)加大底面積。在土堆、煤堆、糧食的堆放中，經(jīng)常可以看見(jiàn)這種現(xiàn)象，不同種類的散料安息角各不相同。

6.3.1電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求三物理性能

電解煉鋁對(duì)氧化鋁的物理性質(zhì)也有嚴(yán)格要求，如粒度、安息角、α-Al2O3含量、其密度、容積密度、比表面積和強(qiáng)度等。根據(jù)這些物理性質(zhì)的不同，鋁工業(yè)通常將氧化鋁分成砂型、中間型和粉型三種。

現(xiàn)代冶金工廠都使用砂狀氧化鋁。56.3氧化鋁生產(chǎn)

6.3.1電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求砂狀氧化鋁電解砂狀氧化鋁的物理性能決定了其在電解時(shí)：在電解質(zhì)中的溶解度大，流動(dòng)性好，便于風(fēng)動(dòng)輸送和從料倉(cāng)向電解槽自動(dòng)加料；保溫性能好，在電解質(zhì)上能形成良好的結(jié)殼，以屏蔽電解質(zhì)熔體，降低熱損失；能夠嚴(yán)密地覆蓋在陽(yáng)極炭塊上，防止陽(yáng)極炭塊在空氣中氧化，減少陽(yáng)極消耗。66.3.2拜耳法生產(chǎn)氧化鋁

氧化鋁是一個(gè)兩性氧化物，能溶解于酸中也能溶解于苛性堿溶液中，據(jù)此，由礦石中提取氧化鋁的方法分為：酸法：由于酸有腐蝕性，耐酸設(shè)備難以解決，因此酸法生產(chǎn)未能在工業(yè)中得以應(yīng)用。堿法：目前在工業(yè)上采用的方法是堿法生產(chǎn)。堿法以拜耳法為主。自拜耳法發(fā)明以來(lái)，它一直是氧化鋁生產(chǎn)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的一種方法，目前全世界90％氧化鋁是用拜耳法生產(chǎn)的。7拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理與生產(chǎn)工藝??86.3.2拜耳法生產(chǎn)氧化鋁

6.3.2.1原理

拜耳發(fā)現(xiàn)Na2O與Al2O3的分子比為1.8的鋁酸鈉溶液，在常溫下只要添加Al(OH)3作為晶種不斷攪拌，溶液中的Al2O3便可以呈Al(OH)3徐徐析出，直到其中的Na2O:Al2O3分子比提高到6為止。已經(jīng)析出了大部分氫氧化鋁的溶液（分解母液）在加熱時(shí)又可以溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物。

逐步改進(jìn)形成了拜耳法，圖7-2為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程（P151）。

9內(nèi)容回顧-粗錫精煉熔析、凝析法除鐵、砷離心機(jī)除鐵、砷加硫除銅連續(xù)結(jié)晶機(jī)除鉛、鉍加鋁除砷、銻10陽(yáng)極反應(yīng)陰極反應(yīng)金屬錫從溶液中析出的過(guò)程的三個(gè)階段粗錫中各組元在電解過(guò)程中的行為內(nèi)容回顧-粗錫精煉11內(nèi)容回顧-氧化鋁生產(chǎn)

氧化鋁生產(chǎn)方法堿石灰燒結(jié)法

拜耳法拜耳—燒結(jié)聯(lián)合法氧化鋁→電解煉鋁12煉鋁原料鋁硅比鋁的生產(chǎn)方法電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求

粒度、安息角、Al2O3含量、密度、容積密度、比表面積和強(qiáng)度內(nèi)容回顧13內(nèi)容回顧鋁土礦的選礦高硫鋁土礦選礦方法??高鐵鋁土礦選礦方法??磁選、焙燒磁選、浮磁過(guò)濾、載流浮選

高硅鋁土礦選礦方法??

浮選法脫硅、絮凝脫硅、細(xì)菌浸出脫硅、化學(xué)法脫硅14內(nèi)容回顧-拜耳法生產(chǎn)原理拜耳法的兩大過(guò)程：即分解與溶出。(a)鋁酸鈉溶液的晶種分解過(guò)程：αK較低的(約1.8左右)鋁酸鈉溶液在常溫下，添加氫氧化鋁作為晶種，不斷攪拌，溶液中的Al2O3便以氫氧化鋁形式慢慢析出，同時(shí)αK不斷增大，直到αK提高到6為止。(b)溶出：析出大部分氫氧化鋁后的溶液，稱之為分解母液，在加熱時(shí)，又可以溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物。交替使用以上兩個(gè)過(guò)程就可以一批批地處理鋁土礦，得到純的氫氧化鋁產(chǎn)品，構(gòu)成所謂拜耳法循環(huán)。15分解-鋁酸鈉溶液的晶種分解是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一，它對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有著重要的影響。是將鋁酸鈉溶液加入晶種（細(xì)氫氧化鋁），經(jīng)降低溫度，長(zhǎng)時(shí)間攪拌而自行分解析出固體氫氧化鋁及液體苛性堿的過(guò)程。溶出-鋁土礦溶出的目的在于將氧化鋁充分溶解成為鋁酸鈉溶液

煅燒-使氫氧化鋁Al(OH)3完全脫水并制得實(shí)際上不吸水的氧化鋁。16拜耳法適于處理高品位鋁土礦，這是用苛性堿溶液加溫溶出鋁土礦中氧化鋁的生產(chǎn)方法，具有工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品純度高，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)工藝主要由溶出、分解和煅燒三個(gè)主要階段組成。全流程主要加工工序?yàn)椋旱V石的破碎及濕磨、高溫高壓溶出、赤泥分離洗滌、種子分解、母液蒸發(fā)及氫氧化鋁煅燒。6.3.2.2工藝流程

Al2O3NaAlO2NaOHNaAlO2Al(OH)3Al(OH)3Al2O3NaAlO2赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時(shí)排出的污染性廢渣，一般平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁，附帶產(chǎn)生1.0-2.0噸赤泥。中國(guó)作為世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國(guó)，每年排放的赤泥高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸。17將鋁礦石破碎至15mm粒度，并且使化學(xué)成分均勻地向濕磨供料，控制指標(biāo)是：每七天的供礦量加權(quán)平均值A(chǔ)/S（鋁硅比）波動(dòng)在±0.5范圍內(nèi)。

鋁礦石進(jìn)廠后經(jīng)破碎、均化、貯存，碎礦石送下一工序濕磨。（1）礦石的破碎及濕磨

18工序控制的技術(shù)條件是：石灰加入量為干鋁礦量的6%；循環(huán)堿液配入量為控制溶出液的αK（苛性化系數(shù)）為1.55；磨礦細(xì)度為+170號(hào)篩<15%+100號(hào)篩<5%。濕磨是使鋁礦石進(jìn)一步磨細(xì)并進(jìn)行三組分(鋁礦石、石灰、循環(huán)堿液）配料，使得到的產(chǎn)品——原礦漿滿足高壓溶出的要求。

(1)礦石的破碎及濕磨19鋁土礦溶出的目的在于將其中氧化鋁充分溶解成為鋁酸鈉溶液

（2）鋁土礦的溶出

NaAlO220在工廠中面臨的鋁土礦不是單一的某個(gè)類型，因此通常是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最適宜的溶出條件。

鋁土礦中氧化鋁水合物存在狀態(tài)的不同，要求的溶出條件也不同：三水鋁石（Al2O3·3H2O）的溶解溫度為368K；一水硬鋁石（α-Al2O3·H2O）的溶解溫度為493K；一水軟鋁石（γ-Al2O3·H2O）的溶解溫度為463K。

（2）鋁土礦的溶出

21在三水鋁石型鋁土礦中，Al2O3主要以Al(OH)3形態(tài)存在，浸出時(shí)，Al(OH)3與NaOH按下式發(fā)生反應(yīng)：

Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O（2）鋁土礦的溶出

A鋁土礦的各組分在浸出時(shí)的行為

1、氧化鋁水合物：

在一水軟鋁石型或一水硬鋁石型鋁土礦中，Al2O3分別以γ-AlOOH及α-AlOOH形態(tài)存在，浸出時(shí)分別發(fā)生如下的反應(yīng)：

γ-Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2Oα-Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O按以上各反應(yīng)生成的NaAlO2都進(jìn)入溶液中。而其他雜質(zhì)不進(jìn)入溶液中，呈固相存在于赤泥中。22氧化鐵是鋁土礦的主要成分之一，其含量可達(dá)6-25%。在鋁土礦溶出條件下，F(xiàn)e2O3不與堿溶液作用，而以固相進(jìn)入殘?jiān)?，使殘?jiān)史奂t色，所以溶出所得殘?jiān)凶龀嗄唷?/p>

A鋁土礦的各組分在浸出時(shí)的行為

2、氧化鐵：

（2）鋁土礦的溶出

23鋁土礦中的SiO2與苛性鈉反應(yīng)，以硅酸鈉的形式進(jìn)入溶液：SiO2+2NaOH=Na2O·SiO2+H2OA鋁土礦的各組分在浸出時(shí)的行為

3、二氧化硅：

硅酸鈉在溶液中與鋁酸鈉相互作用，生成不溶性的鋁硅酸鈉：Na2O·Al2O3+2(Na2O·SiO2)+4H2O=Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O+4NaOH

結(jié)果從溶液中清除了雜質(zhì)硅酸鈉，同時(shí)也使苛性鈉和已經(jīng)進(jìn)入溶液的氧化鋁呈硅渣（工廠中習(xí)慣稱鋁硅酸鈉沉淀為硅渣）進(jìn)入赤泥中，而造成苛性鈉和氧化鋁的損失，這種損失與礦石中的SiO2含量成正比。因此，拜耳法僅僅適宜處理含氧化硅較少（在5%~8%以下），鋁硅比大于6的鋁土礦。24

鋁土礦中V2O5含量約達(dá)0.05-0.15%，浸出時(shí)約有三分之一以釩酸鈉形式進(jìn)入溶液：V2O5+6NaOH=2Na3VO4+3H2OA鋁土礦的各組分在浸出時(shí)的行為

4、釩氧化物：

在鋁酸鈉溶液晶種分解過(guò)程中，釩酸鈉可呈水合物Na3VO4·6H2O與Al(OH)3一同析出。氫氧化鋁煅燒過(guò)程中，Na3VO4·6H2O轉(zhuǎn)變?yōu)榻光C酸鈉Na4V2O6。由于釩是比鋁更正電性的金屬，在電解煉鋁過(guò)程中釩容易在陰極上還原析出而進(jìn)入鋁中。鋁含有微量釩時(shí)，其導(dǎo)電性也激烈下降。因此必須將釩除去。工廠中通常是用熱水洗滌Al(OH)3把釩除去。25

鎵與鋁極相似化學(xué)性質(zhì)，鎵經(jīng)常以Al2O3水合物的類質(zhì)同晶混合物形態(tài)存在于鋁土礦中，其量甚微在0.0001%~0.001%之間，但卻是獲得鎵的主要來(lái)源。浸出時(shí)，鋁土礦中的鎵以（偏）NaGaO2形態(tài)進(jìn)入溶液：NaOH+Ga(OH)3=NaGaO2+2H2OA鋁土礦的各組分在浸出時(shí)的行為

5、鎵的化合物

：

由于Ga(OH)3的酸性較Al(OH)3強(qiáng)，而且溶液中的NaAlO2濃度大大超過(guò)NaGaO2的濃度，所以在晶種分解或碳酸化分解過(guò)程中，主要是鋁酸鈉水解析出Al(OH)3，大部分NaGaO2都留在溶液中。因此，溶液中的NaGaO2逐漸積累到一定程度后，可以自溶液中提取出來(lái)。目前，世界上90％以上的鎵是在生產(chǎn)氧化鋁的過(guò)程中提取的。26

鋁土礦普遍含有2%左右或更多的TiO2。在拜耳法生產(chǎn)過(guò)程中，TiO2也是有害的雜質(zhì)，它能引起Na2O的損失和Al2O3溶出率下降。A鋁土礦的各組分在浸出時(shí)的行為

6、鈦的氧化物

：

高壓浸出鋁土礦時(shí)，Al2O3與NaOH作用而生成鈦酸鈉：TiO2+2NaOH=Na2TiO3+H2O

如果在浸出過(guò)程中有CaO存在，則生成鈦酸鈣：TiO2+2CaO+2H2O=2CaO·TiO2·2H2O因而減少了堿的損失；同時(shí)，添加石灰后TiO2在苛性鈉和鋁酸鈉溶液中幾乎不溶解，成品氧化鋁中TiO2含量在0.003%以下。所以，在鋁土礦溶出時(shí)添加石灰是消除TiO2危害的有效措施。27碳酸鹽是鋁土礦中常見(jiàn)的雜質(zhì)，主要以CaCO3、MgCO3、FeCO3等形式存在。高壓浸出鋁土礦時(shí)，碳酸鹽與NaOH溶液作用生成碳酸鈉。其反應(yīng)式為：CaCO3+2NaOH=Ca(OH)2+Na2CO3(1)MgCO3+2NaOH=Mg(OH)2+Na2CO3(2)FeCO3+2NaOH=Fe(OH)2+Na2CO3(3)反應(yīng)（l）、（2）都是可逆反應(yīng)，當(dāng)溶液中OH-濃度很低時(shí)，碳酸鹽的溶解度小于氫氧化物的溶解度，反應(yīng)向左進(jìn)行，而生成NaOH，叫做苛性化作用。浸出鋁土礦時(shí)，OH-濃度很高，碳酸鹽的溶解度超過(guò)相應(yīng)氫氧化物的溶解度，反應(yīng)便向右進(jìn)行而使NaOH變成Na2CO3，此反應(yīng)叫做反苛性化作用。7、碳酸鹽：

溶液的碳酸鈉含量超過(guò)一定限度后，在母液蒸發(fā)階段便有一部分Na2CO3呈Na2CO3·H2O結(jié)晶析出。用石灰乳處理所得一水蘇打的水溶液，便發(fā)生苛性化作用而重新得到NaOH溶液并送回生產(chǎn)流程中去。從上述可知，用堿溶液溶出鋁土礦時(shí)，主要是氧化鋁進(jìn)入溶液，而SiO2、Fe2O3、TiO2等主要進(jìn)入赤泥中。28（2）鋁土礦的溶出

B鋁土礦的溶出實(shí)踐

在氧化鋁工廠中不是用純苛性鈉溶液溶出，而是使用含有大量鋁酸鈉的返回堿液溶出鋁土礦，氧化鋁廠用苛性比值來(lái)說(shuō)明這種溶液的特征。苛性比（α苛或αk）即溶液中所含苛性堿對(duì)所含Al2O3的分子比。例如：

若送去溶浸的溶液含有300g/L苛性堿和130g/LAl2O3則這種溶液的苛性比：式中，62和102分別為Na2O與Al2O3的分子量。溶液中以NaAlO2及NaOH狀態(tài)存在的Na2O叫做苛性堿。一溶出液29（2）鋁土礦的溶出

B鋁土礦的溶出實(shí)踐高壓溶出是拜耳法的核心工序，要求其熱利用率高、建設(shè)投資少及易操作、經(jīng)營(yíng)成本低。對(duì)溶出一水硬鋁石型礦石而言，目前有三種高壓溶出的形式,在我國(guó)都有實(shí)踐

：全管道化：管道化預(yù)熱及停留溶出；管道化預(yù)熱及機(jī)械攪拌壓煮罐預(yù)熱、新蒸氣加熱、停留化預(yù)熱、熔鹽加熱及停留罐（無(wú)機(jī)械攪拌）溶出本工序控制的主要技術(shù)條件是：原礦漿要先經(jīng)常壓脫硅，以免管道預(yù)加熱礦漿時(shí)產(chǎn)生管壁“結(jié)疤”；溶出溫度533~553K；溶出時(shí)間15~60min。鋁土礦的溶出在壓煮器中進(jìn)行。

二高壓溶出30（2）鋁土礦的溶出

B鋁土礦的溶出實(shí)踐（P154）

高壓煮器是一種強(qiáng)度很大的鋼制容器，能耐溫度523K時(shí)所產(chǎn)生的高壓。鋁工業(yè)廣泛采用蒸氣間接加熱的壓煮器（P154圖6-3），此種壓煮器的特點(diǎn)是蒸氣冷凝水不稀釋礦漿，機(jī)械攪拌，傳熱效果好，溶出反應(yīng)快，壓煮器里的礦漿經(jīng)由垂直管卸出（壓出）。工業(yè)壓煮器的容積為25~1350m3，直徑1.6~3.6m,高13.5~18.6m。

壓煮器作業(yè)可以是單個(gè)壓煮器間斷操作，也可以在串聯(lián)壓煮器組中進(jìn)行的連續(xù)作業(yè)。目前在生產(chǎn)中已很少采用單壓煮器間斷操作，而是將若干個(gè)預(yù)熱器、壓煮器和自蒸發(fā)器依次串聯(lián)成為一個(gè)壓煮器組實(shí)行連續(xù)作業(yè)。壓煮器31圖6-4為用蒸氣間接加熱的高壓溶出器組。2原礦漿先在套管預(yù)熱器內(nèi)由自蒸發(fā)蒸氣間接預(yù)熱至423K后進(jìn)入預(yù)熱壓煮器，3再在預(yù)熱壓煮器中由自蒸發(fā)蒸氣間接預(yù)熱至513K后進(jìn)入預(yù)熱壓煮器，4由新蒸氣間接加熱至溶出溫度（538K）。然后料漿再依次流過(guò)其余各個(gè)壓煮器，料漿在這些壓煮器中停留的時(shí)間就是所需的浸出時(shí)間。5由最后一個(gè)壓煮器流出的料漿進(jìn)入自蒸發(fā)器。6由最后一級(jí)自蒸發(fā)器出來(lái)的漿液在分離赤泥前進(jìn)行稀釋。

壓煮過(guò)程1原礦漿2345632

由最后一個(gè)壓煮器流出的料漿進(jìn)入自蒸發(fā)器。由于自蒸發(fā)器內(nèi)壓力逐漸降低，故漿液在那里激烈沸騰，放出大量蒸氣。水分蒸發(fā)時(shí)消耗大量的熱，使?jié){液溫度降低。經(jīng)過(guò)10~11級(jí)自蒸發(fā)以后，由最后一級(jí)自蒸發(fā)器出來(lái)的漿液，溫度已經(jīng)降到溶液的沸點(diǎn)左右，濃度很高，含Na2O300g/L及Al2O3260~280g/L左右，在分離赤泥前需先進(jìn)行稀釋，目的是：1)使鋁酸鈉溶液進(jìn)一步脫硅，以保證所得氧化鋁產(chǎn)品中的SiO2含量不超過(guò)規(guī)定限度；2）降低鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性，以提高晶種分解槽的生產(chǎn)率。高壓溶出所得的溶液因濃度高，所以比較穩(wěn)定，分解得很慢，且可能達(dá)到的分解率也不高。將其稀釋到中等濃度以Al2O3120~160g/L，則使其穩(wěn)定性大為降低，這樣不僅分解得很快，而且可能達(dá)到的分解率也較高；3）降低鋁酸鈉溶液的黏度，赤泥粒子在鋁酸鈉溶液中沉降速度與溶液的新度成反比。因此，稀釋的結(jié)果，使沉降分離赤泥所需時(shí)間大為縮短，沉降槽的生產(chǎn)率得到提高。

壓煮過(guò)程33稀釋通常是用赤泥洗液。赤泥洗液所含Al2O3數(shù)量為鋁土礦所含Al2O3數(shù)量1/4左右，并含有相當(dāng)數(shù)量的堿，是必須回收的。但洗液濃度太低（含Al2O340g/L左右)，如果單獨(dú)分解，則晶種分解槽的生產(chǎn)率將很低。所以，赤泥洗液最宜用來(lái)稀釋高壓浸出后的礦漿。稀釋在裝有攪拌器的稀釋槽中進(jìn)行。稀釋以后的礦漿，液固比一般在15-36之間。液相為鋁酸鈉溶液，其中主要含鋁酸鈉、NaOH和Na2CO3；固相為赤泥，其中主要含F(xiàn)e2O3、2CaO·TiO2、Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O等。目前大多數(shù)氧化鋁廠采用沉降槽分離和洗滌赤泥。

稀釋34目前工業(yè)上使用的最先進(jìn)的沉降槽是深錐沉降槽。分離沉降槽的溢流是產(chǎn)品粗液，經(jīng)控制過(guò)濾后得到的精制液送去種子分解；底流是固體殘?jiān)ǚQ赤泥）經(jīng)4-5次沉降并反向洗滌回收其附液中的堿后送堆場(chǎng)堆存。赤泥沉降分離洗滌工序控制的主要技術(shù)條件是：過(guò)程中物料的溫度在368K以上；分離沉降槽的底流固體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為41%，溢流中懸浮物含量為200mg/L；末次洗滌沉降槽的底流團(tuán)體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為48％，每噸干赤泥帶走的Na2O為5kg；為改善沉降性能，生產(chǎn)過(guò)程中要加入絮凝劑。分離后的赤泥經(jīng)多次洗滌以后送往堆場(chǎng)；分離赤泥后的鋁酸鈉溶液送去晶種分解。沉降槽35（3）鋁酸鈉溶液的晶種分解鋁酸鈉溶液的晶種分解是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一，它對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有著重要的影響。是將鋁酸鈉溶液加入種子（細(xì)氫氧化鋁），經(jīng)降低溫度，長(zhǎng)時(shí)間攪拌而自行分解析出固體氫氧化鋁及液體苛性堿的過(guò)程。36鋁酸鈉溶液的晶種分解

利用NaAlO2溶液在降低溫度、加入種子及攪拌的條件下析出固相Al(OH)3。

數(shù)量

通常用晶種系數(shù)表示添加晶種的數(shù)量它的定義是添加晶種中Al2O3含量與溶液中Al2O3含量的比值。各廠晶種系數(shù)差別很大，一般多數(shù)在1.0~3.0的范圍內(nèi)波動(dòng)?？梢?jiàn)，在生產(chǎn)中周轉(zhuǎn)的晶種數(shù)量是很大的。一個(gè)日產(chǎn)1000t的氧化鋁廠，當(dāng)晶種系數(shù)為2時(shí)，在生產(chǎn)中周轉(zhuǎn)的氫氧化鋁晶種數(shù)量就超過(guò)15000~18000t。種子即為Al(OH)3，晶種的數(shù)量和質(zhì)量是影響分解速度的重要因素。

經(jīng)分離赤泥過(guò)濾和澄清以后的鋁酸鈉溶液，其Al2O3濃度為120g/L左右，αk為1.6-1.8，這種溶液在溫度低于363K時(shí)是不穩(wěn)定的，且越接近303K，過(guò)飽和程度就越大。在有晶種加入時(shí)，過(guò)飽和的鋁酸鈉溶液按下式分解：xAl(OH)3(晶種)+Al(OH)-

4=(x+1)Al(OH)3+OH-37鋁酸鈉溶液的晶種分解

鋁酸鈉溶液的分解是在圓筒形空氣攪拌分解槽中進(jìn)行。為了加速分解，在分解前須將溶液冷卻到343K；隨著分解過(guò)程的進(jìn)行，它的溫度降低到313K，當(dāng)苛性比值達(dá)到3.6~3.8時(shí)，分解結(jié)束。分解時(shí)間長(zhǎng)達(dá)45-60h，分解率40％-54％。386.3.2.4返回母液的蒸發(fā)與苛性化

(1)緣由種子（細(xì)氫氧化鋁）濾洗滌后焙燒得氧化鋁產(chǎn)品

返回種分槽產(chǎn)品氫氧化鋁分解母液（苛性堿溶液）送蒸發(fā)站處理

種子分解后得到的是固體（氫氧化鋁）與液體（苛性堿液）的混合物，把漿液送入濃縮槽，進(jìn)行溶液和氫氧化鋁的分離。經(jīng)分級(jí)及過(guò)濾，得到：1）返回母液的蒸發(fā)苛性堿液39使氫氧化鋁Al(OH)3完全脫水并制得實(shí)際上不吸水的氧化鋁。(3)實(shí)質(zhì)氫氧化鋁（Al2O3·3H2O）在498K溫度下脫去兩個(gè)水分子變成一水軟鋁石γ-Al2O3·H2O：

Al2O3·3H2O→γ-Al2O3·H2O+2H2O(1)在663~823K，一水軟鋁廠再脫去最后的一個(gè)水分子變?yōu)棣?Al2O3：γ-Al2O3·H2O→γ-Al2O3+H2O(2)到1163K時(shí)，γ-Al2O3開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3：

γ-Al2O3→α-Al2O3(3)但須在1463K維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，γ-Al2O3才能完全轉(zhuǎn)變成適合電解要求的α-Al2O3。

不論是哪一種生產(chǎn)方法得到的氫氧化鋁，都需經(jīng)焙燒而得到產(chǎn)品氧化鋁。焙燒的目的有二：一是除掉氫氧化鋁中的附著水及結(jié)晶水，二是使氧化鋁的晶型轉(zhuǎn)化成電解所需要的晶型。6.3.2.3氫氧化鋁的鍛燒(1)目的(2)原理40焙燒溫度及氧化鋁的灼減量。(6)燃料焙燒所用的設(shè)備以前是回轉(zhuǎn)窯，使用回轉(zhuǎn)窯的熱耗為

5.02MJ/tAl2O3

；現(xiàn)在都是流態(tài)化焙燒爐，主要進(jìn)步在于使熱耗大為降低，而流態(tài)化焙燒爐為3.1MJ/tAl2O3。焙燒爐所使用的有煤氣、重油或天然氣。煅燒過(guò)程的特點(diǎn)是作業(yè)溫度高，熱耗大。目前大多數(shù)氧化鋁廠還是采用氣體懸浮焙燒爐進(jìn)行煅燒，以重油、煤氣燃料。6.3.2.3氫氧化鋁的鍛燒(4)工藝控制(5)設(shè)備煅燒后的氧化鋁冷卻后送往儲(chǔ)倉(cāng)或電解車間。416.3.2.4返回母液的蒸發(fā)與苛性化

(2)目的一是提高溶液的濃度，蒸去一部分水，以滿足高壓溶出對(duì)堿濃度（180~230g/LNa2O）的要求；蒸發(fā)是在高效真空蒸發(fā)器中完成的二是排除生產(chǎn)過(guò)程中積累的Na2CO3及Na2SO4，它們的溶解度與堿濃度成反比，當(dāng)堿濃度達(dá)到一定程度時(shí)它們從溶液中呈固相析出進(jìn)而分離出去；

三是排除生產(chǎn)過(guò)程中積累的有機(jī)物，一般有機(jī)物隨Na2CO3及Na2SO4的析出而析出。

42(3)返回母液的蒸發(fā)拜耳法生產(chǎn)氧化鋁是一個(gè)閉路的循環(huán)流程，浸出鋁土礦的溶劑苛性鈉是在生產(chǎn)中反復(fù)使用的，每次作業(yè)循環(huán)只需添加在上次循環(huán)中損失的部分。但是，每次循環(huán)中為洗滌赤泥和氫氧化鋁必須加入大量的水，這些水的積累便降低了溶液的濃度，而在生產(chǎn)的各個(gè)階段對(duì)于溶液的濃度又有不同的要求。所以，必須由蒸發(fā)過(guò)程來(lái)平衡水量。蒸發(fā)是在高效真空蒸發(fā)器中完成的苛性堿液436.3.2.4返回母液的蒸發(fā)與苛性化

母液的蒸發(fā)的水量取決于生產(chǎn)方法、鋁土礦類型與質(zhì)量、采用的設(shè)備及作業(yè)條件等許多因素。例如：法國(guó)加當(dāng)氧化鋁廠，用間接加熱設(shè)備溶出鋁硅比約為8的一水軟鋁石型鋁土礦，溶出溫度為513K，生產(chǎn)1t氧化鋁蒸發(fā)水量約為2.6t；

我國(guó)處理一水硬鋁石型鋁土礦，采用間接加熱溶出器，生產(chǎn)1t氧化鋁的蒸發(fā)水量達(dá)3.5t以上。446.3.2.4返回母液的蒸發(fā)與苛性化

(1)緣由

按拜耳法生產(chǎn)1t氧化鋁，需要2.4~2.6t鋁土礦，0.10~0.20t堿，0.12t石灰和300kw·h左右的電能。在生產(chǎn)過(guò)程中堿的損失以向送去溶浸的返回濃溶液中加入苛性鈉來(lái)補(bǔ)充。用拜耳法生產(chǎn)的工廠，碳酸鈉的苛性化采用石灰苛化法，即將一水碳酸鈉溶解，然后加入石灰乳，使之發(fā)生如下的苛化反應(yīng)：Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3拜耳法生產(chǎn)中用于溶出鋁土礦的循環(huán)堿液，一般要求較高的濃度，因此也希望碳酸鈉苛性化后所得到的堿液具有盡可能高的濃度，否則苛化后的溶液還需經(jīng)過(guò)蒸發(fā)才能用于溶出。在拜耳法生產(chǎn)過(guò)程中，由于溶液中的苛性鈉和空氣中的CO2相互作用以及鋁土礦中碳酸鹽的溶解，致使堿溶液中有一部分苛性鈉轉(zhuǎn)為碳酸鈉，必須進(jìn)行苛性化處理使之恢復(fù)為苛性堿。2）返回母液的苛性化回收(2)方法456.3.2.5拜耳法生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

目前世界上有56個(gè)拜耳法廠及6個(gè)聯(lián)合法廠在生產(chǎn)，總生產(chǎn)能力為年產(chǎn)氧化鋁4938萬(wàn)t，占世界氧化鋁總產(chǎn)量的91.4%。

一水硬鋁石型，Al2O362.2%，A/S=14.2。工廠能力：80萬(wàn)t/a氧化鋁。產(chǎn)品質(zhì)量：砂狀氧化鋁。鋁土礦單耗蘇打單耗50kgNa2O/t；石灰單耗200kgCaO/t；新水單耗3.6t/t；電力消耗256kw·h/t；焙燒熱耗3.2MJ/t；其他熱耗（以蒸汽計(jì)算）6.2MJ/t。

拜耳法是目前世界上處理鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的方法中流程最短，最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法，也是最主要的生產(chǎn)方法。我國(guó)拜耳法廠處理的鋁土礦指標(biāo)：466.3氧化鋁生產(chǎn)

6.3.3氧化鋁生產(chǎn)特點(diǎn)由于處理的原料不同，需要使用不同的生產(chǎn)方法。工業(yè)上使用的生產(chǎn)方法有酸法和堿法兩大類。

A生產(chǎn)方法多樣、工藝流程長(zhǎng)47

目前世界上90％以上的氧化鋁都是由拜耳法生產(chǎn)的，只有我國(guó)及俄羅斯、烏克蘭、哈薩克斯坦采用燒結(jié)法。堿法有拜耳法、燒結(jié)法和聯(lián)合法，其實(shí)用性：l）拜耳法，處理優(yōu)質(zhì)鋁土礦，Al2O3/SiO2=8（質(zhì)量比），SiO2=9%；2）燒結(jié)法，處理低品位鋁礦石，Al2O3/SiO2=3.5~5.0；3）聯(lián)合法，處理中等品位鋁土礦，Al2O3/SiO2=5.0-8.0，聯(lián)合法中又分為并聯(lián)法、串聯(lián)法及混聯(lián)法。

6.3.3氧化鋁生產(chǎn)特點(diǎn)486.3.3氧化鋁生產(chǎn)特點(diǎn)要求有較高的生產(chǎn)操作技術(shù)及管理技術(shù)

B生產(chǎn)技術(shù)要求高，要有充分的物資基礎(chǔ)條件要有足夠量的及質(zhì)量穩(wěn)定的鋁礦石供應(yīng)

充足的水源，穩(wěn)定的電力供應(yīng)和高質(zhì)量的煤由于生產(chǎn)方法不同，而各工序的工藝流程也有所不同，整個(gè)工藝流程又是物料及熱量的閉路循環(huán)系統(tǒng)

每生產(chǎn)1t氧化鋁要消耗新水10-15t，耗電350-500kw·h，耗煤1t

496.3.3氧化鋁生產(chǎn)特點(diǎn)C氧化鋁生產(chǎn)的原料資源復(fù)雜三水鋁石型鋁土礦一水硬（軟）鋁石型鋁土礦霞石礦明礬石礦在自然界中含鋁的礦物有上百種，同一種礦中的雜質(zhì)含量也不盡相同，給生產(chǎn)帶來(lái)困難。工業(yè)上使用的原料50D生產(chǎn)規(guī)模大型化

氧化鋁生產(chǎn)的規(guī)模一般都是在100萬(wàn)t/a以上，設(shè)備自動(dòng)化程度高，高壓生產(chǎn)需要考慮安全操作。51冰晶石熔體中電解氧化鋁的方法一直是生產(chǎn)金屬鋁的唯一方法。它包括從鋁礦石生產(chǎn)氧化鋁以及氧化鋁電解兩個(gè)主要過(guò)程。鋁的生產(chǎn)方法

526.3氧化鋁生產(chǎn)

氧化鋁生產(chǎn)方法堿石灰燒結(jié)法

拜耳法拜耳—燒結(jié)聯(lián)合法53拜耳法適于處理高品位鋁土礦，具有工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品純度高，經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。Al2O3NaAlO2NaOHNaAlO2Al(OH)3Al(OH)3Al2O3NaAlO2546.3氧化鋁生產(chǎn)

6.3.4堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁（P157）實(shí)質(zhì)

將鋁土礦與一定量的蘇打、石灰（或石灰石）配成爐料進(jìn)行燒結(jié)，使氧化硅與石灰化合成不溶于水的原硅酸鈣（2CaO·SiO2），而氧化鋁與蘇打化合成可溶于水的鋁酸鈉（Na2O·Al2O3），將燒結(jié)產(chǎn)物（通稱燒結(jié)塊或熟料）用水或苛性鈉浸出，鋁酸鈉便進(jìn)入溶液而與2CaO·SiO2分離，以后再用二氧化碳分解鋁酸鈉溶液，便可以得出氫氧化鋁。55堿石灰燒結(jié)法基本流程566.3.4.1鋁土礦的堿石灰燒結(jié)

實(shí)踐證明，決定燒結(jié)最后產(chǎn)品成分的主要因素是：燒結(jié)溫度和生料的原始成分。若生料配制適當(dāng)而又有合適的燒結(jié)溫度，實(shí)際上可以完全地使氧化鋁變?yōu)殇X酸鈉，而氧化硅變?yōu)樵杷徕}。

燒結(jié)鋁土礦生料的目的在于將生料中的氧化鋁盡可能完全地轉(zhuǎn)變?yōu)殇X酸鈉，而氧化硅變?yōu)椴蝗芙獾脑杷徕}。為此，必須了解在燒結(jié)過(guò)程中各種因素對(duì)這兩種化合物生成過(guò)程的影響。576.3.4.1鋁土礦的堿石灰燒結(jié)

Na2CO3+Al2O3=Na2O·Al2O3+CO2生成偏鋁酸鈉（Na2O·Al2O3），生料中每1分子的Al2O3就要配1分子的蘇打。燒結(jié)時(shí)即使有大量Na2CO3過(guò)剩，Na2CO3與Al2O3在燒結(jié)的高溫下相互反應(yīng)也只能生成Na2O·Al2O3一種化合物。多余的Na2CO3依然保持原來(lái)形態(tài)。ANa2CO3與Al2O3之間的反應(yīng)：58CaO與SiO2能生成四種化合物：CaO·SiO2、3CaO·2SiO2、

2CaO·SiO2和3CaO·SiO2。其中2CaO·SiO2是CaO與SiO2反應(yīng)時(shí)最初產(chǎn)生的化合物。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)確定，在1463K以內(nèi)時(shí)，不論混合物成分按CaO:SiO2=1:1或2:1配料，反應(yīng)結(jié)果都是生成2CaO·SiO2。進(jìn)一步提高溫度，根據(jù)原始配料成分之不同，已生成的2CaO·SiO2或同CaO或同SiO2反應(yīng)，生成更堿性(3CaO·SiO2)或更酸性(3CaO·2SiO2或CaO·SiO2)的硅酸鹽。Na2CO3+Fe2O3=Na2O·Fe2O3+CO2無(wú)論燒結(jié)溫度以及配料比（Na2CO3

：Fe2O3）如何，此兩種成分唯一的反應(yīng)產(chǎn)物是Na2O·Fe2O3。生成Na2O·Fe2O3，鋁土礦中每1分子的Fe2O3要配1分子的蘇打Na2CO3。

BNa2CO3與Fe2O3之間的反應(yīng)：

CCaCO3與SiO2之間的相互反應(yīng)：596.3.4.1鋁土礦的堿石灰燒結(jié)

配料方法

但是，在生產(chǎn)條件下，燒結(jié)反應(yīng)比在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的反應(yīng)復(fù)雜得多，飽和配料有時(shí)得不到溶出率最高的熟料。因此，生產(chǎn)中最適宜的配料比，常需通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。返回種分槽

從理論上說(shuō)，飽和配料能保證Na2O·Al2O3、Na2O·Fe2O3和2CaO·SiO2的生成，具有最好的燒結(jié)效果。以各種氧化物的化學(xué)純?cè)噭┻M(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室研究也證明了這一點(diǎn)。

飽和配料：Na2O/(Al2O3+Fe2O3)=1.0或CaO/SiO2=2.0計(jì)算時(shí)的配料。

不飽和配料：Na2O/(Al2O3+Fe2O3)<1.0或CaO/SiO2<2.0計(jì)算時(shí)（均為分子比）的配料。

60燒結(jié)方法

工業(yè)上燒結(jié)鋁土礦生料的唯一設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯，其規(guī)格大致有：φ4.3m×72m，φ4m×100m，φ3.0m×51m等?；剞D(zhuǎn)窯可用煤氣、粉煤和液體等各種類型的燃料。因?yàn)榉勖罕容^便宜，且灰分中的Al2O3可得到回收，故一般多用粉煤作燒結(jié)用的燃料。圖7-6為燒結(jié)窯設(shè)備系統(tǒng)圖。

目前在堿石灰燒結(jié)法中都是采用濕式燒結(jié)，即將母液蒸發(fā)到一定濃度后，與鋁土礦、石灰（或石灰石）和補(bǔ)加的碳酸鈉按要求的比例配合，送入球磨中混合磨細(xì)，再經(jīng)調(diào)整成分，制成合格的生料漿，進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)設(shè)備

61燒結(jié)過(guò)程調(diào)整好成分的生料漿，用泥漿泵通過(guò)噴漿器（噴槍）從窯的冷端噴入窯內(nèi)。料漿在噴出時(shí)霧化成很小的細(xì)滴，與窯氣充分地接觸，強(qiáng)烈進(jìn)行熱交換，水分迅速蒸發(fā)，干生料落在爐襯上，逐漸地受熱并向爐的高溫帶（1473~1573K）移動(dòng)使?fàn)t料得到燒結(jié)。燒結(jié)的結(jié)果，得到主要由鋁酸鈉、鐵酸鈉和原硅酸鈣的組成的塊狀而多孔的熟料與含塵爐氣。熟料經(jīng)冷卻、破碎送去溶出；爐氣經(jīng)除塵凈化后供給碳酸化過(guò)程、作為CO2的來(lái)源。62

堿石灰燒結(jié)法的發(fā)展方向是強(qiáng)化燒結(jié)。強(qiáng)化燒結(jié)不僅僅配料分子比不同，礦石的適應(yīng)范圍擴(kuò)寬，操作制度也有一定的變化，綜合提高了生產(chǎn)能力。6.3.4.1鋁土礦的堿石灰燒結(jié)

636.3.4.2熟料的溶出

目的

但是，降低溫度，鋁酸鈉溶解速度減??；浸出液苛性比過(guò)低，鋁酸鈉溶液會(huì)發(fā)生水解：NaAl(OH)4=NaOH+Al(OH)3↓造成Al2O3的損失。鋁酸鈉很容易溶解于熱水以及NaOH溶液中。實(shí)驗(yàn)表明，用NaOH溶出由純蘇打和氧化鋁配料燒結(jié)而得的燒結(jié)塊，當(dāng)最終溶液的苛性比值αk=l.6而Al2O3濃度為100g/L時(shí)，在溫度363K、3min內(nèi)就可完成溶解過(guò)程。A鋁酸鈉（Na2O·Al2O3）

使熟料中的鋁酸鈉盡可能完全地進(jìn)入溶液，同時(shí)盡可能避免其他成分溶解，從而獲得鋁酸鈉溶液與不溶殘?jiān)?/p>

646.3.4.2熟料的溶出

反而所得到的含水氧化鐵殘留在渣中成為赤泥；NaOH轉(zhuǎn)入溶液中，

增大溶液的苛性比值，從而也增加了鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性。但鐵酸鈉的分解（水解）速度比鋁酸鈉的溶解速度要慢得多。

鐵酸鈉不溶于水、蘇打、苛性堿以及鋁酸鈉溶液中，但在水中會(huì)發(fā)生水解作用并生成NaOH：

Na2O·Fe2O3+2H2O＝2NaOH+Fe2O3·H2OB鐵酸鈉（Na2O·Fe2O3）

浸出溫度和燒結(jié)塊粒度對(duì)鐵酸鈉的分解速度都有影響，而以溫度影響最為顯著。低溫下(308K以下)分解非常緩慢，即使在較高溫度(363K)下，也需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完全分解。生產(chǎn)中，當(dāng)燒結(jié)塊內(nèi)含有大量鐵酸鈉時(shí)，確定浸出時(shí)間是以鐵酸鈉分解完全為依據(jù)的。影響因素

65

由二次反應(yīng)而引起的Al2O3和Na2O的損失，叫做二次反應(yīng)損失。當(dāng)浸出條件控制不當(dāng)，二次反應(yīng)損失可以達(dá)到很嚴(yán)重的程度。2CaO·SiO2+2NaOH+H2O=2Ca(OH)2+Na2SiO32CaO·SiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2CaCO3

+2NaOH+aq

3(2CaO·SiO2)+6NaAlO2+15H2O=3Na2SiO3+2(3CaO·Al2O3·6H2O)+2Al(OH)3

2(2CaOSiO2)+4NaAlO2+aq=CaO·Al2O3·2SiO2·nH2O+4NaOH+3CaO·Al2O3·6H2O+aqC硅酸鈣（2CaO·SiO2）

浸出過(guò)程中原硅酸鈣與堿以及鋁酸鈉溶液之間的反應(yīng)，稱為二次反應(yīng)。以上反應(yīng)生成的Na2SiO3進(jìn)入溶液。當(dāng)溶液中SiO2達(dá)到一定濃度時(shí)，便與溶液中NaAlO2發(fā)生如下反應(yīng)：2NaAlO2+2Na2SiO3+4H2O=Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O+4NaOH生成溶解度很小的鋁硅酸鈉，造成Al2O3和Na2O的損失。

原硅酸鈣在水中的溶解度很小。但在浸出過(guò)程中它可與苛性堿、蘇打以及鋁酸鈉溶液作用。發(fā)生以下反應(yīng)：66在此工藝大大減少了二次反應(yīng)損失，將堿石灰燒結(jié)法提高到一個(gè)新的水平。C硅酸鈣（2CaO·SiO2）

采用燒結(jié)法生產(chǎn)Al2O3的工廠中，熟料的浸出過(guò)程在帶攪拌器的浸出槽或者在濕式球磨機(jī)中進(jìn)行。我國(guó)根據(jù)低鐵熟料的特點(diǎn)研究出低苛性比二段磨料浸出流程。其特點(diǎn)：利用通用的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)赤泥的迅速分離，物料在一段濕磨內(nèi)停留的時(shí)間只有幾分鐘，進(jìn)入分級(jí)機(jī)后，將50%~60%的赤泥送入二段濕磨繼續(xù)浸出。

二段濕磨中的Na2O濃度降低，二次反應(yīng)也顯著減少，加上溶液的苛性比保持在1.25左右，從而使Al2O3和Na2O的凈浸出率大大提高。

減少損失方法：二段磨料浸出工藝676.3.4.3鋁酸鈉溶液的脫硅

因此，在燒結(jié)法生產(chǎn)中，鋁酸鈉溶液的脫硅成為了一個(gè)單獨(dú)的工序。

拜耳法中鋁酸鈉溶液的脫硅在高壓浸出時(shí)即已發(fā)生，在鋁酸鈉溶液的稀釋和赤泥分離的過(guò)程中脫硅作用仍在進(jìn)行。-自動(dòng)脫硅的結(jié)果：溶液的硅量指數(shù)（即溶液中Al2O3與SiO2的質(zhì)量比）一般達(dá)到200~250，這樣的溶液完全能滿足晶種分解對(duì)溶液含硅量的要求。所以無(wú)須設(shè)置專門的脫硅作業(yè)。

目的

在燒結(jié)法中沒(méi)有這種自動(dòng)脫硅的可能。因?yàn)樵谌艹黾俺嗄喾蛛x過(guò)程中，雖然溶液中的氧化硅不斷轉(zhuǎn)入沉淀，但赤泥中的原硅酸鈣同時(shí)又不斷地被堿分解，因而溶液中的硅含量始終維持較高。同時(shí)，在碳酸化分解時(shí)，要求盡可能地提高分解率，而分解率的高低取決于溶液的鋁硅比，提高分解率必須相應(yīng)地提高溶液的硅量指數(shù)，才能保證Al(OH)3含硅量合格。為了達(dá)到90%的分解率，溶液的鋁硅比必須為400左右。682）往溶液中加人一定量石灰，使之與SiO2生成溶解度比鋁硅酸鈉更小的鋁硅酸鈣：NaAl(OH)4+2(Na2O·SiO2)=Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH鋁硅酸鈉析出成為沉淀，此沉淀即所謂“白泥”。脫硅方法：

Na2O·Al2O3+2(Na2O·SiO2)+Ca(OH)2+4H2O=

CaO·Al2O3·2SiO2·H2O↓+6NaOH

1）長(zhǎng)期地加熱溶液，促使加速按如下反應(yīng)生成微溶性的鋁硅酸鈉，發(fā)生以下反應(yīng)：上述兩種方法脫硅的完全程度都與鋁酸鈉溶液的濃度有關(guān)，因?yàn)樵跐馊芤褐袖X硅酸鹽的溶解度增加且削弱石灰的作用。因此，通?？偸前衙摴枨暗臐馊芤杭右韵♂尅Ｌ岣哌^(guò)程的溫度和延長(zhǎng)時(shí)間可促進(jìn)脫硅。69脫硅方法：

脫硅在采用間接蒸氣加熱的壓煮器中進(jìn)行，溫度418~438K，時(shí)間2~4h，鋁硅比為400~500的脫硅后的鋁酸鈉溶液與白泥一起從壓煮器放出，送去濃縮。經(jīng)壓濾分離白泥以后，鋁酸鈉溶液送去進(jìn)行碳酸化分解，白泥重新送去燒結(jié)。近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外燒結(jié)法工廠研究并采用了二次脫硅方法。二次脫硅（或深度脫硅），就是將一次脫硅后的溶液添加石灰再次脫硅，這時(shí)對(duì)于第一階段脫硅的要求可以略為降低，并可在常壓下進(jìn)行。此法可使鋁酸鈉溶液鋁硅比達(dá)到1000以上。國(guó)外脫硅方法：706.3.4.4鋁酸鈉溶液的碳酸化分解

CO2的作用在于中和溶液中的苛性堿，使溶液的苛性比降低，從而降低溶液的穩(wěn)定性，引起溶液的分解。碳酸化的初期發(fā)生中和反應(yīng)：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O當(dāng)一些苛性堿結(jié)合為蘇打后，鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性降低，發(fā)生水解反應(yīng)而析出氫氧化鋁：Na2O·A12O3+4H2O=2NaOH+Al2O3·H2O由于分解時(shí)生成的苛性堿不斷被CO2所中和，因此鋁酸鈉溶液有可能完全分解。以含CO2爐氣處理鋁酸鈉溶液,析出氫氧化鋁，進(jìn)而得到Al2O3。

原理目的

716.3.4.4鋁酸鈉溶液的碳酸化分解

在碳酸化的初期，氫氧化鋁與二氧化硅大約有相同的析出率。但在此以后，氫氧化鋁大量析出，而溶液中的二氧化硅含量幾乎不變。當(dāng)碳酸化繼續(xù)深入到一定程度后，二氧化硅析出速度又急劇增加。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于碳酸化初期析出的氧化鋁水合物具有極大的分散度，能吸附SiO2。這種吸附作用隨Al(OH)3結(jié)晶長(zhǎng)大而減弱，所以氫氧化鋁繼續(xù)析出時(shí)，其中SiO2含量還相對(duì)減少。直到分解末期，溶液中A12O3濃度降低，溶液中的SiO2達(dá)到介穩(wěn)狀態(tài)，因此再通入CO2使Al(OH)3繼續(xù)析出時(shí)，SiO2也就劇烈析出。因此，用控制分解深度的辦法可能得到含SiO2很低的、質(zhì)量好的氫氧化鋁；同時(shí)，還可用添加晶種的辦法改善氫氧化鋁的粒度組成，以防止碳分初期SiO2的析出。二氧化硅SiO2的行為

影響因素

726.3.4.4鋁酸鈉溶液的碳酸化分解

方法

在生產(chǎn)上通常用凈化過(guò)的含CO210%~14%的爐氣，在帶有鏈?zhǔn)綌嚢铏C(jī)的碳酸化分解槽中進(jìn)行碳酸化，溫度控制在343-353K。由于添加晶種能顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量，故在一些燒結(jié)法氧化鋁廠按晶種系數(shù)0.8~1.0添加晶種。二氧化碳?xì)怏w經(jīng)若干支管從槽的下部通入，并經(jīng)槽頂?shù)臍庖悍蛛x器排出。碳酸化后，使蘇打母液與氫氧化鋁分離，前者返回配料，后者經(jīng)過(guò)洗滌、煅燒制成氧化鋁。73堿石灰燒結(jié)法基本流程

七個(gè)工序：生料漿制備；燒結(jié)；溶出后礦漿稀釋及液固分離；脫硅；精液碳酸化分解；氫氧化鋁洗滌與煅燒；分解母液蒸發(fā)濃縮。74

燒結(jié)鋁土礦生料的目的在于將生料中的氧化鋁盡可能完全地轉(zhuǎn)變?yōu)殇X酸鈉，而氧化硅變?yōu)椴蝗芙獾脑杷徕}。溶出-使熟料中的鋁酸鈉盡可能完全地進(jìn)入溶液，同時(shí)盡可能避免其他成分溶解，從而獲得鋁酸鈉溶液與不溶殘?jiān)?/p>

分解-以含CO2爐氣處理鋁酸鈉溶液,析出氫氧化鋁，進(jìn)而得到Al2O3。

756.3.5拜耳—燒結(jié)聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁流程比較復(fù)雜，能耗大，產(chǎn)品質(zhì)量一般不如拜耳法。但燒結(jié)法能有效地處理高硅鋁土礦（如鋁硅比為3-5），而且所消耗的是價(jià)格較低的碳酸鈉。

流程簡(jiǎn)單，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量好，處理優(yōu)質(zhì)鋁土礦時(shí)能獲得最好的經(jīng)濟(jì)效果。但隨著礦石鋁硅比降低，它在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性也將隨之下降。一般說(shuō)來(lái)，礦石的鋁硅比在6以下時(shí)，拜耳法便劣于燒結(jié)法。因此，拜耳法只局限于處理優(yōu)質(zhì)鋁土礦，其鋁硅比至少不低于6-8，通常在10以上。實(shí)踐證明，在某些情況下，采用拜耳法和燒結(jié)法的聯(lián)合生產(chǎn)流程，可以兼收兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，取得較單一的拜耳法或燒結(jié)法更好的經(jīng)濟(jì)效果，同時(shí)也使鋁礦資源得到更充分的利用。拜耳法燒結(jié)法766.3.5拜耳—燒結(jié)聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁并聯(lián)法流程由兩個(gè)平行的生產(chǎn)系統(tǒng)組成。主要部分是按拜耳法處理低硅鋁土礦，輔助部分則是按燒結(jié)法處理高硅鋁土礦；燒結(jié)法系統(tǒng)的溶液并入拜耳法系統(tǒng)，以補(bǔ)償拜耳法系統(tǒng)的苛性堿損失。圖6-6為工藝流程。聯(lián)合法有并聯(lián)，串聯(lián)兩種基本流程。聯(lián)合法原則上都以拜耳法為主，燒結(jié)法系統(tǒng)的生產(chǎn)能力一般只占總能力的10-20％。

通常，在高品位礦石產(chǎn)區(qū)也總有一些低品位礦石。為了充分利用資源和降低成本，同時(shí)處理這兩種礦石是必要的，這就是采用并聯(lián)聯(lián)合法的基本原因。同時(shí)，并聯(lián)聯(lián)合法的燒結(jié)系統(tǒng)還不限于處理高硅鋁土礦，也可以燒結(jié)霞石、黏土等其他鋁礦。方法6.3.5.1并聯(lián)法

77拜耳法

因此，控制鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性，對(duì)堿法生產(chǎn)氧化鋁來(lái)說(shuō)是很重要的。拜耳—燒結(jié)并聯(lián)法786.3.5拜耳—燒結(jié)聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁

生產(chǎn)氧化鋁的流程如圖6-8所示。串聯(lián)法流程的實(shí)質(zhì)在于：全部高硅鋁土礦首先用拜耳法處理，而含有大量氧化鋁和苛性堿的