拜耳法生产氧化铝工艺流程简介

拜耳法生产氧化铝工艺流程简介
拜耳法适于处理高品位铝土矿,这是用苛性碱溶液在一定的温度下溶出铝土矿中的氧化铝的生产方法,具有工艺简单、产品纯度高、经济效益好等优点。

基本原理
拜耳法的基本原理有两个。

一个是铝土矿的溶出；一个是铝酸钠溶液的分解。

溶出是用苛性碱溶液在一定的条件下（加石灰、碱浓度、温度、时间及搅拌等）溶出铝土矿中的氧化铝，反应为
Al2O3·H2O+2NaOH=2NaAlO2+2H2O
Al2O3·3H2O+2NaOH=2NaAlO2+4H2O
SiO2+NaOH+NaAlO2=Na2O·Al2O3·2SiO 2·2H2O+H2O
一水铝石或三水铝石溶解形成铝酸钠进入碱液中,而其它杂质不进入溶液中,呈固相存在,称赤泥。

三水铝石（Al2O3·3H2O）的溶解温度为105℃，一水硬铝石（α－Al2O3·H2O）为220℃,一水软铝石(γ－Al2O3·H2O)为190℃。

分解是利用NaAlO2溶液在降低温度、加入种子及搅拌的条件下析出固相Al(OH)3,分解反应为NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaOH 种子即为Al(OH)3,加入量(以Al2O3量计算)为溶液中Al2O3含量的一倍以上;温度控制为从75℃降到55℃;搅拌时间为60h左右。

所得Al(OH)3再经焙烧脱水变成Al2O3;并使Al2O3晶型转变,满足铝电解的要求,焙烧反应为
Al2O3·3H2O 225℃γ－Al2O3·H2O + 2H2O
γ－Al2O3·H2O 500℃γ－Al2O3 + H2O
γ－Al2O3 900～1200℃α－Al2O3
工艺流程及主要技术条件
拜耳法的生产工艺主要由溶出、分解和焙烧三个阶段组成。

全流程主要加工工序为：矿石的破碎、均化及湿磨、高温高压溶出、赤泥分离洗涤、叶滤、种子分解、母液蒸发及氢氧化铝焙烧。

铝矿石进厂后经破碎、均化、贮存，碎矿石送下一工序湿磨。

本工序的目的是使铝矿石破碎至≤15㎜粒度，并且使化学成分均匀地向湿磨供料，控制指标是：每7天的供矿量加权平均值A/S波动在±0.5范围内。

湿磨是使铝矿石进一步磨细并进行三组分（铝矿石、石灰、循环碱液）配料，使得到的产品原矿浆满足高压溶出的要求。

本工序控制的技术条件是：石灰加入量为干铝矿量的7%；循环碱液配入量为控制溶出液的αk（苛性化系数）为1.4左右；磨矿细度为：－315μm 100%,－63μm 70%～75%。

高压溶出是拜耳法的核心部位，要求其热利用率高、建设投资少及易操作、经营成本低。

对溶出一水硬铝石型矿石而言最常用的工艺型式是：将原矿浆送入套管预热器中，用二次蒸汽预热至160～180℃，之后进入用二次蒸汽间接加热、机械搅拌的预热压煮器中，将矿浆温度提高至220℃左右，再在机械搅拌的反应压煮器中用6.0Mpa的新蒸
汽间接加热到溶出温度260℃,然后在只有机械搅拌的压煮器中停留30～40min。

整个溶出过程矿浆实现了全部间接加热，通过机械搅拌强化了传热和传质过程，溶出率可达95%以上。

溶出完成后得到的矿浆经降温、减压并将浓度稀释，以便常压下处理赤泥的分离及洗涤。

分离与洗涤一般都采用沉降槽，目前工业上使用的最先进的沉降槽是深椎沉降槽。

分离沉降槽的溢流是产品粗液，经控制过滤后得到精制液送去种子分解；底流是固体残渣（称赤泥），经4～5次沉降反向洗涤回收其附液中的碱后送堆场堆存。

赤泥沉降分离洗涤工序控制的主要技术条件是：过程中物料的温度95℃以上；分离沉降槽的底流固体质量分数为≥41%，溢流中悬浮物含量为≤200mg/L；末次洗涤沉降槽的底流固体质量分数≥48%，每吨干赤泥带走的Na2O≤5kg；为改善沉降性能，生产过程中要加入絮凝剂。

种子分解是将铝酸钠溶液加入种子（细氢氧化铝）经降低温度、长时间搅拌而自行分解析出固体氢氧化铝及液体苛性碱的过程。

本工序控制的主要技术条件是：分解开始的温度（70℃）及终了温度（45℃）；分解时间55～60h；种子加入量[种子比为2.5～5.5,即加入的Al(OH)3中的Al2O3重量/溶液中的Al2O3重量=2.5];分解率45%～50%。

种子分解后得到的是固体（氢氧化铝）与液体（苛性碱液）的混合物，经分级及过滤，分离后得到种子（细氢氧化铝）及产品氢氧化铝和分解母液（苛性碱溶液）。

种子返回种分槽，产品氢氧化铝经过滤洗涤送焙烧工序，分解母液则送蒸发站处理。

蒸发的目的有3个：一是提高溶液的浓度，蒸去一部分水，以满
足系统水平衡及高压溶出对碱浓度（Na2O k180～230g/L）的要求；二是排除生产过程中积累的Na2CO3及Na2SO4，它们的溶解度与苛性碱浓度成反比，当碱浓度达到一定程度时它们从溶液中呈固相析出进而分离出去；三是排除生产过程中积累的有机物，一般有机物随Na2CO3及Na2SO4的析出而析出。

蒸发是在多效真空蒸发器中完成的。

不论是哪一种生产方法得到的氢氧化铝，都需经焙烧而得到产品氧化铝。

焙烧的目的有二：一是除掉氢氧化铝中附着的水及结晶水；二是使氧化铝的晶型转化成电解所需要的晶型。

焙烧操作主要控制的是焙烧温度及氧化铝的灼减量。

焙烧所用的设备以前是回转窑，现在都是流态化焙烧炉，主要进步在于使热耗大为降低，使用回转窑的热耗为502.4×104KJ/t,而流态化焙烧炉为309.8×104KJ/t。

焙烧炉所使用的燃料有：煤气、重油或天然气。

生产工艺过程见后附图。