电解铝行业分析2中间产物氧化铝讲解

铝行业分析报告

金属铝是世界上仅次于钢铁的第二重要金属，由于铝具有比重小、导电导热性好、易于机械加工及其他许多优良性能，因而广泛应用于国民经济各部门。全世界用铝量最大的是建筑、交通运输和包装部门，占铝总消费量的60%以上。铝是电器工业、飞机制造工业、机械工业和民用器具不可缺少的原材料。

1氧化铝环节

1.1氧化铝生产工艺

从矿石提取氧化铝有多种方法，主要是碱法提取氧化铝，例如:拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95％左右。70年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用。

采用什么生产办法主要依据原材料铝土矿的优劣情况，主要指标之一是铝土矿中氧化铝含量和氧化硅含量的比值，俗称铝硅比。从一般技术和经济的观点看，矿石铝硅比为3左右通常选用烧结法；铝硅比高于10的矿石可以采用拜耳法；当铝土矿的品位处于二者之间时，可采用联合法处理，以充分发挥拜耳法和烧结法各自的优点，达到较好的技术经济指标。

1.1.1拜耳法

拜耳法是奥地利拜耳（K.J.Bayer）于1888年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。

由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同，它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异，所以要提供不同的溶出条件，主要是不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿可在125～140℃下溶出，一水硬铝石型铝土矿则要在240～260℃并添加石灰（3～7％）的条件下溶出。

现代拜耳法的主要进展在于：①设备的大型化和连续操作；②生产过程的自动化；③节省能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。

拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低。

拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，随同赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。直到70年代后期，拜耳法所处理的铝土矿的铝硅比均大于7～8。由于高品位三水铝石型铝土矿资源逐渐减少，如何利用其他类型的低品位铝矿资源和节能新工艺等问题，已是研究、开发的重要方向。

1.1.2碱石灰烧结法

适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3)、原硅酸钙（2CaO·SiO2）和钛酸钠（CaO·TiO2）组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3·H2O等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2O形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6－2x)H2O沉淀(其中x≈0.1)，而使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴石中的

Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。

中国碱石灰烧结法生产氧化铝的主要技术成就是：在熟料烧成中采用低碱比配方，在熟料溶出工艺中采用二段磨料和低分子比溶液，以抑制溶出时的副反应损失，使熟料中Na2O 和Al2O3的溶出率分别达到94～96％和92～94％。Al2O3的总回收率约90％，每吨氧化铝的Na2CO3的消耗量约95公斤。碱石灰烧结法可以处理拜耳法不能经济地利用的低品位矿石，其铝硅比可低至3.5，且原料的综合利用较好，有其特色。

1.1.3拜耳－烧结联合法

可充分发挥两法优点，取长补短，利用铝硅比较低的铝土矿，求得更好的经济效果。联合法有多种形式，均以拜耳法为主，而辅以烧结法。按联合法的目的和流程连接方式不同，又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程。

①串联法是用烧结法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3，用于处理拜耳法不能经济利用的三水铝石型铝土矿。扩大了原料资源，减少碱耗，用较廉价的纯碱代替烧碱，而且Al2O3的回收率也较高。

②并联法是拜耳法与烧结法平行作业，分别处理铝土矿，但烧结法只占总生产能力的10～15％，用烧结法流程转化产生的NaOH补充拜耳法流程中NaOH的消耗。

③混联法是前两种联合法的综合。此法中的烧结法除了处理拜耳法赤泥外，还处理一部分低品位矿石。

中国根据本国的铝矿资源特点，发展出多种氧化铝生产方法。50年代初就已用碱石灰烧结法处理铝硅比只有3.5的纯一水硬铝石型铝土矿，开创了具有特色的氧化铝生产体系。用中国的烧结法，可使Al2O3的总回收率达到90%；每吨氧化铝的碱耗(Na2CO3)约90公斤；氧化铝的SiO2含量下降到0.02～0.04％；而且在50年代已经从流程中综合回收金属镓和利用赤泥生产水泥。60年代初建成了拜耳烧结混联法氧化铝厂，使Al2O3总回收率达到91％，每吨氧化铝的碱耗下降到60公斤，为高效率地处理较高品位的一水硬铝石型铝土矿开创了一条新路。

不同类型的铝土矿所需要的溶出条件差别很大。三水铝石型铝土矿在105℃的条件下就可以较好地溶出，一水软铝石型铝土矿在200℃的溶出温度下就可以有较快的溶出速度，而一水硬铝石型铝土矿必须在高于240℃的温度下进行溶出，其典型的工业溶出温度为260℃。溶出时间不低于60分钟。

拜耳法用于处理高铝硅比的铝土矿，流程简单，产品质量高，其经济效果远比其它方法为好。用于处理易溶出的三水铝石型铝土矿时，优点更是突出。目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，90%以上是用拜耳法生产的。由于中国铝土矿资源的特殊性，目前中国大约50%的氧化铝是由拜耳法生产的。