2——2拜耳法生产氧化铝-
第九次课拜耳法生产氧化铝课件.
——铝冶金学
2015年11月
铝冶金学
绪
论
1. 铝的特性与用途 2. 炼铝原料 3. 铝的生产方法 1. 拜耳法生产氧化铝 2. 烧结法生产氧化铝 3. 联合法生产氧化铝 1. 2. 3. 4. 铝电解用原材料制备 铝电解过程机理 铝电解生产过程 原铝的精炼
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氧化铝生产
金属铝生产
日常生活中的铝制品
铝合金门窗 饭盒 铝水壶 铝锅 自行车铝圈 铝汤匙 电饭煲内锅 摄影用三脚架 某些洗 衣机的内筒 铝芯电线 铝脸盆 但人类多吃铝，会造成脑中毒。如老年痴呆 铝箔广泛用于包装香烟、糖果等
铝的用途
铝在交通运输工业上的应用
近年来，汽车和铁路车辆的用铝量明显增多，其目的是为减轻车身的质量，以 求节省燃料。全铝汽车正在试制。电动汽车上用Al/空气电池作动力。因此，铝又被 誉为一种节能的材料。
分解母液蒸发的 目的 碳酸钠苛化的目 的 碳酸钠苛化的方 法
拜耳循环
高压溶出 溶出矿浆稀释
晶种分解
分解母液的蒸发
拜耳法循环图 200 ＝ ℃α 1.65
K
稀释矿浆
40
60 ℃
20
Al2O3/ ％ C
B
30 ℃
αK＝ 3.40
A D
10
20
Na2O ％
总结
拜耳法——主要内容
基本原理 工艺流程： 主要工序：原因、方法
高压溶出：各组分行为、添加石灰、苛性碱的原因、结疤现象 溶出矿浆稀释、赤泥洗涤：
晶种分解：机理
氢氧化铝分离、洗涤、焙烧 分解母液的蒸发与碳酸钠的苛化
拜耳法氧化铝生产工艺
拜耳法氧化铝生产工艺
拜耳法是一种常用的氧化铝生产工艺，下面是关于拜耳法氧化铝生产工艺的相关介绍。
拜耳法氧化铝生产工艺是指以铝土矿为原料，经过研磨、酸溶、饱和、沉淀、烘干等步骤制取氧化铝。
其工艺流程主要包括酸溶、过滤、烧结、冷凝等步骤。
首先是酸溶步骤。
将铝土矿与稀硫酸进行反应，生成含铝酸化物的溶液，并增加碱性物质调节溶液的pH值。
接下来是过滤步骤。
将酸溶液通过过滤设备，过滤出固体残渣和液相。
固体残渣中含有未被反应的铝土矿及其他杂质。
然后是烧结步骤。
将过滤后的液相通过加热设备进行脱水，脱除溶液中的水分，得到氧化铝的烧结体。
最后是冷凝步骤。
将烧结体经过冷却设备，冷却至室温，并通过气体分离装置分离出其中的气体组分。
拜耳法氧化铝生产工艺具有以下特点：1. 原料成本低。
铝土矿是一种广泛存在的矿石资源，具有丰富的储量。
2. 生产效率高。
拜耳法可以高效地将铝土矿转化为氧化铝，生产效率高。
3. 产品质量稳定。
拜耳法制取的氧化铝质量稳定，符合工业生产的要求。
拜耳法氧化铝生产工艺在铝工业中得到广泛应用，且不断进行技术改进，提高生产效率和产品质量。
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+2H2OAl2O3·3H2O+2NaOH=2NaAlO2+4H2OSiO2+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 + 2H2Oγ－Al2O3·H2O 500℃γ－Al2O3 + H2Oγ－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。
拜耳法生产氧化铝的基本流程
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氧化铝生产工艺教学(拜耳法)
E
1
N
( MR ) m ( MR ) a N 0.608 [ ](t / t AO ) ( MR ) m ( MR ) a
循环效率和循环碱量 呈互为倒数关系
第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程
拜耳法的基本流程 1
第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程
第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程
高压溶出
是拜耳法生产氧化铝的主要工序之一。影 响拜耳法生产氧化铝的技术经济指标。
溶出目的：将铝土矿中的氧化铝水合物溶解成铝酸钠溶液，并使
溶液充分脱硅，避免过量SiO2影响产品质量，且把苛性碱的消耗减至 最少。
拜耳循环 拜耳循环
至Al2O3· H2O 至Al2O3· 3H2O 60℃ B 30℃ MR=3.40
拜耳法生产Al2O3的四个组要工序 铝土矿的溶出 铝酸钠溶液的稀释 晶种分解 分解母液蒸发 拜耳法循环从铝土矿的溶出开始， 溶出初温为30℃，终温为200℃。 在此温度范围内实现溶出、稀释分 解、蒸发过程。 A点：循环母液的组成点
衡量分解过程效率的技术经济指标：种分分解率、分解槽单
位产能，Al(OH)3的质量。砂状氧化铝要求的物理性能主要取决于种分 过程的控制。
第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程
晶种分解
分解槽
分解槽
第四章 拜耳法的原理和基本工艺流程
第五章 铝土矿中氧化铝的溶出
氧化铝溶出率 拜耳循环
氧化铝实际溶出率：铝土矿与NaOH反应实际溶出到溶液中的
铝土矿类型 三水铝石 一水软铝石 一水硬铝石 温度（℃） 145 230 250 Na2O(g/L) 110 110 120 Al2O3(g/L) 130 120 120 分子比MR 1.40 1.50 1.65
拜耳法生产氧化铝的基本原理
拜耳法生产氧化铝的基本原理
拜耳法生产氧化铝是一种新型的生产氧化铝的化学工艺，已经被普遍应用于金属表面处理行业。
其基本原理是通过将氧化铝直接转化为氢氧化碳来生产氢氧化铝，从而实现氧化铝生产。
从化学反应上看，拜耳法生产氧化铝的原理是通过电解反应，其中电极反应式为：
正极：2OH--+2H+ = H2O +2H2
2H2 + O2 = 2H2O
也就是说，在电解过程中，在正极上发生的反应使氧化钠产生氢氧化氢，而反应过程中负极上发生的反应使氢氧化铝产生氢氧化铝，最终氢氧化铝释放出来便会析出氧化铝沉淀。
拜耳法所使用的气体一般为氢、氮、氧、二氧化碳，氢气能够提供电解，从而起到氧化铝的溶解作用，氮气则对氧化铝的沉淀有较好的稳定作用，而氧气则有利于捕获沉淀的氧化铝，二氧化碳有利于调节接触能量，从而实现氧化铝的高质量的生产。
拜耳法生产氧化铝的优点是电解过程中水的反应产物为H2O，极少有有毒有害的物质排放，因此有利于环境保护；使用氢氮氧气体可以控制和优化比表面积和比容量，有利于生产现场的操作及控制。
拜耳法生产氧化铝
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟拜耳法生产氧化铝所谓“拜耳法”系奥地利化学家K·J·Bayer 于1887 年发明的处理优质铝土矿制取氧化铝的一种方法。
拜耳法就是用含有大量游离苛性碱的循环母液处理铝土矿，溶出其中的氧化铝得到铝酸钠溶液，往铝酸钠溶液中添加氢氧化铝晶种，经过一定时间的搅拌分解就可以析出氢氧化铝，分解母液经蒸发后用于溶出下一批铝土矿。
拜耳法生产中经常用到苛性比、硅量指数、循环效率、晶种系数等概念。
拜耳法就是用碱溶出铝土矿中的氧化铝。
工业上把溶液中以NaAlO2 和NaOH 形式存在的Na2O 叫做苛性碱（记作Na2Ok），以Na2CO3 形式存在的Na2O 叫做碳酸碱（记作Na2Oc），以Na2CO4 形式存在的Na2O 叫做硫酸碱（记作Na2O），所有形态的碱的总和称做全碱（记作Na2Ot）。
苛性比就是铝酸钠溶液中的Na2Ok 与Al2O3 的摩尔比，记作αko。
美国习惯用铝酸钠溶液中的Al2O3 与Na2Ok 的质量比表示，符号A/N。
硅量指数指铝酸钠溶液中的Al2O3 与SiO2 含量的比，符号A/S。
循环效率指铝酸钠溶液中的1t Na2O 在一次拜耳法循环中产出的Al2O3 的量（t），用E 表示。
它表明碱的利用率的高低。
晶种系数（种子比）指添加晶种氢氧化铝中的Al2O3 数量与分解原液中的Al2O3 数量之比。
分解离指分解出氢氧化铝中的Al2O3 数量占精液中所含Al2O3 数量之比。
计算式为：η=（1－αa/αm）×100%式中αa，αm-分别表示分解精液和分解母液的苛性比值。
拜耳法生产包括四个过程：（1）用αk=3.4的分解母液溶出铝土矿中的氧化铝，使溶出液的αk=1.6～1.5；（2）稀释溶出液，洗涤分离出精制铝酸溶液（精液）；（3）精液加晶种分解；（4）分解母液蒸发浓缩至苛性碱的浓度达到溶出要求（230～280g/L）。
拜耳法生产氧化铝的工艺流程如图1 所示。
拜耳法生产氧化铝过程有机物的影响及对策研究
拜耳法生产氧化铝过程有机物的影响及对策研究摘要：在拜耳法生产中，有机物的积累和危害是不可避免出现的问题，尤其以草酸盐的危害最大。
有机物对溶出、赤泥沉降洗涤、分解以及蒸发等工序都有影响，尤其草酸盐对分解造成极大的危害，不仅加速分解的成核频率，干扰氢氧化铝的附聚，影响氧化铝成品的质量，加速分解槽、晶种槽以及蒸发器等设备的结疤，造成清理和维护困难。
本文分析了有机物对生产的影响，并提出了有效的解决办法。
关键词：拜耳法；生产氧化铝过程；有机物；影响；对策一、引言我国早期氧化铝生产厂中，除了个别地区外，其他地方生产氧化铝采用的生产方式都是传统的联合法。
在此生产工艺中，在熟料的烧结时能够很好将有机物排除于系统之外，所以有机物对于氧化铝的生产过程并不会产生较大的影响。
但是随着纯拜耳法这一生产工艺的逐渐普及，有机物的问题也越来越突出，而且已经对生产的过程和产品的质量造成了不良的影响，亟需采取相关措施解决。
二、拜耳法生产氧化铝过程中有机物来源情况分析拜耳法生产氧化铝过程中有机物来源一般包括三个方面：1）来自于铝土矿。
许多的铝土矿中有机碳的含量非常的高，有的含量可以达到万分之几，甚至是千分之几不等。
有机物中的杂质会在溶出时同碱产生作用之后，融入到溶液中，并在整个生产环节中不断的循环和累积。
2）来自于有机添加剂中。
在拜耳法生产氧化铝过程中，为了使生产指标更加优化，都会选择添加一定数量的有机添加剂。
例如，在氧化铝赤泥分离的洗涤过程中，为了加快沉降的速度，就会加入高分子的有机絮凝剂，或者在氢氧化铝的过滤洗涤过程中添加脱水剂，以及在种分分解过程中添加结晶助剂。
3）来自于选矿过程中。
为了在一水硬铝石的铝土矿中获取到铝硅比较高的精矿，通常会采取浮选的方式，在其过程中就会使用种类繁多的有机浮选药剂，被残留下来的部分药剂会随之进入到拜耳法生产程序中，此外，碱液还会同空气当中的二氧化碳发生作用，也会生长出微量的有机物。
三、有机物对拜耳法生产氧化铝过程产生的影响拜耳法生产氧化铝过程会受有机物影响，主要是由于随着铝土矿融入到碱性的溶液中，并处于不断的生产循环中，有机物的含量就会慢慢的积累起来，等到有机物的含量蓄积到一定的数值之后，就会对种分的分解率造成影响，并降低铝土矿的溶出率，氢氧化铝的白度以及赤泥沉降的速度，有机物对拜耳法生产氧化铝过程产生的影响主要包括以下几点：1）有机物会使容液物理性质发生改变，溶液的比重、密度以及比热等方面的物理性质都会受有机物影响发生改变，且表面张力也受有机物影响而提升，而如果增加溶液的黏度后，泵的损耗也会随之而变大，整体的生产效率和经济效益都会受到影响。
氧化铝冶炼工艺流程简介
氧化铝的主要冶炼工艺介绍氧化铝的冶炼工艺大致可以分为烧结法、拜耳法和烧结-拜耳联合法等。
一、烧结法1.1烧结法的基本原理将铝土矿与一定数量的纯碱、石灰（或者石灰石）、配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅和石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时固体铝酸钠便进入溶液，铁酸钠水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。
在用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝，经过焙烧后产出氧化铝。
分离氢氧化铝后的母液成为碳分母液经过蒸发后返回配料。
1.2烧结法工艺过程简述烧结法生产氧化铝有生料浆制备、熟料烧结、熟料溶出、赤泥分离以及洗涤、粗液脱硅、精液碳酸化分解、氢氧化铝的分离以及洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发等主要生产工序。
生料浆制备：将铝土矿、石灰（或石灰石）、碱粉、无烟煤以及碳分母液按一定的比例，送入原料磨中磨制成生料浆，经过料浆槽的三次调配成各项指标合格的生料浆，送熟料窑烧结。
熟料烧结：配合格的生料浆送入熟料窑内，在1200℃-1300℃的高温下发生一系列的物理化学变化，主要生产使氧化硅和石灰化合成不溶于水的熟料。
熟料窑烧结过程通常在熟料窑（回转窑）内进行，氧化硅和石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，氧化铝和纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，并且烧至部分熔融，冷却后成外观为黑灰色的颗粒状物料即熟料。
熟料溶出：熟料经过破碎达到要求的粒度后，用稀碱溶液（生产上称调整液），在湿磨内进行粉碎性溶出，有用成分氧化铝和氧化钠进入溶液，成为铝酸钠溶液，而杂质铁和硅则进入赤泥。
赤泥分离和洗涤：为了减少溶出过程中的化学损失，赤泥和铝酸钠溶液必须快速分离，为了回收赤泥附液中所带走的有用成分氧化铝和氧化钠，将赤泥进行多次反向洗涤再排入堆场。
粗液脱硅：熟料溶出过程中，原硅酸钙不可避免的与溶液发生反应，造成粗液中会有5-6g/l的二氧化硅，这部分杂质将影响成品氧化铝的质量。
拜耳法氧化铝溶出原理和工艺
拜耳法氧化铝溶出的原理和工艺摘要拜耳法用于生产氧化铝是目前生产氧化铝的主要工业方法，生产氧化铝的工艺有原矿浆制备、高压溶出、压煮矿浆稀释及赤泥分离和洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级和洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及苏打苛化等主要生产工序。
关键词拜耳法；氧化铝；原理工艺中图分类号tf82 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）87-0197-02拜耳法用于氧化铝生产已有近百年的历史，几十年来已经有了很大的发展和改进。
目前仍是世界上生产氧化铝的主要工业方法。
拜耳法用在处理低硅铝土矿（一般要求a/s为7～10），特别是用在处理三水铝石型铝土矿时流程简单，作业方便、能量消耗低，产品质量好等优点。
现在除了受原料条件限制的某些地区外，大多数氧化铝厂都采用拜耳法生产氧化铝。
拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿时工艺条件要苛刻一些。
拜耳法最主要的缺点是不能单独地处理氧化硅含量高的矿石。
1 拜耳法生产氧化铝的原理基本原理是拜耳法精心研究出来的。
他在1889年的第一专利谈到用氢氧化铝的晶粒作为种子，使铝酸钠溶液分解，也就是种子分解法。
1892年提出第二个专利系统地闸述了铝土矿所含氧化铝可以在氢氧化钠溶液中溶解成铝酸钠的原理，也就是今天所采用的溶出工艺方法。
此法用在处理低硅铝土矿，特别是处理三水铝石型优质铝土矿，其经济效果远非其他生产方法所能比拟。
直到现在工业生产上实际使用的拜耳法工艺还是以上述两个基本原理为依据。
为了纪念拜耳称之为拜耳法。
原理归纳如下。
用苛性碱溶液溶出铝土矿中氧化铝而制得铝酸钠溶液，采用溶液降温、加晶种、搅拌的条件下，从溶液中分解出氢氧化铝，将分解后母液（主naoh）经蒸发用来溶出新的一批铝土矿，溶出过程是在加压下进行的。
拜耳法的实质也就是下一反应在不同的条件下交替进行：2 拜耳法生产氧化铝的工艺由于各地铝土矿成份和结构的不同所以采用的技术条件各有特点，各个工厂的具体工艺流程也常有差别。
拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿的基本流程如图1所示。
浅析拜尔法生产氧化铝高能耗原因及节能降耗措施
I ndustry development行业发展浅析拜尔法生产氧化铝高能耗原因及节能降耗措施李栋伟（山东南山东海氧化铝有限公司，山东 龙口 265706）摘 要：溶出生产工序是拜耳法生产氧化铝的主要工序，其工作工程是在高温高压下利用苛性碱与铝土矿进行化学反应从而生成后续环节所需要的铝酸钠溶液，我国的铝土矿多为较难溶出的一水硬铝石，在正常生产中需要采用260℃的高温强化溶出，这将造成大量的新蒸汽消耗，本文结合生产实际情况分析了溶出工序相关的节能措施，并从提高溶出机组的运转率、优化生产技术指标、提高蒸汽综合利用以及改进溶出工序生产流程等方面进行了论述。
关键词：溶出；蒸汽；节能中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2018）06-0029-2溶出工序是拜耳法生产中的高耗能工序之一，整个生产工序30%左右的能耗是在溶出工序，因此对溶出工序的节能的研究则更为重要，当前国内的氧化公司根据各自的技术特点在节能降耗方面都进行了许多的探索研究，降低溶出工序的生产能耗既要结合自身的技术特点又要博取众长相互学习，优化生产流程、提高热能回收利用、确保生产机组的运转率等方面出发，不断挖掘自身潜力，已当前的氧化铝生产现状来看，随着生产技术的不断提高、市场压力的不断加，将会有更多的节能降耗措施被不断的发掘利用，氧化铝生产管理更上一层楼。
1我国氧化铝生产能耗的分析氧化铝生产属于高耗能产业。
近年来国内的氧化铝综合能耗正在逐年的不断下降，虽然目前早已经降至632千克标煤/吨以下但仍然有较大的进步空间，尤其是在我国的氧化铝工业迅猛发展的同时，随着环保检查力度的不断增加对节能减排的要求也越来越迫切，氧化铝生产的专家和从业人员，经过长期的实践结合国内氧化铝工业生产的特地总结出了石灰拜耳法、选矿拜耳法、强化烧结法等一系列行之有效的生产工艺流程，并且经过实践证明，起到了良好的节能效果，由于长期以来的规模效益的影响我国与国外先进的生产企业仍有较大的差距，虽然近年来我国的氧化铝生产企业无论是在工艺水平还是管理水平都取得了较大的进步，但是在节能降耗方面来讲仍然有巨大的提升空间，其中的制约因素有以下几个方面：1.1 生产成本高、综合能耗高我国的氧化铝生产以较难溶出的一水铝石为主，受铝土矿资源品质方面的限制，因而生产条件更为苛刻，生产流程较为复杂，因而相对于以三水铝石为主要原料的氧化铝而言生产成本和生产能耗也比较高，在市场竞争中处于不利的地位。
拜耳法生产氧化铝 第四章 高压溶出
η A理 =
( A / S ) 矿石 − 1 ( A / S ) 矿石
× 100 %
实际溶出率： 实际溶出率：实际溶出的Al2O3量与矿石中Al2O3量之比。
η A实 =
1 − ( A / S ) 赤泥 ( A / S ) 矿石
× 100 %
第四章 高压溶出
六、影响溶出过程的因素
1. 溶出温度
溶出温度是影响溶出速度最主要的因素。提高温度， 溶出速度增大，氧化铝溶出率（ηA）增大，溶液中Al2O3 的平衡浓度亦增大，溶出液A/S增高。 但对三水铝石而言，溶出温度过高（>150℃），溶 液中的氧化铝会发生晶型转变，生成一水软铝石进入赤 泥中，降低A/S和实际溶出率。 （因此，拜耳法管道溶出采用低温高压溶出技术。）
第四章 高压溶出
3） 铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用 ① 消除含钛矿物的有害作用，显著提高Al2O3的溶 出速度和溶出率。 ② 促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中的Al2O3充分 溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善。 （针铁矿FeOOH，赤铁矿Fe2O3，针铁矿具有不良的沉 降和过滤性能。） ③ 活化一水硬铝石的溶出反应。 ④ 生成水化石榴石，减少Na2O损失，降低碱耗。
第四章 高压溶出
3.氧化铁在溶出过程中的行为
在铝土矿溶出过程中所有铁矿物全部残留 在赤泥中，成为赤泥的重要组成部分。
第四章 高压溶出
4. 氧化钛在溶出过程中的行为
铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。 氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O·3TiO2·2H2O。 ①造成Na2O的损失。 ②生成的钛酸钠会在一水硬铝石的表面形成一层致密的 保护膜，使溶解过程恶化，Al2O3溶出率降低。 （但氧化钛对三水铝石的溶解起不到阻碍作用，对一水软铝 石的阻碍作用也小得多。 ）
[整理版]拜耳法生产氧化铝工艺流程简介
![[整理版]拜耳法生产氧化铝工艺流程简介](https://img.taocdn.com/s3/m/77fd16d44128915f804d2b160b4e767f5acf808f.png)
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+2H2OAl2O3〃3H2O+2NaOH=2NaAlO2+4H2OSiO2+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 + 2H2Oγ－Al2O3〃H2O 500℃γ－Al2O3 + H2Oγ－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。
拜耳法生产氧化铝第四章高压溶出
山东铝业职业学院
冶金化工系冶金教研室
第四章 高压溶出
一、概述
铝土矿的溶出过程一般是在高压（高温）条件下进 行的。 高压溶出的目的： 用循环母液（苛性碱溶液）迅速将铝土矿中的Al2O3 溶出，制成铝酸钠溶液。
第四章 高压溶出
三、铝土矿各种成分在溶出过程中的行为
铝土矿在溶出过程中发生的主要反应是氧 化铝水合物的溶出。溶出过程中绝大部分的杂 质多进入赤泥中，但也有少量的杂质溶解于碱 液中，杂质在溶出过程中的反应也影响到氧化 铝生产的技术经济指标。
第四章 高压溶出
1.氧化铝水合物溶出时的行为
铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液 中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶液，形成铝酸钠溶液。 反应方程式： Al2O3•（1或3）H2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq
铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。 氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O· 3TiO2· 2H2O。
①造成Na2O的损失。
②生成的钛酸钠会在一水硬铝石的表面形成一层致密的 保护膜，使溶解过程恶化，Al2O3溶出率降低。
（但氧化钛对三水铝石的溶解起不到阻碍作用，对一水软铝 石的阻碍作用也小得多。 ）
第四章 高压溶出
消除TiO2危害的有效措施：在铝土矿溶出时添加石灰 此时TiO2与CaO生成结晶状的钛酸钙Ca2O· TiO2 （松脆多孔、极易脱落），使Al2O3的溶出过程不再受 到阻碍，也降低了Na2O的消耗。
第四章 高压溶出
5. 氧化钙在溶出过程中的行为
拜耳法生产氧化铝原理
拜耳法生产氧化铝原理拜耳法是一种常用的工业方法，用于生产氧化铝（Al2O3），该过程主要涉及熔融铝矾土，并使用一定的燃料和冷却系统。
下面将对拜耳法的原理和步骤进行详细解释。
拜耳法的原理基于铝矾土（Al2(SO4)3·18H2O）的熔融和冷却反应。
该方法使用铝矾土作为原料，通过矿石的分离和过滤去除其中的杂质。
然后，铝矾土与碱性熔剂（如氢氧化钠）一起加入到炉中，在高温下进行反应。
熔剂的作用是将铝矾土中的氧化铝分解出来，并与铝矾土中的硫酸钠反应，形成氧化铝和硫酸铝盐（Al2(SO4)3）。
然后，通过冷却反应，氧化铝在液态铝矾土中形成悬浮状态，随着冷却的进行，逐渐结晶沉淀到底部。
最后，氧化铝晶体经过一系列的处理和精炼过程，得到高纯度的氧化铝。
拜耳法的步骤如下：1. 矿石准备：铝矾土被采矿并去除其中的杂质，然后被破碎和分离成细粉。
2. 矿石过滤：细粉铝矾土在过滤机中被过滤，去除其中的固体杂质。
3. 配料：纯净的铝矾土与熔剂（一般为氢氧化钠）按照一定的比例混合配料。
4. 熔炼：配料加入到容器中，通过加热使熔剂和铝矾土熔化成液体。
在高温下，氧化铝和硫酸铝盐形成。
5. 冷却：将熔融铝矾土慢慢冷却，使得氧化铝结晶并沉淀到底部。
6. 分离：将液态铝矾土从结晶的氧化铝上分离出来。
7. 处理和精炼：氧化铝经过一系列的处理和精炼过程，例如洗涤、干燥、筛分和烧结等，以获得纯度较高的氧化铝产品。
总的来说，拜耳法是一种常用的生产氧化铝的工业方法，通过熔融铝矾土和使用熔剂的反应，将氧化铝分解出来，并通过冷却使其结晶沉淀。
经过一系列的处理和精炼过程，最终得到高纯度的氧化铝。
这种方法在氧化铝工业中被广泛使用，有助于满足人们对氧化铝的需求。
拜耳法生产氧化铝的基本原理
拜耳法生产氧化铝的基本原理
拜耳法生产氧化铝是一种发展迅速的技术，它用于制备多种形式的氧化铝，可满足各种工业应用要求。
它通过混合硅基硅酸盐，氯离子和水溶液，然后经过拜耳水洗过程来生产氧化铝。
拜耳法的具体操作步骤如下：首先，将硅基硅酸盐，氯离子和水溶液混合溶解，然后将混合溶液倒入拜耳槽中，并加入适量的碳酸钠即可完成拜耳槽的操作。
接着，将拜耳槽的溶液经过逆向滤池过滤，用蒸汽煮沸，把溶液煮到适当的温度，即可得到氧化铝粉末。
拜耳法生产氧化铝的主要优点是生产操作简单、成本低廉，且可以生产出高质量的氧化铝粉末。
这种技术可用于制备多种形式的氧化铝，可满足不同工业应用要求，同时也可以减少环境污染。
然而，在使用拜耳法生产氧化铝时，应注意操作安全，以免造成意外伤害。
总的来说，拜耳法生产氧化铝具有简单、高效、成本低廉等优点，可用于制备多种形式的氧化铝，满足各种工业应用要求。
由于这种技术可以降低环境污染，因此受到了广泛的应用。
简述拜耳法生产氧化铝的分解工艺
简述拜耳法生产氧化铝的分解工艺摘要拜耳法分解工艺是指氧化铝生产过程中的种子分解，这是拜耳法的一个重要生产单元，能够直接对氧化铝产品的质量造成影响，现阶段，我国在使用拜耳法进行氧化铝生产时，分解工艺共分为两个阶段。
文章对我国砂状氧化铝的分解工艺进行了具体的分析，并对比了两个阶段分解工艺的经济可行性，以便拜耳法在我国氧化铝生产中得到更充分的运用。
关键词拜耳法；氧化铝；分解工艺作为电解炼铝的重要生产原料，氧化铝在我国电解工业的发展中有着广泛的应用，电解工业生产过程中对氧化铝的质量有着较高的要求，首先要保障流动性，其次要具有耐磨性，并能够在电解质中实现完全溶解，最后要具备粒度粗、表面积大的特点。
而且近年来随着我国电解工艺的快速发展，要求在生產过程中使用的氧化铝最好为砂状氧化铝产品，为此，需要对拜耳法的分解工艺进行深入的探讨，保障能够生产出满足我国电解工业生产需要的高质量砂状氧化铝。
1 拜耳法生产氧化铝种子分解工艺分析1.1 分解工艺原理分析所谓的分解工艺是指在分解过程中，通过种子分解将氢氧化铝结晶从铝酸钠溶液中析出，得到固体的氢氧化铝物质，然后蒸浓种分母液，调配出构成拜耳法闭路循环的碱液。
分解过程的化学反应方程式为：NaAI（OH）4→AI（OH）3+NaOH这种反应为可逆反应，从左开始反应，则是溶出氢氧化铝的过程，从右进行反应则是氢氧化铝沉淀的析出过程。
拜耳法分解工艺包括两个阶段，第一个阶段分解氢氧化铝的晶核，第二个阶段析出结晶颗粒，这两个阶段可以同时存在一次分解中，能够加快析出的速度，所以在我国使用拜耳法生产氧化铝时，经常在分解过程中加入氢氧化铝种子，通过搅拌即可破坏掉铝酸钠溶液本身的稳定性，从而提高了生产效率[1]。
1.2 一段分解工艺分析一段分解过程中，主要是实现氢氧化铝结晶成核，并不断生长，分解过程大概在45小时—50小时范围内，分解中铝酸钠精液的温度应控制在≥100℃，首槽温度应控制在55℃-63℃。
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这一反应叫“脱硅反应”，可能发生于溶出过程的各个阶段。 工业上，在矿浆进入预热器之前，进行预脱硅（ 95℃ 以上
保持6-8h）。
铝土矿中氧化铝的理论溶出率
★在高压溶出的条件下，进入赤泥中的方钠石型的含水铝 硅酸钠的组成大致相当于 Na2O*Al2O3*1.7SiO2*nH2O（n可 以大于2）。从式可知，每1kg的SiO2要结合1kg的Al2O3和 0.6kg的Na2O。
初 可 能 生 成 三 元 化 合 物 Na2O〃CaO〃SiO2
、
2Na2O〃8CaO〃5SiO2 和 4CaO〃Al2O3〃Fe2O3 作为中间产物，当 熟料冷却过快，这些中间产物来不及转变，仍保留在熟料中， 结果使碱和氧化铝的溶出率降低。如将熟料缓慢冷却，这些中 间产物就可分解转变为平衡产物 Na2O〃Al2O3 、 Na2O〃Fe2O3 和
2.2.铝土矿溶出
湿磨的铝土矿矿浆须经预热，再加热到溶出需要的温度（高于 溶液常压沸点），以进行高温高压溶出反应。
溶出工艺参数
三水铝石型矿石
140-160℃ 100- 130g/L-Na2O
一水软铝石型矿石
230-250 ℃ 180 -240g/L-Na2O
一水硬铝石型矿石
240-280 ℃ 180-250g/L-Na2O,须 添加石灰
1902 年 卡 帕 尔 提 出 用 碳 酸 钠 和 石 灰 石 与 铝 土 矿 烧 结
（CaO/SiO2 = 2 ），使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅
酸钙2CaO · SiO2 ，减轻氧化硅的危害。
对于低品位的铝土矿（ A/S大于3.5）可以采用碱 -石灰烧结法 处理。基本原理是将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰 石）配成炉料在高温（回转窑）下进行烧结得到固体铝酸钠 Na2O〃Al2O3 、使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙 2CaO〃SiO2, 而 氧 化 铁 与 纯 碱 化 合 成 可 以 水 解 的 铁 酸 钠 Na2O〃Fe2O3（NaOH和Fe2O3〃H2O），氧化钛生成不溶于水 的钛酸钙。用水或稀碱溶液溶出熟料，得铝酸钠溶液。经脱 硅净化的铝酸钠溶液用碳酸化分解法（向溶液中通入CO2）使 溶液中的氧化铝成氢氧化铝结晶析出。碳分母液经蒸发后返 回用于配制生料浆。
• 次生成核
• 结晶生长
• 晶粒附聚 • 晶粒破裂
（1）较高的分 解率或产出率。 （2）氢氧化铝 结晶有适宜的 粒度分布和机 械强度。
种子分解设备系统：分解原液冷却（板式热交换器和闪速蒸发器）、分解 槽、氢氧化铝的分解和洗涤（过滤）。
影响分解率和氢氧化铝粒度的因素
分解原液的浓度和分子比 分解温度 种子的数量和质量 杂质的影响
第一篇 轻金属冶金学 Part 1 Metallurgy on Ligh Metals
第1章 铝冶金
Chapter 1 Aluminum Metallurgy
北京科技大学 有色金属冶金系 E-mail：jx@ （薛济来）zhangjuan85@ （张娟）
拜耳法生产氧化铝 氧化铝的 生产方法 烧结法生产氧化铝
矿中的不溶物残渣，经沉降分离和 洗涤过滤后排除。在铝土矿溶出过
沉降分离 赤泥反向洗涤 溢流控制过滤
程中，赤铁矿实际上也不溶于苛性
钠溶液中，全部进入沉淀中，由于 赤铁矿呈红色，沉淀物也呈红色， 此种残渣称为赤泥，数量巨大。
沉降槽和过滤机
第 6 周周二每人交 2000 字 以 上 论 文 ， 参考近五年研究。
2CaO〃SiO2 。 对于高铁含量的熟料，必须在 900℃以上保持缓慢
冷却，这样可以改善熟料质量。
碱石灰铝土矿熟料烧结反应顺序
配料条件：Na2O/(Al2O3+Fe2O3)=1；CaO/SiO2=2； CaO/TiO2=1 按上述分子比配料称为熟料的标准配方或称饱和配方。实际上各 工厂则是根据自己原料特点、工艺条件及生产经验，通过试验研 究对标准配方作某些调整，即所谓的非标准配方。
在较高温度和加石灰时，钛酸钠转变为水合钛酸钙
CaO·2TiO2·H2O或钛酸钙 CaO·TiO2。这种转化可减少苛性碱 的损失，但会在高温预热器或溶出器上沉积一层难消除的钛 酸钙结垢。
影响铝土矿溶出过程的因素
主要决定于氧化铝的矿物成分 溶出温度：温度➹，溶解度➹，平衡溶液的摩尔比➷，对溶
出设备要求高
以碱石灰烧结法处理含高铁和含硫较高的铝土矿时，在生料 中加入4-5%的固体还原剂（煤）取得了良好的经济效果。
碱石灰烧结法生料加还原剂烧结的结果：（1）使熟料中大部 分硫转化为二价硫化物，熟料溶出时从赤泥排出。（2）由于 铝土矿中部分氧化铁还原成 FeO和FeS，配料中可以减少碱的 配比，无必要使Fe2O3全部与Na2O结合，故可降低碱耗。（ 3） 生料加入的煤在窑内燃烧带以前燃烧，等于增加了窑的燃烧 空间，提高窑的发热能力。
溶出设备
矿浆输送 泵
• 油隔活塞 泵 • 隔膜活塞 泵
预热器组
• 多程列管 式换热器 • 间接加热 溶出器
溶出器组
• 立式高压 容器，用 高压新蒸 汽直接或 间接加热
自蒸发器 组
• 闪急蒸发 器，逐级 自蒸发降 温，与各 级预热器 相对应
赤泥及其分离洗涤
赤泥分离洗涤过程：
赤泥料浆稀释
赤泥：在铝土矿溶出过程中，铝土
2.4.氢氧化铝的煅烧
硫化闪速煅烧炉
2.5.分解母液蒸发
目的：（1）除多余的水份（2）除碳酸钠等盐类杂 质，回收苛性碱 蒸发设备：外加热式自然循环蒸发器，降膜式蒸发 器、闪速蒸发器。对于需要蒸发到高浓度的母液采 用两段蒸发较为合理。
3.1.工艺原理及工艺流程
1858年法国人勒· 萨特里提出用碳酸钠和铝土矿烧结，这种方 法成品质量差、耗热量大，所以拜耳法提出后，被淘汰。
熟料烧结设备
3.2熟料溶出与赤泥分离洗涤
——溶出过程的主要反应
铝酸钠: 易溶于水和稀苛性碱溶液，溶解速度很快。 Na2O〃Al2O3（固）+4H2O→ 2Na2++2Al(OH)4- +热量 铁酸钠：不溶于水，在热水中快速水解为NaOH和Fe(OH)3。 硅 酸 二 钙 : β-2CaO〃SiO2 在 水 中 发 生 水 化 生 成 2CaO〃SiO2 〃1.7 H2 O，表面形成致密的薄膜，阻止水化继续 进行。CaO〃SiO2 与 NaOH 反应而被分解成 Na2SiO3 和 Ca(OH)2 ， α’-2CaO〃SiO2 分解速度远大于β-2CaO〃SiO2 ，使溶出液含 有SiO2，并造成氧化铝和碱的二次反应损失。 钛酸钙：不溶于水和碱溶液，残留在赤泥中。 二价硫化物：Na2S和Na2SO4进入溶液，CaS和FeS部分被NaOH 和Na2 CO3分解变成Na2SO4进入溶液，造成碱的损失。
TiO2溶出
TiO2：0.5~8% ，主要以锐铁矿 、金红石存在。锐钛矿易与 NaOH 反应，溶出时生成钛酸钠 Na2O·3TiO2·2H2O ，热水可 水解成Na2O·6TiO2。尤其一水硬铝石，该反应先于一水硬铝 石与碱液反应生成钛酸钠呈胶态膜状包围在矿粒表面，阻止 一水硬铝石与碱液接触。
脱硅反应
铝土矿中的含硅矿物在苛性碱溶液中有不同的溶解度，其中 卵白石（SiO2·H2O)化学活性最大，最易溶解，在100℃以下， 生成硅酸钠：SiO2+2NaOH = Na2SiO3 + H2O
此硅酸钠与铝酸钠溶液起反应生成含水铝硅酸钠沉淀，进入
赤泥：2Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4 + 2H2O = Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O + 2NaOH
熟料溶出与赤泥分离洗涤
——溶出过程的二次反应
CaO〃SiO2与NaOH反应而被分解成 Na2SiO3和Ca(OH)2， α’2CaO〃SiO2 分解速度远大于 β-2CaO〃SiO2 ， 使溶出液含有 SiO2，并造成氧化铝和碱的二次反应损失。 脱硅反应：
2Na2SiO3+(2+n)NaAl(OH)4=Na2O〃Al2O3〃2SiO2〃nNaAl(OH)4〃xH2O+4NaOH 3Ca(OH)2 + NaAl(OH)4 = 3CaO〃Al2O3〃6H2O + 2NaOH nNa2SiO3 + 3CaO〃Al2O3〃6H2O = 3CaO〃Al2O3〃nSiO2〃(6-2n)H2O (水化石榴石) + 2nNaOH 2CaO〃SiO2 + 2Na2CO3+H2O = Na2 SiO3 + 2CaCO3+NaOH
钛酸钙(CaO〃TiO2)：配料时石灰量必须同时考虑氧化硅和氧 化钛的要求，否则会引起氧化铝和碱的溶出率降低。钛酸钙 不溶于水和碱溶液。
Na2O〃Al2O3—Na2O〃Fe2O3—2CaO〃SiO2系
含氧化硅和氧化铁较多的熟料中Na2O〃Al2O3溶出率显 著降低？？？
这种熟料在烧结时会出现较多的液相，在液相结晶过程中，最
循环母液的碱浓度：母液的碱浓度➹，未饱和度➹，溶解速 度➹，溶出液分子比➷，母液的碱浓度尽可能接近分解原液， 母液蒸发工序热耗➷。
配料摩尔比：矿石中氧化铝达到理论溶出率时溶液的摩尔比。
搅拌强度：加强搅拌
添加石灰
2.3.加种子分解
铝酸根离子 分解 氢氧化铝结 晶（限速步 骤）
• 铝酸根离子被晶种表面选 择吸附 • 进而发生铝酸离子与种子 表面间的化学反应而分解
主要化学反应方程式
溶出
Al2O3· xH2O + 2 NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4 AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4