氧化铝生产工艺(全面)

氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结 构，分子式通常写为Al2O3，分子量为101.96。 氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于 无机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、 碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。 氧化铝有多种同素异构体，如：α-Al2O3、βAl2O3、γ-Al2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、K-Al2O3、 δ-Al2O3。而常见稳定结构的氧化铝主要是αAl2O3、γ-Al2O3。 α-Al2O3性质稳定，熔点2050℃，沸点2900℃， 比重3.9-4.0g/cm3。 γ-Al2O3是将各种Al（OH）3加热脱水获得的， γ-Al2O3呈立方晶系。晶格常数α=7.91À。
铝土矿



铝土矿组成 铝土矿分类 铝土矿的铝硅比 我国铝土矿特点
铝土矿组成

铝土矿是一种以氧化铝水合物为主要成 分的复杂铝硅酸盐矿石，铝土矿的主要 化学成分有：Al2O3、SiO2、Fe2O3、 TiO2，少量的CaO、MgO硫化物、微量 的镓、钒、磷、铬等元素的化合物。
铝土矿分类

铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型 可分为：三水铝石型铝土矿；一水软铝 石型铝土矿；一水硬铝石型铝土矿和混 合型铝土矿。
铝酸钠溶液诱导期
铝酸钠溶液的诱导期即过饱和铝酸钠溶液自发 分解析出氢氧化铝的时间长短。诱导期即是 在开头一段时间内溶液不发生明显的分解， 在此期间溶液主要是发生内部变化—离子聚 合或晶核开始形成。 诱导期的长短取决于溶液的组成（浓度、αK杂 质和温度）等因素。αK和浓度高以及有机物 等存在时，诱导期长。添加晶种时也有诱导 期，但诱导期的延续时间比不添加种子时短 得多。以至在晶种量较多时延续时间只有几 分钟甚至完全消失。
酸碱联合法生产氧化铝
酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿石中 制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝， 然后再用碱法处理。这一流程的实质是 用酸法除硅，碱法除铁。
热法生产氧化铝
热法适合于处理高硅高铁的铝矿，其实 质是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物， 使矿石中的氧化铁、氧化硅、氧化钛等 杂质还原，形成硅合金。而氧化铝则呈 熔融状态的炉渣而上浮，由于密度不同 而分离，所得氧化铝渣再用碱法处理从 中提取氧化铝。
铝土矿铝硅比
铝土矿中的硅是碱法处理铝土矿制取氧化 铝过程中最有害的杂质，铝土矿的铝硅 比是衡量铝土矿质量的主要指标之一。 铝硅比是指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅 的质量比：即 A/S=矿石中的氧化铝质量/矿石中的二氧 化硅质量。 通常写为：A/S= Al2O3/ SiO2
我国铝土矿特点
我国铝土矿资源丰富，储量大；高铝、 高硅、低铁；铝硅比较低，中低品位铝 土矿居多；多数铝土矿是一水硬铝石型 铝土矿。
酸法生产氧化铝



酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处 理铝矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些盐溶 液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐 的水合物晶体，便得到氧化铝。 用酸法处理铝矿石时，存在于矿石中的铁、钛、钒、 铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引起酸的消耗， 而且它们与铝盐分离比较困难。氧化硅绝大部分成为 不溶物进入残渣与铝盐分离，但有少量成为硅胶进入 溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且需要昂贵的耐 酸设备。 用酸法处理分布很广的高硅低铝矿(如粘土、高岭土、 煤矸石和煤灰)在原则上是合理的，在铝土矿资源缺 乏的情况下可以采用此法。
氧化铝水合物
氧化铝水合物是由OH-、O2-、Al3+构成的化合 物，其中并不含水分子，是人们对该种化合物的俗称。 氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。自然界中OH-、 O2-、Al3+构成的化合物主要有三水铝石、一水软铝 石、一水硬铝石和刚玉。其分子式为： 三水铝石：Al（OH）3、一水软铝石：γ-AlOOH、 一水硬铝石：α-AlOOH、刚玉：Al2O3。氧化铝水合 物的化学性质也由于其结构不同而有很大差别。化学 活性按下列次序递减： 三水铝石化学活性最大、一水软铝石次之、一水 硬铝石较弱、刚玉则是非常稳定的氧化铝。
第一讲 氧化铝的生产
1.绪论 2.氧化铝生产工艺 3.氧化铝生产新技术和综合利用
绪论
氧化铝及其水合物 氧化铝生产方法 铝土矿



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氧化铝
氧化铝： 氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分 子式通常写为Al2O3，分子量为101.96。 氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸 和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液 中的溶解度及溶解速度也不同。 氧化铝有多种同素异构体，如：α-Al2O3、β-Al2O3、γAl2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、K-Al2O3、δ-Al2O3。 而常见稳定结构的氧化铝主要是α-Al2O3、γ-Al2O3。 α-Al2O3性质稳定，熔点2050℃，沸点2900℃，比重 3.9-4.0g/cm3。 γ-Al2O3是将各种Al（OH）3加热脱水获得的，γAl2O3呈立方晶系。晶格常数α=7.91À。

氧化铝生产工艺

拜耳法生产氧化铝 烧结法生产氧化铝
拜耳法生产氧化铝


拜耳法生产氧化铝工艺介绍 拜耳法生产氧化铝基本原理 拜耳法生产氧化铝工序
拜耳法生产氧化铝工艺流程
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是： （l）用NaOH溶液溶出铝土矿，所得到的铝酸钠溶 液在添加晶种、不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝 呈氢氧化铝析出，即种分过程。 （2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用 来溶出新的铝土矿，即溶出过程。 交替使用这两个过程，就能够每处理一批矿石便得到 一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法循环。 用反应方程式表示如下： Al2O3（1或3）H2O＋2NaOH＋aq2NaAl(OH)4＋ aq
铝土矿破碎




从矿山开采的矿石一般呈不规则形状。根据目前破碎设备的生 产性能，一次破碎成符合磨矿粒度要求的细颗粒很困难，所以， 破碎一般采用分段破碎，将破碎分成粗碎、中碎、细碎过程进 行。 由直径1500mm~500 mm的矿石破碎成400~125 mm，叫粗碎； 由400~125 mm破碎成100~25 mm叫中碎； 由100~25 mm破碎成25~5 mm叫细碎。 影响矿石破碎的因素很多，主要与矿石的结构、硬度、形状大 小以及均匀性等物理性质有关。 铝土矿破碎主要有以下几种方法：压碎、壁碎、折断、磨剥、 击碎。
拜耳法生产氧化铝工序



原矿浆制备 高压溶出 赤泥分离、洗涤 晶种分解 氢氧化铝分离、洗涤 氢氧化铝焙烧
原矿浆制备



原矿浆制备的工艺流程 矿石破碎 配矿 配碱 配石灰 原矿浆液固比调整 预脱硅
原矿浆制备工艺流程
原矿浆制备的主要设备包括：
带式输送机、球磨机、矿浆磨、螺旋分级 机。

配碱

单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。 生产中，要求溶出液具有一定分子比。此指标是工厂根据具体 生产条件而确定。配碱量主要考虑以下三方面的用碱量： （1）铝酸钠结合碱。例如当规定的MR＝1.45时，即是溶出一 个分子的氧化铝，在溶液中就要保留有1.45个分子的氧化钠； （2）与氧化硅反应生成钠硅渣所需碱。矿石中有一公斤的氧化 硅就要配入M（Kg）的苛性钠； （3）在溶出过程中由于反苛化反应和机械损失的苛性碱。 但配料时加入的碱并不是纯苛性氧化钠，而是生产中返回的循 环母液。循环母液中除苛性氧化钠外，还有氧化铝、碳酸钠和 硫酸钠等成份。所以在循环母液中有一部分苛性氧化钠与母液 本身的氧化铝化合，称为惰性碱。剩下的部分才是游离苛性氧 化钠，它对配料才是有效的。
预脱硅



为了减轻拜耳法过程中，硅渣在溶出时析出，影响溶 出效果，在原矿浆进入溶出之前进行预脱硅，是减轻 结疤的有效途径。 预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在90℃以上 搅拌6-10h，添加钠硅渣晶种，使硅矿物尽可能转变 为硅渣，该过程称为预脱硅。 预脱硅过程并不是所有的硅矿物都能参加反应， 只有高岭石和多水高岭石这些活性的硅矿物才能反应 生成钠硅渣，保持较长时间，可以使生成钠硅渣的反 应进行得更充分。

铝酸钠溶液



铝酸钠溶液成分 铝酸钠溶液分子比 铝酸钠溶液结构 铝酸钠溶液诱导期 铝酸钠溶液稳定性及其影响因素
铝酸钠溶液

工业铝酸钠的主要成分是NaAl（OH）4、 NaOH、Na2CO3、Na2SiO4等。通常把 NaAl（OH）4中的Na2O叫做化合碱； 把NaOH中的Na2O叫做游离碱，把 Na2CO3中的Na2O叫做碳酸碱，并把碳 酸碱和苛性碱统称为全碱。
石灰配入量

拜耳法配料加入的石灰量是以铝矿石 中含氧化钛（Ti02）量计算的，按其反 应式要求氧化钙和氧化钛的克分子比为 2.0。
原矿浆液固比调整


在磨矿中，球磨机的下料量要求稳定。因此，原矿浆 液比固的调节是调节循环母液的加入量来实现的。在 拜耳法磨矿中，循环母液由三个点加入，而磨机内和 分级机溢流的液固比在磨矿的操作中要求稳定。因此， 调节原矿浆的液固比，实际上是靠增减加人混合槽的 循环母液量来实现。 稳定循环母液的浓度和严格铝土矿的配矿制度， 是确保拜耳法正确配碱的有效措施。同时应尽量减少 非生产用水进入流程及提高石灰质量等，也是拜耳法 正确配料，达到良好溶出指标的重要保证。
矿石破碎方法




（1）压碎：利用两破碎工作面逼近时加压，使物料破碎。此法 的特点是作用力逐步加大，作用力的范围较大，适用于破碎较 硬的矿石。 （2）壁碎：破碎工作是由尖齿楔入物料的壁面而完成的。 其特点是作用力的范围较为集中而发生局部破裂。此法适用干 脆性矿石的破碎。 （3）折断：物料在破碎工作面间如同承受集中负荷的支点 梁，除在外力作用点处受壁力之外，矿石本身发生折屈而破碎。 （4）磨剥：破碎工作面在物料上相对移动，对物料施加剪 压力，这种力是作用在物料的表面上。此法适用于细粒物料的 磨矿。 （5）击碎：利用击碎力的瞬间作用于物料上使物料破裂，是动 力破碎。
铝酸钠溶液分子比
铝酸钠溶液的分子是指溶液中的苛性碱与 氧化铝的摩尔比，用MR表示： 分子比（MR）=苛性碱（Na2O）（mol） /氧化铝（Al2O3）（mol）=苛性碱（g） /氧化铝（g）×1.645
铝酸钠溶液结构
通过对铝酸钠溶液进行的大量的研究揭示，铝酸钠溶液是 离子真溶液，铝酸钠溶液能够完全解离为钠离子和铝酸 根离子。 关于铝酸钠溶液的结构问题，实质是指铝酸根离子的组成 及结构。 根据近年来的研究结果，可归纳为以下几点： （1）在一定温度下，中等浓度的铝酸钠溶液中，铝酸根 离子是以Al(OH)4-为主。据此，从铝或氢氧化铝转入溶 液的阳离子A13+与4个OH-化合时形成Al(OH)4-。3个 OH-离子与阳离子A1 3+以正常的价键结合，而第4个 OH-离子则以配价键结合Al(OH)4-离子有正规的四面结 体构。 （2）在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离子 [Al(OH)4-](H2Ｏ)x形式存在； （3）在较浓的溶液中或温度较高时，发生Al(OH)4-离子
铝酸钠溶液稳定性及其影响因素
铝酸钠溶液的稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开始 分解析出氢氧化铝所需时间的长短。 形成铝酸钠溶液后立刻开始分解或经过短时间后即 开始分解的溶液，称为不稳定的溶液。能够存放很 久仍不发生明显分解的溶液，称为稳定的溶液。 影响工业铝酸钠溶液稳定性的主要因素有： 溶液的分子比；溶液温度；溶液的氧化铝浓度；溶液 中的杂质等。
配矿计算



假设已知两种铝土矿的成分如下： SiO2（%） Fe2O3（%） Al2O3（%） A/S 第一种 S1 F1 A1 K1 第二种 S2 F2 A2 K2 要求混矿的A/S为K，计算两种矿石的配矿比例。 根据条件必须是K1＜K＜K2或K1＞K＞K2，否则达不到调整要 求。 假设第一种矿石用1吨时，需要配入第二种矿石X吨，根据铝土 矿铝硅比的定义进行计算：
氧化铝生产方法



碱法 酸法 酸碱联合法 热法
碱法生产氧化铝


碱法生产氧化铝，就是用碱(NaOH或Na2CO3) 处理铝土矿，使矿石中的氧化铝水合物和碱 反应生成铝酸钠溶液。铝土矿中的铁、钛等 杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的 化合物进入固体残渣中。这种残渣被称为赤 泥。铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理， 分解析出A1(OH)3，将A1(OH)3与碱液分离并 经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。 目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。