拜耳法的原理和基本流程1解读

3.1.2．拜耳法的基本流程
补充 苛性碱
铝土矿
破碎 石灰 石灰乳 苛化 蒸发母液 母液 蒸发 溶解
湿磨 溶出
溶出矿浆 稀释 稀释浆液 沉降分离 粗液 叶滤 精液 稠浓赤泥浆 热水 赤泥洗涤
晶种分解
氢氧化铝浆液 沉降分离 晶种
氢氧化铝 洗涤 氢氧化铝
分离 Na2CO3· H2O结晶
洗液
煅烧
氧化铝
赤泥
堆场
洗液
• 从矿山运来的铝土矿经破碎后，与石灰和种分蒸发母液
（循环母液）磨制成原矿浆，然后在高温下将矿石中的
Al2O3 溶出，得到铝酸钠溶液和不溶残渣（赤泥）组成的 溶出料浆。料浆用赤泥洗液进行稀释，再在沉降槽中将铝 酸钠溶液和赤泥分离，赤泥经洗涤后排往赤泥堆场。净化 后的铝酸钠溶液加入氢氧化铝种子进行分解，析出氢氧化
回顾：
氧化铝的主要生产方法：碱法、酸法、 酸碱联合法、热法
碱处理
铝土矿
铝酸钠溶液 分解 煅烧
Al2O3
Al(OH)3
第三章 拜耳法生产氧化铝
3.1 拜耳法原理和基本流程
3.1.1拜耳法的基本原理和实质
拜耳法是澳大利亚化学家拜耳（Karl Josef Bayer） 在 1889~1892年间所发明的。拜耳法用在处理低硅铝土 矿，特别是处理三水铝石型铝土矿时，流程简单、产 品质量好，因而得到广泛的应用。
1 拜耳法的基本原理
• （1）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，溶液中的氧化铝便呈 氢氧化铝析出。 • （2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来
溶出新的一批铝土矿。
• 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。
• 溶出的目的 在于将其矿石中的氧化铝充分溶解成为铝酸钠溶液 而与其它杂质分离。 溶出条件与方式：由于氧化铝在铝土矿中的存在形 态不同所以要求的溶出条件也不相同。 溶出方式通常是在加压的情况下进行的，所以称为 “高压溶出”。 不同状态的氧化铝水合物的溶出顺序: 三水铝石最易溶解、一水软铝石次之、一水硬铝石 难溶，而刚玉在300度以下实际是不溶的进入赤泥。
• 三水铝石典型的主要溶出条件： 溶出温度 溶出压力 溶出碱浓度 140～145℃ 4kg/cm2 120～140g/L
溶出后液苛性比（α）
1.50～1.65
一水铝石溶出反应方程式：
由此可见，溶出时循环母液的 α1愈大，溶出
液的α2愈小，循环效率愈高，而生产1吨氧化铝
所需的循环碱量越小。 在实际生产中存在碱的损失，因此循环母液
1 中的碱含量应等于（ N N损 ） 1 2
3.1.2．拜耳法的基本流程
步骤： 溶出：得到铝酸钠溶液，使氧化铝与杂质分离 稀释：降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解，便于赤 泥分离 分解：使铝酸钠溶液中的氧化铝以氢氧化铝的形式析出 蒸发：排出多余的水分，保持水量平衡，使蒸发母液达 到浓度要求 煅烧：除去氢氧化铝的附着水和结晶水，并得到吸湿性 较差的氧化铝以满足电解需求。
铝。氢氧化铝与母液分离后，洗净煅烧即得成品氧化铝。
母液和洗液通过蒸发浓缩。在蒸发时有一定数量的 Na2CO3· H2O 从母液结晶析出。将其分离出来用 Ca(OH)2 苛化成NaOH溶液与蒸发母液一同送往湿磨配料。
3.2 铝土矿溶出过程的化学反应
3.2.1 氧化铝水合物在溶出过程中的行为、
溶剂：循环母液中的主要成分有：NaOH、NaAlO2、 Na2CO3、 Na2SO4等。 Al2O3(1或3)H2O+2NaOH(aq)==2NaAlO2(aq)
Al2O3,% 25 (质量) 20 15 10 C 60℃ B’ B A
200℃ αk=1.65
30℃
αk=3.40
5
0 5
D ’ D 10 15 20 25 30 35 40 45 Na2O %(质量)
• 从以上的分析可见，在拜耳法生产氧化铝的过 程中，最重要的是在不同的工序控制一定的溶
液组成和温度，使溶液具有适当的稳定性。
三水铝石型溶出反应式
100C Al(OH)3 2NaOH 2NaAl(OH) 4
也有写成下式的
100C Al(OH)3 NaOH NaAlO2 2H2O
100C Al2O3 3H2O 2NaOH aq 2NaAlO 2 aq
3 循环效率
• 循环效率 一吨 Na2O 在一次拜耳法循环中所产出的 Al2O3 的 量 ( 吨 )，用 E表示， E的数值越高说明碱的利用率越好。 • 假定在生产过程中不发生 Na2O和Al2O3的损失，1 m3循环母液中的苛性碱（ Na2O）含量为Nkg，那么1 m3循环母液经过一次拜耳法循环后产出的氧化铝的 kg
2 Na2O-Al2O3-H2O系中的拜耳法循环图
• 拜耳法生产氧化铝的工艺有许多个工序组成，
其中主要有：铝土矿的溶出、溶出浆液的稀释、 晶种分解和分解母液蒸发等四个工序。
铝土矿的溶出
溶出浆液的稀释 晶种分解
分解母液蒸发 铝酸钠溶液的温度、 浓度、苛性比值等 各不相同
40
至Al2O3· 35 至Al2O3· H2 O点 3H2O点 30
• 拜耳法的实质就是使下一反应在不同的条件下朝 不同的方向交替进行：
溶出 >140 ℃ Al2O3(1或3)H2O+2NaOH(aq)====2NaAl(OH) 4(aq) 分解 <70℃
• 首先是在高温下在压煮器中以 NaOຫໍສະໝຸດ Baidu溶液溶出 铝土矿，将其中氧化铝水合物溶浸出来；使反 应向右进行，得到铝酸钠溶液，杂质则进入残 渣中。往彻底分离赤泥后的铝酸钠溶液中添加 晶种，在不断搅拌的条件下进行晶种分解，使 反应向左进行析出氢氧化铝。分解后的母液 （循环母液）再返回用以溶出下一批矿石。氢 氧化铝经煅烧后便得到产品氧化铝。
数应为：
1 2 A 1.645( ) 1.645 N 2 1 1 2
N N
• 因为1m3循环母液中含有NkgNa2O，所以循环效率：
• 循环碱量
1 2 E 1.645 1 2
生产一吨氧化铝在循环母液中所必须含有的碱
量。它是E的倒数。
1 2 1 0.608 E 1 2