拜耳法讲课内容

氧化铝知识培训内容——————氧化铝技术经济指标计算第一节：概述铝从十九世纪末才开始工业生产，在此以前，曾被认为是贵金属，地位甚至黄金之上，但其发展十分迅速，从1890年至1900年，全世界金属铝的总产量约为2.8万吨，而到二十世纪中叶，铝的产量已居世界有色金属之首，仅次于钢铁。

而1990年一年，世界原铝产量已达到1600多万吨，约占世界有色金属产量的40%。

1999年月日2209.7万吨。

二十世纪以来，全世界原铝产量迅速增长，铝的应用领域也日益广泛，目前，铝已广泛应用在日常生活以及现代工业的许多部门，如航天工业、交通运输业、建筑业等行业中。

正是由于铝金属肯有优越的性能和丰富的资源，它将成为21世纪的世纪金属或结构金属，在国民经济中占有重要位置。

1.1、金属铝产量和需求量由上表可知，原铝年产量在逐年递增，而原铝人格却在下降，但1999年后，铝价开始回升，供求关系发生变化，供不应求，一是因为美国凯撒公司的格雷默西氧化铝厂于1999年7月5日发生爆炸，丧失了100万吨/年的产能；二是印度两大氧化铝厂检修，丧失15万吨/年的产能。

8月份全球氧化铝供应紧张，价格上涨。

截止到2002年6月国内已建成电解铝厂122家，年产量已达400万吨。

1.2、氧化铝量和需求量的变化氧化铝是电解铝的主要原料，各国的氧化铝产量的90%左右用于生产金属铝，因此随着铝工业的发展，氧化铝工业也发展起来。

我国的氧化铝工业是伴随着电解铝生产的发展而建立和发展起来的。

我国铝工业建立以来，其内部各环节基本上是均衡发展的。

直到1983年，氧化铝产能与电解铝产能，特别是产量上出现严重不平衡，主要是由于地方及乡镇企业兴建小型铝电解厂而造成的。

根据资料统计，只有当氧化铝：原铝=2.3时，才能满足国内氧化铝的需要。

表2 氧化铝与原铝比值变化情况为补充缺口，我国从1983年开始进口氧化铝，到1999年累计进口氧化铝1397.04万吨，占同期我国氧化铝产量的45.75%。

由上表可知，我国氧化铝产量严重不足，每年需要进口大量氧化铝，且在数年内，我国仍将是氧化铝进口国。

因此，国家九五计划和2010年远景目标纲要中明确指出：重点发展氧化铝。

第二节：主要技术经济指标计算一、拜耳法技术指标1、基础知识：拜耳法生产的基本原理介绍拜耳法的基本原量昌由拜耳精心研究出来的。

他在1889年的第一个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年提出的第二个专利系统地阐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。

直到现在工业生产上实际使用的拜耳法工艺流程还是以上两个基本原理为依据的。

拜耳法的原理可以作如下描述：用苛性碱溶液溶出铝土矿中的氧化铝而制得铝酸钠溶液，采用对溶液降温、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（主要成分是NaOH），经蒸发用来重新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条件下进行的交替过程。

Al2O3.H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq1.7Na2SiO3+2NaAl(OH)4+aq=Na2O.Al2O3.1.7SiO2.nH2O+3.4NaOH+aq2、拜耳法配料技术指标概念及计算方法(1)、拜耳法循环效率拜耳法生产的主要原料是高铝矿、石灰和循环碱液，所谓循环碱液是指拜耳法生产过程中，溶出铝土矿的碱液是循环利用的。

拜耳法生产能力可用一个综合技术经济指标衡量，这个指标就是拜耳法循环效率，该指标的概念是：单位循环母液在一次作业周期中所生产的氧化铝的数量，如：一升循环母液可以提取多少克氧化铝；一立方米循环母液提取多少公斤氧化铝等，该指标的计算公式：循环母液αk－溶出矿浆αk拜尔法循环效率=1.645×循环母液Nk×溶出矿浆αk×循环母液αk循环效率公式的推导：设循环母液中苛性碱浓度为Nk1g/l，氧化铝浓度A1g/l；苛性比值为αk1.溶出液氧化铝量为：A2；苛性比值αk2.假设：单位循环母液中苛性碱在溶出过程中不损失。

则溶出前后，相同单位体积的循环母液苛性碱结合的氧化铝量为：溶出前：A1=Nk1*1.645/αk1.溶出后：A2=Nk1*1.645/αk2.则溶出前后，进入单位循环母液中的氧化铝量为：A=A2-A1= Nk1*1.645/αk2.- Nk1*1.645/αk1.=1.645*Nk1*(1/αk2-1/αk1)=1.645*Nk1*((αk2-αk1)/(αk1*αk2))循环效果是拜耳法生产中的一项基本技术经济指标，循环效果高意味着利用单位容积的循环母液可以产出更多的氧化铝。

这样，设备产能都按比例地提高，而处理溶液的费用也都按比例的降低。

经提高循环效率由循环效率公式看出，提高Nk和苛性比值以及降低苛性比值可以使循环效率值增大，而影响循环效率值最大因素是苛性比值。

所以在溶出过程中应该尽可能提高溶出温度以达到降低溶出液苛性比值的目的；而在分解过程中则应极力提高母液的苛性比值。

拜耳法循环效率计算举例：已知：拜耳法循环母液Nk: 240g/l，苛性比值为3.0，溶出液苛性比值为1.5，求拜耳法循环效率是多少？解：E=1.645*240*((3.0-1.5)/(3.0*1.5))=131.6kg/m3（2）、拜耳法循环母液配入量计算拜耳法配料组分为高铝矿、石灰和循环母液，那么对于单位循环母液要加多少矿石，或单位矿石应加多少循环母液呢？这有一个最佳配比的问题，这个配比可以从理论计算得出：要计算出单位矿石对应的循环碱液加入量，首先必须弄清拜耳法溶出过程中循环母液中有效碱的概念和苛性碱支出分布：有效碱的概念：循环母液中含有一定数量的氧化铝，已与部分苛性碱结合成铝酸钠，所以在溶出时，循环母液中的这部分苛性碱不能参与溶出铝土矿中的氧化铝的反应，称之为惰性碱；我们把参与溶出反应的苛性碱称为有效苛性碱，即有效碱。

有效碱计算公式：设：循环母液中苛性碱浓度为Nkg/l，氧化铝浓度为a g/l；苛性比值为α0；溶出后溶液苛性比值为αk..Nk有=Nk-Nk*αk/α0公式推导：假设：溶出前后，循环母液中苛性碱量没有损失，则溶出前后的惰性碱量一致。

由以上条件可计算出溶出液中的惰性碱量为：Nk惰=a*αk/1.645；a=Nk*1.645/α0则单位体积循环母液中有效碱量为：Nk有=Nk-Nk惰=Nk- a*αk/1.645= Nk- Nk*αk/α0拜耳法循环母液中有效碱计算举例：已知：拜耳法循环母液中Nk浓度为240g/l，苛性比值为3.0，溶出液苛性比值为1.5，求拜耳法循环母液中有效碱量是多少？解：Nk有=240-240*1.5/3.0=120g/l拜耳法溶出支出碱量计算拜耳法溶出过程中苛性碱支出项目为：a、与矿石中氧化铝结合的碱（N液），这部分碱进入铝酸钠溶液中；b、与固相中二氧化硅结合的碱（N固），这中分碱进入赤泥固相；c、与矿石中二氧化碳和空气中二氧化碳反应转变成碳酸碱（N反苛），这部分碱；d、苛性碱机械损失（N机）。

设：单位重量固相（矿石+石灰）中氧化铝量为A固、二氧化硅量为S固、二氧化碳量为C固、循环母液中苛性碱损失量为N机；溶出赤泥中氧化铝与氧化硅的比值为A/S赤，氧化钠与氧化硅的比值为N/S赤；溶出液苛性比值为αk溶。

则：①与从矿石中溶出氧化铝结合的苛性碱量计算进入赤泥中的氧化铝量为：A赤=S固* A/S赤从矿石中进入溶液的氧化铝量为：A液=A固- A赤= A固- S固* A/S赤与进入溶液中的氧化铝结合的苛性碱量为：N液= A液*αk溶/1.645②与固相中二氧化硅结合的苛性碱量为：N固= S固* N/S赤③与二氧化碳反应，转变成碳酸碱量：N反苛= C固*44/62（空气中CO2忽略）④N机拜耳法溶出支出碱量计算举例：已知：高铝矿与石灰成分如下：配灰量，按干铝土矿的10%溶出赤泥A/S:2.0；N/S :0.40；溶出苛性比值：1.5以一吨干铝土矿为基准进行计算：①固相量总量及其各成分量计算②拜耳法溶出碱支出量计算：二氧化硅带走的氧化铝量：72*2=144kg进入溶液中的氧化铝量：700-144=556kg溶出氧化铝结合的苛性碱量：556*1.5/1.645=507.0kg二氧化硅带走的苛性碱量：72*0.40=28.8kgCO2反苛化消耗的苛性碱量：22*62/44=31.0kg机械损失苛性碱量：不考虑则，对应一吨高铝矿理论上必须加入的总的苛性碱量为：566.8kg对应一吨高铝矿加入的循环母液量所加入的碱量应等于拜耳法溶出过程中的支出碱量与循环母液中有效苛性碱浓度之比。

566.8/120=4.7233m3/t-干矿调整后固含：1100/(566.8/2800+4.7233)=223.0g/l(3)、拜耳法溶出率的计算a、概念：指拜耳系统溶出的氧化铝量与矿石中总的氧化铝量之比。

b、计算公式：入磨高铝矿石A/S－过滤赤泥A/S拜尔法氧化铝净溶出率（%）= ×100%入磨高铝矿石A/S入磨高铝矿石A/S－过滤赤泥A/S拜尔法氧化铝相对溶出率：（%）= ×100%入磨高铝矿石A/S－1入磨高铝矿石A/S－1拜尔法氧化铝理论溶出率（%）= ×100%入磨高铝矿石A/Sc、影响拜耳法溶出率的因素：铝土矿的矿物组成及结构：三水铝石型矿最易溶出，一水软铝石次之；一水硬铝石最难溶。

溶出温度：溶出温度越高，溶出率越高。

循环母液苛性碱浓度：在一定范围内，Nk越高，碱液溶出能力增强，但Nk浓度过高一方面使氧化铝的溶出能力反而下降；同时Nk浓度高蒸发负担加重，蒸发能耗升高。

配碱苛性比值（原矿浆固含）：所谓配碱苛性比值是指预计矿石中的氧化铝达到理论溶出率时，溶出液的苛性比值。

它的数量越高，即对单位重量的矿石配的碱量越多，溶出速度越快，但必然使拜耳法循环效率降低。

矿浆搅拌强度：强烈的搅拌可使整个溶液成分更趋于均匀，矿粒表面上的扩散层厚度也将减少，从而强化溶出过程。

铝土矿的磨细程度：铝土矿磨得越细，反应表面积越大，溶出速度越快，但粒度过细，会使赤泥粒子难以沉降，加重沉降分离的负担。

石灰添加量：添加石灰的主要作用是生成钛酸钙，消除二氧化钛对一水硬铝石溶出过程的有害影响，加速溶出过程。

过量的石灰会在溶出过程中生产钙霞石和水化石榴石，降低赤泥中的碱含量，但会使氧化铝的损失量升高。

(4)、拜耳法种分种子比及分解率的计算①、种子比概念：加入种子中的氧化铝量与分解精液中氧化铝量之重量比。

公式：氢氧化铝种子中AO/分解精液中AO种子比的大小是根据分解工艺制度而定。

②、分解率概念：分解析出的氧化铝量与分解精液中总的氧化铝量之比。