拜耳法简述

一 原理
1.原理：
1889---1892年俄国纤维工业需要大量氧化铝作媒染剂，在圣彼得堡工作的奥地利化学家卡尔·约瑟夫·拜耳提出了拜耳法并申请了两项专利:
一是发现只要添加氢氧化铝晶种，氢氧化铝会从稀释后的碱液中慢慢沉淀出来；
二是剩余碱液可以回收，提高浓度重新处理新的铝土矿，实现了连续生产。

世界上第一个用拜耳法生产的氧化铝工厂投产于1894年，年产量400t/a ，一百年来它已经有了许多改进，但仍然习惯地沿用着拜耳法这外名字。

一百多年来溶出技术的变化：
（1）溶出方法：由单罐阶段溶出作业发展为多罐串联连续溶出，并出现了管道化溶出技术。

（2）溶出温度：最初的为105度、200度、240度，现在的管道化溶出温度280度---300度。

（3）加热方式：蒸汽直接加热变为蒸汽接近加热，直到管道化溶出高温段的熔盐加热。

2实质：
aq OH aAl aq
O H x NaOH O xH O Al ++-++⋅42232)(2N )3(2分解
溶出
当溶出一水铝石和三水铝石时x 分别为1和3 当分解铝酸钠溶液时x 为3
3 拜耳法生成流程特点：
用在处理低硅铝土矿，特别是用在处理三水铝石型铝土矿时，流程简单，作业方便，其经济效果远非其他方法所能媲美。

目前全世界生成的氧化铝和氢氧化铝，有90%以上都是拜耳法生产的，且90%以上的氧化铝铝是供电解铝用的。

拜耳法处理高硅铝土矿时有相当多的碱和氧化铝的损失。

4拜耳法循环：
4.1主要包括两个过程：
（1）分子比为1.8的铝酸钠溶液在常温下，只要添加氢氧化铝晶种，不断搅拌，溶液中的氧化铝便可以呈氢氧化铝状态析出，直到分子比提高到6为止，这也就是晶种分解过程。

（2）已经析出大部分氢氧化铝的溶液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这就是种分母液溶出铝土矿的过程。

这其实就是拜耳提出的两项专利，交替使用这两个过程就可以不断的处理铝土矿，从中得纯的氢氧化铝产品，这就构成拜耳循化。

4.2 拜耳法循化图：
4.2.1 四个点：
A点:循环母液的成分点。

如果不考虑杂质造成的碱液损失，溶出时延一水铝石图形点连线变化，直到饱和。

他在高温下是未饱和的具有溶出铝土矿的能力。

B点:溶出后溶液的成分点。

在实际生产中由于溶解时间的限制，溶出过程在B点就结束，不会到达理论上的与溶解度等温线的交点。

C点：为了从其中析出氢氧化铝，加入赤泥洗液将其稀释以降低其稳定性，由于溶液中的氧化铝和氧化钠的浓度同时降低，其成分由B点沿等摩尔比线改
变为C点。

分离赤泥后降低温度，使溶液的过饱和度进一步提高加入晶种，析出氢氧化铝，在分解过程中溶液成分沿C点与三水铝石的图形点连线变化。

D点: 如果溶液的分解最终冷却的30度，种分母液的成分在理论上可以达到连线与30度等温线的交点。

在实际生产中，也由于时间的限制，在D点就结束了，D点的组成中仍然含有过饱和的氧化铝。

如果D点的摩尔比与A点相同，通过蒸发，溶液成分又可以恢复到A点。

4.2.2 四条线：
AB:溶出线BC:稀释线BD:分解线DA:蒸发线
5 实际循环偏离理论循环的原因：
（1）存在氧化钠和氧化铝的化学损失和机械损失。

（化学损失是指与其他物质发生了化学反应（这也是氧化铝和氧化钠的主要损失,他占到氧化钠损失的80%），机械损失是跑、冒、滴、漏带走的碱液，化学损失生成的水合铝硅酸钠会使的溶液中的碱损失比铝损失慢，水化石榴石会使得溶液中的铝降低，这样都会使得溶出液的苛性比增加）
（2）溶出时蒸汽冷凝水使溶液稀释（如果是间接加热可以避免）
（3）由于稀释沉降过程中发生的少量水解现象（由于加水稀释使得溶液的温度和浓度降低，会有部分碳酸钠被赤泥中的氢氧化钙苛化，同时也会生成一定量的水化石榴石，随着洗涤的进行溶液浓度进一步降低，这些反应都加强，使得溶液的苛性比增加）
（4）添加的晶种带入母液使溶液苛性比有所提高（在晶种分解过程中添加的晶种数量是惊人的，由于沉降分离后得到的晶种是不经过洗涤的，在晶种的上面附带了大量的碱液，附带的碱液累积而晶种在不断的消耗，使得母液中的氧化钠含量增加）
二．生产工艺
1 三个阶段:
溶出，分解，煅烧
2 主要工序：
破碎，湿磨，溶出，稀释，沉降分离，赤泥洗涤，晶种分解，煅烧，蒸发和苛化。

2.1 破碎：
通常分粗碎，中碎，细碎三个阶段。

2.2湿磨：
将铝土矿按配料要求配入石灰和循环母液磨制成合格的矿浆。

下图为原矿浆的磨制流程：
2.3溶出：
在高温高压的条件下，使铝土矿中的氧化铝水合物从矿石中浸出来，制的铝酸钠溶液，而铁、硅等杂质进入赤泥中。

2.4稀释：
溶出后的浆液用赤泥洗液加以稀释，进一步脱出溶液中的硅，为沉降分离和晶种分解创造必要的条件。

2.5沉降分离：
稀释后的浆液进入沉降槽处理，以使铝酸钠溶液和赤泥分离来开。

2.6赤泥洗涤：
沉降分离出来的赤泥浆液，用水洗涤以回收有用成分，洗涤次数越大，有用成分损失越少。

2.7晶种分解：
将分离了赤泥的铝酸钠溶液送入分解槽，加入晶种，不断搅拌并逐渐降温，分解析出氢氧化铝，并得到分解母液。

2.8煅烧：
在高温下将氢氧化铝的附着水，结晶水除去，并使其晶型转变，以获得适合要求的氧化铝。

2.9蒸发：
种分母液通过浓缩，以提高其碱浓度，保持循环体系中水量平衡，使母液达到拜耳法循环要求。

3.0苛化：
在蒸发时有一定的一水碳酸钠结晶析出，将其分离出来用石灰乳苛化成氢氧化钠溶液，与蒸发母液一同送往湿磨配料。

3.工艺流程简述：
由汽车运进厂的铝土矿经地磅站称重后倒入卸矿站及铝土矿原矿堆场。

经胶带机送往破碎站，破碎后的铝土矿经胶带机送往均化库堆存并凉干水分。

外购石灰用汽车运进厂后经胶带输送机送往石灰仓储存，然后分别送往石灰消化工序及原料磨工序。

在原料磨工序将石灰、铝土矿、循环母液按一定比例混合后进入由棒、球二段磨进行磨矿，磨矿矿浆经水力旋流器进行分级，得到合格的原矿浆进入原矿浆槽。

原料磨送来的原矿浆由溶出前槽自流进入GEHO泵，送入五级单套管，五级压煮器组成的十级预加热器加热，用高压蒸汽间接加热压煮器内矿浆至溶出温度，经十级自蒸发器闪蒸器降温后，溶出矿浆用赤泥一次洗液稀释后进入溶出后c槽停留4个小时，脱出溶液中的硅和钛等杂质后送往赤泥分离和洗涤工序。

闪蒸产生的二次蒸汽用于十级预热，新蒸汽冷凝水经闪蒸成6bar蒸汽，并入全厂低压蒸汽管网。

溶出后槽送来的稀释矿浆与从絮凝剂制备送来的絮凝剂混合后进入40米单层平底分离沉降槽进行固液分离，溢流用粗液泵送往控制过滤工序，底流用泵送入赤泥洗涤沉降槽。

分离底流进行三次反向洗涤再用赤泥过滤机进行过滤洗涤，热水分别进入过滤机和末次洗涤槽，滤饼进入漏斗经螺旋输送进入再次浆化槽，再用GEHO泵送
至赤泥堆场进行干法堆存。

分离沉降槽溢流进入控制过滤工序后在粗液槽内与石灰乳按比例混合。

然后用泵送入叶滤机进行精滤，滤饼进二次洗涤槽，滤液自流入精液槽，由精液泵送往板式热交换工序。

从控制过滤过来的精液与从种子过滤来的分解母液在板式换热器中进行换热，使其温度从105度降低至60度。

送种子过滤工序与过滤出来的晶种混合成为分解浆液，用晶种泵送往分解首槽进行分解，经连续分解后12号槽顶用立式泵抽取浆液进行旋流分级，分级溢流进入14号槽，底流用部分母液冲稀后自流去产品过滤。

溢流由14号槽自流至立盘种子过滤机，滤饼入晶种槽作种子用，滤液入锥形母液槽后溢流进入平底母液槽，送至板式换热器将其温度从48---55度升至85度左右后送蒸发原液浆。

旋流分级后的底流进入成品过滤饲料槽，经喂料泵送入平板过滤机进行成品过滤洗涤，通过用蒸发站送来的冷凝水进行洗涤后，得到滤饼，通过螺旋卸入胶带机，经皮带送到氢氧化铝仓。

母液送到种子过滤的锥形母液槽，氢氧化铝洗液送赤泥洗涤。

成品氢氧化铝由炉前小仓日产1200吨的气体悬浮焙烧炉供料，经焙烧完成脱出吸附水，结晶水，晶型转变过程，得到氧化铝。

蒸发原液除少部分不经蒸发直接送母液调配槽外，大部分在带三级闪蒸的六效降膜蒸发器组进行蒸发浓缩后调配。

在流程中碳酸钠浓度高需排盐时，从二级闪蒸抽取部分母液进入强制循环蒸发器进行超浓缩后送入盐沉降槽，盐沉降槽溢流进入溢流槽送强碱槽，底流进排盐过滤机进行过滤，滤液进溢流槽，滤饼用热水溶解后，进入苛化槽加入石灰乳进行苛化，再用过滤机分离后，滤饼送沉降赤泥洗涤系统，滤液送母液调配槽，与蒸发母液、原液调配成循环母液，用于原料磨配料。

5 各个阶段设备流程示意图：
5.1 原料车间流程：
任务：破碎、湿磨
5.2溶出车间流程：
任务：将原矿浆进行预脱硅；预脱硅后的原矿浆经隔膜泵送出溶出；溶出浆
液送到分离沉降工序。

5.3 沉降车间：
任务：赤泥沉降；精液叶滤。

5.4 晶种分解车间：
任务：接受从叶滤来的精液晶种生产出合格的氧化铝浆液；经分级后成品过滤合格氢氧化铝送焙烧；种子过滤给晶种分解提供晶种母液蒸发。

5.5蒸发车间：
任务：平衡氧化铝生产过程中的水量；排除杂质盐类。

5.6 煅烧车间：
任务：将氢氧化铝焙烧为合格的氧化铝产品。

4 各阶段的主要技术指标：
4.1原矿浆制备工序的技术指标：
配料摩尔比、铝硅比、液固比、补充碱量、氧化钙添加量、循环母液浓度、矿浆细度。

4.2溶出过程的技术条件及经济指标：
溶出温度、溶出时间、碱耗、热耗、氧化铝溶出率。

4.3种分过程的技术指标：
摩尔比、种子比、氧化铝浓度、分解初温、分解时间、分解终温。

衡量种分过程效率：种分分解率、分解槽单位产能、氢氧化铝的质量。

生产砂状氧化铝的物理性能还取决于种分过程的控制。

4.4 氢氧化铝的分离与洗涤过程的技术及经济指标：
氢氧化铝洗水量、料将液固比、成品氢氧化铝含水量、过滤机产能。

4.5煅烧过程的技术及经济指标：
温度、燃料消耗量、产量
煅烧产品的质量：化学纯度、灼碱、粒度、安息角、32O l A -α含量。

三．工艺流程图
四 公式
1 铝硅比：
A/S
指铝土矿中氧化铝和二氧化硅的质量分数之比。

（用于确定生产氧化铝的方法）
硅量指数：
A/S
指铝酸钠溶液中氧化铝和二氧化硅的质量浓度的比值。

（衡量铝酸钠溶液纯度的指标）
苛性比：
MR=质量质量3
22322645.1)()(O Al O Na O Al n O Na n K K ==K α
指铝酸钠溶液中所含的苛性钠和氧化铝的摩尔比。

（他表示铝酸钠溶液中氧化铝的饱和程度和稳定性。

）
工业上铝酸钠溶液的浓度是用每升铝酸钠溶液中所含氧化铝及碱的质量来表示，单位为g/l （在上式中的比值单位可以是浓度g/l 也可以是质量的百分比%）
2 循环效率：
a m a
m E αααα⋅-⨯
=645.1
表示一吨氧化钠在一次拜耳法循环中产出的氧化铝的量。

循环碱量：
a m a
m E N αααα-⋅⨯
==608.01
表示生产一吨氧化铝在循环母液中所必须还有的碱量。

循环母液的苛性比越大，溶出液(铝酸钠溶液)的苛性比越小，生成1吨氧化
铝所需的循环碱量就越小，而循化效率越高，物料流量减小。

3 理论溶出率：
%
100]11[%100⨯-=⨯-=S
A A
S A 理η 实际溶出率：
%100)()()(⨯-=矿
泥
矿实S A S A S
A η 相对溶出率：
%
1001
)()()(⨯--==矿泥
矿相实相S
A S A S A ηηη 最低碱耗：
1608
)(2-=
S
A O Na m 损失
溶出一吨氧化铝，由于生成钠硅渣而造成的氧化钠的最低损失。

4 分解率：
%
1001⨯)-(=m
a
ααη 以铝酸钠溶液中分解析出氧化铝的百分含量来表示的，上式是根据分解前后溶液的分子比来计算的。

（他表示当原液分子比一定时，母液分子比越高，则分解率越高；提高分解速度，则在一定分解时间内其分解率增加）
产出率：
η⋅=a A Q
表示单位体积分解原液分解出来氧化铝的数量。

分解槽单位产能：
m
a m a a A A Q
P τααατ
η
τ
)
(-⋅=
⋅=
=
表示单位时间内从分解槽单位体积中分解出来的氧化铝数量。

（单位产能和分解率不经常保持一致的关系，延长分解时间，可以提高分解率，但是过分延长时间会降低分解槽单位产能）
种子比：
)()(精种种子比A V A m ρ=
指晶种分解时，添加氢氧化铝晶种中氧化铝的质量与原液中氧化铝质量的比值。