氧化铝生产的基本方法

流程描述
从矿山胶带输送机送来的铝土矿直接进入预均化堆场，由堆料机纵向分层平铺于堆场，取料机从横向端面取料，以完成铝土矿均化过程。
本工序设置1条均化堆场，采用长条形双料堆，料堆293m，储量为59000t,储存天数为13天。保证堆取料机运行线路的畅通，对堆、取料机每三个月进行一次小修，每六个月进行一次大修。
中 间 状
≤44μm的粒级含量/%
20～50
10
10～20
平均直径/μm
50
80～100
50～80
安息角/(˙)
＞ 45
30～35
30～40
比表面积/(m2/g)
＜ 5
＞35
＞35
密度/(g/m3)
3.90
≤3.70
≤3.70
堆积密度/(g/m3)
0.95
＞0.85
0.85＞
四、氧化铝厂方案比较
生产规模及产品方案
石灰 铝矿石 石灰石 纯碱
第一赤泥及附液
煤
灰
洗液
洗液
热水
CO2
循环碱液
结晶碳酸钠
硅渣及附液
热水
弃赤泥
蒸汽
晶种及附液
分解母液
热水
洗涤液 热水
成品氢氧化铝
去配料
三、电解炼铝对氧化铝的质量要求
电解炼铝对氧化铝的质量要求：
1)、氧化铝的纯度；
2）、氧化铝的物理性质。
氧化铝的纯度是影响原铝质量的主要因素，同时也影响电解过程的技术经济指标。
1、氧化铝中含有更正电性元素的氧化物Fe2O3、SiO2、TiO2、V2O5等，这些元素在电解过程中将首先在阴极上析出而使铝的质量降低，同时，电解质中含有磷、钒、钛、铁等杂质，还会使电流效率降低。
2、氧化铝中含有比铝更负电性的元素（碱金属及碱土金属）的氧化物，则在电解时这些元素将与氟化铝反应，造成氟化铝耗量增加。根据计算，氧化铝中Na2O含量每增加0.1%，每生产1t铝需要多消耗价格昂贵的氟化铝3.8Kg.
拜耳法流程比较简单，所得产品质量高，成本低，综合能耗低。
图1 工艺流程图
本项目的主要的工艺过程描述如下所述。
4.1.4.2铝矿均化堆场
工序任务
铝矿在本工序均化入磨铝土矿的成分并连续稳定地供应生产用矿量，使全厂均衡定生产。
设备描述
本工序主要设备有B=1000，Q=800t/h的胶带输送机，1台Q=800t/h的定臂式混匀堆料机，1台Q=600t/h的桥式混均取料机，料堆及设备均布置在防雨棚内。
SiO2
2.75
Fe2O3
19.63
CaO
0.003
TiO2
2.32
K2O
0.0044
S
0.073
Ga2O3
0.008
LOI
25.6
CO2
0.15
湿度
10
表4矿石组成表
矿石类型
代 号
含 量（%）
三水铝石
Al(OH）3
69.21
Gotit
FeO(OH)
10.19
赤铁矿
a-Fe2O3
10.47
高岭石
Al2SIO5(OH)4
拜耳法的特点是：
（1）适合高A/S矿石，A/S＞9：
（2）流程简单，能耗低，成本低。
（3）产品质量好，纯度高。
拜耳法分类：由于铝土矿的类型不同，在世界上形成了两种不同的拜耳法方案。
（1）美国拜耳法以三水铝石型铝土矿为原料。由于三水铝石型铝土矿中的Al2O3很容易溶出，因而采用低温、低碱浓度溶出，一般情况下为Na2O110g/L以下。溶出的温度为140～145℃，停留时间不足1h ,分解初温高（60～70℃），种子添加量较小（50～120g/L）,分解时间30-40h,产品为粗粒氢氧化铝，但产出率低，仅为40～45g/L。这种氢氧化铝焙烧后得到砂状氧化铝。
0.04
0.60
0.8
三级
98.4
0.06
0.04
0.65
0.8
四级
89.3
0.08
0.05
0.70
0.8
五级
98.2
0.10
0.05
0.70
1.0
六级
97.8
0.15
0.06
0.70
1.2
注：本表摘自GB8178-87
2、氧化铝的物理性质
美洲国家用三水铝石矿为原料，以低浓度碱液溶出，生产砂状氧化铝，欧洲则用一水铝石矿为原料以高浓度碱溶液溶出，生产面粉状氧化铝。到70年代中期，电解炼铝采用了大型中间下料预培槽和干法烟气净化技术，并得到推广应用。这种电解槽电流效率高、电耗低、环境污染轻而生产效率高，但对氧化铝物理性质要求严格。
≥96
≤2.5
≤1.4
≤0.01
≤0.60
液体碱
表7液体碱的特性
成 分
单 位
数 值
NaOH
%
≥42
Na2CO3
%
≤0.4
NaC1
%
≤1.8
Fe2O3
%
≤0.007
4.1.2燃料和电力
1）焙烧用的发生炉煤气
氢氧化铝焙烧采用的发生炉煤气性质如表8所示
表8发生炉煤气规格
性质
单位
平均值
CO2
%质量
6
CO
%质量
因此，电解炼铝用的氧化铝必须具有较高的纯度，其杂质含量应尽可能低。氧化铝质量与生产方法有关，拜耳法生产氧化铝的纯度要高于烧结法。
我国氧化铝的质量标准
表2 我国氧化铝的质量标准
等级
化学成分%
Al2O3≥
杂 质 ≤
SiO2
Fe2O3
Na2O
灼烧
一级
98.6
0.02
0.03
0.55
0.8
二级
98.5
0.04
碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法和拜耳烧结联合法等多种流程。
1、拜耳法拜耳法是适于处理低硅铝土矿，尤其是在处理三水铝石型铝土矿时，具有其他方法所无可比拟的优点。目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有90%以上是采用拜耳法生产。
拜耳法的两大过程；即分解与溶出。
（1）铝酸钠溶液的晶种分解过程分子比较低的（约1.6左右）铝酸钠溶液在常温下，添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中的Al2O3便以氢氧化铝形式慢慢析出，同时溶液的分子比不断增大。
%
2～3
SiO2
%
≤1.0
粒度
mm
10～50
3）苛性碱
苛性碱购自Ho Chi Minh城或来自Saigon港口采用进口苛性碱，然后由专用车运到氧化铝厂。如果铁路建成通车，则由火车运输。固体苛性碱和苛性碱溶液化学成如表6和7所示。
固定碱
表6固体碱的特性
NaOH
Na2Co3
NaC1
Fe2O3
SiO2
其它
参数
单位
含量
PH
6.7
TSS（总悬浮物）
mg/l
67
N-NO2
mg/l
0.01
N-NO3
mg/l
0.03
N-NH4
mg/l
0.01
DO
mgO2/l
6
BOD5
mg/l
4
COD
mg/l
6
C1-
mg/l
0.3
Pb
mg/l
<0.01
Hg
mg/l
KPH
Dau Mo
mg/l
0.01
Coli
MPN/100ml
4.500
氧化铝生产的基本方法
氧化铝生产方法大致可分为四类，但目前用于工业生产的几乎全属于碱法律。
一、碱法
碱法生产氧化铝的基本过程如图1所示。
熔烧
AL(OH)3AL2O3
铝酸钠溶液分解
碱处理分离分离蒸发
铝矿石氯酸钠浆液母液循环母液
赤泥（Fe、Ti、Si等杂质）
图1-1碱法生产氧化铝基本过程
碱法生产氧化铝，是用碱（NaOH或Na2CO3）来处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠铝液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物，将不溶残渣（由于含氧化铁而呈红色，故称为赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合利用，以回收其中的有用组分，纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，经与母液分离、洗涤后进行焙烧，得到氧化铝产品。分解母液可循环使用，处理另外一批矿石。
详见拜耳法生产氧化铝工艺流程图
补充苛性碱铝土矿
石灰
溶出矿浆
粗液稠浓赤泥浆热水
精液
赤泥洗液
堆场
氢氧化铝浆液
母液
晶种氢氧化铝
Na2CO3·H2O
洗涤结晶
氢氧化铝蒸发母液
氧化铝
二、烧结法
碱石灰烧结法的基本原理是，使炉料中的氧化物经过高温烧结转变为铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3)、原硅酸钙(2CaO·SiO2)和钛酸钙(CaO·TiO2),用水或洗碱液溶出时，铝酸钠溶解进入溶液，铁酸钠水解为NaOH和Fe2O3·H2O沉淀，而原硅酸钙和钛酸钙不溶成为泥渣，分离出去泥渣后，得到铝酸钠溶液，再通入CO2进行碳酸化分解，便析出Al(OH)3,而碳分母液（主要成分为Na2CO3经蒸发浓缩后可返回配料烧结，循环使用。Al(OH)3经焙烧即为产品Al2O3（详见工艺流程图）
%
>98.6
SiO2
%
0.012
Fe2O3
%
0.010
TiO2
%
0.003
P2O5
%
0.001
Na2O
%
<0.35
CaO
%
0.015
Li2O+V2O5+ZnO+K2O
%
0.010
LOI
%
<1.0
表2氧化铝产品的物理性质
成分
单位
数量
BET 比表面积
m2/g
75～80
磨损系数
%
～12
堆积密度
g/cm3
0.9～1.0
a- Al2O3的含量
%
5～10
料径
<44微米
%
≤10
<150 微米
%
5～10
安息角
°
28～30
4.1越南铝土矿及氧化铝
原料、辅助材料的燃料
8.1.1原料
1）铝土矿
进厂的洗净矿来自Tan Rai矿山，洗净矿的矿石粒度小20mm。其中化学成和物理成分见表3和表4
表3化学成分
元素
含 量（%）
Al2O3
47.11
4.1.3原燃料的来源
外来的石灰和固体碱通过汽车运入厂内，发生炉煤气通过管道从煤气站输送到氧化铝厂。
4.1.4工艺方案
4.1.4.1主要工艺过程描述
根据三水铝石铝土矿的特性和化学组成，采用拜耳法生产工艺，其流程见图1
拜耳法是用苛性碱溶液在一定温度下溶出铝土矿中的氧化铝，制得杂质含量低的铝酸钠溶液，在加入氢氧化铝作种子、降温和搅拌和条件下进行分解产出氢氧化铝，氢氧化铝经焙烧变成氧化铝，分解后的种分母液蒸浓后用于溶出新一批铝土矿，碱液形成一个闭路的循环。
对氧化铝物理性质要求：
粒度较粗而均匀，强度较高，比表面积大。另外对安息角、堆积密度和流动性也都有一定要求。而砂状氧化铝很好地满足了这些物理性质的要求。表3给出了不同类型氧化铝的物理性质。
我国生产的氧化铝，粒度介于面粉状和砂状氧化铝。
表3 不同类型氧化铝的物理性质
物理性质
氧 化 铝 类 型
面 粉 状
砂 状
（2）欧洲拜耳法以一水软铝石型铝土矿为原料。采用高温、高碱浓度溶出，苛性钠浓度一般在200g/L以上，溶出温度达170℃，停留时间约2～4h。经稀释扣，将苛性钠浓度高达150g/L的溶液进行分解。分解时，分解初温低（55～60℃或更低），种子添加量较大（200～250g/L）。分解时间50～70h,产出率高达80g/L,但得到的氢氧化铝颗料细，焙烧时飞扬损夫大，得到面粉状氧化铝。为了适应电解对氧化铝的要求，现今的欧洲拜耳法已是在高温高碱浓度溶出，低温、高固含、高产出率的分解条件下生产砂状氧化铝了。
4.69
石英
SiO2
0.57
TiO2
TiO2
1.65
Ilmenhit
FetiO3
1.27
其他
1.95
2）石灰
石灰购自NInh Binh或其他省份。每50千克包装为一袋，然后用汽车运到氧化铝厂，如果铁路建成通车，则由火车运输。生石灰化学成如表5所示。
表5石灰规格
成 分
单 位
平均值
CaO
%
93～94
CO2
（2）溶出析出大部分氢氧化铝后的溶液，称之为分解母液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这就是利用种分母液溶出铝土矿的过程。
交替使用以上两个过程就可以一批批地处理铝土矿，得到纯的氢氧化铝产品，构成所谓拜耳法循环。
拜耳法的实质是如下反应在不同条件下交替进行的。
Al2O3.(1或3)H2O+2NaOH+aq 2NaAl（OH）4+aq（1-1）
生产规模
按600kt-Al2O3/a氧化铝的建设规模完成施工图设计，考虑将来具有1200kt-Al2O3/a扩建余地。
产品方案
生产冶金级砂状氧化铝的产品，产品的化学成分和物理性质满足合同的要求。
氧化铝产品满足电解所要求的化学成分和物理性质，详见表1和表2
表1氧化铝产品的化学成分
成分
单位
数量
Al2O3
4.1.4.3石灰储存化灰
工序任务
本工序将外购石灰制备成石灰乳提供给铝酸钠溶液精滤工序、母液蒸发、碱液调配工序及原矿浆磨制工序。
设备描述
本工序主要设备：规格为ф1500*12000化灰机，1台，规格为ф3000*3000石灰乳槽，2台（用1备1），规格为ф3000*6000母液槽1台，辅助设备：胶带输送机、斗式提升机、出料泵、污水槽及污水泵、电动葫芦等。
27
H2
%质量
14
N2
%质量
50
H2S
%质量
0.1
O2
%质量
0.2
CH4
%质量
0.6
H2O
%质量
2.1
煤气最低热值
KJ/Nm3
5226
2）电力
通过电缆将国家电网的电源引入氧化铝厂区。电压为110KV，频率为50HZ。
3）氧化铝生产用水
氧化铝生产用水来自Cai Bang湖，水质如表9所示
表9地表不规格
碱石灰烧结方法的特点：
1、适合低于A/S矿，A/S 3～6；
2、流程复杂、能耗高、成本低
3、产品质量较拜耳法低。
石灰石 石灰石 纯碱
煤灰
热水
蒸汽
弃赤泥
硅渣及附液
CO2
种分母液
热水
氢氧化铝洗液
碳分母液
成品氧化铝
4、联合法
拜耳法和碱石灰烧结法是目前工业上生产氧化铝的主要方法，它们各有其优缺点和运用范围。而当生产规模较大时，采用拜耳法和烧结法的联合生产流程，可以兼有两种方法的优点，而消除其缺点，取得比单一的方法更好的经济效果，同时可以更充分利用铝矿资源。联合法可分为并联、串联和混联三种基本流程，它主要适用于A/S 7～9的中低品位铝土矿。（详见联合法生产工艺流程图）