氧化铝生产工艺

1 我国氧化铝工业现状

我国铝土矿资源居世界第六位，储量仅占世界总量的2.4%，但具有经济意义可开采利用的储量只占查明资源储量的21.5%，资源保障程度有限，是铝土矿资源相对缺乏的国家。铝土矿资源主要分布在山西、广西、贵州和河南四省区，占全国资源储量的90%以上。大部分地区矿床类型以沉积型为主，适于露天开采的矿量占总量的38%，坑采储量约占总储量的60%以上，年开采量占世界开采总量的8%。

国外铝土矿多为铝硅比高的三水铝石和一水软铝石，而我国铝土矿资源可经济应用的大部分是高铝、高硅、低铁、难溶（铝硅比较低）的中低品位的一水硬铝石。沉积型一水硬铝石占全国铝土矿资源总量的98%以上，与国外应用的铝土矿相比，其提取氧化铝的难度大，磨矿及溶出条件苛刻，工艺能耗及生产成本较高。三水型铝土矿占全国总量的不足1%，且由于品位低、规模小、生产工艺不成熟，尚不具备工业意义。

1.1 氧化铝生产工艺

世界上氧化铝的生产主要是碱法，包括三种不同方法，即拜耳法、烧结法和联合法，工艺技术方法应用主要依据铝矿石的质量。

拜耳法是利用较高品位的铝矿石，与碱液、石灰乳及母液按比例混合后磨制成料浆，经预脱硅后在相应温度、压力条件下直接溶出铝酸钠，再经赤泥分离、种子分解和氢氧化铝焙烧等工序制得成品氧化铝。对于铝硅比大于7的高品位矿石，以拜耳法生产工艺为首选，其能耗低、投资省、产品质量好且污染物产生量少，属于氧化铝工业清洁生产工艺。

烧结法是将铝土矿破碎后与石灰、纯碱、无烟煤及返回母液按比例混合，磨成生料浆，喷入烧成窑制成熟料，再经熟料溶出、赤泥分离、铝酸钠分解和氢氧化铝焙烧等工序，制得成品氧化铝。该工艺流程长、能耗高、污染物产生量大，但其最大优点是可利用低品位铝土矿，符合我国铝土矿资源的特点。

联合法是将拜耳法和烧结法联合起来，处理铝硅比3～7的矿石，充分发挥各自的长处，联合法有并联、串联以及混联三种基本流程。

混联法是将高品位矿石采用拜耳法处理，拜耳法赤泥与低品位的矿石一起进入烧结法生产系统。整个工艺流程复杂，但氧化铝实收率高。能耗、物耗比单纯烧结法低，比常规拜耳法高，单位产品排污量介于二者之间。串联法是将全部矿石先用经济的拜耳法处理，回

收绝大部分氧化铝，然后用烧结法处理拜耳法赤泥，回收大部分碱和小部分氧化铝，烧结法溶液经脱硅后进入拜耳法系统，溶液析出的碱返回烧结法系统配科。

1.2 污染治理效果

1.2.1 废气治理

熟料烧成窑烟气治理熟料烧成窑是以煤粉为燃料的烧结法生产最主要的废气污染源。我国氧化铝企业早期对熟料烧成窑烟气治理一般采用旋风+棒纬式电除尘，由于棒纬式电除尘器为单电场，运行及除尘效率不稳定，排尘浓度一般在250～700mg/Nm3之间，对环境污染严重。近年来，各氧化铝企业加大熟料窑烟气治理力度，改为采用板卧式电除尘取代棒纬式电除尘。板卧式电除尘器为三电场或四电场，具有除尘效率高、操作方便、运行稳定、自动化水平高、维修量小的特点，除尘效率达99.5%以上，排尘浓度可控制在200mg/内，可达标排放。

氢氧化铝焙烧炉烟气治理流态化氢氧化铝焙烧炉，产生的烟气温度在1000℃左右，其主要污染物粉尘主要来源于文丘里干燥器，采用电除尘器收尘净化。为充分利用余热，热烟气与氢氧化铝物料逆向流动，利用热烟气余热干燥氢氧化铝并进行预焙烧，焙烧好的氧化铝与热烟气在热分离器中分离。热烟气经二级旋风预热器及文丘里干燥器进行热交换后，温度降至165℃左右，经旋风筒气固分离并经板卧式电除尘器除尘净化后由烟囱排放。国内外氢氧化铝焙烧炉全部采用板卧式电除尘器，排尘浓度可控制在50mg/N3内。

生产性粉尘收集与处理氧化铝生产工序多、流程长，生产环节物料破碎、筛分、磨粉、贮仓及输送等都易产生粉尘。目前，各氧化铝企业对以上散尘点均采取集尘罩辅以通风收尘系统进行处理。集尘罩采用高标准设备，以提高粉尘捕集率，通风除尘系统采用布袋除尘器，除尘效率在99%以上，粉尘排放浓度一般可控制在100mg/Nm3内。目前氧化铝厂主要环境问题是原燃料堆场的无组织排放。氧化铝企业的原料物料贮存量大，原料堆场特别是铝土矿堆场多为露天堆存，在风吹雨淋时，不仅容易造成原料物料的损失，而且容易造成环境污染。

1.2.2 废水处理

我国氧化铝企业已基本实现了生产废水的零排放，长期实践总结的氧化铝工业废水治理经验包括：

(1)采用先进的清洁生产工艺，对压煮溶出工艺采用全部间接

加热工艺，对赤泥、氧化铝采用逆流洗涤，严格控制进入工艺系统的水量；

(2)采取“清污分流、一水多用”的技术措施，生产用水设置循环水系统，循环水系统的排污水排入生产废水处理站处理，处理后的水返回工艺系统循环利用；

(3)赤泥附液在赤泥堆场澄清后作为生料配制用水，工艺过程的含碱溶液在工艺中循环利用，降低碱耗和减少废水排放等。

1.2.3 赤泥堆存

溶出后的矿浆采用高效沉降槽进行赤泥的分离和洗涤，通过多次反向洗涤后，赤泥一般经泵直接由管道输送至赤泥堆场堆存。

赤泥属于一般固体废物，根据国内外生产实践及试验结果，赤泥浸出液pH≤11.78，氟化物浓度≤5.22mg/L。由于赤泥含碱量高，在堆场均设置赤泥附液回收系统，回收的赤泥附液返回氧化铝生产工艺利用。国内赤泥堆场的建设均按《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598-2001)设置十分成熟、可靠的防止附液流失、渗漏的防渗措施，长期监控结果表明，可有效防止赤泥堆场对环境造成污染影响。

2 氧化铝工业节能减排途径分析

2.1 清洁生产技术途径2.1.1 采用先进的工艺技术和设备

间接加热溶出工艺蒸汽直接加热压煮溶出是传统技术，由于溶出矿浆只进行二次自蒸发降温，热利用率低，并且新蒸汽直接加热，矿浆中碱液浓度被冲淡，为保证溶出，需提高循环母液的碱浓度，增加蒸发工序的蒸发量和汽耗。间接加热连续脱硅溶出工艺，新蒸汽冷凝水返回热电系统锅炉循环利用，二次汽用于预热矿浆，蒸汽冷凝水不进入矿浆系统，因此，采用具有国际先进水平的间接加热、高温溶出的溶出器组将有效降低能耗，与传统的压煮溶出技术及装备相比，吨氧化铝的溶出热耗低1.86GJ。