拜耳法氧化铝生产方法与工艺流程

拜耳法氧化铝生产方法与工艺流程

破碎后进厂的碎高铝矿经均化厂均化后，用斗轮取料机取料入输送机进入磨头仓，石灰石经煅烧后输送到石灰仓（根据其煅烧质量可消化或不消化），然后与循环母液经调配后按比例一同进入棒、球的二段磨合旋流器组成的磨矿分级闭路循环系统。

分级后的溢流经缓冲槽和泵进入原矿浆储槽（槽底粗粒部分返回重磨），用高压泥浆泵输送矿浆进入多级预热与溶出系统，加热介质可用熔盐也可用高压新蒸汽，各级矿浆自蒸发器排出的乏汽分别用来预热各级预热器中的矿浆。溶出设备可套管加热与高压釜组成溶出器组。溶出后的矿浆经多级降压自蒸发器降压后，与赤泥一次洗液一同进入矿浆稀释槽。末级自蒸发器排出的乏汽，用来预热赤泥洗水，洗水由循环水与不合格的冷凝水组成。稀释矿浆进入分离沉降槽，其溢流经叶滤与降温后送去晶种搅拌分解，分解后的氢氧化铝浆液经分离后，大部分氢氧化铝返回种分槽作为晶种使用，其余部分送去洗涤，洗水用纯净的热水，洗净后的氢氧化铝（其中部分氢氧化铝经袋装后作为成品氢氧化铝销售）送去焙烧，焙烧后的白泥洗液与分离后的种分母液送去蒸发，蒸发的同时添加少量的盐类晶种，以诱导和加速盐类结晶析出，进入时效槽与沉降槽，其溢流于滤液（蒸发母液）、补充新的液体苛性钠即回头的苛化液组成循环母液，送去调配制备原矿浆。

蒸发浓缩后的沉降底流进入盐类分离过滤机，其滤液与沉降溢流合并组成蒸发母液；其滤饼加水溶解后添加石灰乳进行苛化，得到苛化液。苛化渣经洗涤后与弃赤泥一同排至赤泥堆场，或用于其它用途。苛化渣的洗液用于石灰化灰。分离后的赤泥，用加热后的热水进行多次反向洗涤，洗净后的赤泥经过滤后排送至赤泥堆场；其滤液与末次洗涤沉降的溢流组成赤泥洗液，用于稀释溶出矿浆。

苛化渣的洗液用于石灰化灰，化灰机排出的渣弃去，排出的石灰乳送去苛化碱滤饼。

氧化铝的生产工艺流程

从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95％左右。70年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用。

拜耳法

系奥地利拜耳（K.J.Bayer）于1888年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净,并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母

液，蒸发浓缩后循环使用。

拜耳法的简要化学反应如下：

由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以要提供不同的溶出条件，主要是不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿可在125～140℃下溶出，一水硬铝石型铝土矿则要在240～260℃并添加石灰（3～7％）的条件下溶出。

现代拜耳法的主要进展在于：①设备的大型化和连续操作；②生产过程的自动化；③节省能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。拜耳法的工艺流程见图1。

拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3×106千卡左右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）。

拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，随同赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。直到70年代后期，拜耳法所处理的铝土矿的铝硅比均大于7～8。由于高品位三水铝石型铝土矿资源逐渐减少，如何利用其他类型的低品位铝矿资源和节能新工艺等问题，已是研究、开发的重要方向。

碱石灰烧结法

适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3、原硅酸钙（2CaO·SiO2）和钛酸钠（CaO·TiO2组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3·H2O 等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2O形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6－2x)H2O沉

淀(其中x≈0.1),而使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。

碱石灰烧结法的主要化学反应如下：

烧结：

Al2O3+Na2CO3─→Na2O·Al2O3+CO2

Fe2O3+Na2CO3─→Na2O·Fe2O3+CO2

SiO2+2CaCO3─→2CaO·SiO2+2CO2

TiO2+CaCO3─→CaO·TiO2+CO2

熟料溶出：

Na2O·Al2O3+4H2O─→2NaAl(OH)4（溶解）

Na2O·Fe2O3+2H2O─→Fe2O3·H2O↓+2NaOH（水解）

脱硅：

1.7 Na2SiO3+2NaAl(OH)4─→Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O↓+3.4NaOH

3 Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+x Na2SiO3─→3CaO·Al2O3·x SiO2·(6-2x)H2O ↓+2(1+x)NaOH

分解：

2NaOH+CO2─→Na2CO3+H2O

NaAl(OH)4─→Al(OH)3↓+NaOH

中国碱石灰烧结法生产氧化铝的主要技术成就是：在熟料烧成中采用低碱比配方，在熟料溶出工艺中采用二段磨料和低分子比溶液，以抑制溶出时的副反应损失，使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分别达到94～96％和92～94％。Al2O3的总回收率约90％,每吨氧化铝的Na2CO3的消耗量约95公斤。碱石灰烧结法可以处理拜耳法不能经济地利用的低品位矿石，其铝硅比可低至3.5,且原料的综合利用较好，有其特色。

碱石灰烧结法的常用流程见图2