氧化铝生产工艺技术.doc

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1、目 录第一章 绪论.1第一节 氧化铝工业发展概况.1一、铝工业发展史.1二、世界铝工业发展情况1三、我国铝工业发展情况2第二节 氧化铝水合物和氧化铝.3第三节 铝电解生产用氧化铝.5第二章 氧化铝生产概述.8第一节 铝土矿及其它铝矿石第一章 绪 论第一节 氧化铝工业发展概况一、铝工业发展史世界氧化铝工业有着百多年的历史。法国萨林德厂被认为是氧化铝工业的诞生地。第一个氧化铝工业生产方法烧结法就是18561860年在这里研究出来的。1858年吕.查得里提出铝土矿苏打烧结法生产氧化铝。由于在烧结过程中铝土矿中的Al2O3、SiO2将与苏打反应，生成不溶性铝硅酸钠，造成氧化铝和苏打大量损失。1880年

2、由米.尤列尔提出往苏打、铝土矿炉料中添加石灰，以至发展成为今天的碱石灰烧结法。添加石灰，使得烧结过程不生成或少生成铝硅酸钠，大大减少了氧化铝和苏打的损失。这一方法是目前处理高硅铝土矿生产氧化铝的主要工业生产方法。18891892年奥地利人K.J拜耳发明了用苛性碱溶液直接浸出铝土矿生产氧化铝的拜耳法，为氧化铝大规模生产和迅速发展开辟了道路。此法用在处理低硅铝土矿，特别是处理三水铝石型优质铝土矿，其经济效果远非其他生产方法所能比拟。烧结法和拜耳法是目前生产氧化铝的主要工业方法。二、世界铝工业发展情况1904年世界氧化铝产量仅为1000吨，1941年已达100万吨。到1987年世界上有25个国家的4

3、1个公司82家氧化铝厂生产氧化铝，已经在生产着和计划投产的氧化铝厂的总年产能力为4300万吨。主要的氧化铝生产国家有澳大利亚、美国、苏联、牙买加、日本、南斯拉夫、西德、法国、苏里南和加拿大。国外生产氧化铝绝大多数采用拜耳法，其次是烧结法和联合法。1998年全世界生产氧化铝为4836万吨。多年来国外氧化铝生产在改革工艺流程，降低能耗，研制高效能、低消耗的大型专用设备；探索资源的综合利用；提高产品质量，增加产品品种；检测分析，控制自动化等方面都取得了很大的进展。欧洲和日本的氧化铝生产产品以粉状氧化铝为主，美洲以生产砂状为主。氧化铝产品主要供应电解铝生产主要原料，一吨电解金属铝需要两吨氧化铝。198

4、8年在铝产量为1450万吨左右，仅次于钢铁产量，居各种有色金属首位。世界许多国家正大力发展氧化铝工业，氧化铝除主要供电解炼铝用以外，在其它工业部门也得到了广泛应用，非炼铝用氧化铝属于多品种氧化铝。三、我国铝工业发展情况我国铝工业发展非常迅速，对铝的需求越来越大。到2000年我国铝产量达到180万吨，自1954年仅有山东铝厂（501厂），1958年后相继建郑州铝厂（503厂）、贵州铝厂（302厂），1978年建山西河津铝厂，1990年建广西平果铝厂、焦作铝厂等。这些氧化铝厂都有一定规模和产量。山东铝厂52万吨/年，郑州铝厂80万吨/年，贵州铝厂50万吨/年，河津铝厂120万吨/年，平果铝厂40万

5、吨/年，焦作铝厂30万吨/年，各厂都在相继改造和扩建，现总产氧化铝每年在400万吨以上。中小铝厂凯里氧化铝厂年产氢氧化铝4.6万吨，我公司正在建设5万吨/年氧化铝。氧化铝产量远远满足不了我国电解铝厂的需要，每年都进口大批氧化铝。氧化铝产量和品种不断的增加。根据我国铝土矿资源的特点和生产现状，我氧化铝工业必须发展自己的技术。我国采用并发展了烧结法，首创了混联联合法。氧化铝总回收率和碱耗与国外同类工厂相比达到了先进水平，并用最经济的方法，从循环母液中回收金属镓。当前，我国氧化铝工业的主要技术发展方向，继续发展具有我国特点的烧结法和联合法生产工艺；采用间接加热强化溶出、流态化焙烧等新技术和新设备。我

6、国的铝工业将形成技术先进、布局合理以及科研、设计、设备制造、施工配套完整的铝工业体系。第二节 氧化铝水合物和氧化铝 一、氧化铝水合物氧化铝水合物是构成自然界各种类型铝土矿的主要成分，也可以用人工方法制取。结晶的氧化铝水合物通常按所含结晶水数目不同分为：三水型Al2O3和一水型Al2O3两类。 三水型氧化铝的同类异晶体包括：三水铝石，拜耳石和诺水铝石（或称新三水铝石）。 一水型氧化铝的同类异晶体则包括： 一水软铝石，一水硬铝石。 氧化铝水合物的分类如表1-1。氧化铝水合物的分类及其表示符号 表1-1类 别组 成名 称常 用 符 号三 水 型氧 化 铝Al2O3H2O三水铝石Al(OH)3或Al2

7、O33H2O拜耳石-Al(OH)3或-Al2O33H2O诺水铝石（或新三水铝石）-Al(OH)3或-Al2O33H2O一 水 型氧 化 铝Al2O3H2O一水软铝石-AlOOH或- Al2O33H2O一水硬铝石-AlOOH或- Al2O33H2O铝 胶Al2O3nH2O拟薄水铝石-Al2O3nH2O(n=1.42.0)无定型铝胶Al2O3nH2O(n=35)1.三水铝石三水铝石是天然三水铝石型铝土矿的主要成份，它是氧化铝生产中从铝土矿提炼氧化铝的中间产品，工业上称之为普通氢氧化铝（俗称氢氧化铝）。三水铝石在热液中脱水后可转变成为一水软铝石，转变温度为160230，如在碱中可加速其转变，温度可降

8、至120。三水铝石在空气中加热会发生一系列的脱水和晶型转变。而在10001200高温下最终都能转变成为-Al2O3，三水铝石是典型的两性化合物，能较快的溶于酸及碱液中，如与硫酸作用生成相应的硫酸盐：2Al(OH)33H2SO4=Al2(SO4)36H2O在苛性碱溶液中则生成铝酸钠：Al(OH)3NaOH=NaAl(OH)42.一水软铝石一水软铝石是构成自然界中一水软铝石型铝土矿的主要成份。这种氧化铝水合物也可人工制得。如在溶出器中以200左右的温度把三水铝石在水介质中溶出，可得一水软铝石。介于三水铝石与一水硬铝石之间。3.一水硬铝石一水硬铝石是构成自然界中一水硬铝石型铝土矿的主要成分，人工制造

9、一水硬铝石是比较困难的。4.铝胶自然界中存在的铝胶主要在铝土矿形成时起重要作用，它是一种介稳状态物，以后再结晶成三水铝石。人工制造铝胶的方法很多。如低温中铝盐溶液可得无定型铝胶，无定型铝胶属于胶体，含有不定量的水分。另一方法沉淀出来的铝胶叫拟薄水铝石也称假一水软铝石，带12个分子的结晶水，颗粒极细，它经过老化作用，可以转变成拜耳石和三水铝石。铝胶可作为生产活性氧化铝和石油化工用催化剂的原料。二、氧化铝存在于自然界中的氧化铝称刚玉（- Al2O3），是火山爆发的产物。它在岩石中呈无色结晶，也可与其它氧化铝杂质（氧化铬和氧化铁等）染成带色的结晶，红色称红宝石，蓝色叫蓝宝石。工业氧化铝是各种氧化铝水

10、合物经热分解的脱水产物。它们形成一系列的同质异晶体，有些呈分散相，有些呈过渡态，但当加热超过1000时，它们又都转变成同一种稳定的最终产物，真正无水氧化铝，即- Al2O3（人造刚玉）。所以氧化的同质异晶体又可以被看作是- Al2O3的中间过渡态。按照它们的生成温度可以分为以下两类：1.低温氧化铝低温氧化铝化学组成为Al2O3nH2O，式中0n0.6，是前述各种氢氧化铝在不超过600的温度下脱水的产物，属于这一类的有- Al2O3、- Al2O3、- Al2O3及- Al2O3等四种。2.高温氧化铝高温氧化铝几乎是无水的氧化铝，是在9001000之间的温度下生成的，属于这一类的除- Al2O3

11、外还有- Al2O3、- Al2O3及Q- Al2O3。在催化剂领域中常见的和应用最广的是- Al2O3及- Al2O3。通常所指的“活性氧化铝”，一种含义是指活性- Al2O3；另一种含义则泛指- Al2O3、- Al2O3和- Al2O3的混合物。在氧化铝生产中通常所生产的电解炼铝用的氧化铝是- Al2O3和- Al2O3的混合物。- Al2O3属于六角晶系，由于有完整坚固的晶格，所以它是所有的氧化铝同质异晶体中化学性质最稳定的一种。在酸或碱溶液中不溶解。含有- Al2O3的细粉在冰晶石氧化铝溶体中很快溶解，而且在空气中贮存时不吸收水分，流动性好，这对铝电解生产是很重要的。纯刚玉的熔点是2

12、050，沸点是2980，密度是3.94.0，硬度仅次于金刚石居第二位。因此刚玉被广泛的用来做为磨料。Al(OH)3加热脱水即可获得- Al2O3，具有很大的分散性，化学性质较为活泼，易和酸或碱溶液作用。- Al2O3对水和其它物质具有很高的吸附特性，因此可作吸附剂和干燥剂等。第三节 铝电解生产用氧化铝铝电解生产用氧化铝主要由- Al2O3和- Al2O3组成。氧化铝的质量直接影响所得的金属铝的纯度和铝电解生产的技术经济指标。因此，作为铝电解生产原料的氧化铝对其化学纯度和物理性质都有一定要求。一、氧化铝的化学纯度氧化铝中除主要含有Al2O3外，往往含有少量的SiO2、Fe2O3、Na2O和H2O

13、等杂质。电解铝用氧化铝必须具有较高的化学纯度，这是因为其中所含比铝更正电性元素的氧化物杂质（如Fe2O3、SiO2等），在电解过程中这些元素将首先在阴极析出，进入金属铝中，使铝不纯。而氧化铝中比铝更负电性的金属氧化物杂质（如Na2O等），则与电解质作用，改变了电解质的正常组成，不利于电解操作。生成SiF4则是有毒气体。氧化铝中残存的结晶水以灼减表示。它也是有害杂质。因为水与电解质中的AlF3作用而生成HF，造成了氟盐的损失，并且污染了环境。此外，当灼减高或吸湿后的氧化铝与高温熔融的电解质接触时，则会引起电解质爆溅，危及操作人员的安全。氧化铝质量的分级根据国家标准YB81475划分为六个等级，电

14、解法生产金属铝主要使用13级氧化铝，如表1-2所示。氧化铝质量等级标准 表1-2级别Al2O3(%)SiO2(%)Fe2O3(%)Na2O(%)灼减(%)一级98.60.020.030.500.8二级98.50.040.040.550.8三级98.40.060.040.600.8二、氧化铝的物理性质铝电解生产用氧化铝除对化学成分有严格要求外，而且还要求氧化铝在冰晶石熔体中溶解速度快，电解槽槽底沉淀少，覆盖在电解质上结壳保温性好，在空气中不吸湿，飞扬损失少，流动性好，便于输送和便于电解槽自动加料。所有这些特性都取决于氧化铝的物理性质。用于氧化铝物理性质的指标有：安息角、- Al2O3含量、容积密

15、度、粒度和比表面积以及磨损系数等。1.安息角。是指物料在光滑平面上自然堆积的倾角。安息角较大的氧化铝在电解质中较易溶解，在电解过程中能够很好覆盖于电解质结壳上，飞扬损失也较小。2. - Al2O3含量。- Al2O3含量反映了氧化铝的焙烧程度，焙烧程度越高，- Al2O3含量越多，氧化铝的吸湿性随着- Al2O3含量增多而变小。所以，电解用的氧化铝要求含一定数量的- Al2O3。但- Al2O3在电解质中的溶解性能较- Al2O3差。3.容积密度。氧化铝的容积密度是指在自然状态下单位体积的物料质量。通常容积密度小的氧化铝有利于在电解质中的溶解。4.粒度。氧化铝的粒度是指粗细程度。氧化铝的粒度必

16、须适当，过粗在电解质中溶解速度慢，甚至沉淀，过细则容易飞扬损失。5.比表面积。氧化铝的比表面积是指单位重量物料的外表面积与内孔表面积之和的总面积。是表示物质活性高低的一个重要指标。比表面积大的氧化铝在电解质中溶解性能好，活性大，但易吸湿。6.磨损系数。所谓磨损系数是指氧化铝在控制一定条件下的流化床上磨撞后，试样中-44m粒级含量改变的百分数，是氧化铝强度的一项物理指标。根据氧化铝的物理性质，通常又可将Al2O3分为砂状、面粉状和中间状三种类型。这三种类型的Al2O3在物理性质上有较大的差别。砂状的Al2O3具有较小的容积密度，较大的比表面积，略小的安息角，含较少量的- Al2O3，粗粒较多且均

17、匀，强度较高。面粉状的氧化铝则有较大的容积密度，小的比表面积，含有较多的- Al2O3，粒度细粒较多，强度差。而中间状氧化铝的物理性质介于二者之间。各种氧化铝的物理性质见表1-3。各种氧化铝的物理性质 表1-3样品产地Al2O3类型比表面积(cm2/g)安息角Al2O3晶型容积密度(g/cm3)粒度-300#(%)- Al2O3(%)- Al2O3(%)圭亚那砂状81.20311427.3272.680.9211.10澳大利亚砂状51.20311532.5067.500.9722.20英国砂状312543.7556.250.9055.00中国山东中间状49.90325040.7059.300.

18、9244.00中国郑州中间状30.26325048.4051.600.9732.60日本面粉状420087.0013.000.9785.00我国某氧化铝厂生产砂状氧化铝对其物理性质要求如下：粒度-44m12%，比表面积35g/m2，- Al2O3含量20%。第二章 氧化铝生产概述第一节 铝土矿及其它铝矿石一、铝土矿地壳中铝的平均含量为8.8%，仅次于氧和硅居于第三位。由于铝的化学性质活泼，它在自然界中只以化合物状态存在。地壳中的含铝矿物约有250种左右，其中约40%是各种盐。最重要的含铝矿物只有1415种。而铝土矿就是目前氧化铝生产的主要矿石资源。世界上生产的氧化铝95%是从铝矿石中提炼出来的

19、。铝土矿是一种组成复杂、化学成份变化很大的矿石。前面讲氧化铝水合物时已提到。其中主要含铝矿物三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石。其它还含有不同数量的其它矿物。如赤铁矿、针铁矿、水赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿、高岭石、石英、锐钛矿、金红石以及钙镁的碳酸盐等。除此之外还含有微量元素铬、钒、镓、锗、磷以及有机物。经分析铝土矿中含有42种元素之多。其中主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3和H2O。镓的含量虽然只有0.0010.01%，但它是氧化铝生产中提取副产品镓及其化合物的来源。根据铝土矿中含铝矿物存在的形态不同，将铝土矿分为三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型及混合型四种类型。几内亚、澳大利亚

20、、巴西、苏里南、牙买加等有大量新生代三水铝石型矿占世界铝土矿总储量（350亿吨左右）的80%。法国、匈牙利、南斯拉夫等地中海地区的国家有中生代一水软铝石型铝土矿。我国等地区的铝土矿属于一水硬铝石型铝土矿。根据铝土矿的成因又可把它分为红土型铝土矿、沉积型铝土矿、岩溶型铝土矿、堆积型铝土矿四大类。从根本上讲，无论铝土矿的化学组成还是其它矿物组成都取决于铝土矿矿床的成因类型。铝土矿的质量评价，不仅看它的化学成分，铝硅比的高低，而且还要看铝土矿的类型。铝土矿中有用成分氧化铝含量变动于45%75%之间。与其它有色金属矿石相比，铝土矿可算相当富的矿。铝土矿中的二氧化硅是碱（尤其是拜耳法）生产氧化铝中最有害

21、的杂质。我们把铝土矿中氧化铝与二氧化硅的重量比称之为铝土矿的铝硅比，以符号A/S表示。如铝土矿中含有氧化铝为74.88%，二氧化硅含量为5.14%，则铝硅比为74.88/5.14=14.57。铝硅比越高，说明铝土矿中二氧化硅的含量越低。氧化铝生产要求铝土矿铝硅比和氧化铝含量越高越好。因为这两项要求对氧化铝厂技术经济指标影响很大。处理铝硅比低的铝土矿较处理铝硅比高的铝土矿在工艺上要复杂得多，单位产品的投资成本要高（见表2-1）。铝硅比低的要采用烧结法。不同铝矿石A/S烧结法的生产费用 表2-1矿 石( A / S )2.062.663.03.53.964.55.127.11费 用(元/t- Al

22、2O3)231.4193.9185.9177.3171.7165.3160.9154.4铝土矿的类型对氧化铝的可溶性影响较大。三水铝石最易溶于苛性碱溶液，一水软铝石次之，一水硬铝石最难溶。我厂铝土矿为一水硬铝石矿，我国铝土矿都属于一水硬铝石型铝土矿，很少部分一水软铝石型铝土矿，澳大利亚的铝土矿属于三水铝石和一水软铝石混合型铝土矿，溶出温度245，苛性碱浓度为115g/l，溶出时间只需7分钟。我厂属于一水硬铝石型的铝土矿，溶出温度为265280，苛性碱NK为230g/l，时间为4560分钟。我国铝土矿资源较为丰富，其储量已查明的有11.6亿吨，次于澳大利亚、，几内亚、巴西、牙买加等七国，居世界第

23、八位。我国铝土矿在质量方面的特点是含氧化铝和二氧化硅均高，含氧化铁低（也有少部分高铁的）。铝硅比多数在47之间，铝硅比10以上的较少。但是我厂铝矿石氧化铝平均含量为74.89%，二氧化硅含量为5.14%，A/S为14.57，属于优质一水硬铝石型铝土矿。现将我国部分地区铝土矿的化学成份列表如下（表2-2）。表2-2产 地铝 硅 比化 学 成 份 （ % ）Al2O3SiO2TiO2Fe2O3山 东3.4055.0016.002.5012.00河南()9.3870.797.553.303.12河南()7.7160.257.813.609.70河南()3.8762.0016.043.032.00山西

24、()4.7365.8013.903.101.50山西()5.2664.7012.303.004.40广 西9.7057.545.923.5419.05贵州()7.3269.109.453.181.61贵州()9.3570.907.593.762.25二、其它铝矿石除铝土矿外，已用于工业生产的铝矿石有明矾石和霞石。高岭土与粘土中的氧化铝含量虽低，但在自然界分布很广。1.明矾石矿主要成份是明矾石(NaK)2SO4Al(SO3)34Al(OH)3,此外还含有大量的氧化硅和氧化铁。由于明矾石含有氧化铝、钾、硫等有价值成分，故可综合处理以生产氧化铝、硫酸、钾肥等。我国温州化工厂就利用明矾石矿，采用还原热

25、解法生产氧化铝，硫酸钾和硫酸的综合化工厂。2.霞石其成分为(NaK)2OAl2O32SiO2，常与长石、磷灰石等矿物伴生。经过选矿后所得霞石精矿，氧化铝含量虽低，但可以综合利用以生产氧化铝、碱、水泥等。我国云南个旧市和四川南江县发现了霞石资源，其储量大，质量好。3.高岭土和粘土分布最广泛的含铝原料，其主要成分都是Al2O32SiO22H2O。但粘土中CaOMgOFe2O3和石英等杂质含量较多，而高岭土中杂质含量较少。含铁低的粘土是酸法生产氧化铝和电热法生产铝硅合金的原料，粘土还是水泥、耐火材料及陶瓷等的工业原料。第二节 氧化铝生产方法概述氧化铝生产过程就是从铝土矿中提取氧化铝使之与杂质分离的过

26、程。自然界中铝矿石及原料类型繁多，同一类型的铝土矿中各种杂质的含量又各有差异。为了最经济地生产氧化铝，对不同的铝土矿必须采取不同的生产方法。生产氧化铝的方法大致可分为碱法、酸法和电热法等几种。一、碱法生产氧化铝就是用碱（NaOH或Na2CO3）处理铝土矿，使矿石中的氧化铝和碱反应制成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的二氧化铝则成为不溶性的化合物进入固体渣中。因为这种残渣被氧化铁染成砖红色，故称为赤泥。与赤泥分离后的铝酸钠溶液，经净化处理后，可以分解析出氢氧化铝，将氢氧化铝与碱液分离经过洗涤和焙烧后即获得产品氧化铝。分离氢氧化铝后的碱液称为母液，可以用来处理下一批矿石，因而也称为循环母

27、液。碱法生产氧化铝按生产过程的特点又分为拜耳法、烧结法和联合法（包括并联、串联、混联联合法）等。目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。二、酸法生产氧化铝酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处理铝矿石，得到该酸的铝盐水溶液，然后用碱中和这些盐的水溶液，使铝成为氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐的水合物晶体。便得到氧化铝。用酸法处理铝土矿时，存在于矿石中的铁、钛、钒、铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引起酸的消耗，而且它们与铝盐的分离是困难的。氧化硅绝大多数成为不溶物质进入残渣中与铝盐分离，但少量成为硅胶进入溶液，铝盐溶液需要脱硅，而且需要昂贵的耐酸设备。用酸法处理铝土矿，在原则上是合理

28、的，在铝土矿资源缺乏的情况下可以采取此法。三、电热生产氧化铝电热生产氧化铝是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物，使矿石中的氧化铁、氧化、氧化钛等杂质还原，形成硅合金。而氧化铝则呈熔融状态的炉渣而上浮，由于密度不同而分离，所得氧化铝渣再用碱法处理提取氧化铝。此法适合于处理高硅高铁的铝矿。随着铝工业的迅速发展，生产氧化铝的原料在不断扩大，新的生产氧化铝的方法亦随之提出。如处理霞石和高硅高铁铝土矿的高压水化法及添加还原剂的碱石灰烧结法，还有综合利用明矾石的还原焙烧法和氨碱法等等。第三节 拜耳法的原理和基本工艺流程拜耳法用于氧化铝生产已有近百年的历史，几十年来已经有了很大的发展和改进。目前仍是世界上生产氧

29、化铝的主要方法。拜耳法用在处理低硅铝土矿（一般要求A/S为710），特别是用在处理三水铝石型铝土矿时流程简单，作业方便、能量消耗低，产品质量好等优点。现在除了受原料条件限制的某些地区外，大多数氧化铝厂都采用拜耳法生产氧化铝。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿时工艺条件要苛刻一些。拜耳法最主要的缺点是不能单独地处理氧化硅含量高的矿石。一、拜耳法生产氧化铝的原理基本原理是拜耳法精心研究出来的。他在1889年的第一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年提出第二个专利系统地闸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。

30、直到现在工业生产上实际使用的拜耳法工艺还是以上述两个基本原理为依据。为了纪念拜耳称之为拜耳法。原理归纳如下。用苛性碱溶液溶出铝土矿中氧化铝而制得铝酸钠溶液，采用溶液降温、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NaOH）经蒸发用来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的条件下交替进行： 加压Al2O3n H2ONaOHaq 2NaAl(OH)4aq （n=13） 加晶种 二、拜耳法生产氧化铝的基本原理由于各地铝土矿成份和结构的不同所以采用的技术条件各有特点，各个工厂的具体工艺流程也常有差别。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿的基本流程如图

31、2-1所示。拜耳法生产氧化铝有原矿浆制备，高压溶出，压煮矿浆稀释及赤泥分离和洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级和洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及苏打苛化等主要生产工序。1.原矿浆制备首先将铝矿破碎到符合要求的粒度25mm（如果处理一水硬铝石型铝土矿需加少量的石灰大约79%），与含有游离的NaOH的循环母液按一定比例配合一道送入湿磨内进行细磨，制成合格的原矿浆，并在矿浆槽内预热和贮存。2.高压溶出原矿浆经预热（预脱硅）后进压煮器组（或管道溶出器设备），在高温、高压、高碱下溶出。铝土矿内所含氧化铝溶解成铝酸钠进入溶液，面氧化铁和氧化钛以及大部分的二氧化硅等杂质进入固相残渣即赤泥中。溶出所得矿浆称压煮矿浆，

32、经自蒸发器减压降温后送入稀释槽（溶出后槽）。3.压煮矿浆的稀释及赤泥洗涤及分离压煮矿浆含氧化铝浓度高，为了便于赤泥沉降分离和下一步晶种分解，首先加入赤泥母液溢流溢流溢流洗液洗液石灰焙烧成品Al(OH)3种子过滤机成品过滤机种子分解槽外运或管道输送赤泥堆场弃赤泥板式热交换器压滤机精液赤泥底流叶液机赤泥洗涤粗液赤泥沉降苛化槽赤泥底流过滤机赤泥分离稀释高压溶出管磨或格子磨沉降槽蒸发母液蒸发器铝土矿循环母液分解母液石灰 蒸汽熔盐炉图2-1 拜耳法生产氧化铝基本工艺流程图洗液将压煮矿浆进行稀释（称赤泥浆液），然后利用沉降槽进行赤泥与铝酸钠溶液的分离。分离后的赤泥经过几次洗涤回收所含的附碱后排到赤泥堆场（

33、国外有的排入深海），赤泥洗液用来稀释下一批压煮矿浆。4.晶种分解分离后铝酸钠溶液（生产上称粗液）经过进一步过滤净化后制得精液，经过板式热交换器冷却到一定温度，在添加晶种的条件下进行分解，结晶析出氢氧化铝。5.氢氧化铝的取得分解后所得的氢氧化铝浆液铝厂设有沉降槽进行分级，由旋流筛进行分级， 细粒Al(OH)3作为晶种，送往分解槽做种子。粗粒Al(OH)3经过过滤分离和洗涤，取得Al(OH)3送往焙烧工序进行焙烧。分离溶液称之为分解母液，经板式热交换器送到蒸发工序进行浓缩（脱水）。Al(OH)3洗液送到沉降槽做为洗液。我厂Al(OH)3的取得，不经过沉降槽和旋流筛进行分级，而直接用平盘过滤机取得成

34、品Al(OH)3，再送去焙烧成氧化铝。用圆筒式过滤机取得Al(OH)3做为种子，送往种子分解槽进行种子分解。6.氢氧化铝焙烧Al(OH)3含有部分附着水和结晶水，经过高温焙烧后在1000以上的温度进行，先脱附着水后脱结晶水，并进行一系列的晶相转变，制得含有一定- Al2O3和- Al2O3的商品氧化铝。7.母液蒸发和苏打苛化预热后的分解母液经板式降膜蒸发器浓缩后，得到符合要求浓度的循环母液，补加一部分苛性碱返回管磨（或格子磨）进行配料，准备溶出下一批铝土矿，周而复始地进行。母液蒸发过程中有一部分Na2CO3H2O结晶析出，为了回收这部分碱，将Na2CO3H2O与水解后加石灰配成石灰乳进行苛化使

35、生成NaOH送入洗涤沉降槽。第四节 烧结法的原理和基本工艺流程拜耳法处理低硅铝土矿，处理高铝土是不经济的。碱石灰烧结法处理高硅铝土矿是行之有效的生产方法，铝土矿中的二氧化铝主要变成硅酸钙（2CaOSiO2）。烧结法用碳酸钠弱碱，碱的价格便宜。烧结法的优点有：a.适应高硅铝土矿；b.碱耗低，价格便宜；c.氧化铝总回收率高。缺点有：a.生产流程复杂；b.设备投资高，能耗高；c.产品质量差。一、碱石灰烧结法生产氧化铝的原理将铝土矿与一定量的纯碱、石灰或石灰石，配成生料浆在高温下进行烧结，使二氧化硅与石灰生成不溶于水的二钙硅酸盐（2CaOSiO2）。其反应方程式如下：2CaOSiO2=2CaOSiO2

36、Fe2O3Na2CO3=Na2O Fe2O3CO2Al2O3Na2CO3= Na2OAl2O3CO2在熟料窑内进行上述反应，烧结成烧结块。将烧结块也称熟料用调正液进行溶出，Na2OAl2O3便进入溶液，生成Na2O Fe2O3水解生成碱，而氧化铁以水合物与2CaOSiO2一道进入赤泥，与再经过沉降分离的溢流经过脱硅得的粗液，再经过叶滤，送往分解，再通入二氧化硅可析出氢氧化铝。分离氢氧化铝后的母液称为碳分母液（主要成分为Na2CO3），经蒸发后又返回配料。因此，在烧结法中也是循环使用的。碱石灰烧结法所处理的矿石铝硅比应在3以上，除铝土矿外还可以是霞石和拜耳赤泥或拜耳赤泥和铝土矿的混合原料。二、碱

37、石灰烧结法生产氧化铝基本工艺流程该法有生料浆制备、熟料烧结、熟料溶出、沉降分离与洗涤、粗液脱硅、精液碳酸化分解、氢氧化铝过滤及洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发等主要工序，蒸汽锅炉、供电、供水、供风等辅助系统。见图2-2（碱石灰烧结法生产氧化铝基本工艺流程图）1.生料浆制备将铝土矿、石灰（或石灰石）、碱粉、无烟煤及碳分母液按一定比例，送入原料磨磨成生料浆，经料浆调正槽调配成合格的料浆，它是烧结成合格熟料的物质基础。为了消除铝土矿内硫的危害，所以配有一定量的无烟煤，用以脱硫。2.熟料烧结熟料烧结通常在回转窑内进行。配好的合格生料浆用泵通过喷枪送入窑尾即烘干段，窑前喷入煤粉进行烧结，烧成带温度为1200

38、1300的高温下，发生一系列物理化学变化，主要生成Na2OAl2O3、Na2O Fe2O3、2CaOSiO2，冷却后成为灰墨色的块状或粒状物料即为熟料。3.熟料溶出蒸汽加热蒸汽锅炉蒸发氢氧化铝焙烧（焙烧窑或沸腾焙烧炉）热软水赤泥洗涤（三次或四次反向洗涤）底流碳分母液氢氧化铝洗涤赤泥堆场（脱硅机）赤泥氢氧化铝过滤（分离）精液分解槽碳分调正液粗液脱硅（脱硅机）熟料赤泥分离（沉降过滤器）熟料溶出（溶出磨）燃料（煤或重油）熟料烧结（熟料窑）石灰炉生料制备（管磨）铝土矿石灰碱粉无烟煤 燃料焦碳加热氧化铝图2-2 碱石灰烧结法生产氧化铝基本工艺流程熟料破碎到合乎要求的粒度后，用稀碱溶剂（调正液）在湿磨内进

39、行粉碎溶出。有用成份Al2O3和Na2O转入溶液中即成为铝酸钠溶液。2CaOSiO2和Fe2O3等杂质进入固相称之为赤泥。为减少溶出过程中Al2O3和Na2O的化学损失，就是2CaOSiO2不可避免地与铝酸钠溶液反应，使溶出后120g/l Al2O3左右的铝酸钠溶液中会含有56g/l SiO2，生产上称之为粗液。粗液不进行脱硅，在分解过程中又随同氢氧化铝析出，使产品不纯。为了保证Al2O3的质量，粗液必须进行专门脱硅过程，使溶液中SiO2的含量降到0.3g/l以下。经过脱硅处理后的铝酸钠溶液称之精液。脱硅后的固体产物称之为硅渣。硅渣中含有相当数量的Al2O3和Na2O，需返回配料加以回收6.精

40、液碳酸化分解精液在分解槽中进行分解，连续不断地往分解槽中通入二氧化硅气体，NaAl(OH)4溶液分解析出Al(OH)3称之为碳酸化分解。为了使氧化铝质量符合要求，分解到一定程度就停止通CO2气。7.氢氧化铝分离、蒸发、焙烧氢氧化铝圆筒式平盘过滤机分离Al(OH)3和分离母液，分解母液也称为碳分母液，一部分用于配调正液，大部分送去蒸发浓缩，再返回配料。Al(OH)3洗涤后，进行焙烧。 第五节 混联法串联法联合法工艺流程通常在高品位矿区总会产出一些低品位的矿石。为了充分利用矿产资源，并用廉价的纯碱补偿拜耳法的苛性碱损失，降低生产成本，采用拜耳法和烧结法同时分别处理两种矿，这种方法称之为联合法。联合

41、法又分为并联和串联两种。在处理的铝土矿是中等品位时，单独采用拜耳法或烧结法生产在经济上都是不理想的。如果将矿石先经拜耳法溶出，溶出后的赤泥再用烧结法进一步提取其中的氧化铝和氧化钠，称之为串联联合法。此法能取得较好的经济效果。这样使烧结法中投资最大的烧结、溶出、脱硅工序的设备规模大为缩小，即为投资和加工费用大为降低，而拜耳赤泥中的碱和氧化铝又能充分地回收。单纯用拜耳赤泥为原料，配生料浆铝硅比低，烧成温度范围窄，而给烧结带来一定困难。采用混联法，除吃掉拜耳赤泥外加一部分低品位的铝土矿，将生料浆铝硅比提高到便于烧结窑操作范围，这不但改善烧结窑的技术操作也为烧结法提供所需要的苛性碱。这种兼有串联和并联

42、特点的联合法称之为混联联合法。拜耳法和烧结法两个流程叫并联联合法（见图2-3）。压煮矿浆稀释溢流赤泥浆底流溢流赤泥洗涤洗液弃赤泥硅渣精液晶种氧化铝焙烧氢氧化铝氢氧化铝种分母液碳分母液蒸发蒸发氢氧化铝分离洗涤氢氧化铝分离洗涤精液种分备精液碳分粗液叶滤备粗液脱硅备赤泥分离赤泥分离熟料溶出高压溶出备熟料烧结备原矿浆制备生料浆制备低硅铝土矿石灰高硅铝土矿苛性碱碱粉 图2-3 混联法生产氧化铝基本流程图该流程主要特点是：采用拜耳法处理高铝低硅，铝硅比大于8的铝土矿，其赤泥经洗涤和过滤脱水后，用烧结法回收其中的氧化铝和氧化钠；烧结法除处理拜耳赤泥外，还配一部分低铝硅比（A/S=45）的铝土矿，用以调节烧结

43、法熟料铝硅比以适应烧结窑的技术操作，并改善烧结法系统的技术经济指标，还充分利用低品位矿石资源；烧结法拥有自己的独立生产系统脱硅、碳分、蒸发工序。有利于平衡拜耳法和烧结法两系统的碱量和拜耳赤泥浆的水分；以廉价的苏打加入烧结法以补偿生产过程中碱的损失，它是通过把烧结法系统生产，部分精液送入拜耳法系统进行晶种来实现的。第三章 铝酸钠溶液第一节 拜耳法和烧结法生成铝酸钠反应的原理一、拜耳法铝矿石在苛性碱（灼减Na2O）溶液中溶解氧化铝生成铝酸钠溶液。采用对溶液降温、加晶种、搅拌的条件下，从溶液中分解出Al(OH)3,将分解后的母液（主要成份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。拜耳法的实施也就是以下反应在不同的条件下的交替进行： 加压Al2O3nH2O2NaOHaq NaAl(OH)4aq（n=13）