氧化铝生产工艺技术（二）

    ②主要生产工艺过程  拜耳法的生产工艺主要由溶出、分解和熔烧三个阶段组成。全流程主要加工工序为：矿石的破碎及湿磨、高温高压溶出、赤泥分离洗涤、种子分解、母液蒸发及氢氧化铝熔烧。
    铝矿石进厂后经破碎、均化、贮存，碎矿石送下一工序湿磨。本工序的目的是使铝矿石破碎至≤15mm粒度，并且使化学成分均匀地向湿磨供料，控制指标是：每七天的供矿量加权平均值A/S（铝硅比）波动在±0.5范围内。
    湿磨是使铝矿石进一步磨细并进行三组分（铝矿石、石灰、循环碱液）配料，使得到的产品一原矿浆满足高压溶出的要求。工序控制的技术条件是：石灰加入量为干铝矿量的7%；循环碱液配入量为控制溶出液的αk（苛性化系数）为1.55;磨矿细度为+170^＃筛＜15%，+100^＃筛<5％。
    高压溶出是拜耳法的核心部位，要求其热利用率高、建设投资少及易操作、经营成本低。对溶出一水硬铝石型矿石而言，目前有三种高压溶出的形式：管道化预热及停留溶出（即全管道化）；管道化预热及机械搅拌压煮罐预热、新蒸汽加热、停留化预热、熔盐加热及停留罐（无机械搅拌）溶出。三种形式在中国都有实践。本工序控制的主要技术条件是：原矿浆要先经常压脱硅，以免管道预加热矿浆时产生管壁“结疤”；溶出温度260-280℃；溶出时间15-60min。
    溶出完成后得到的矿浆经降温、减压并将浓度稀释，以便常压下处理—赤泥的分离及洗涤，分离与洗涤一般都采用沉降槽，目前工业上使用的最先进的沉降槽是深锥沉降槽。分离沉降槽的溢流是产品粗液，经控制过滤后得到的精制液送去种子分解；底流是固体残渣（称赤泥），经4-5次沉降并反向洗涤回收其附液中的碱后送堆场堆存。赤泥沉降分离洗涤工序控制的主要技术条件是：过程中物料的温度95℃以上；分离沉降槽的底流固体质量百分数为≥41%，溢流中悬浮物含量为≤200mg/L;末次洗涤沉降槽的底流固体质量百分数为≥48%，每吨干赤泥带走的Na₂O≤5kg;为改善沉降性能，生产过程中要加入絮凝剂。
    种子分解是将铝酸钠溶液加入种子（细氢氧化铝）经降低温度，长时间搅拌而自行分解析出固体氢氧化铝及液体苛性碱的过程。本工序控制的主要技术条件是：分解开始的温度（70℃）及终了温度（45℃）；分解时间55-60h；种子加入量（种子比为2.5-5.5）；分解率（45％-50％）。
    种子分解后得到的是固体（氢氧化铝）与液体（苛性碱液）的混合物，经分级及过滤，分离后得到种子（细氢氧化铝）及产品氢氧化铝和分解母液（苛性碱溶液）。种子返回种分槽，产品氢氧化铝经过滤洗涤后焙烧得氧化铝产品，分解母液则送蒸发站处理。[next]
    蒸发的目的有三：一是提高溶液的浓度，蒸去一部分水，以满足高压溶出对碱浓度（Na₂O180-230g/L）的要求；二是排除生产过程中积累的Na₂CO₃及Na₂SO₄，它们的溶解度与碱浓度成反比，当碱浓度达到一定程度时它们从溶液中呈固相析出进而分离出去；三是排除生产过程中积累的有机物，一般有机物随Na₂CO₃及Na₂SO₄的析出而析出。蒸发是在高效真空蒸发器中完成的。
    不论是哪一种生产方法得到的氢氧化铝，都需经焙烧而得到产品氧化铝。焙烧的目的有二：一是除掉氢氧化铝中的附着水及结晶水，二是使氧化铝的晶型转化成电解所需要的晶型。焙烧操作主要控制的是焙烧温度及氧化铝的灼减量。焙烧所用的设备以前是回转窑，现在都是流态化焙烧炉，主要进步在于使热耗大为降低，使用回转窑的热耗为5.02MJ/tA1₂O₃ ,而流态化焙烧炉为3.1MJ/t Al₂O₃。焙烧炉所使用的燃料有煤气、重油或天然气。
    ③技术经济指标拜耳法是目前世界上处理铝土矿生产氧化铝的方法中流程最短、最经济的生产方法，也是最主要的生产方法。目前世界上有57个拜耳法厂及7个联合法厂在生产，拜耳法的生产能力为年氧化铝4938万吨，占世界氧化铝总产量的91.4%。
    ④中国拜耳法厂的技术经济指标处理的铝土矿：一水硬铝石型A1₂O₃ 62.2% , A/S=14.2。工厂能力：30万吨/年氧化铝。产品质量：砂状氧化铝，+125μm为15%,-45μm为12％。铝土矿单耗1.85t/t（干矿）；苏打单耗50kg Na₂O/t;石灰单耗200kgCaO/t；新水单耗3.6t/t；电力消耗257kW.h/t；焙烧热耗3.2MJ/t；其他热耗（以蒸汽计算）7.2 MJ/t。
    (2)烧结法烧结法是在处理各类低品位铝资源时惟一在工业上应用的生产方法。这是因为通过配料加入石灰（CaO）或石灰石（CaCO₃）及碱粉（Na₂CO₃），在烧成过程中生成不同于矿石中的矿物成分且易于以后处理的新矿物成分，它们存在于烧成的产品——熟料之中。以后再用湿法过程处理熟料便可生产出氧化铝。
    烧结法的工艺流程见图2。[next]

    烧结法的基本原理如下。
    ①熟料烧成 配料时，使熟料的成分满足如下要求（摩尔比）：[next]

                          Al₂O₃＋Na₂CO₃→2NaAlO₂＋CO₂
                            Fe₂O₃＋Na₂CO₃→2NaFeO₂＋CO₂
                            SiO₂＋Na₂CO₃→Na₂SiO₃＋CO2
                        2Na₂SiO₃＋2Al₂O₃→Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂＋2NaAlO₂
                Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂＋4CaO→2NaAlO₂＋2（2CaO·SiO₂）
    熟料中的主要成分是NaAlO₂、NaFeO₂、2CaO·SiO₂。
    ②熟料溶出  用热水溶出熟料，反应如下。
    NaAlO₂溶于水中，当溶出条件不利时要发生水解：
                      NaAlO₂＋2H₂O====NaOH＋Al（OH）₃↓
    NaFeO₂溶于水中，水解程度更激烈：
                    NaFeO₂＋2H₂O====NaOH＋Fe（OH）₃↓
    2CaO·SiO₂的水合作用：
                2CaO·SiO₂＋2H₂O====CaO·SiO₂·H₂O↓＋Ca（OH）₂↓
    与Na₂CO₃作用：
              2CaO·SiO₂＋2Na₂CO₃＋H₂O====2CaCO₃＋Na₂SiO₃＋2NaOH
    与NaAlO₂也发生反应：
              3（2CaO·SiO₂）＋6NaAlO₂＋15H₂O====
                          3Na₂SiO₃＋2Al(OH）₃＋2（3CaO·A1₂O₃·6H₂O）[next]
    Na₂SiO₃在NaA1O₂溶液中是溶解的，溶解度与Al₂O₃的浓度有关：
          2Na₂SiO₃＋2NaAlO₂＋4H₂O====Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O↓+4NaOH
    CaO·A1₂O₃的水合作用：
            3（CaO·Al₂O₃）＋12H₂O====3CaO·Al₂O₃·6H₂O＋4Al（OH）₃↓
    与Na₂CO₃作用：
                    CaO·Al₂O₃＋Na₂CO₃====2NaAlO₂＋CaCO₃↓
    综上所述，溶出液中含有NaAlO₂、NaOH、Na₂SiO₃;固相沉淀中含有CaCO₃, 2CaO·SiO₂、Fe（OH）₃、Al（OH）₃、Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O。
    ③中压脱硅  熟料溶出后得到的溶液称为粗液，因为其中含有呈Na₂SiO₃状态存在的SiO₂成分，如不除去SiO₂，则产品氧化铝的质量不纯，故要对粗液进行净化处理，即中压脱硅。
    中压脱硅的原理是：当溶液进行加热时，生成不溶性的固态化合物，进而把它分离出去。
      2Na₂SiO₃＋2NaA1O₂＋4H₂O Na₂O·A1₂O₃·2SiO₂·2H₂O↓＋4NaOH
    当加入石灰（CaO）时，有如下反应：
    2Na₂SiO₃＋2NaA1O₂＋Ca（OH）₂＋4H₂O=====CaO·A1₂O₃·2SiO₂·2H₂O↓＋6NaOH
    中压脱硅控制的条件是：温度170℃，脱硅时间2h,溶液的浓度A1₂O₃<120g/L。
    ④碳酸化分解目的是向铝酸钠精液中通入CO₂气体，使精液分解，精液中的A1₂O₃尽量多的沉淀出来。作用原理如下。
    第一步：中和精液中游离的NaOH，使溶液的ak下降。
                            2NaOH＋CO₂====Na₂CO₃＋H₂O
    第二步：由于ak值的降低使溶液处在介稳状态，溶液开始水解。
                        NaAlO₂＋2H₂O====Al（OH）₃↓＋NaOH
    连续通入CO₂，连续水解，不断析出Al(OH)₃。