氧化铝生产工艺技术（三）

    主要生产过程简述如下。
    ①原料准备系统  为熟料烧成准备原料——生料浆，要满足水分、配比及细度的要求。
    由矿山来的铝矿石先经破碎、均化及贮存达到粒度小于15mm及化学成分稳定的要求，然后送入管磨机中进行生料浆磨制，同时加入磨机中的物料还有5种：工业碱粉（补充生产过程中碱的损耗）、脱硫用煤（在烧成窑中脱硫）、石灰（与SiO₂反应用）、蒸发母液（循环碱液）及硅渣（生产过程中间产物）。本工序控制的主要技术指标是：料浆水分38%；细度120#筛残留<10%；配方保证熟料中
    ②熟料烧成  是烧结法的核心部位，全部的烧成化学反应都在此发生，烧成的产品—熟料的质量直接影响以后各工序的技术指标。烧成所使用的燃料为煤粉，但产生的灰渣直接进入物料中参与化学反应。烧成所用的设备为回转窑，生料浆由窑尾喷入，煤粉由窑头喷入，相向流动，最后烟气由窑尾排出经收尘净化后，由烟囱排空，烧成的产品熟料由窑头排出经冷却机冷却降温后入仓供熟料溶出处理。熟料烧成需控制的技术条件是：烧成温度1240-1260℃；窑尾温度200-300℃；废气中含CO<0.5%；出冷却机熟料温度<200℃；入窑煤粉细度170^＃筛残留＜10%。
    ③熟料溶出  湿磨溶出是最通用的方法。从熟料贮仓来的熟料经圆盘给料机喂入球磨机（溶出磨）中，同时向磨内加入适量的溶出用液——调整液，从溶出磨出来的矿浆经分级机分级，返砂返回磨内，溢流即为溶出矿浆送往下一工序赤泥分离与洗涤处理。本工序控制的主要技术条件是：溶出温度（80±5)℃；溶出液的浓度A1₂O₃ (120±5)g/L,αk＝1.2-1.3;调整液成分为Na₂O(28±3)g/L,A1₂O₃ (30±5)g/L;熟料中有用成分的溶出率A1₂O₃>90%，Na₂O>93％。
    ④调整液配制  虽然熟料中的有用成分能溶解于热水中，但为了溶出泥浆的稳定性避免二次反应损失，要保持溶出液有一定的Na₂O浓度及苛性比值，这就要靠调整液来完成。配制调整液就是把四种溶液按比例掺配，以满足对调整液的要求。这四种溶液是氢氧化铝洗液、种子分解母液、赤泥洗液及碳酸分解母液。配制所用的设备是贮槽及泵。
    ⑤赤泥分离及洗涤  将固（熟料溶出后的残渣——赤泥）液（溶出后的溶液——铝酸钠溶液）混合物进行分离并将赤泥进行洗涤的过程称赤泥分离及洗涤。分离得到的溶液称粗液，送中压脱硅工序处理；洗涤后的残渣——赤泥送堆场或水泥厂，赤泥可做水泥制造的一种原料。对这一过程的要求是“快速”，尽力缩短固液接触的时间，以防固液之间发生二次反应，使溶液中的氧化铝再返回固相中。这一过程通常用的设备是沉降槽、真空过滤机。本工序控制的主要技术指标是：分离沉降槽底流固体含量百分数30%-40%；过程温度95℃；弃赤泥附液中碱含量Na₂O≤5kg/t干泥。[next]
    ⑥溶液脱硅  这是对溶液进行净化的一种手段。根据对净化后溶液的质量要求不同，可采取一段脱硅（中压脱硅）及二段脱硅两种方法。中压脱硅即将粗液（加入硅渣种子及部分种分母液）加热到170℃并保持1.5-2h，使溶液中的组分发生化学反应产生固相硅渣，进而将硅渣分离出去返回配料，将溶液进行控制过滤分离出细小的固体悬浮物后即得精制液，送往分解工序处理。中压脱硅使用的主要设备是脱硅机、分离沉降槽及叶滤机。
    二段脱硅系将中压脱硅所得的分离沉降槽溢流，加入石灰乳在常压下再搅拌反应2h,使溶液中的SiO₂进一步以固相析出，得到更纯净的溶液，此时溶液中A1₂O₃/SiO₂（质量比）可达1500，然后再分离固相及液相。一般情况下都使用一段中压脱硅，当对氧化铝产品有特殊要求时才采用二段脱硅。
    ⑦种子分解  烧结法中采用种子分解的目的是获取苛性溶液（种分母液），以返回使用保证溶液的安定性，同时获得固态氢氧化铝是其副产品。种子分解的分解率低（小于50%）、分解时间长（55h以上）、占用设备多是其不足。种子分解所用设备及工艺流程与拜耳法的相同。
    ⑧碳酸分解  与种子分解相比，碳酸分解的分解率高（大于90％）、分解时间短（2-3h)、所用设备少。但是，分解后所得的溶液（碳分母液）是Na₂CO₃水溶液，只能经过蒸发浓缩后，再经原料磨配料后在烧成窑中与矿石中的成分起反应。碳酸分解所使用的主要设备是碳分槽，可间断分解也可连续分解。分解所使用的CO₂气体来自经净化后的石灰炉烟气，其浓度为CO₂>38％（体积百分数）。
    当前在运行的处理铝土矿的烧结法厂有3个，联合法厂有7个，处理霞石矿的有3个厂。
    烧结法存在的问题主要是能耗高，工艺综合能耗为46.05MJ/t氧化铝。主要技术经济指标为：氧化铝总回收率87%；铝土矿单耗2t/t;石灰石单耗1.8t/t;苏打单耗108kg/t;焦炭单耗95kg/t;烧成煤单耗770kg/t;生料加煤量100kg/t;焙烧耗油量78kg/t;电力消耗450kW.h/t；蒸汽单耗4.2t/t；压缩空气消耗980m³/t；新水消耗18t/t。[next]
    (3)联合法联合法是将拜耳法与烧结法联合使用生产氧化铝的方法，方法的最大特点是可用烧结法系统所得的铝酸钠溶液，来补充拜耳法系统中的碱损失。方法适于大规模生产和用于处理A1₂O₃/SiO₂＝5-7的原料。
    联合法有三种形式，即并联法、串联法及混联法。世界上只有美国、前苏联和中国采用联合法，美国曾用过串联法，中国开发了混联法。
    ①并联法  并联法是指拜耳法与烧结法平行地进行，各自处理高品位及低品位的矿石，各自排出自己的废渣——赤泥。拜耳法与烧结法互为利用的方面是：拜耳法析出的碱不设苛化来处理，而是送烧结法配料；拜耳法的碱耗用烧结法的铝酸钠精液来补充；拜耳法与烧结法生产出来的氢氧化铝合并洗涤而焙烧。
    使用并联法时，工厂必须要有高品位矿及低品位矿的供应，高品位矿供拜耳法处理，低品位矿供烧结法处理。
    ②串联法串联法是指拜耳法与烧结法的串联，矿石先经拜耳法处理，产出的残渣—赤泥再经烧结法处理，最终的残渣由烧结法排出。
    该生产方法与纯拜耳法及纯烧结法的不同点是：
    a.拜耳法的赤泥不外排而是送烧结法配料，再经烧结法处理，配料时不加矿石；
    b.拜耳法生产过程中循环积累起来的碱（Na₂CO₃）析出后，不设苛化处理而是送烧结法配料，简化了拜耳法工艺流程；
    c.烧结法产出的铝酸钠精液不设碳酸化分解处理，而是送往拜耳法种子分解工序，简化了烧结法工艺流程又补充了拜耳法的碱耗。
    串联法的优点是：矿石经二道处理，矿石中氧化铝的回收率高；拜耳法部分的能力大，烧结法部分的能力小，故使工厂投资较小、产品成本较低。
    目前，在世界上只有惟一的一个串联法生产厂—哈萨克斯坦的巴夫洛达尔氧化铝厂。该厂也是经过了多年研究、改进，终获成功。该厂的工艺流程如图3。[next]