鋁土礦是如何變成氧化鋁的？貴州礦業(yè)權(quán)資產(chǎn)評估公司講解
鋁土礦實(shí)際上是指工業(yè)上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石的統(tǒng)稱。鋁土礦是目前氧化鋁生產(chǎn)中主要的礦石資源，世界上的氧化鋁是用鋁土礦為原料生產(chǎn)的。
由鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁方法大致可分為四類，即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法和熱法。但目前用于工業(yè)生產(chǎn)的屬于堿法。本文將為大家簡單介紹這四種氧化鋁的生產(chǎn)方法，堿法中拜耳法應(yīng)用為廣，因此本文對拜耳法工藝作了較為詳細(xì)的敘述。
一、堿法
堿法工藝流程文字說明：
堿法生產(chǎn)氧化鋁，是用堿（NaOH或Na2CO3）來處理鋁礦石，使鋁礦石中的氧化鋁轉(zhuǎn)變成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦等雜質(zhì)和大部分的硅則形成不溶解的化合物，將不溶解的殘?jiān)ǔ：写罅垦趸F，呈紅色，習(xí)慣上稱為赤泥。）與溶液分離，經(jīng)洗滌后棄去或綜合利用，以回收其中的有用組分。鋁酸納溶液在的條件下分解析出氫氧化鋁，經(jīng)與母液分離、洗滌后進(jìn)行焙燒，得到氧化鋁產(chǎn)品。分解母液可使用，處理另一批礦石。
堿法生產(chǎn)氧化鋁又分為拜耳法、燒結(jié)法和拜耳法-燒結(jié)法聯(lián)合法等多種流程。
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拜耳法
拜耳法是一種工業(yè)上廣使用的從鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的化工過程。由K.J.Bayer于1889-1892年提出的，一百多年來它已經(jīng)有了許多改進(jìn)。它適用于處理低硅鋁礦，在處理三水型鋁土礦時，具有流程簡單，作業(yè)方便，產(chǎn)品質(zhì)量高，經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)。
拜耳法基本原理：用濃氫氧化鈉溶液將鋁土礦中的氧化鋁水合物轉(zhuǎn)化為鋁酸鈉，貴州礦業(yè)權(quán)資產(chǎn)評估公司告訴你通過稀釋和添加氫氧化鋁晶種使氫氧化鋁重新析出，剩余的鋁酸鈉溶液也叫母液重新用于處理下一批鋁土礦，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本工藝流程圖，每個工廠由于條件不同，可能采用的工藝流程會稍有不同，但原則上它們沒有本質(zhì)的區(qū)別。
從拜耳法生產(chǎn)的基本工藝流程，可以把整個生產(chǎn)過程大致分為如下主要的生產(chǎn)工序：原礦漿制備、高壓溶出、溶出礦漿的稀釋及赤泥的分離和洗滌、晶種分解、氫氧化鋁分與洗滌、氫氧化鋁焙燒、母液蒸發(fā)及一水蘇打苛化等，。
a、原礦漿制備
原礦漿制備是氧化鋁生產(chǎn)的一道工序。所謂的原礦漿制備，就是把拜耳法生產(chǎn)氧化鋁所用的原料，如鋁土礦、石灰、鋁酸鈉溶液等按比例配制研磨分散成符合溶出要求的原礦漿。
b、高壓溶出
溶出是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的兩個主要工序。溶出的目的在于將鋁土礦中的氧化鋁水合物溶解成鋁酸鈉溶液。溶出好壞直接影響到拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
c、溶出礦漿的稀釋及赤泥的分離洗滌
為了鋁酸鈉溶液發(fā)生分解，需對溶出礦漿的稀釋，同時可鋁酸鈉溶液的黏度，以便于赤泥的沉降分離。由于分離后的赤泥附帶有一部分鋁酸鈉溶液，為了減小Al2O3 和Na2O的損失以及，所以要對赤泥進(jìn)行洗滌。
d、晶種分解
晶種分解就是將鋁酸鈉溶液降溫，增其過飽和度，再加入氫氧化鋁作晶種，并進(jìn)行攪拌，使其析出氫氧化鋁的過程。它是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的另外一個關(guān)鍵工序。該工序?qū)Ξa(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及全廠的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重大的影響。晶種分解除得到氫氧化鋁外，同時得到苛性比較高的種分母液，作為溶出鋁土礦的母液，從而構(gòu)成拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的閉路。
e、氫氧化鋁的分離與洗滌
經(jīng)晶種分解后得到的氫氧化鋁漿液，要進(jìn)行分離才能得到所需要的氫氧化鋁和種分母液。分離后得到的氫氧化鋁部分不經(jīng)洗滌返回流程作晶種，其余部分經(jīng)洗滌回收氫氧化鋁附帶的氧化鋁和氧化鈉后成為氫氧化鋁成品。種分母液則返回流程中重新使用。
貴州礦業(yè)權(quán)資產(chǎn)評估公司告訴你為了達(dá)到氫氧化鋁和母液分離的目的，可采用不同的方法，如沉降或過濾等。料漿液固比大的可用沉降法，液固比小的可以過濾。由于料漿液固比影響過濾效率，因此，在一般情況下，都先將氫氧化鋁料漿進(jìn)行濃縮，然后再進(jìn)行過濾分離。
f、氫氧化鋁煅燒
煅燒就是將氫氧化鋁在高溫下脫去附著水和結(jié)晶水，并使其晶型轉(zhuǎn)變，制得符合特定要求氧化鋁的工藝過程。所以氧化鋁的許多物理性質(zhì)，比表面積、α-Al2O3含量、安息角、密度等主要決定于煅燒條件。粒度和強(qiáng)度與煅燒條件也有很大關(guān)系。煅燒過程對氧化鋁產(chǎn)品的雜質(zhì) (主要是SiO2)含量也有影響。
煅燒產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)有：化學(xué)純度、灼減、α-Al2O3含量、粒度和安息角等。煅燒過程的及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有：煅燒溫度、燃料消耗量、產(chǎn)量等。
g、種分母液的蒸發(fā)
蒸發(fā)的主要目的是流程中多余的水分，保持系統(tǒng)中液量的平衡，使母液蒸發(fā)濃縮到符合拜耳法溶出鋁土礦配制原礦漿的要求。除隨赤泥帶走以及在氫氧化鋁煅燒等過程水分外，流程中多余的水分由蒸發(fā)工序。
h、一水碳酸鈉的苛化
鋁土礦中含有少量的碳酸鹽 (如石灰石、菱鐵礦等)，鋁土礦溶出時加入的石灰也因煅燒不而含有少量石灰石。碳酸鹽與高濃度苛性堿溶液作用生成碳酸鈉。鋁酸鈉溶液中的NaOH吸收空氣中的CO2也會生成碳酸鈉。這個反應(yīng)稱為反苛性化反應(yīng)。
2NaOH+CaCO3(水溶液) →Na2CO3+Ca (OH)2(水溶液)
拜耳法生產(chǎn)過程中的苛性堿，由于在浸出過程中產(chǎn)生反苛化作用以及鋁酸鈉溶液吸收空氣中的CO2，有約3%左右轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釅A，這些碳酸堿在蒸發(fā)過程中以固相一水碳酸鈉析出。為減少苛性堿的消耗，將碳酸鈉進(jìn)行處理，以回收苛性堿。下面是一水蘇打的苛化反應(yīng)式。
Na2CO3·H2O+Ca(OH)2 →2NaOH+CaCO3+H2O
用拜耳法生產(chǎn)1t 氧化鋁一般需用礦石1.7～3.4t，堿耗(NaOH)60～150kg，電耗200～350kW·H ，總能耗7.4～32.6GJ。
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燒結(jié)法
堿石灰燒結(jié)法的基本原理是，使?fàn)t料中的氧化物經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)殇X酸鈉 (Na2O·Al2O3)、鐵酸鈉 (Na2O·Fe2O3)、原硅酸鈣 (2CaO·SiO2)和鈦酸鈣 (CaO·TiO2)用水或稀堿液溶出時，鋁酸鈉溶解進(jìn)入溶液，鐵酸鈉水解為NaOH和Fe2O3·H2O沉淀，而原硅酸鈣和鈦酸鈣不溶成為泥渣，分離除去泥渣后，得到鋁酸鈉溶液，再通入CO2進(jìn)行碳酸化分解，便析出Al(OH)3，而碳分母液 (主要成分為Na2CO3)經(jīng)蒸發(fā)濃縮后可返回配料燒結(jié)，使用。Al(OH)3經(jīng)過焙燒即為產(chǎn)品Al2O3。
堿石灰燒結(jié)法的特點(diǎn)：a適合于低A/S礦，A/S3～6；b流程復(fù)雜、能耗高、成本高；c產(chǎn)品質(zhì)量較拜耳法低。
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聯(lián)合法
拜耳法和堿石灰燒結(jié)法是目前工業(yè)上生產(chǎn)氧化鋁的主要方法，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)和運(yùn)用范圍。而當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模較大時，采用拜耳法和燒結(jié)法的聯(lián)合生產(chǎn)流程，可以兼有兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，而其缺點(diǎn)，取得比單一的方法好的經(jīng)濟(jì)，同時可以利用鋁礦資源。聯(lián)合法可分為并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)三種基本流程，它主要適用于A/S 7～9的中低品位鋁土礦。
下表為堿法的三種工藝。
我國鋁土礦資源特點(diǎn)是高鋁高硅的中低品位的一水硬鋁石礦，采用的生產(chǎn)方法是燒結(jié)法和聯(lián)合法，聯(lián)合法中的拜耳法 (溶出溫度高，苛性鈉濃度大)也不同于國外處理三水鋁石型鋁土礦的拜耳法 (溶出溫度低，苛性鈉濃度小)，所以，我國氧化鋁生產(chǎn)與國外相比能耗高，成本高。
二、酸法
即用硝酸、硫酸、鹽酸等無機(jī)酸處理含鋁原料而得到相應(yīng)鋁鹽的酸性水溶液。然后使這些鋁鹽或水合物晶體 (通過蒸發(fā)結(jié)晶)或堿式鋁鹽 (水解結(jié)晶)從溶液中析出，亦可用堿中和這些鋁鹽水溶液，使其以氫氧化鋁形式析出。煅燒氫氧化鋁、鋁鹽的水合物或堿式鋁鹽，便得到氧化鋁。
三、酸堿聯(lián)合法
先用酸法從高硅鋁礦中制取含鐵、鈦等雜質(zhì)的不純氫氧化鋁，然后再用堿法 (拜耳法)處理。其實(shí)質(zhì)是用酸法除硅，堿法除鐵。
四、熱法
貴州礦業(yè)權(quán)資產(chǎn)評估公司告訴你適于處理高硅高鐵鋁礦，其實(shí)質(zhì)是在電爐或高爐內(nèi)進(jìn)行礦石的還原熔煉，同時獲得硅鐵合金 (或生鐵)與含氧化鋁的爐渣，二者借密度差分開后，再用堿法從爐渣中提取氧化。
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