拜耳法氧化鋁溶出的原理和工藝

侯 鑫

中國鋁業股份有限公司中州分公司，河南焦作 454174

拜耳法用于氧化鋁生產已有近百年的歷史，幾十年來已經有了很大的發展和改進。目前仍是世界上生產氧化鋁的主要工業方法。拜耳法用在處理低硅鋁土礦（一般要求A/S 為7～10），特別是用在處理三水鋁石型鋁土礦時流程簡單，作業方便、能量消耗低，產品質量好等優點。現在除了受原料條件限制的某些地區外，大多數氧化鋁廠都采用拜耳法生產氧化鋁。拜耳法處理一水硬鋁石型鋁土礦時工藝條件要苛刻一些。拜耳法最主要的缺點是不能單獨地處理氧化硅含量高的礦石。

1 拜耳法生產氧化鋁的原理

基本原理是拜耳法精心研究出來的。他在1889 年的第一專利談到用氫氧化鋁的晶粒作為種子，使鋁酸鈉溶液分解，也就是種子分解法。1892 年提出第二個專利系統地閘述了鋁土礦所含氧化鋁可以在氫氧化鈉溶液中溶解成鋁酸鈉的原理，也就是今天所采用的溶出工藝方法。此法用在處理低硅鋁土礦，特別是處理三水鋁石型優質鋁土礦，其經濟效果遠非其他生產方法所能比擬。直到現在工業生產上實際使用的拜耳法工藝還是以上述兩個基本原理為依據。為了紀念拜耳稱之為拜耳法。原理歸納如下。

用苛性堿溶液溶出鋁土礦中氧化鋁而制得鋁酸鈉溶液，采用溶液降溫、加晶種、攪拌的條件下，從溶液中分解出氫氧化鋁，將分解后母液（主NaOH）經蒸發用來溶出新的一批鋁土礦，溶出過程是在加壓下進行的。拜耳法的實質也就是下一反應在不同的條件下交替進行：

2 拜耳法生產氧化鋁的工藝

由于各地鋁土礦成份和結構的不同所以采用的技術條件各有特點，各個工廠的具體工藝流程也常有差別。拜耳法處理一水硬鋁石型鋁土礦的基本流程如圖1 所示。

拜耳法生產氧化鋁有原礦漿制備，高壓溶出，壓煮礦漿稀釋及赤泥分離和洗滌、晶種分解、氫氧化鋁分級和洗滌、氫氧化鋁焙燒、母液蒸發及蘇打苛化等主要生產工序。

2.1 原礦漿制備

首先將鋁礦破碎到符合要求的粒度≤25mm（如果處理一水硬鋁石型鋁土礦需加少量的石灰大約7%～9%），與含有游離的NaOH 的循環母液按一定比例配合一道送入濕磨內進行細磨，制成合格的原礦漿，并在礦漿槽內預熱和貯存。

2.2 高壓溶出

原礦漿經預熱（預脫硅）后進壓煮器組（或管道溶出器設備），在高溫、高壓、高堿下溶出。鋁土礦內所含氧化鋁溶解成鋁酸鈉進入溶液，面氧化鐵和氧化鈦以及大部分的二氧化硅等雜質進入固相殘渣即赤泥中。溶出所得礦漿稱壓煮礦漿，經自蒸發器減壓降溫后送入稀釋槽（溶出后槽）。

圖1 拜耳法生產氧化鋁基本工藝流程圖

2.3 壓煮礦漿的稀釋及赤泥洗滌及分離

壓煮礦漿含氧化鋁濃度高，為了便于赤泥沉降分離和下一步晶種分解，首先加入赤泥洗液將壓煮礦漿進行稀釋（稱赤泥漿液），然后利用沉降槽進行赤泥與鋁酸鈉溶液的分離。分離后的赤泥經過幾次洗滌回收所含的附堿后排到赤泥堆場（國外有的排入深海），赤泥洗液用來稀釋下一批壓煮礦漿。

2.4 晶種分解

分離后鋁酸鈉溶液（生產上稱粗液）經過進一步過濾凈化后制得精液，經過板式熱交換器冷卻到一定溫度，在添加晶種的條件下進行分解，結晶析出氫氧化鋁。

2.5 氫氧化鋁的取得

分解后所得的氫氧化鋁漿液鋁廠設有沉降槽進行分級，由旋流篩進行分級，細粒Al(OH)3作為晶種，送往分解槽做種子。粗粒Al(OH)3經過過濾分離和洗滌，取得Al(OH)3送往焙燒工序進行焙燒。分離溶液稱之為分解母液，經板式熱交換器送到蒸發工序進行濃縮（脫水）。Al(OH)3洗液送到沉降槽作為洗液。

我廠Al(OH)3的取得，不經過沉降槽和旋流篩進行分級，而直接用平盤過濾機取得成品Al(OH)3，再送去焙燒成氧化鋁。用圓筒式過濾機取得Al(OH)3作為種子，送往種子分解槽進行種子分解。

2.6 氫氧化鋁焙燒

Al(OH)3含有部分附著水和結晶水，經過高溫焙燒后在1 000℃以上的溫度進行，先脫附著水后脫結晶水，并進行一系列的晶相轉變，制得含有一定α- Al2O3和γ- Al2O3的商品氧化鋁。

2.7 母液蒸發和蘇打苛化

預熱后的分解母液經板式降膜蒸發器濃縮后，得到符合要求濃度的循環母液，補加一部分苛性堿返回管磨（或格子磨）進行配料，準備溶出下一批鋁土礦，周而復始地進行。

母液蒸發過程中有一部分Na2CO3˙H2O 結晶析出，為了回收這部分堿，將Na2CO3˙H2O 與水解后加石灰配成石灰乳進行苛化使生成NaOH 送入洗滌沉降槽。

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