拜耳-燒結(jié)串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝簡析

劉子寧

（國家電投山西鋁業(yè)有限公司，山西 原平 034100）

我國鋁土礦多屬高鋁高硅低鐵的中品位一水硬鋁石礦，宜采用聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁，目前國內(nèi)的主要氧化鋁生產(chǎn)廠家均采用混聯(lián)法。但混聯(lián)法與串聯(lián)法相比，存在著如下的諸多缺點：流程復(fù)雜、拜耳法部分的比例較低、能耗高、堿耗高、投資大、成本高等[1]。隨著國內(nèi)外市場進(jìn)一步融通和市場競爭日趨激烈，串聯(lián)法已成為提高我國氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展方向[2]。

1 串聯(lián)法工藝簡介

串聯(lián)法是一種以拜耳法為主體的生產(chǎn)方法，它將拜耳系統(tǒng)與燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行有效串聯(lián)，拜耳系統(tǒng)的尾礦---赤泥又進(jìn)入燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)，這樣可以最大可能的提取氧化鋁，并將拜耳赤泥中的堿回收利用，因此國外又稱串聯(lián)法為改良的拜耳法[3]。對于低鐵含量的鋁土礦（中國絕大多數(shù)礦石如此），“串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁新工藝全流程試驗”的結(jié)果表明，當(dāng)采用適宜的堿比和鈣比的熟料配方時，A/S為1.3～1.5的熟料其燒結(jié)溫度范圍可達(dá)60℃。大窯運行平穩(wěn)，燒制的熟料質(zhì)量穩(wěn)定。熟料中的Al2O3的標(biāo)準(zhǔn)溶出率大于85%，Na2O的標(biāo)準(zhǔn)溶出率大于95%，赤泥沉降性能良好可以滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

2 串聯(lián)法工藝的優(yōu)勢

串聯(lián)法同混聯(lián)法、石灰拜耳法、選礦拜耳法相比有如下特點：

2.1 氧化鋁回收率高

串聯(lián)法先以較簡單的拜耳法系統(tǒng)處理鋁土礦，最大限度地提取鋁土礦中的氧化鋁，然后再用燒結(jié)法系統(tǒng)回收拜耳法赤泥中的氧化鋁和堿。其氧化鋁回收率可比其他工藝高出20個百分點左右。

2.2 鋁土礦消耗低

在相同品位鋁土礦供礦條件下，串聯(lián)法每噸氧化鋁消耗鋁土礦為1.75噸，石灰拜耳法消耗鋁土礦為2.49噸，選礦拜耳法消耗鋁土礦為2.27噸。以串聯(lián)法為基準(zhǔn)，石灰拜耳法高42.3%，選礦拜耳法高29.7%。鋁土礦消耗高不僅浪費資源，增大礦山的投資，而且縮短礦山服務(wù)年限。

2.3 堿耗低

在串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)中，燒成系統(tǒng)不僅回收了氧化鋁和堿，而且還可以將生產(chǎn)過程中損失的苛性堿由價廉的碳酸鈉補充。

2.4 赤泥排放量低

以串聯(lián)法赤泥排放量為100%計，則混聯(lián)法赤泥為182%，選礦拜耳法赤泥及尾礦為116%。赤泥排放量的增加將導(dǎo)致赤泥堆場面積的增大，加大了赤泥堆場的購地投資和運行成本。采用選礦拜耳法還將分別建設(shè)尾礦堆場和赤泥堆場二個堆場。

2.5 有利于生產(chǎn)砂狀氧化鋁

由于αk低的燒結(jié)法粗液與拜耳法溶出液合流，從而降低了串聯(lián)法分解原液的αk，這不僅可以加快分解速度，提高產(chǎn)出率，而且為生產(chǎn)砂狀氧化鋁提供了良好的條件。

2.6 經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)

串聯(lián)法建設(shè)投資相對較少，單位制造成本最低。

2.7 能耗居中

以串聯(lián)法綜合能耗為100%計，混聯(lián)法為120%，選礦拜耳法為70%。其主要原因是串聯(lián)法中有高能耗的燒結(jié)過程。但是晉北鋁廠位于煤炭資源豐富的晉北地區(qū)，能耗不應(yīng)是制約發(fā)展的問題。

2.8 工藝流程復(fù)雜

串聯(lián)法比混聯(lián)法、石灰拜耳法、選礦拜耳法增加了拜耳法赤泥燒結(jié)和熟料溶出過程，使得工藝流程加長，相應(yīng)的要比其他工藝流程復(fù)雜一些。

綜上所述，串聯(lián)法雖在綜合能耗上處于劣勢，但是氧化鋁整體運行成本較低，產(chǎn)品質(zhì)量有保障，并對于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和資源的充分利用方面有獨特的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)鋁工業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展。

3 目前串聯(lián)法系統(tǒng)存在的技術(shù)難題

目前串聯(lián)法雖然在技術(shù)上有很多優(yōu)勢可循，但是其仍然存在很多弊端。

我國現(xiàn)有的燒結(jié)法和混聯(lián)法燒結(jié)窯處理的生料，其鋁硅比一般在2.5～3.5，而對于低鋁硅比(A/S≤2.0)拜耳法赤泥生料的燒結(jié)，工業(yè)生產(chǎn)尚無成熟的經(jīng)驗。由于拜耳赤泥生料具有A/S低和[F/A]高的特點，因而熟料的燒結(jié)溫度低和燒成溫度范圍窄，容易造成熟料窯燒成帶結(jié)圈及“滾大蛋”，給熟料窯的操作帶來困難。因此，確定拜耳赤泥生料燒結(jié)的最佳熟料配方和創(chuàng)新燒結(jié)工藝是串聯(lián)法成功運行的技術(shù)關(guān)鍵。

熟料溶出過程的主要反應(yīng)有鋁酸鈉的溶解和鐵酸鈉的水解反應(yīng)，原硅酸鈣基本上不溶于水轉(zhuǎn)入固相赤泥中。但是，實際生產(chǎn)中原硅酸鈣與溶液之間會發(fā)生一系列的副反應(yīng)，將使已進(jìn)入溶液中的有用成分Al2O3與Na2O進(jìn)入赤泥而損失掉，使Al2O3與Na2O凈溶出率比標(biāo)準(zhǔn)溶出率低很多。

4 串聯(lián)法系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)方案

在串聯(lián)法中燒結(jié)法部分的作用僅限于處理回收拜耳法赤泥中的Al2O3、Na2O和補堿，所以燒結(jié)法部分的比例較小，更由于串聯(lián)法全部是種子分解，對精液的A/S要求不高，而混聯(lián)法有碳酸化分解，這部分精液需要較高的A/S，因而串聯(lián)法更宜于采用合流脫硅。

結(jié)合氧化鋁生產(chǎn)實際，對低A/S拜耳法赤泥按不同配比進(jìn)行燒結(jié)、溶出及赤泥沉降性能試驗，根據(jù)實驗結(jié)果調(diào)整各項技術(shù)指標(biāo)，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，為晉北鋁將來走效益型的低燒結(jié)比例“串聯(lián)法”氧化鋁生產(chǎn)道路提供重要依據(jù)。

在熟料溶出過程，怎樣抑制原硅酸鈣的分解，減慢二次反應(yīng)的速度，對于改善熟料溶出過程，提高溶出效果都是十分重要的。

5 總結(jié)

由我司投產(chǎn)的100萬噸串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)項目2010年4月建成投用，經(jīng)過幾年堅持不懈的努力，在2015年終于達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，這也標(biāo)志著中國的第一條串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)線成功了。該工藝大大提高了鋁土礦石的利用率，降低赤泥排放量。該生產(chǎn)工藝為低鋁硅比一水硬鋁石生產(chǎn)氧化鋁開辟了一條光明大道，值得在我國中西部地區(qū)推廣。