串聯法生產氧化鋁工藝技術研究與進展

廖鵬

摘? 要：我國的鋁土礦大多為高鋁高硅低鐵的中品位一水硬鋁石礦型鋁土礦，隨著我國氧化鋁產能不斷增加，高品位礦石不斷消耗，礦石逐年貧化，氧化鋁企業使用的礦石品位逐年降低，企業生產成本持續增加。從長遠看，通過拜耳法處理中低品位鋁土礦，再使用燒結法處理拜耳法赤泥進一步回收氧化鋁和堿，實現串聯法生產，對提高資源利用率、降低生產成本具有重要的社會意義及經濟意義。文章探究了國內外串聯法的生產工藝，并重點分析了某公司串聯法氧化鋁生產工藝進展與技術創新。

關鍵詞：串聯法;生產工藝;技術創新

中圖分類號：TF821? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0143-02

1 概述

目前應用于氧化鋁工業生產的方法幾乎全部為堿法，堿法生產氧化鋁有拜耳法、燒結法以及拜耳-燒結聯合法等多種流程。拜耳法具有能耗低，流程相對簡單，成本低的優點，目前被廣泛采用，其產量約占總產量的91.4%[1]，但拜耳法生產工藝鋁土礦回收率低、堿耗高，赤泥堆存以及再利用難度大，特別是對礦石品位要求較高。燒結法生產工藝鋁土礦回收率高，堿耗低，但燒結法工藝復雜，投資大，特別是能源消耗較高。而串聯法生產工藝吸收了拜耳法和燒結法的優點，既具備拜耳法成本低、能耗低的特點，又具有燒結法的氧化鋁回收率高、堿耗低的優勢，最大限度克服了它們的劣勢，特別適合處理較低品位的鋁土礦，發展前景廣闊，特別適合我國鋁資源現狀。

2 串聯法的實質與技術特點

串聯法的實質是先用簡單的拜耳法生產工藝技術從鋁土礦中提取絕大部分然后再用燒結法處理拜耳法赤泥，進一步提取其中的氧化鋁和堿，所得的鋁酸鈉溶液并入拜耳法系統[2]。串聯法同混聯法、拜耳法相比有如下特點[23]：

（1）氧化鋁回收率高。可比其他工藝高出約20%。

（2）鋁土礦消耗低。因為串聯法的燒結法部分是處理的拜耳法赤泥，如果拜耳法、燒結法比例適宜，串聯的總礦耗比純拜耳法低40%。

（3）堿耗低。在串聯法氧化鋁生產中燒結法系統不僅回收了氧化鋁和堿，而且還可以將拜耳法生產過程中損失的苛堿由較為廉價的碳堿補充。

（4）赤泥排放量低。從礦耗可以看出，若按串聯法赤泥排放量100%計，則拜耳法赤泥約為116%。

（5）有利于生產砂狀氧化鋁。由于低αk的燒結法粗液與拜耳法溶出液合流，從而降低了串聯法分解原液的αk，這不僅可以提高分解動力，而且為生產砂狀氧化鋁提供了良好的條件。

（6）能耗居中。若按串聯法綜合能耗100%計，則混聯法約為120%，拜耳法約為70%。其主要原因是串聯法中有高能耗的燒結過程。

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

綜上所述，串聯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，產品質量有保障，并對于發展循環經濟和資源的充分利用方面有獨特的優勢，可以實現鋁工業的長期可持續發展。

3 國內外串聯法的工業實踐與探究

3.1 哈薩克斯坦的巴甫洛達爾氧化鋁廠串聯法生產工藝

上世紀五十年代，原蘇聯的全蘇鋁鎂設計院為了經濟合理地利用哈薩克斯坦的鋁土礦（含Al2O3<46%，Fe2O3 16%～20%，A/S 3～4）做了大量的研究工作和半工業性試驗，在全面比較了燒結法、并聯法、串聯法等多種方案后，選用了串聯法建設巴甫洛達爾廠。在2000年之前，世界上僅有此一家運行應用串聯法生產的氧化鋁廠。

3.2 中國鋁業山西分公司氧化鋁廠創新串聯法氧化鋁生產工藝

自2009年5月以來，中國鋁業山西分公司采用低鋁硅比熟料燒結、低碳鈉熟料溶出、燒結法粗液合流脫硅的工藝生產技術路線，首創了創新串聯法氧化鋁生產新工藝。為實現礦石的綜合利用，大幅降低氧化鋁生產的礦耗和堿耗，中國鋁業山西分公司開展了一系列氧化鋁生產技術的研究，國內首創的創新串聯法生產工藝技術，使熟料燒結鋁硅比從混聯法的3.08降至目前1.70左右，在完全消化老系統赤泥的基礎上，以燒結新系統60%以上的拜耳法赤泥為目標。2015年5月中國鋁業山西分公司第一氧化鋁廠發揮創新串聯法生產優勢，持續優化生產工藝流程，不斷加強內部操作，提高拜耳法赤泥摻配量。拜耳法赤泥是氧化鋁工藝過程中產生的廢棄物，一般只能筑壩堆存，不但占用人力、土地、設備等資源，還損失了赤泥中附帶的有價資源氧化鋁和堿，但在山西分公司獨特的創新串聯法工藝中，赤泥只是放錯位置的資源。

串聯法氧化鋁生產工藝的實施取消了多年來燒結法的粗料脫硅、硅渣分離、碳酸化分解等多個高耗能工序，大大簡化燒結法生產工藝流程，同時盡可能消耗拜耳法赤泥，回收其中的氧化鋁和氧化鈉，大幅度降低了氧化鋁生產的礦耗和堿耗。下面主要談一下我公司串聯法氧化鋁生產工藝及技術創新。

4 山西鋁業串聯法氧化鋁生產工藝分析及技術創新

4.1 山西鋁業有限公司串聯法氧化鋁生產工藝分析

山西鋁業與俄羅斯鋁業公司以及東北大學設計院、恩菲設計院合作，經過科學試驗，優選工藝技術及裝備，建成了年產100萬噸的串聯法氧化鋁生產線。該生產線是目前世界上運行的第二條、國內第一條串聯法生產線。山西鋁業串聯法生產線2010年全面投產，經過幾年的不斷試驗攻關和改造，100萬噸串聯法氧化鋁生產線于2015年實現達標達產。

4.2 山西鋁業串聯法生產氧化鋁的主要技術創新

山西鋁業串聯法氧化鋁生產從工藝、流程、配料、熟料燒結、熟料溶出沉降及設備選型、自動控制等方面都進行了深入研究，并取得了重大技術創新。

4.2.1 低品位鋁土礦高效利用技術

鋁硅比在5.5左右的鋁土礦，利用串聯法工藝生產，氧化鋁回收率達到92%以上，比拜耳法78%的回收率提升14%以上，堿耗降低了60%，從而做到低品位鋁土礦的高效利用。采用串聯法處理中低品位礦石是我國氧化鋁工業可持續發展的一個戰略決策。

4.2.2 獨特的串聯法赤泥配料技術

目前傳統熟料配方計算方法是建立在燒結法燒結低品位鋁土礦（A/S 3左右），原料中鋁含量較高、鐵含量相對低的情況下，未充分考慮鐵的影響。串聯法中燒結部分使用拜耳法赤泥作為主要原料，具有鋁含量低（熟料的A/S在1.3以下）、鐵含量高的特點，因而熟料中鐵酸鈉和鐵酸鈣高，熟料的燒結溫度低且燒成溫度范圍窄，容易造成熟料窯燒成帶結圈及“滾大蛋”，給熟料窯的操作帶來困難。

因此，獨創了串聯法使用拜耳法赤泥燒結的熟料配方技術，采用新的堿平衡配方，與傳統燒結法的最大區別在于鐵的考量不一樣，在熟料配方中堿比中未計算鐵，而是在鈣比中計算，再通過合理的配方數值調整，打破傳統燒結法把氧化鐵配制成鐵酸鈉礦物的做法，而使氧化鐵與氧化鈣匹配反應，生成不溶的鐵酸鈣，解決鐵使赤泥沉降性能變差的問題。

4.2.3 低鋁硅比高鐵熟料燒結技術

熟料燒結的目的是使調配合格后的生料漿在回轉窯中高溫燒結，使生料各成分互相反應。因串聯法熟料A/S極低而Fe2O3含量高，燒結溫度范圍很小，如果燒結溫度偏低，會出現欠燒熟料;如果溫度太高，則會過燒熟料，固溶體多，氧化鋁和氧化鈉溶出率下降，熟料可磨性差。利用循環物料調節物料燒結溫度技術，較好的解決了物料燒結范圍窄難燒結的問題。

4.2.4 無碳酸鈉、低苛性比熟料溶出技術

熟料溶出過程二次反應損失的根本原因是熟料中的原硅酸鈣在溶出、分離過程中被鋁酸鈉溶液分解，分解產物Na2SiO3和Ca（OH）2與NaAl（OH）4又相互作用生成含氧化鋁的不溶物進入赤泥造成氧化鋁損失。當溶出條件不當時，二次反應所造成的損失嚴重。通過適當的溶出液濃度、比重，可以大幅度減少溶出過程二次反應和二次反應損失，有效控制二次反應，實現高效率溶出。

4.2.5 熟料兩段溶出、高效沉降分離技術

采用熟料兩段溶出，高效沉降槽進行赤泥分離，可以解決熟料赤泥產出量大、溶出液氧化鋁濃度難提升、高固含漿液難分離、二次損失大的問題。

4.2.6 赤泥干堆技術

赤泥經過分離脫水壓實干堆，提高了赤泥回水利用率，大大降低了赤泥濕堆的安全和環境風險，符合我國持續發展、科學發展的國策。

5 展望

串聯法氧化鋁生產技術一直是我國幾代鋁工業人的夢想，我國首條100萬噸/年串聯法氧化鋁生產線已于2010年5月在魯能晉北鋁業投產;中鋁重慶氧化鋁廠80萬噸/年串聯法也于2010年11月投產。其他原混聯法廠也在積極改造向串聯法靠攏，中鋁山西鋁廠的“創新聯合法”氧化鋁生產線，已于2009年7月投產，取得了較好的效果，已投產的串聯法氧化鋁廠技術、經濟效果日益凸現，這標志著我國氧化鋁生產方法邁入“拜耳-燒結串聯法”新階段。當面對我國極其匱乏的鋁土礦資源，我們一定要努力提高資源利用率，相信經過我們鋁工業人一起努力，串聯法在我國廣泛應用是指日可待的。

6 結束語

拜耳-燒結串聯法氧化鋁生產工藝特別適合處理我國中低品位的一水硬鋁型鋁土礦，是目前最有發展前景的氧化鋁生產工藝方法，特別適合我國鋁資源現狀。我公司串聯法氧化鋁生產工藝取得了重大技術創新，鋁土礦石利用率得以提高，帶來了較高的社會經濟效益，發展前景廣闊。

參考文獻：

[1]楊重愚.鋁酸鈉生料的燒結過程（下）[J].輕金屬，1979（3）：9.

[2]郭萬里.氧化鋁制取工[M].太原：山西人民出版社，2006：12.

[3]李來時，劉瑛瑛，張帥.中低品位鋁土礦串聯法和選礦拜耳法生產氧化鋁比較[J].輕金屬，2013（8）：16-19.