拜耳法生產氧化鋁高壓溶出過程有機物研究

賴智敏

（中國鋁業股份有限公司廣西分公司，廣西 平果 531400）

拜耳法是堿法制備氧化鋁工藝的一種，也是目前應用最為廣泛的，尤其是針對三水型鋁土以及低硅含量鋁土礦，拜耳法更是首選，能夠在簡便、快捷以及低能耗的情況下生產出更加高質量的氧化鋁[1]。其制備原理以堿法為基礎，就是通過氫氧化鈉或碳酸鈉來對鋁土礦進行處理，從而將鋁礦中的鋁元素通過溶解、轉換得到鋁酸鈉。而鋁礦中的含有的鐵元素、鈦元素以及大部分的硅元素等雜質則會變為不能溶解的化合物殘渣，因其中還有大量紅色的氧化鐵，這些殘渣又稱為赤泥，將赤泥和鋁酸鈉溶液進行分離，再進行洗滌、回收，從過濾好殘渣后的鋁酸鈉溶液通過解析得到氫氧化鋁，最后再和母液分離、焙燒等，最終得到氧化鋁。總體來看，這是一種成本低、操作簡便、低污染等化工生產工藝。

1 拜耳法的工藝流程

目前拜耳法已成為制備氧化鋁的常用工藝手段，它是由著名化學家拜耳（奧地利）所發明，其工藝流程主要分為以下兩部分。

（1）常溫狀態下，使鋁酸鈉溶液中的氧化鈉及氧化鋁摩爾比控制在1.8，通過充分攪拌，使其張紅的氫氧化鋁轉化成晶種，這樣溶液的氧化鋁就能夠通過氫氧化鋁的方式析出，這也就是鋁酸鈉的晶種分解工藝。

（2）通過分解所得出的種分母液，以加熱蒸發以及濃縮的方式得到蒸發母液，這樣又可用進行下一批的鋁礦土溶出操作，得到氧化鋁水合物，這一過程就是種分母液的高溫溶出處理[2]。交替循環這兩個過程來處理不同批次鋁礦圖，就能夠不斷獲取出新的氫氧化鋁，也就是拜耳法循環工藝。

由此可見，拜耳法實際就是在不同條件下通過的方向交替加工處理，先于高溫下通過壓煮等工藝，借助氫氧化鈉來溶出鋁土礦，這樣礦中的氧化鋁就能夠通過堿液所浸出，來獲取鋁酸鈉溶液，與此同時，大部分的雜質會進入到殘渣也就是赤泥中，之后通過不停攪拌，凈化分離得到鋁酸鈉溶液，加入氫氧化鋁晶種，再進行晶種分解，就能夠得到氫氧化鋁。將氫氧化鋁析出之后，溶液蒸發濃縮再回到之前的工序，對下一批次的鋁礦土進行溶出處理。

2 拜耳法生產氧化鋁高壓溶出過程的有機物分析

2.1 有機物的主要來源

拜耳法溶出所產生的有機物會影響氧化鋁的生產效果，有機物的來源主要包括以下幾個方面：

（1）鋁土礦。鋁土礦是拜耳法生產氧化鋁的主要原料，但其本身就含有一定了的有機物雜質，在高壓溶出的操作中，有機物雜質就會進入到拜耳法循環中，并且有機物會從高分子形態被分解成低分子的形態，最終形成草酸、碳酸鈉以及各低分子鈉鹽。通常在三水鋁石以及一水鋁石中，所含有的有機碳大約為0.1%～0.3%左右，個別地區可達0.6%，也有一些地區低至0.03%左右。在熱帶地區的鋁土礦中，含有的碳含量會相對其他地區偏高、一水硬鋁礦中的有機物含量通常是最低的。在鋁土礦中所含有的有機物大致能夠分成以下幾種：①天然狀態未被處理的固體雜質，比如礦土中的樹根等，這一部分比較容易被過濾出去。②其余是植物長期掩埋礦土中經過化學反應形成的腐殖酸，以及植物經微生物分解形成的瀝青[3]。腐殖酸在拜耳法高壓溶出過程中能夠和堿性的鋁酸鈉液發生反應，成為腐殖酸鈉，再經過下一道工序被氧化成結構較為簡單的分子結構，當這些有機分子積累到一定程度后，溶液就會變為深褐色，阻礙氧化鋁和堿性溶液的反應。瀝青雖然不能和堿液發生反應，但能夠聚集成顆粒，也會影響到堿液的滲透。

（2）添加的輔助劑，如絮凝劑、防沫劑以及浮選劑等。為改進高壓溶出過程中赤泥沉降，需要在其中加入絮凝劑或大量淀粉，這其中就含有一定量的有機物。此外為獲取高鋁硅比制品，會加入有機浮選藥劑，這也可能產生一定的有機物雜質。

（3）過濾介質。氧化鋁在拜耳法制備過程中會采用紙漿板或者濾布等用以過濾的裝置，在堿性溶液下會被少量溶解，分解成有機物。

（4）加工過程中，空氣中的二氧化碳能夠和堿發生反應，從而形成了微量的有機物。

2.2 有機物的種類

高壓溶出過程中形成的有機碳超過95%都是源自鋁土礦，其余不到5%的有機碳則是來自上述其他來源。鈉元素相關的物質中，有25%左右為碳酸鈉，接近20%為草酸鈉，其余均為各類有機鈉鹽。在有機鈉鹽中，大約44%是分子量相對較低的甲酸鹽、乙酸鹽以及草酸鹽。分子質量超過500的高分子量腐殖酸鹽大約占25%左右。此外有22%為中間分解產物，包括對苯二甲酸鈉以及本酚等。

2.3 有機物的累積過程

在拜耳法高壓溶出過程中，母液每經過一次循環都會帶入一批新的有機物雜質流進拜耳循環中。當有機物大量積累到一定程度后，就能夠對生產的拜耳法生產造成影響，這就需要及時采取辦法將有機物去除。此外鋁酸鈉溶液的顏色也和有機物含量有一定關系，通過顏色的變化也可以大致看出有機物的積累程度。

拜耳法的加工過程中，有機物雜質能夠和循環母液的氫氧化鈉成分發生反應，轉變為碳酸鹽、腐殖酸鹽等。它們在拜耳法循環流程中發生不斷反應，分解成草酸鈉以及碳酸鈉等鈉鹽，這些有機會物不斷累積，會使溶液變為深褐色。

隨著繼續循環，有機物雜質能夠被氧化變為碳酸鈉，以及樹脂類物質，這些物質積累會呈現膠體的狀態，從而影響拜耳法循環的正常生產。

3 有機物的去除

3.1 鋁土礦焙燒

這種方式是從源頭起降低有機物的含量，因為從有機物的來源來看，大部分來自鋁土礦，因此可通過煅燒鋁土礦的方式，將礦中的有機碳煅燒成二氧化碳后排出[4]。但這種方式消耗大、成本較高，結合單位的經濟情況進行選擇。

3.2 溶液氧化法

在拜耳法制備氧化鋁的過程中，向其中加入氧化劑，如氧氣、臭氧、二氧化錳等，能夠把高分子額有機物雜質被氧化為低分子的碳酸鈉及草酸鈉，再進行蒸發排鹽處理。

3.3 苛化法

這種方法主要為在低堿性的溶液中，向其加入足夠的石灰乳，石灰乳能夠和溶液中含有的碳酸鈉、草酸鈉反應而成不溶性的鈣化物質，分離這些鈣化物質能夠去除草酸鹽累的有機物雜質。

3.4 母液焙燒法

將拜耳法的循環母液和氫氧化鋁相混合，混合后通過漿料的濃縮、干燥處理，再經高溫煅燒分解雜質，能夠分理出固態的鋁酸鈉，能夠去除草酸鹽、碳酸鹽以及各有機鈉鹽等物質。

4 結語

綜上，拜耳法生產氧化鋁雖然能夠滿足目前對氧化鋁產品的質量要求。但是這種生產方式會產生有機物，在有機物不斷累積的情況下，對氧化鋁的產品質量造成影響。隨著拜耳法在我國的深入開展，有機物的影響問題日益突出。因此，十分有必要針對拜耳法高壓溶出過程中產生的有機物開展研究，明確其來源、種類以及累積行為，從而為幫助解決此類問題提供思路。