國內外鋁土礦拜耳法氧化鋁溶出對比分析

池清泉，金星，戎慧

（1 中鋁礦業有限公司，河南 鄭州450041；2 河南長城信息技術有限公司，河南 鄭州 450041）

鋁土礦的溶出是拜耳法氧化鋁生產的兩個主要工序之一，不同類型鋁土礦的溶出性能差別很大，需采用不同的溶出工藝[1]。

隨著國內優質鋁土礦儲量日益降低，鋁土礦品位逐年降低，國外進口鋁土礦的使用占比越來越大。2019年我國進口鋁土礦首次突破億噸，達到1.007億噸，占我國鋁土礦消耗總量的60%左右，主要來自幾內亞、澳洲、印尼等國[2]。進口鋁土礦以三水鋁石型鋁土礦為主，高鋁、低硅、高鐵、高鋁硅比，與我國高鋁、高硅、低鐵、中低鋁硅比的一水硬鋁石型鋁土礦存在一定差異，其溶出工藝亦有一定差距[3]。

本文通過大量生產數據，分析國內外不同鋁土礦拜耳法氧化鋁溶出工藝的區別，為我國如何立足現有一水硬鋁石型鋁土礦溶出生產系統，改造生產設備，優化工藝技術參數，更好利用國外進口鋁土礦，提供技術支撐。

1 鋁土礦平均化學成分對比分析

國內鋁土礦以一水硬鋁石型鋁土礦為主，其平均化學成分如表1所示；國外進口鋁土礦以三水鋁石型鋁土礦為主，其平均化學成分如表2所示。從國內外鋁土礦的平均化學成分對比分析可知，國內鋁土礦氧化鋁的平均絕對含量明顯高于國外進口鋁土礦，但氧化硅的平均含量遠高于國外進口鋁土礦，導致國內鋁土礦的平均鋁硅比遠低于國外進口鋁土礦，只有進口鋁土礦鋁硅比的44%，氧化鐵、氧化鈣等成分亦有一定差異。因此，國內外鋁土礦礦物類型及化學成分的差異，會造成其具體溶出工藝的不同。

表1 國內鋁土礦平均化學成分（%）

表2 國外進口鋁土礦平均化學成分（%）

2 鋁土礦管道化礦漿固相A/S對比分析

由于國內外鋁土礦化學成分的差異，特別是鋁土礦鋁硅比（A/S）國產鋁土礦只有進口鋁土礦的一半不到，導致鋁土礦的管道化礦漿固相A/S存在較大差異。如圖1所示，國產鋁土礦的管道化礦漿固相A/S平均在4.30左右，而進口鋁土礦的管道化礦漿固相A/S平均在11.60左右，有明顯差距。

圖1 鋁土礦管道化礦漿固相A/S示意圖

3 鋁土礦管道化溶出礦漿Na2Ok濃度對比分析

鋁土礦的礦物類型對氧化鋁的溶出性能影響很大，三水鋁石型鋁土礦中氧化鋁最易被苛性堿溶液溶出，一水軟鋁石型次之，而一水硬鋁石的溶出則較難，需要較高濃度的苛性堿方可使其溶出。

由圖2可知，在試驗生產中，以三水鋁石為主的進口鋁土礦管道化溶出礦漿苛性堿濃度平均在195g/L左右，最高濃度達到200g/L左右；而以一水硬鋁石為主的國產鋁土礦管道化溶出礦漿苛性堿濃度平均在260g/L左右，最高濃度達到近280g/L，最低濃度亦在240g/L左右。

圖2 鋁土礦管道化溶出礦漿Na2Ok濃度示意圖

4 鋁土礦管道化溶出礦漿αk對比分析

在相同苛性堿濃度下，溶出礦漿分子比αk越低，說明其溶出能力越強，鋁土礦中氧化鋁溶出越多。由圖3可知，國產鋁土礦的管道化溶出礦漿分子比均高于進口鋁土礦溶出礦漿分子比，平均高0.03左右。但因國產鋁土礦管道化溶出礦漿苛性堿濃度遠高于進口鋁土礦溶出礦漿苛性堿濃度，另因國產鋁土礦氧化鋁絕對含量遠高于進口鋁土礦，因此，在實際溶出過程國產鋁土礦氧化鋁的絕對溶出量應高于進口鋁土礦。

圖3 鋁土礦管道化溶出礦漿αk示意圖

5 鋁土礦管道化溶出赤泥A/S對比分析

鋁土礦在溶出過程中，硅礦物與鋁酸鈉溶液反應生產水合鋁硅酸鈉沉淀物質，實現鋁土礦中硅礦物的分離。理論上生成水和鋁硅酸鈉中氧化鋁與氧化硅的質量比即赤泥A/S為1，但實際溶出過程中，赤泥的鋁硅比一般均大于1。如圖4所示，國產鋁土礦溶出赤泥的鋁硅比整體波動不大，均在1.12左右；而進口鋁土礦溶出赤泥的鋁硅比波動較大，且整體均高于國產鋁土礦的溶出赤泥鋁硅比，最大的達到了2.90左右，遠高于國產鋁土礦，說明單位進口礦溶出過程中損失的氧化鋁高于國產礦。個中原因主要為，在拜耳法氧化鋁生產工藝中為降低堿耗，提高溶出效率，需添加石灰，石灰中氧化鈣通過置換水和鋁硅酸鈉中氧化鈉形成在鋁酸鈉溶液中溶解度比水和鋁硅酸鈉更低的水化石榴石，隨著反應溫度的降低，水化石榴石中二氧化硅占比會逐漸降低，而進口鋁土礦一般是需要較低的溶出溫度。因此，反應相同份額的二氧化硅則需要結合更多的氧化鋁，造成氧化鋁的損失，導致進口鋁土礦溶出赤泥分子比偏高。

圖4 鋁土礦管道化溶出赤泥A/S示意圖

6 鋁土礦管道化溶出效率對比分析

拜耳法氧化鋁生產工藝中，鋁土礦中氧化鋁的實際溶出效率主要與礦漿固相鋁硅比和溶出赤泥鋁硅比有關，相對溶出效率是實際溶出效率與理論溶出效率的比值。

國產鋁土礦的管道化礦漿固相鋁硅比平均在4.30左右，溶出赤泥的鋁硅比在1.12左右，而進口鋁土礦的管道化礦漿固相鋁硅比平均在11.60左右，溶出赤泥的鋁硅比波動較大，平均在1.68左右，最大的達到了2.90左右。通過國產鋁土礦與進口鋁土礦的礦漿固相和溶出赤泥平均鋁硅比分析，進口鋁土礦的平均實際溶出率應高于國產鋁土礦，在實際生產過程亦如此。由圖5可知，進口鋁土礦實際溶出率均高于國產鋁土礦，但部分進口鋁土礦的相對溶出率低于國產鋁土礦，主要是因為部分進口鋁土礦溶出赤泥鋁硅比過大造成的。

圖5 鋁土礦管道化溶出效率示意圖

7 鋁土礦管道化溶出單耗對比分析

由圖6可知，在鋁土礦管道化溶出過程中，進口鋁土礦的單耗高于國產鋁土礦單耗。主要是因為，通過鋁土礦平均化學成分分析可知，國產鋁土礦的氧化鋁絕對含量高于進口鋁土礦，且進口礦溶出赤泥的鋁硅比較高，導致在相同氧化硅含量的情況下，造成的氧化鋁損失較大等，最終導致進口鋁土礦單耗高于國產鋁土礦。

圖6 鋁土礦管道化溶出單耗示意圖

8 結論

鋁土礦的溶出是拜耳法氧化鋁生產的最重要工序之一，不同類型鋁土礦需采用不同的溶出工藝。隨著國內優質鋁土礦儲量日益降低，國外進口鋁土礦的使用占比越來越大。而進口鋁土礦以三水鋁石型鋁土礦為主，高鋁、低硅、高鐵、高鋁硅比，與國內高鋁、高硅、低鐵、中低鋁硅比的一水硬鋁石型鋁土礦有一定差異，其溶出工藝亦有一定差異。

通過對平均化學成分及鋁土礦管道化礦漿固相鋁硅比、苛性堿濃度、溶出分子比、溶出赤泥鋁硅比、溶出效率及氧化鋁單耗的對比分析，可知進口鋁土礦的管道化礦漿固相鋁硅比遠高于國產礦、進口鋁土礦管道化溶出礦漿苛性堿濃度遠低于國產礦、進口鋁土礦溶出礦漿分子比低于國產礦、進口鋁土礦溶出赤泥的鋁硅比高于國產鋁土礦、進口鋁土礦實際溶出率均高于國產鋁土礦、進口鋁土礦的單耗高于國產鋁土礦單耗。