拜耳法氧化铝生产方法与工艺流程.doc

拜耳法氧化铝生产方法与工艺流程 破碎后进厂的碎高铝矿经均化厂均化后，用斗轮取料机取料入输送机进入磨头仓，石灰石经煅烧后输送到石灰仓（根据其煅烧质量可消化或不消化），然后与循环母液经调配后按比例一同进入棒、球的二段磨合旋流器组成的磨矿分级闭路循环系统。 分级后的溢流经缓冲槽和泵进入原矿浆储槽（槽底粗粒部分返回重磨），用高压泥浆泵输送矿浆进入多级预热与溶出系统，加热介质可用熔盐也可用高压新蒸汽，各级矿浆自蒸发器排出的乏汽分别用来预热各级预热器中的矿浆。溶出设备可套管加热与高压釜组成溶出器组。溶出后的矿浆经多级降压自蒸发器降压后，与赤泥一次洗液一同进入矿浆稀释槽。末级自蒸发器排出的乏汽，用来预热赤泥洗水，洗水由循环水与不合格的冷凝水组成。稀释矿浆进入分离沉降槽，其溢流经叶滤与降温后送去晶种搅拌分解，分解后的氢氧化铝浆液经分离后，大部分氢氧化铝返回种分槽作为晶种使用，其余部分送去洗涤，洗水用纯净的热水，洗净后的氢氧化铝（其中部分氢氧化铝经袋装后作为成品氢氧化铝销售）送去焙烧，焙烧后的白泥洗液与分离后的种分母液送去蒸发，蒸发的同时添加少量的盐类晶种，以诱导和加速盐类结晶析出，进入时效槽与沉降槽，其溢流于滤液（蒸发母液）、补充新的液体苛性钠即回头的苛化液组成循环母液，送去调配制备原矿浆。      蒸发浓缩后的沉降底流进入盐类分离过滤机，其滤液与沉降溢流合并组成蒸发母液；其滤饼加水溶解后添加石灰乳进行苛化，得到苛化液。苛化渣经洗涤后与弃赤泥一同排至赤泥堆场，或用于其它用途。苛化渣的洗液用于石灰化灰。分离后的赤泥，用加热后的热水进行多次反向洗涤，洗净后的赤泥经过滤后排送至赤泥堆场；其滤液与末次洗涤沉降的溢流组成赤泥洗液，用于稀释溶出矿浆。      苛化渣的洗液用于石灰化灰，化灰机排出的渣弃去，排出的石灰乳送去苛化碱滤饼。 氧化铝的生产工艺流程 从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95％左右。70年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用。 　　拜耳法 　　系奥地利拜耳（K.J.Bayer）于 1888年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净,并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。 　　拜耳法的简要化学反应如下： 由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以要提供不同的溶出条件，主要是不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿可在125～140℃下溶出，一水硬铝石型铝土矿则要在240～260℃并添加石灰（3～7％）的条件下溶出。 　　现代拜耳法的主要进展在于：①设备的大型化和连续操作；②生产过程的自动化；③节省能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。拜耳法的工艺流程见图1。 拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3×106千卡左右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）。 　　拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，随同赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。直到70年代后期，拜耳法所处理的铝土矿的铝硅比均大于7～8。由于高品位三水铝石型铝土矿资源逐渐减少，如何利用其他类型的低品位铝矿资源和节能新工艺等问题，已是研究、开发的重要方向。 　　碱石灰烧结法 　　适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3、原硅酸钙（2CaO·SiO2）和钛酸钠（CaO·TiO2组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3·H2O 等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2O形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6－2x)H2O沉淀(其中x≈0.1),而使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。 　　碱石灰烧结法的主要化学反应如下： 　　烧结： 　　Al2O3+Na2CO3─→Na2O·Al2O3+CO2 　　Fe2O3+Na2CO3─→Na2O·Fe2O3+CO2 　　SiO2+2CaCO3─→2CaO·SiO2+2CO2 　　TiO2+CaCO3─→CaO·TiO2+CO2 　　熟料溶出： 　　Na2O·Al2O3+4H2O─→2NaAl(OH)4（溶解） 　　Na2O·Fe2O3+2H2O─→Fe2O3·H2O↓+2NaOH（水解） 　　脱硅： 　　1.7 Na2SiO3+2NaAl(OH)4─→Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O↓+3.4NaOH 　　3 Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+x Na2SiO3─→ 3CaO·Al2O3·x SiO2·(6-2x)H2O↓+2(1+x)NaOH 　　分解： 　　2NaOH+CO2─→Na2CO3+H2O 　　NaAl(OH)4─→Al(OH)3↓+NaOH 　　中国碱石灰烧结法生产氧化铝的主要技术成就是：在熟料烧成中采用低碱比配方，在熟料溶出工艺中采用二段磨料和低分子比溶液，以抑制溶出时的副反应损失，使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分别达到94～96％和92～94％。Al2O3的总回收率约90％,每吨氧化铝的Na2CO3的消耗量约95公斤。碱石灰烧结法可以处理拜耳法不能经济地利用的低品位矿石，其铝硅比可低至3.5,且原料的综合利用较好，有其特色。 　　碱石灰烧结法的常用流程见图2 　拜耳－烧结联合法 　　可充分发挥两法优点，取长补短,利用铝硅比较低的铝土矿,求得更好的经济效果。联合法有多种形式,均以拜耳法为主,而辅以烧结法。按联合法的目的和流程连接方式不同，又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程。 　　① 串联法是用烧结法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3,用于处理拜耳法不能经济利用的三水铝石型铝土矿。扩大了原料资源，减少碱耗，用较廉价的纯碱代替烧碱，而且Al2O3的回收率也较高。 　　② 并联法是拜耳法与烧结法平行作业，分别处理铝土矿，但烧结法只占总生产能力的10～15％，用烧结法流程转化产生的NaOH补充拜耳法流程中NaOH的消耗。 　　③ 混联法是前两种联合法的综合。此法中的烧结法除了处理拜耳法赤泥外，还处理一部分低品位矿石。 　　中国根据本国的铝矿资源特点，发展出多种氧化铝生产方法。50年代初就已用碱石灰烧结法处理铝硅比只有3.5的纯一水硬铝石型铝土矿,开创了具有特色的氧化铝生产体系。用中国的烧结法,可使Al2O3的总回收率达到90%；每吨氧化铝的碱耗(Na2CO3)约 90公斤；氧化铝的SiO2含量下降到0.02～0.04％；而且在50年代已经从流程中综合回收金属镓和利用赤泥生产水泥。60年代初建成了拜耳烧结混联法氧化铝厂,使Al2O3总回收率达到91％，每吨氧化铝的碱耗下降到60公斤，为高效率地处理较高品位的一水硬铝石型铝土矿开创了一条新路。中国在用单纯拜耳法处理高品位一水硬铝石型铝土矿方面也积累了不少经验。 根据物理特性的不同,电解用氧化铝可分为三类:砂状、粉状和中间状（表3）。 　　目前铝工业正研制和采用砂状氧化铝，因为这种氧化铝具有较高的活性,容易在冰晶石溶液中溶解,并且能够较好地吸收电解槽烟气中的氟化氢，有利于烟气净化。 　　炼铝用氧化铝的化学组成一般如下： 　　Al2O3　　　　＞98.35％　　　　Fe2O3　　　　0.01～0.04％ 　　SiO2　　　　0.01～0.04％　　　TiO2　　　　＜0.005％ 　　ZnO　　　　0.003～0.02％　　　CaO　　　　0.007～0.07％ 　　Na2O　　　　0.3～0.65％　　　V2O5　　　　＜0.003％ 　　P2O5　　　　＜0.003％　　Cr2O3　　　　＜0.002％ 　　灼减　　　　　0.2～1.5％ 混联法氧化铝生产方法与工艺流程 　　混联法氧化铝生产是由烧结法和拜耳法两个系统组成。 　　所使用的进厂铝土矿，按铝硅比值(A/S)高低分别堆存与破碎。石灰石进厂后先经筛选，筛上的大块石灰石送石灰炉煅烧成石灰。经破碎后作为拜耳法配料用，筛下的碎石灰石作为烧结法配料用。高铝硅比的碎铝矿与石灰和循环母液，按规定的比例进球磨机磨细，磨细后的矿浆由矿浆自蒸发器排出的乏汽预热，进入高压溶出器组，进行间接加热连续溶出。 　　溶出后的矿浆经多级降压自蒸发器降压后与赤泥洗液进入矿浆稀释槽，然后入沉降槽进行分离，得到粗铝酸钠溶液（简称粗液），经叶滤机叶滤后得到合格的精液。叶滤后的滤渣送拜耳法沉降洗涤系统。分离后的赤泥浆会同烧结法过滤后的硅渣浆入拜耳法沉降洗涤系统。赤泥洗水，以烧结法的弃赤泥堆场回水及部分循环水和由溶出末级自蒸器排出的乏汽及其冷凝水加热后，作为一赤泥多次反向洗涤。洗涤后赤泥浆，经过滤脱水，按比例喷入碱浆（由烧结法的碳分蒸发母液与拜耳法蒸发母液分离出来的结晶碱滤饼组成），组成的碱赤泥浆送往烧结法系统。 　　碱赤泥浆，会同低铝硅比的碎铝土矿、碎石灰石、石灰、碱粉，按规定的配方送原料磨制料浆，经料浆槽调配合格混合后，送至料浆缓冲储槽，用高压泥浆泵喷入回转窑内进行烧结，其烧结块经冷却机冷却与破碎后，与调整液按比例在湿球磨机内进行溶出，溶出后的浆液送入沉降槽进行分离，其分离的赤泥（简称二赤泥）底流配入适量的赤泥洗液，送到洗涤沉降槽进行多次反向洗涤，所得的赤泥洗液除一部分送去冲分离赤泥底流外，剩余部分送去配制调整液。 　　洗净后的烧结法赤泥送到赤泥储槽，用循环水冲稀后送往弃赤泥堆场。赤泥堆场的回水与部分循环水加热后，作为赤泥洗水。分离后的二粗液配入适量的烧结法种分母液以调整脱硅液的苛性比值，并加入洗涤后的拜耳法赤泥种子，送入脱硅机，在规定的脱硅压力温度条件下，进行间接加热连续脱硅。脱硅后的浆液，进行沉降与过滤及叶滤分离，分离后的硅渣滤饼，用烧结法赤泥洗液冲稀，送至拜耳法赤泥洗涤系统。叶滤后的精液（简称二精液）除一部分送去做烧结法种分外，剩余部分送去做碳酸化分解。 　　经碳酸化分解后的氢氧化铝浆液进行沉降与过滤分离，分离后的氢氧化铝作为烧结法种分晶种使用；分离后的碳分母液，除部分送去配制溶出调整液外，其余部分送去碳分蒸发，蒸发后的碳分蒸发母液，用去冲拜耳法蒸发母液经沉降与过滤分离后的析出的结晶盐类。 　　当烧结法系统碱与生料浆的水分过量时，可以抽取部分碳分蒸发母液送去与拜耳法碱分离沉降槽底流汇合，并加入部分石灰乳液进行苛化，其底流浆液送去碱过滤机过滤，其滤饼与碳分蒸发母液汇合，组成碱浆，再送去冲一赤泥过滤滤饼，组成碱赤泥浆。碱过滤机的滤液与碱分离沉降溢流汇合且补充部分液体苛性钠，组成循环母液，洗涤后的一赤泥滤液，为一赤泥一次洗液，用去稀释拜耳法溶出矿浆。 　　经叶滤后的拜耳法一精液，经冷却降温后与晶种一起，送至系列种分槽内进行晶种搅