氧化铝的生产工艺流程

从矿石提取氧化铝有多种办法，例如:拜耳法、烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是出产氧化铝的首要办法，其产值约占全世界氧化铝总产值的95％左右。70年代以来，对酸法的研讨已有较大发展，但尚未在工业上运用。
拜耳法
系奥地利拜耳（K.J.Bayer）于 1888年创造。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）别离后，下降温度，参加氢氧化铝作晶种，经长期拌和，铝酸钠分化分出氢氧化铝，洗净，并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝制品。分出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸腾浓缩后循环运用。
拜耳法的扼要化学反响如下：
由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶结构不同，它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异，所以要供给不同的溶出条件，首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℃并增加石灰（3～7％）的条件下溶出。
现代拜耳法的首要发展在于：①设备的大型化和接连操作；②出产进程的自动化；③节约能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；④出产砂状氧化铝以满意铝电解和烟气干式净化的需求。拜耳法的工艺流程见图1。
拜耳法的长处首要是流程简略、出资省和能耗较低，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）。
拜耳法出产的经济效果决定于铝土矿的质量，首要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的分量比来表明。由于在拜耳法的溶出进程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，伴随赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要构成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的丢失。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。由于高档次三水铝石型铝土矿资源逐步削减，怎么使用其他类型的低档次铝矿资源和节能新工艺等问题，已是研讨、开发的重要方向。
烧结法
适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按必定份额混合配料，在反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）成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟猜中的铝酸钠。此刻铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。假如溶出条件操控恰当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发作反响，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通过专门的脱硅进程，SiO2O构成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6－2x)H2O沉积(其间x≈0.1)，使溶液提纯。把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和参加晶种拌和，得到氢氧化铝沉积物和首要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝制品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取收回。
　　烧结法的首要化学反响如下：
　　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－x)H2O↓＋2(1＋x)NaOH
　　分化：
　　2NaOH＋CO2─→Na2CO3＋H2O
　　NaAl(OH)4─→Al(OH)3↓＋NaOH
我国烧结法出产氧化铝的首要技能成就是：在熟料烧成中选用低碱比配方，在熟料溶出工艺中选用二段磨料和低分子比溶液，以按捺溶出时的副反响丢失，使熟猜中Na2O和Al2O3的溶出率别离到达94～96％和92～94％。Al2O3的总收回率约90％，每吨氧化铝的Na2CO3的耗费量约95公斤。烧结法可以处理拜耳法不能经济地使用的低档次矿石，其铝硅比可低至3.5，质料的归纳使用较好，有其特征。
拜耳－烧结联合法
可充分发挥两法长处，扬长避短，使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。按联合法的意图和流程衔接办法不同，又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程。
① 串联法是用烧结法收回拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3，于处理拜耳法不能经济使用的三水铝石型铝土矿。扩展了质料资源，削减碱耗，用较廉价的纯碱替代烧碱，并且Al2O3的收回率也较高。
② 并联法是拜耳法与烧结法平行作业，别离处理铝土矿，但烧结法只占总出产能力的10～15％，用烧结法流程转化发生的NaOH弥补拜耳法流程中NaOH的耗费。
③ 混联法是前两种联合法的归纳。此法中的烧结法除了处理拜耳法赤泥外，还处理一部分低档次矿石。
我国依据本国的铝矿资源特征，发展出多种氧化铝出产办法。50年代初就已用烧结法处理铝硅比只要3.5的纯一水硬铝石型铝土矿，创始了具有特征的氧化铝出产系统。用我国的烧结法，可使Al2O3的总收回率到达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％；并且在50年代现已从流程中归纳收回金属镓和使用赤泥出产水泥。60年代初建成了拜耳烧结混联法氧化铝厂，使Al2O3总收回率到达91％，每吨氧化铝的碱耗下降到60公斤，为高效率地处理较高档次的一水硬铝石型铝土矿创始了一条新路。我国在用单纯拜耳法处理高档次一水硬铝石型铝土矿方面也积累了不少经历。
依据物理特性的不同，电解用氧化铝可分为三类:砂状、粉状和中间状（表1）。
表1 不同类型工业氧化铝的物理性质
现在铝工业正研发和选用砂状氧化铝，由于这种氧化铝具有较高的活性，简单在冰晶石溶液中溶解，且可以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％

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