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          分享氧化鋁的生產工藝流程

          發布時間:2020-04-20 16:17:09 星期一
          摘要:

          從礦石提取氧化鋁有多種方法,例如:拜耳法、堿石灰燒結法、拜耳-燒結聯合法等。拜耳法一直是生產氧化鋁的主要方法, […]

          從礦石提取氧化鋁有多種方法,例如:拜耳法、堿石灰燒結法、拜耳-燒結聯合法等。拜耳法一直是生產氧化鋁的主要方法,其產量約占全世界氧化鋁總產量的95%左右。70年代以來,對酸法的研究已有較大進展,但尚未在工業上應用。

          拜耳法

          系奧地利拜耳(K.J.Bayer)于 1888年發明。其原理是用苛性鈉(NaOH)溶液加溫溶出鋁土礦中的氧化鋁,得到鋁酸鈉溶液。溶液與殘渣(赤泥)分離后,降低溫度,加入氫氧化鋁作晶種,經長時間攪拌,鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁,洗凈,并在950~1200℃溫度下煅燒,便得氧化鋁成品。析出氫氧化鋁后的溶液稱為母液,蒸發濃縮后循環使用。

          拜耳法的簡要化學反應如下:

          由于三水鋁石、一水軟鋁石和一水硬鋁石的結晶構造不同,它們在苛性鈉溶液中的溶解性能有很大差異,所以要提供不同的溶出條件,主要是不同的溶出溫度。三水鋁石型鋁土礦可在125~140℃下溶出,一水硬鋁石型鋁土礦則要在240~260℃并添加石灰(3~7%)的條件下溶出。

          現代拜耳法的主要進展在于:①設備的大型化和連續操作;②生產過程的自動化;③節省能量,例如高壓強化溶出和流態化焙燒;④生產砂狀氧化鋁以滿足鋁電解和煙氣干式凈化的需要。拜耳法的工藝流程見圖1。

          拜耳法的優點主要是流程簡單、投資省和能耗較低,最低者每噸氧化鋁的能耗僅3×106千卡左右,堿耗一般為100公斤左右(以Na2CO3計)。

          拜耳法生產的經濟效果決定于鋁土礦的質量,主要是礦石中的SiO2含量,通常以礦石的鋁硅比,即礦石中的Al2O3與SiO2含量的重量比來表示。因為在拜耳法的溶出過程中,SiO2轉變成方鈉石型的水合鋁硅酸鈉(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O),隨同赤泥排出。礦石中每公斤SiO2大約要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的損失。鋁土礦的鋁硅比越低,拜耳法的經濟效果越差。直到70年代后期,拜耳法所處理的鋁土礦的鋁硅比均大于7~8。由于高品位三水鋁石型鋁土礦資源逐漸減少,如何利用其他類型的低品位鋁礦資源和節能新工藝等問題,已是研究、開發的重要方向。

          堿石灰燒結法

          適用于處理高硅的鋁土礦,將鋁土礦、碳酸鈉和石灰按一定比例混合配料,在回轉窯內燒結成由鋁酸鈉(Na2O·Al2O3)、鐵酸鈉(Na2O·Fe2O3、原硅酸鈣(2CaO·SiO2)和鈦酸鈉(CaO·TiO2組成的熟料。然后用稀堿溶液溶出熟料中的鋁酸鈉。此時鐵酸鈉水解得到的NaOH也進入溶液。如果溶出條件控制適當,原硅酸鈣就不會大量地與鋁酸鈉溶液發生反應,而與鈦酸鈣、Fe2O3·H2O 等組成赤泥排出。溶出熟料得到的鋁酸鈉溶液經過專門的脫硅過程,SiO2O形成水合鋁硅酸鈉(稱為鈉硅渣)或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O沉淀(其中x≈0.1),而使溶液提純。把CO2氣體通入精制鋁酸鈉溶液,和加入晶種攪拌,得到氫氧化鋁沉淀物和主要成分是碳酸鈉的母液。氫氧化鋁經煅燒成為氧化鋁成品。水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收。

          堿石灰燒結法的主要化學反應如下:

          燒結:

          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)

          脫硅:

          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

          中國堿石灰燒結法生產氧化鋁的主要技術成就是:在熟料燒成中采用低堿比配方,在熟料溶出工藝中采用二段磨料和低分子比溶液,以抑制溶出時的副反應損失,使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分別達到94~96%和92~94%。Al2O3的總回收率約90%,每噸氧化鋁的Na2CO3的消耗量約95公斤。堿石灰燒結法可以處理拜耳法不能經濟地利用的低品位礦石,其鋁硅比可低至3.5,且原料的綜合利用較好,有其特色。堿石灰燒結法的常用流程見圖2

          拜耳-燒結聯合法

          可充分發揮兩法優點,取長補短,利用鋁硅比較低的鋁土礦,求得更好的經濟效果。聯合法有多種形式,均以拜耳法為主,而輔以燒結法。按聯合法的目的和流程連接方式不同,又可分為串聯法、并聯法和混聯法三種工藝流程。

          ① 串聯法是用燒結法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3,用于處理拜耳法不能經濟利用的三水鋁石型鋁土礦。擴大了原料資源,減少堿耗,用較廉價的純堿代替燒堿,而且Al2O3的回收率也較高。

          ② 并聯法是拜耳法與燒結法平行作業,分別處理鋁土礦,但燒結法只占總生產能力的10~15%,用燒結法流程轉化產生的NaOH補充拜耳法流程中NaOH的消耗。

          ③ 混聯法是前兩種聯合法的綜合。此法中的燒結法除了處理拜耳法赤泥外,還處理一部分低品位礦石。

          中國根據本國的鋁礦資源特點,發展出多種氧化鋁生產方法。50年代初就已用堿石灰燒結法處理鋁硅比只有3.5的純一水硬鋁石型鋁土礦,開創了具有特色的氧化鋁生產體系。用中國的燒結法,可使Al2O3的總回收率達到90%;每噸氧化鋁的堿耗(Na2CO3)約 90公斤;氧化鋁的SiO2含量下降到0.02~0.04%;而且在50年代已經從流程中綜合回收金屬鎵和利用赤泥生產水泥。60年代初建成了拜耳燒結混聯法氧化鋁廠,使Al2O3總回收率達到91%,每噸氧化鋁的堿耗下降到60公斤,為高效率地處理較高品位的一水硬鋁石型鋁土礦開創了一條新路。中國在用單純拜耳法處理高品位一水硬鋁石型鋁土礦方面也積累了不少經驗。

          根據物理特性的不同,電解用氧化鋁可分為三類:砂狀、粉狀和中間狀(表3)。

          目前鋁工業正研制和采用砂狀氧化鋁,因為這種氧化鋁具有較高的活性,容易在冰晶石溶液中溶解,并且能夠較好地吸收電解槽煙氣中的氟化氫,有利于煙氣凈化。

          煉鋁用氧化鋁的化學組成一般如下:

          Al2O3   ?。?8.35%    Fe2O3    0.01~0.04%

          SiO2    0.01~0.04%   TiO2   ?。?.005%

          ZnO    0.003~0.02%   CaO    0.007~0.07%

          Na2O    0.3~0.65%   V2O5   ?。?.003%

          P2O5   ?。?.003%  Cr2O3   ?。?.002%

          灼減     0.2~1.5%

          中國大的氧化鋁生產廠家有哪些?

          哪位大蝦可以介紹一下?還有就是現在國內的氧化鋁生產工藝是怎樣的?

          山東鋁廠:燒結法;

          貴州鋁廠:拜耳法;

          山西鋁廠:混聯法;

          :燒結法;

          蘋果鋁廠:拜耳法。

          中國鋁業公司是最大的,下有山東、山西、河南、中州、平果、貴州六大分公司,產量余1000萬噸.

          我國主要氧化鋁廠的生產工藝類型

          氧化鋁是典型的大型復雜流程性工業,全世界90%以上的氧化鋁直接采用的是經濟的拜耳法生產流程,而我國氧化鋁企業因礦質的不同,而分別選用不同的生產工藝。

          燒結法:

          適于礦石品位含硅高、難溶的、中等資源品位的一水硬鋁石,流程長、工藝復雜。我國絕大部分老的氧化鋁企業多采用這一方法進行氧化鋁冶煉,如:山東鋁廠、Ⅰ期、山西鋁廠Ⅰ期。 燒結法氧化鋁生產過程主要包括熟料燒成、熟料溶出、精液制備、分解和蒸發等主要的生產工序。來自原料磨的生料漿通過回轉窯燒制成易于溶出的鋁酸鈉熟料,再經碳分母液和一次洗液浸泡后進行溶出;此后通過赤泥分離洗滌、粗液脫硅、硅渣分離等工序生成的精液分別送至碳分和種分工序進行分解反應,析出氫氧化鋁;種分母液經蒸發形成的種蒸母液送拜爾法堿液調配后給原礦漿配料;碳蒸母液則返回至原料磨配料。析出的氫氧化鋁送焙燒工序進行焙燒。與拜耳法相比,燒結法主要在熟料燒成和碳分分解的控制部分是完全不同的兩個過程。

          拜爾法:

          拜爾法是國外氧化鋁最廣泛采用的生產工藝。適于生產易溶的三水鋁石和一水軟鋁石,處理中等品位鋁土礦堿耗高、礦耗大是常規拜耳法生產氧化鋁的缺點。貴州鋁廠Ⅰ期、平果鋁廠采用此法拜爾法氧化鋁生產過程主要包括預脫硅、溶出過程,赤泥洗滌、過濾過程,種分分解過程和氫氧化鋁過濾、焙燒等主要的生產工序。

          選礦拜爾法:

          可將A/S為4以上的鋁土礦通過浮選成A/S為11.2的礦漿,可提高單管溶出系統的溶出率,工藝管道和罐內不易結巴。Ⅱ期采用此法。

          石灰拜爾法:

          與常規拜耳法流程相比,除適當加大石灰燒制和赤泥分離洗滌過程的生產能力外其它完全相同。通過在溶出過程中添加過量石灰,除滿足與TiO2反應所需的石灰添加量外,還需部分滿足與鋁土礦中的SiO2盡可能多地與CaO反應生成水合硅鋁酸鈣,使溶出過程中的脫硅產物的一部分由方鈉石型的水合鋁硅酸鈉變為水化石榴石型的水合硅鋁酸鈣,從而大幅度降低溶出赤泥的N/S。與混聯法流程相比,取消了高熱耗的熟料燒結過程及其相應的濕法生產系統,建設投資少,生產能耗低,但同時鋁土礦和石灰石單耗相對較大。(

          串聯法:

          處理中低晶位鋁土礦的適宜方法。先以較簡單的拜爾法處理礦石,最大限度地提取礦石中的氧化鋁,然后再用燒結法回收拜爾法赤泥中的 Al2O3和 Na2O,可降低氧化鋁生產的綜合能耗,Al2O3的總回收率高,堿耗降低,產品成本可大幅度降低。不增加建設投資和設備,可在現有混聯法廠推廣應用。貴州鋁廠、魯能晉北(規劃)。

          并聯法:

          由拜耳法、燒結法組成并聯法氧化鋁生產工藝。采用此法生產的有:.

          混聯法:

          由拜耳法、燒結法組成,是我圖首創的適應高硅、低鐵、難溶的一水硬鋁石型鋁土礦的一種方法 在將近30年的生產實踐中.不斷地改進和發展,取得了可貴的經驗.如采用經濟溶出率、提高熟料鋁硅比、降低鐵鋁比、提高溶出率、降低生料漿水分等一系列措施.使得混聯法生產氧化鋁技術經濟指標先進.如氧化鋁總回收率,一般年份為90%,最好年份為92.2%。堿耗一般年份為78kg/t -Al,最好年份為59kg/t-A1。該兩項技術指標已達到和超過國外同類工廠水平。但其也存在生產能耗相對較高,工藝流程復雜等缺陷。我國山西鋁廠Ⅰ期、貴州鋁廠Ⅱ期、鄭州鋁廠采用此法生產。

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