（有色金属冶金专业论文）后加矿增溶溶出技术处理我国一水硬铝石矿的研究.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 后加矿增溶溶出技术处理我国一水硬铝石矿的研究 摘要 随着国家经济的发展和社会的进步，铝在人类社会生活中发挥的作用 越来越重要，需求量也越来越大。因此优先发展铝，尤其是氧化铝成为我 国有色金属工业的重要方针。 本论文针对我国一水硬铝石型铝土矿高铝、高硅、低铁，具有稳定的 晶格结构，与碱的反应能力比较低，难以采用纯拜耳法处理的特点，提出 了在石灰拜耳法的基础上采用后加矿增溶溶出技术处理我国一水硬铝石 矿的工艺。旨在降低溶出液的分子比，提高碱的循环效率和氧化铝的产量， 降低成本，优化拜耳法的经济技术指标。 论文首先研究了河南一水硬铝石矿的溶出特性，并考察了石灰添加量 对其溶出效果的影响；然后在石灰拜耳法的基础上分别以氢氧化铝和国外 三水铝石矿为后加矿进行增溶溶出实验，考察了配料分子比、增溶温度、 后加矿加入量和增溶时间对溶出效果的影响，为进行增溶溶出实验推荐了 比较好的工艺条件。最后，本文考察了增溶溶出对溶出后矿浆的沉降性能 的影响。 通过实验得到以下结论： ( 1 ) 由于一水硬铝石矿特殊的溶出性质，其溶出率一般达不到理论溶 出率。 ( 2 ) 加入石灰能够明显提高氧化铝的溶出率，改善一水硬铝石矿的溶 出性能，但石灰的加入量也不能无限增加，本实验中其加入量应控制在7 左右。此时，河南铝土矿的溶出率为8 2 7 ，溶液的分子比为1 4 8 。 ( 3 ) 以氢氧化铝作为后加矿，在石灰拜耳法的基础上用增溶溶出技术 处理我国一水硬铝石矿。通过单因素实验推荐增溶溶出条件为：一段配料 分子比范围在1 5 5 1 6 0 ，增溶温度为2 1 5 2 2 0 ，增溶时间为1 5 2 0 分钟，后加矿的加矿量为一段溶出时加入一水硬铝石矿的1 5 左右。在此 条件下，铝土矿的溶出率可以达到8 8 8 ，溶出液的分子比可以降至1 3 9 。 ( 4 ) 以三水铝石矿作为后加矿，通过单因素实验推荐增溶溶出条件为： 段配料分子比范围在1 5 5 1 6 0 ，增溶温度为1 9 5 2 0 0o c ，增溶时间为 i i 东北大学硕士学位论文 摘要 15 2 0 分钟，后加矿的加矿量为一段溶出时加入一水硬铝石矿的2 0 左 右。在此条件下，铝土矿的溶出率可以达到8 8 5 ，溶出液的分子比可以 降至1 3 8 。 ( 5 ) 无论是自由沉降还是添加絮凝剂沉降，增溶溶出后矿浆的沉降速 度高于未进行增溶溶出矿浆的沉降速度，前者沉降性能明显优于后者。 ( 6 ) 用增溶溶出技术处理河南一水硬铝石矿矿，能够明显缩短溶出时 间，提高氧化铝的溶出率，获得较低的溶出液dk ，并且使溶出后矿浆的沉 降性能得到明显改善。由此可见，用增溶溶出技术处理我国一水硬铝石矿， 在工艺上是可行的，能够优化拜耳法溶出的各项经济技术指标，能够达到 降低能耗、增加产能以及降低赤泥铝硅比的目的。 关键词：一水硬铝石三水铝石拜耳法增溶溶出技术配料分子比 絮凝剂沉降性能 i i i ， 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ho fu s i n gs w e e t e n i n gt e c h n o l o g yt od i s p o s e d i a s p o r ei nc h i n a a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m i ca n dt h ep r o g r e s s i o no f s o c i e t y ，a l u m i n u mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l em o r ea n dm o r e t h en e e df o r a l u m i n u mi s i n c r e a s i n gr e c e n t l y t h e r e f o r e ，d e v e l o p i n gt h ei n d u s t r yo f a l u m i n u m ，e s p e c i a l l ya l u m i n ah a sb e e ng i v e nt h ep r i o r i t yt oo u rc o u n t r y o u rc o u n t r y sb a u x i t ei sd i a s p o r e ，w h i c hh a sh i g hc o n t e n to fa l u m i n aa n d s i l i c a ，b u tl o wc o n t e n to ff e r r i c ，t h er e l a t i v e l ys t a b l ec r y s t a ls t r u c t u r ea n d1 0 w r e a c t i o na b i l i t yw i t hc a u s t i cs o d a t h e r e f o r e ，i ti sd i f f i c u l tt od i s p o s et h e b a u x i t eb ym e t h o do fp u r eb a y e r i nt h i sp a p e r , a c c o r d i n gt ot h ep e c u l i a r i t i e s o fo u rc o u n t r y sd i a s p o r e ， s w e e t e n i n gp r o c e s sw a sa p p l i e dt ob a y e rp r o c e s s w i t ha ne x c e s s i v ea d d i t i o no fl i m e ，i no r d e rt or e d u c et h ec iko ft h ed i g e s t e d l i q u o r ，i n c r e a s et h ey i e l do fa l u m i n aa n dc i r c u l a t i o ne f f i c i e n c yo fc a u s t i c s o d a ，i m p r o v et h ee c o n o m i ca n dt e c h n i c a li n d e xi nb a y e rp r o c e s sa n dd e c r e a s e t h ec o s to fa l u m i n a f i r s t l y ，w et e s tt h es p e c i a ld i g e s t i o nq u a l i t yo fh e n a nd i a s p o r e ，a tt h e s a m et i m e i n v e s t i g a t e t h ei n f l u e n c eo ft h el i m e sa d d i t i o nt oa l u m i n a s d i g e s t i o ne f f i c i e n c y t h e nw er e s e a r c h t h es w e e t e n i n gp r o c e s sb yu s i n g a i ( o h ) 3a n df o r e i g ng i b b s i t ea st h eo r e t h r o u g hs i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t s ， f a c t o r st h a ti n f l u e n c i n gt h ed i g e s t i o ne f f i c i e n c ya r es t u d i e d ，s u c ha sm o l e c u l e r a t i o ，s w e e t e n i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m e ，a d d i t i o no ft h eo r e ，t h e nw e r e c o m m e n dt h et e c h n i c a lc o n d i t i o n sf o rt h es w e e t e n i n gp r o c e s s a tl a s t ，w e s t u d yt h es e d i m e n t a t i o np r o p e r t i e so fa l lk i n d so fd i g e s t e dm u d t h e r ea r et h ec o n c l u s i o n so ft h ee x p e r i m e n t s ： ( 1 ) f o rt h es p e c i a ld i g e s t i o np r o p e r t y ，d i a s p o r ec a n n tr e a c hi t st h e o r e t i c d i g e s t i o ne f f i c i e n c y ( 2 ) t h ea d d i t i o no fl i m ec a np r o m o t et h ed i g e s t i o no fd i a s p o r e b u tt h e a d d i t i o ni sn o tt h em o r et h eb e t t e r ，w es h o u l dc o n t r o li tu n d e r7 u n d e rt h i s 东北大学硕士拳位论文 a b s t r a c t c o n d i t i o n t h ed i g e s t i o ne f f i c i e n c yi s8 2 7 ：t h em o l e c u l er a t i oi s1 4 8 ( 3 ) w h e nu s i n ga i ( o h ) 3a st h eo r e ，t h es w e e t e n i n gp r o c e s sc o n d i t i o n sa r e r e c o m m e n da s ：m o l e c u l er a t i oo ff i r s t s t e p ：1 5 5 1 6 0 ：s w e e t e n i n g t e m p e r a t u r e ：2 1 5 2 2 0 ；s w e e t e n i n gt i m e ：1 5 2 0 m i n ；a d d i t i o no f t h eo r e ： a b o u t15 u n d e rt h o s ec o n d i t i o n s ，d i g e s t i o ne f f i c i e n c yc a nn e a ri t st h e o r e t i c v a l u e ，a f t e rd i g e s t i o nt h em o l e c u l er a t i oc a nd e c r e a s et o1 3 8 7 ( 4 ) w h e nu s i n gf o r e i g ng i b b s i t ea s t h eo r e ，t h e s w e e t e n i n gp r o c e s s c o n d i t i o n sa r er e c o m m e n da s ：m o l e c u l er a t i oo ff i r s ts t e p ：1 5 5 1 6 0 ： s w e e t e n i n gt e m p e r a t u r e ：1 9 5 2 0 0 ，s w e e t e n i n gt i m e ：l5 2 0 r a i n ： a d d i t i o no ft h eo r e ：a b o u t2 0 ，u n d e rt h o s ec o n d i t i o n s ，d i g e s t i o ne f f i c i e n c y c a nn e a ri t st h e o r e t i cv a l u e ，a f t e rd i g e s t i o nt h em o l e c u l er a t i oc a nd e c r e a s et o 1 3 7 9 ( 5 ) a f t e rs w e e t e n i n gp r o c e s s ，t h ed i g e s t e dm u dh a sam u c hm o r eq u i c k l y s e d i m e n t a t i o ns p e e dt h a nt h em u dw h i c hn e v e rb eu s e di ns w e e t e n i n gp r o c e s s ( 6 ) u s i n gs w e e t e n i n gp r o c e s st od i s p o s eh e n a nd i a s p o r ec a ns h o r t e nt h e d i g e s t i o nt i m ee v i d e n t l y ，i ta l s oc a ni m p r o v et h ed i g e s t i o ne f f i c i e n c yo f a l u m i n a ，a c h i e v el o w e rak ，a tt h es a m et i m ei m p r o v es e t t l i n gp r o p e r i t i e so f t h ed i g e s t e dm u d t h u si tc a nb es e e nt h a ti ti sf e a s i b i l i t yt ou s et h i sw a yt o d i s p o s ed i a s p o r ei nc h i n aa tt e c h n i c s ，b yt h i sm e a n sc a no p t i m i z et h ee c n o m i c a n dt e c h n o l o g yi n d e xo fb a y e rp r o c e s s ，t h e no b t a i nt h ea i mo fr e d u c i n ge n e r g y s o u r c e s c o n s u m m a t i o n ，i n c r e a s i n gt h r o u g h p u ta n dd e c r e a s i n gt h ea so fr e d n l u d k e y w o r d s ：d i a s p o r e g i b b s i t e b a y e rp r o c e s ss w e e t e n i n gp r o c e s s m o l e c u l er a t i of l o c c u l a n ts e d i m e n t a t i o n p r o p e r t y - v 东北大学硕士学位论文独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人 己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：7 趸辱色利 日 期：讥蕊、弓5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使 用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同 意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 在过去的半个世纪中，铝由于重量轻、资源丰富和可循环使用等特点， 在金属材料市场中保持强劲的竞争力。据权威机构报道，新世纪未来2 0 年，金属铝在材料领域将扮演主导角色，为其它工业培育优新产品提供所 需要的基础材料和解决方案，以满足多元化社会对多样化、多功能产品的 期望。 铝的化学性质活泼，极易氧化而很难还原，因此，它的冶炼方法与铜、 铁等金属有所不同。到目前为止，冰晶石氧化铝熔体电解仍然几乎是工业 生产金属铝的唯一方法 2 1 。因此，铝的生产过程包括从矿石中提取氧化铝 和电解冰晶石氧化铝熔体两个主要过程。随着电解铝的迅速增长，氧化铝 的需求量也必然不断加。当前，世界生产的氧化铝中，约有9 0 的氧化铝 供电解炼铝用，其它的主要用于电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、磨 料、防火剂、造纸及制药等众多领域中。 近年来，随着国民经济的发展和社会的进步，铝在人民生活和社会生 产中的作用越来越重要，用量也越来越大。因此，优先发展铝工业特别是 氧化铝工业就成了目前我国有色金属工业的重要方针。 1 1 氧化铝工业发展概况 目前，全球正在生产的氧化铝厂共有6 5 个，分布在3 0 多个国家和地 区。主要生产国为澳大利亚、美国、中国、巴西和牙买加，以上五国产量 占世界总产量的6 0 ，其中澳大利亚产量占世界产量的三分之一。国际铝 业协会( i a i ) 数据显示( 表1 1 ) ，到2 0 0 2 年底，世界氧化铝生产能力为5 3 6 1 5 万t a ，2 0 0 4 年底增至5 5 5 2 1 万t a ，并预计到2 0 0 5 年进一步达到5 6 6 6 8 万t a 3 1 。 1 1 1 世界氧化铝工业 最近1 0 年来，随着铝产量的增加，以及氧化铝用途的扩大，氧化铝 产量也在增多。2 0 0 3 年世界氧化铝总产量约计6 1 0 0 万t ，其中最大的氧化 铝生产国是澳大利亚，其年生产能力约为1 6 6 5 万t 。世界氧化铝总量的9 0 1 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 用于生产原铝，其余为非冶金用，冶金级氧化铝的消费量约为原铝产量的 2 倍1 4 i 。 表1 1i a i 统计的世界氧化铝生产能力( k t a ) t a b 1 1i n t e r n a t i o n a la l u m i n at h r o u g h p u tg i v e nb yi a i ( k t a ) 2 0 0 1 年世界氧化铝消费为4 7 9 0 万t ，而产量则达到4 9 7 0 万t ，产量 过剩1 8 0 万t 。2 0 0 2 年这种情况有所好转，氧化铝产量达到5 1 4 0 万t ， 产量过剩约7 0 万t 。2 0 0 3 年这一数字减少到约3 0 万t ，氧化铝产量达到 5 3 7 0 万t ，而需求还在增加。到2 0 0 5 年世界氧化铝市场将会出现大转折， 氧化铝缺口将达到1 9 0 万t 。 1 1 2 我国氧化铝工业 自从1 9 5 4 年7 月1 日我国第一座氧化铝厂一山东铝厂建成投产以来， 在国家优先发展铝方针的指导下，经过近半个世纪的建设和发展，我国氧 化铝工业取得了巨大的成就，形成了山东、山西、贵州、河南和广西氧化 铝工业基地，这5 大基地覆盖着我国大部分地区，对我国铝工业的发展起 着举足轻重的作用【7 ，b 】。目前，我国已有6 座氧化铝厂，总产能达6 0 0 万吨。 氧化铝的产量连年增长，到2 0 0 3 年氧化铝的产量已达到6 0 4 7 万吨，仅次 于澳大利亚( 1 6 6 5 万t ) 居世界第二位。世界5 大氧化铝生产国近几年产量 变化见表1 2 i 。 一2 东北太学硕士学位论文 第一章绪论 用于生产原铝，其余为非冶金用，冶金级氧化铝的消费量约为原铝产量的 2 倍1 4 i 。 表1 1 i a i 统计的世界氧化铝生产能力( k t a ) t a b 1 1i n l e r n a t i o n a la l u m i n at h r o u g h p n lg i v e nb yi a i ( k t a ) 2 0 0 1 年世界氧化铝消费为4 7 9 0 万t ，而产量则达到4 9 7 0 万t ，产量 过剩18 0 万t 。2 0 0 2 年这种情况有所好转，氧化铝产量达到5 1 4 0 万t ， 产量过剩约7 0 万t 。2 0 0 3 年这一数字减少到约3 0 万t ，氧化铝产量达到 5 3 7 0 万t ，而需求还在增加。到2 0 0 5 年世界氧化铝市场将会出现大转折， 氧化铝缺口将达到1 9 0 万t 。 1 1 2 我国氧化铝工业 自从1 9 5 4 年7 月1 日我国第一座氧化铝，一一山东铝厂建成投产吼来， 在国家优先发展铝方针的指导下，经过近半个世纪的建设和发展，我国氧 化铝工业取得了巨大的成就，形成了山东、山西、贵州、河南和广西氧化 铝工业基地，这5 大基地覆盖着我国大部分地区，对我国铝工业的发展起 着举足轻重的作用7 ，8 】。目前，我国己有6 座氧化锚厂，总产能达6 0 0 万吨。 氧化铝的产量连年增长，到2 ) 0 3 年氧化铝的产量己达到6 0 47 万吨，仅次 于澳大利亚( 16 6 5 万t ) 居世界第二位。世界5 大氧化铝生产国近几年产量 于澳大利亚( 16 6 5 万t ) 居世界第二位。世界5 大氧化铝生产国近几年产量 变化见表1 2 i 。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 虽然，我国氧化铝工业取得了很大的发展和技术进步，但是与国外先 进生产水平相比，我国氧化铝工业仍然存在着生产能耗高、技术经济指标 不好以及国际竞争能力差等不利因素。 受铝土矿资源条件的限制，目前我国氧化铝工业中除平果铝厂采取拜 耳法生产氧化铝外，其余氧化铝厂均采用工艺复杂、流程长的混联法或烧 结法组织生产。而国外氧化铝工业几乎全部采用拜耳法工艺进行生产。 在氧化铝工业中，生产能耗的大小在很大程度上决定着氧化铝生产成本的 高低，巨大的能源消耗大大增加了我国氧化铝的生产成本。 虽然，近年来经过广大氧化铝工作者的努力，通过生产达标和采取技 术革新，使我国氧化铝的综合能耗大幅度降低，技术经济指标大为改善( 见 表1 3 1 0 1 1 1 ，但生产能耗仍然要远远高于国外水平。 表1 3 1 9 9 7 2 0 0 3 年主要氧化铝厂的综合能耗( k g 标煤，t ) t a b 1 3 i n t e g r a t ec o n s u m p t i o no fa l u m i n ai nm a i na l u m i n aw o r k si n 1 9 9 7 2 0 0 3 ( k gs t a n d a r dc o a l t ) 一3 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 铝土矿资源概述 铝土矿( b a u x i t e ) 亦称铝矾土或高铝矾土。铝土矿矿床是由含铝较高的 火成岩风化或由海、陆相沉积而成。铝土矿是目前氧化铝生产中最主要的 矿石资源，9 5 以上的氧化铝是用铝土矿生产出来的。铝土矿在矿物组成、 化学成分、各矿物的赋存状态、物理性质等方面的区别，决定了氧化铝生 产工艺流程及设备的特点。 1 2 1 国内外铝土矿资源分布 就世界范围而言，铝土矿资源极其丰富，遍及全球五大洲4 0 多个国 家，但铝土矿的分布很不平衡，约9 0 的储量分布在世界上1 2 个国家【l ” ”】。据美国地质调查局估计，2 0 0 1 年世界铝土矿资源量约为5 5 0 7 5 0 亿 吨，主要分布在南美洲( 3 3 ) 、非洲( 2 7 ) 、亚洲( 1 7 ) 、大洋洲( 13 ) 和其 他地区( 1 0 ) 。从国家看，几内亚、澳大利亚两国的储量约占世界储量的 一半，南美的巴西、牙买加、圭亚那、苏里南约占世界储量的四分之一。 此外，据近年的报道，越南也有丰富的铝土矿资源，据计储量在8 0 亿吨 左右。 世界已探明的铝土矿储量及分布情况见表1 4 。 我国己探明铝土矿矿区3 1 5 处。按矿产储量最新分类计，我国铝土矿 储量约5 3 9 亿t ，基础储量7 1 6 亿t ，资源量1 7 8 7 亿t ，总资源储量2 5 0 3 亿t 。我国铝土矿资源储量预测可达5 0 亿t ，其中山西2 5 亿t 、河南4 亿t 、贵州5 亿t 、广西7 亿t 、云南3 亿t 。从大的行政区看，我国8 8 的铝土矿区和9 7 的储量集中依次分布在华北、中南及西南三大行政区内。 从各省( 区) 看，我国8 3 的铝土矿区和9 6 的储量集中依次分布在山西、 贵j , i 1 、河南、广西、四川、山东、云南七省( 区) 内，为铝工业基地的建设 提供了得天独厚的资源基础。 1 2 2 国内外铝土矿特点 世界铝土矿的矿石类型，按主要有用矿物成分大致可分为：三水铝石 型、一水软铝石型、一水硬铝石型三种基本类型，此外还有三水铝石一一 水软铝石型、一水软铝石一一水硬铝石型等混合型铝土矿【1 5 1 。 4 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 表1 4 世界铝土矿储量表 t a b 1 4b a u x i t er e s e r v e si nt h ew o r l d 世界主要产铝土矿国家的矿石类型及化学成分见表1 5 。 国外铝土矿以三水铝石型及三水铝石一一水软铝石混合型为主，其储 量占其总储量的9 0 以上，是铝工业易溶出的优质原料。我国铝土矿类型 以高岭石一一水硬铝石型为主，约占总储量的9 8 以上，而三水铝石型铝 土矿仅在海南、广东、福建、台湾等省区有分布，储量不到2 。我国保 有铝土矿储量中，沉积型矿床占8 8 ，堆积型矿床占1 1 ，红土风化型矿 床占l 。适合于露天开采的占3 0 ，介于露采和坑采之间的占3 0 ，其 余4 0 只适合于坑内开采 17 1 。表1 6 比较了名种铝土矿性质。可见一水硬 铝石型铝土矿的不活泼存在形态，是影响我国氧化铝工业发展的重要原 因。 一水硬铝石型铝土矿的矿物组成以一水硬铝石为主，一般在4 0 9 5 之间；其次为高岭石，一般占1 0 4 0 左右；还有水云母、蒙脱石 等。有的矿石含硅矿物为伊利石或叶腊石、绿泥石等，另外有少量褐铁矿、 5 查! ! 查兰堡主兰竺丝查 苎二主竺堕 赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿、针铁矿、锐钛矿及微量的金红石、电气石、锆石 等1 1 8 、2 们。 表1 5 世界主要产铝土矿国家的矿石类型及化学成分“1 t a b 1 5 t y p ea n dc h e m i c a lc o m p o n e n to fo u ei nm a i n 2 1 1 皇! ! ! ! ! ! ! ! ! i ! ! ! ! ! ! ! ：! ! ! 竺 国家 澳大利亚 几内亚 巴西 牙买加 印度 圭亚那 希腊 苏里南 委内瑞拉 匈牙利 中国 代荨做分蕊主要矿物 a 1 2 0 3 2 5 5 8 s i 0 2 0 5 3 8 4 0 - - - 6 0 2 n 8 6 3 2 6 0 4 5 5 0 4 0 8 0 5 0 6 0 3 5 6 5 3 7 3 6 1 7 3 5 5 6 0 5 0 叫5 0 5 0 7 0 0 9 5 2 s 7 5 0 5 2 n 3 1 8 o _ 5 1 7 0 4 3 o 1 6 - - 3 5 0 9 - 9 3 l 8 9 1 5 f e , 0 3 5 3 7 6 4 3 0 1 o 5 8 1 1 6 2 5 0 5 2 5 9 3 l 7 5 3 0 2 8 1 9 7 7 , - - 4 0 1 5 2 0 l 1 3 u 0 2 l - - - 6 1 4 3 8 0 6 - - 4 7 2 4 2 7 1 1 1 1 8 1 3 3 2 z 8 - - - 4 9 1 2 - 3 1 2 3 2 3 矿石类型 三水铝石，一水软铝石 三水铝石，一水软铝石 三水铝石 三水铝石水软铝石 三水铝石 三水铝石 三水铝石，一水软铝石 三水铝石 三水铝石 三水铝石，水软铝石 水硬铝石 表1 6 各种铝土矿类型性质的比较 t a b 1 6 c o m p a r i s o no fa l lb a u x i t e 性质三水铝石 一水软铝石一水硬铝石 6 查! ! 垄兰塑主堂堡垒查 苎二主兰堑竺 从铝土矿的化学成分来看，国外铝土矿以低硅、高铁、高铝硅比为特 点，而我国的铝土矿则属于高铝、高硅、低铁、难溶型矿石。我国绝大多 数铝土矿( 约9 5 ) 都是一水硬铝石型铝土矿，只有海南等地的铝土矿是三 水铝石型，但至今尚未进行工业开采。我国典型的铝土矿的化学成分和矿 物组成列于表1 7 。 表1 7 中的数据表明，约占我国铝土矿总储量9 6 的山西、河南、广 西、贵州、山东、四j i i 、云南等7 省区的2 5 5 个矿区中，铝土矿平均品位 为：a 1 2 0 36 1 9 9 ，s i 0 21 0 4 ，f e 2 0 37 7 3 ，矿石的平均铝硅比仅5 9 6 t 2 卜 ”1 a 而在全国3 0 7 个铝土矿矿区中，据统计，铝硅比大于l o 的矿区只有 7 个，储量仅占6 9 7 ，有近一半储量铝土矿的a s 处于4 6 之间( 详见 表1 8 1 。 表1 7 我国部分铝土矿的化学成分和矿物组成 t a b 1 7c h e m i c a lc o m p o n e n ta n do r ec o m p o s i t i o no fs o m eb a u x i t e i no u rc o u n t r y 项目成分 广西 河南河南 山西 那豆矿渑池矿 新安矿孝义矿 平均 化学 成分 平均 物相 a 1 2 0 3 5 2 2 6 4 3 57 1 9 06 6 3 0 s i 0 2 6 2 1 9 9 47 8 l1 3 3 6 f e 2 0 3 1 9 1 55 9 31 0 5 1 0 2 t i 0 2 3 3 5 1 9 53 9 03 3 0 一水硬铝石6 0 2 5 6 9 5 27 8 5 86 5 7 1 三水铝石 2 1 8 一一一 高岭石4 9 92 7 7 7 6 52 5 8 s 赤铁矿5 4 82 4 5 一一 针铁矿 1 5 4 l 一一 一 组成 锐钛矿2 6 9 1 6 03 4 92 9 0 方解石 0 4 9 1 2 0 一一 石英】0 81 ，1 0 o 4 6o 4 4 伊利石 一 7 1 16 2 1 2 0 1 7 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 表1 8 我国不同a s 值的铝土矿矿区数及储量比例2 1 1 t a b 1 8 d i g g i n g sn u m b e ra n dr e s e r v e sp r o p o r t i o no fb a u x i t ew i t h d i f f e r e n ta si no u rc o u n t r y l 2 1 l 1 ，2 3 我国铝土矿资源存在的主要问题 与国外相比我国铝土矿资源存在以下问题： ( 1 ) 铝土矿资源的难处理性 2 4 2 5 】 我国铝土矿的矿物类型绝大多数为一水硬铝石型铝土矿，其中的主要 含铝矿物为一水硬铝石，它是种难浸出的矿物。用传统的拜耳法处理这 类矿石时，要求有较高的溶出温度和碱液浓度，因而生产上采用的工艺条 件比用三水铝石或一水软铝石为原料时苛刻。这给拜耳法系统的溶出、分 解、蒸发等重要工序的技术和装备带来了一系列困难。 ( 2 ) 资源的保证程度低，品位问题突出 随着氧化铝工业和其他需用铝土矿工业的快速发展，铝土矿资源，特 别是优质资源的短缺，已充分显现出来。按目前的生产需求估算，我国每 年需消耗的铝土矿多达1 0 0 0 多万t ，其中大多是优质矿或次优质矿。 目前优质铝土矿供需矛盾十分突出，矿山均不同程度出现了贫化趋 势，特别是河南等地的高铝矿已濒临枯渴，众多用户争先采购有限的优质 资源。我国铝土矿资源基础储量中8 0 以上为中低品位矿，目前高品位优 质铝土矿平均服务年限少于1 0 年。如果没有新的大规模的高品位铝土矿 发现、探明并开发，我国北方地区氧化铝厂的拜耳法系统将在数年之后面 临高铝矿资源严重短缺的局面。这不但将增加单位产品耗矿量，而且将使 生产成本大大增加。 我国中低品位矿现有储量尚可支撑2 0 4 0 年，某些资源量经过详探 后还可补充成储量。但我国氧化铝生产系统如果不进行技术装备的更新升 级，将难于适应矿石品位的逐渐下降所带来的能耗和生产成本的升高，最 终丧失市场竞争力。 8 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 。3 氧化铝生产方法概述 迄今为止，已经提出了很多种从铝土矿或其它含铝原料中提炼氧化铝 的方法，大致可以分为四类：酸法、碱法、酸碱混合法和热法。但由于技 术上和经济上的原因。目前应用于工业生产的绝大多数是碱法。 用碱法生产氧化铝时，是用碱( n a o h 或n a 2 c 0 3 等) 处理铝土矿，使矿 石中的氧化铝变成可溶于水的铝酸钠。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分 的硅则变为不溶解的化合物，把不溶解的残渣( 由于被氧化铁染成红色，故 称为赤泥) 与溶液分离，经洗涤弃之或综合处理。向过滤后的铝酸钠溶液中 加入晶种或者通入二氧化碳( 烧结法) 气体进行分解以析出氢氧化铝，析出 的氢氧化铝经分离、洗涤和煅烧，便可获得氧化铝产品。 国内外碱法生产氧化铝主要有三种方法：拜耳法、烧结法和拜耳一烧结联合 法。 拜耳法是直接用含有大量游离n a o h 的循环母液处理铝矿石，以溶出 其中的氧化铝而获得铝酸钠溶液，并用加晶种分解的方法，使溶液中的氧 化铝成为氢氧化铝结晶析出。种分母液经蒸发后返回用于浸出铝土矿。拜 耳法比较简单，其能耗低，产品质量好，处理高品位的铝土矿时产品的成 本也低。目前世界上9 0 以上的氧化铝是用拜耳法生产的。但拜耳法对矿 石的要求比较高，它一般要求矿石的铝硅比值大于8 1 0 。随着铝硅比的下 降，氧化铝回收率下降，碱耗增加，生产成本增加。因此它不能用于处理 低品位的铝土矿。 烧结法则是在铝矿石中配入石灰石或石灰、苏打( 含有大量n a 2 c 0 3 的 碳分母液) ，在高温下烧结而得到含固态铝酸钠的熟料，用水或稀碱溶液溶 出熟料，便得到铝酸钠溶液。经脱硅后的铝酸钠溶液用碳酸化分解法使溶 液中的氧化铝变成氢氧化铝析出。碳分母液经蒸发后返回用于配制生料 浆。 对于铝硅比低于7 的矿石，单纯的拜耳法就不适用了，对于处于铝硅 比低于4 的矿石来说，碱石灰烧结法几乎是唯一的途径。但烧结法流程比 较复杂，能耗大，单位产品的投资和成本较高，产品的质量也不如拜耳法 好。 9 东北大学硕士学位论文笫一章绪论 联合法要求铝硅比值在5 7 之间。实践证明，在某些情况下，采用联 合法可以兼收两种方法的优点，取得较单一的拜耳法或者烧结法更好的经 济效果。但其能耗较高。一般来说，采用烧结法和联合法生产氧化铝是拜 耳法生产氧化铝能耗的2 4 倍。 由于我国铝土矿资源的铝硅比低，我国氧化铝工业8 0 采用联合法， 13 采用烧结法，仅有广西平果铝厂采用拜耳法。 1 4 我国氧化铝生产现状及新工艺新技术 1 4 1 我国氧化铝生产现状 我国氧化铝工业经过4 0 多年的发展，在生产技术上有了很大的进步。 先后开发应用了铝土矿选矿除杂( 脱硅) 提高矿石铝硅比技术、拜耳法间接 加热强化溶出技术、烧结法富矿烧结技术、烧结法粗液间接加热连续脱硅 技术、降膜蒸发及氢氧化铝的流态化焙烧技术等等，使得我国创造的混联 法生产技术、装备水平在不断提高，能耗、物耗及可比生产成本大幅度下 降：烧结法在氧化铝总回收率、碱耗、产品质量等方面创造了世界同类生 产方法的先进水平。我国的拜耳法生产技术也有了突出的成就。但与国外 相比还有较大差距，主要表现在： ( 1 ) 综合能耗高、成本高 由于我国铝土矿大多为高铝、高硅、低铁、铝硅比较低的一水硬铝石 型铝土矿，不能采用较经济的低温拜耳法生产氧化铝，只能采用技术条件 苛刻、流程复杂、工艺落后的混联法或烧结法生产氧化铝，造成其能耗高、 生产成本高，氧化铝生产综合能耗是国外采用拜耳法处理三水铝石或一水 软铝石生产氧化铝能耗的3 4 倍。 ( 2 ) 规模小、产能低 截止2 0 0 3 年底，全世界投产的冶金级氧化铝企业共有7 0 个，总设计 产能为6 1 0 0 0 k t a ，最大的是澳大利亚的格拉丝通厂，其设计产能为3 5 8 0 k t a ， 澳大利亚氧化铝厂的平均每厂产能为2 4 3 3 3 3 k t a 。我国氧化铝厂规模小 ( 见表1 9 ) ，其调控市场能力以及抗风险能力较差。 1 0 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 表1 9 我国氧化铝产能与产量 t a b 1 9 t h r o u g h p u ta n do u t p u to fa l u m i n ai no u rc o u n t r y ( 3 ) 技术装备水平落后、劳动生产率低 目前，我国氧化铝工业装备水平与国际先进水平相比，存在着技术装 备水平落后、自动化程度低的差距。 面对国内供不应求的市场和国际氧化铝低成本的冲击，我国氧化铝生 产显现出危机四伏、回天无力的局面。中国加入世贸组织以后，受国外氧 化铝工业的影响，我的氧化铝工业面临的形势更加严峻。因此，根据我国 铝土矿的特点，开发生产成本低的氧化铝生产工艺，发展我国氧化铝工业， 提高我国氧化铝工业的国际竞争力，己迫在眉睫。 1 4 2 氧化铝生产新工艺新技术 近年来，根据我国的资源情况，为了充分利用低品位铝土矿节能降耗、 实现无废料生产，相继研究了一些新的生产方法和工艺流程。 ( i ) 改进的拜耳法技术 用传统的拜耳法技术处理中低品位矿，由于碱耗过高，氧化铝回收率 过低，因而造成成本高、经济上不可行。但拜耳法系统较简单、能耗低、 投资省、效率高。平果氧化铝厂纯拜耳法处理高品位一水硬铝石矿的成功 经验证明，我国氧化铝工业如采用拜耳法，同样可以达到国际先进水平的 能耗和生产成本。 改进的拜耳法技术主要包括选矿拜耳法和石灰拜耳法【26 1 。 选矿拜耳法生产氧化铝新工艺研究，是采用技术经济合理并可实现工 业化生产的阶段磨矿、中矿返回再磨、放粗入选粒度及控制精矿粒度等铝 土矿选矿新工艺技术使铝土矿中的含铝矿物与含硅矿物有效地分离，从而 提高含铝矿物中a s 比，使得高a s 比的含铝矿物能够用拜耳法经济地处 理。所选精矿达到了氧化铝产业化生产的各项要求，选精矿经过拜耳法 1 1 东北大学硕士学位论文第一章绪论 生产氧化铝的实验研究和工业实验，查明了选精矿在拜耳法生产过程中的 溶出、结疤、赤泥沉降分离、晶种分解以及选矿有机药剂在生产流程中的 影响行为和规律，形成了一整套成熟可靠的选矿拜耳法生产氧化铝新工艺 技术。技术经济分析表明，选矿拜耳法新工艺产业化实施，与混联法相比， 能耗降低5 0 ，建设投资下降1 6 4 0 【2 ”。 石灰拜耳法是针对国内铝土矿资源的实际情况，通过在拜耳法生产工 艺基础上加大石灰的添加量，使得其脱硅产物主要为水合铝硅酸钙( 水化石 榴石) ，而不是常规拜耳法的水合铝硅酸钠。此法改变了常规拜耳法需要高 铝硅比矿石的缺点，可大幅度降低生产碱耗，而我国的石灰价格较便宜， 因此大幅度降低了生产成本。用石灰拜耳法处理不同品位的一水硬铝石型 铝土矿，包括由浮选工艺得到的高品位精矿，都可以取得优于常规拜耳法 的技术经济效果。 ( 2 ) 改进的联合法技术 我国氧化铝厂除平果铝厂以外，都是( 或者将是) 联合法生产厂家。已 经形成的庞大的联合法生产系统( 包括烧结法) ，在未来铝土矿资源品位下 降的趋势下，如何通过技术创新和改造，形成改进的新联合法技术，是我 国氧化铝工业实现可持续发展十分迫切需要解决的一个关键问题。 串联法生产氧化铝新工艺全流程实验，解决了中低品位铝土矿石的处理问 题，该流程的技术特点是先以拜耳法处理铝土矿，最大限度地提取氧化铝， 然后用烧结法再次处理拜耳法赤泥以进一步回收氧化钠，与混联法相比， 可降低能耗和建设投资。 ( 3 ) 其它新工艺新技术 拜耳法水化法两段溶出新工艺研究【28 1 ，其先用拜耳法处理铝土矿，然 后再用湿法处理拜耳法赤泥，进一步回收赤泥中的氧化铝和碱，省去了能 耗大的烧结法。 为了解决我国拜耳法生产能耗高的弊病，郑州铝厂成功地消化吸收了 德国的管道化溶出技术。该技术亦实现了全流程的间接加热工艺，主要是 通过提高溶出温度( 强化至2 8 0 。c ) ，采用矿浆闪蒸技术，使回收母液n k 要求在1 7 0 9 l 左右。尽管该项目对溶出过程进行了系统的研究，但矿物结 构所致的结疤问题没有得到根本的解决2 6 9 1 。 1 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 5 拜耳法溶出及增溶溶出技术 铝土矿的溶出过程是拜耳法生产氧化铝的关键环节，核心工序。不仅 应该把矿石中的氧化铝充分地溶解出来，而且要得到苛性比值尽可能低的 溶出液和具有良好沉降性能的赤泥。拜耳法溶出技术的好坏不仅反映溶出 过程本身的先进性和经济性，而且直接影响到氧化铝生产的各项经济技术 指标。 1 5 1 增溶溶出技术 增溶溶出技术是指将难溶的一水硬铝石送去压煮溶出，控制料浆的配 料分子比较高，溶液