论述拜耳法制氧化铝的生产方法

1、论述拜耳法制氧化铝的生产方法目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 弓1言3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 我国氧化铝生产新工艺概况3 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 2.1选矿拜耳法5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2.2预焙烧拜耳法5 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 2.3焙烧预脱硅一拜耳溶出工艺5 HYP

2、ERLINK l bookmark34 o Current Document 2.4拜耳法两段溶出新工艺6 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 2.5石灰拜耳法6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.6拜耳一石灰焙烧法7 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 滨州铝业氧化铝生产工艺介绍9 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 3.1原料磨9 HYPERLINK l bookmark54 o Current

3、 Document 3.2溶出9 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 3.3赤泥沉降10 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 3.4控制过滤10 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 3.5分解分级10 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.6蒸发11 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 3.7成品过滤11 HYPERLINK l bookmark72 o

4、Current Document 3.8焙烧11 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 生产中存在问题及解决方法12 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 4.1赤泥引起的环境问题124.1.1赤泥的成份分析134.1.2 赤泥对环境的危害144.1.3解决办法14 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 4.2结疤144.2.1结疤对生产的危害144.2.2影晌结疤生成的主要因素154.2.3怎样避免结疤及结疤清除的主要方法17 HYPERLINK l bo

5、okmark97 o Current Document 4.3沉降槽194.3.1高效沉降槽19结论20致谢21 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 参考文献22 摘要：滨州铝业为全国规模较大的铝厂，但其在生产中出现了许多诸如赤泥引起 的环境问题及管道结疤现象，结疤严重点导致停产。沉降车间的沉降槽也经常出 现槽子跑浑，底流堵死等现象，给生产带来了很大的损失，也造成了国家许多资 源的浪费。关键词：赤泥 结疤底流堵死 串料引言铝工业是我国国民经济的重要基础原材料工业。铝产品不仅广泛应用国民经 济的各个方面，而且大量用于国防工业，铝工业的发展有力推动

6、了电力，煤炭， 能源等相关产业的发展新材料，新工艺，新技术的不断涌现，又在不断扩展铝产 品的使用领域，可以说，铝工业在我国国民经济发展中发挥着越来越大的作用， 而且以巨大的发展潜力成为拉动我国经济增长的产业部门之一。我国铝业已经有50多年的发展历史，得到了快速发展，已经成为世界铝工业 大国，但是我国铝工业与世界先进国家相比，在资源条件，技术水平，企业规模， 产品结构，市场研究，经营水平，资本市场等方面仍处于劣势，面对优胜劣汰的 市场竞争压力，只有提高生产经营水平，增强竞争意识，才能立于不败之地，才 能稳步发展。我国的氧化铝工业起步于五十年代，随着铝工业的发展，氧化铝也有长足进 步。由于氧化铝是

7、电解铝生产的主要原料，中国电解铝工业的发展势必氧化铝工 业的发展，在改革开放的几十年之间中国先后建立极大氧化铝生产厂，目前中国 已拥有六大氧化铝生产基地，山东铝业公司是我国六大铝厂之一，也是国内最早 建成的氧化铝生产线，自50年代投产以来，随着氧化铝生产技术的不断改进和提 高，产量也逐年提高，近年来又新增加了一条新的生产线，采用了较为先进的生 产技术。本论主要介绍拜耳法制氧化铝的生产方法，重点是以山东滨州魏桥铝业公司 为例，从方法的介绍，流程的简介了解一些制铝的方法，还说明了一部分制铝过 程中的细节，比如：赤泥的产生及来源，赤泥的化学成分分析，赤泥产生的环境 问题；絮凝剂的絮凝机理、作用等，还

8、有絮凝剂溶液与赤泥浆液的混合；最后介 绍了结疤的成因，分类，危害及其消除方法。2、我国氧化铝生产新工艺概况几十年来，对于处理中低品位铝土矿，我国冶金工作者研究了几种处理方法。 氧化铝生产有多种方法，其选择要根据矿石的特点。生产氧化铝的方法大致可分 为:碱法、酸法、酸碱联合法与热法。现在工业上基本上是采用碱法生产。碱法 有拜耳法、烧结法及拜耳烧结联合法等多种流程。我国大多数采用拜耳法生产氧 化铝。定义：拜尔法K-J-Bayer是于1889-1892年提出的，故称之为拜尔法，它适 用于处理低硅铝土矿，尤其是在处理三水铝石型铝土矿时，具有其他方法无可比 拟的优点，目前全世界生产氧化铝和氢氧化铝，有9

9、0%以上是采用拜尔法生产的。（1 ）拜尔法的两大过程:即溶出与分解（a）铝酸钠溶液的品体分解过程：分子比较低的（约1.6倍左右）铝酸钠溶 液在常温下，添加氢氧化铝作为品种，不断搅拌，溶液中的A12O3便以氢氧化铝 形式慢慢析出，同时溶液的分子比不断增大。（b）溶出：析出大部分氢氧化铝后的溶液，称之为分解母液，在加热时， 又可以溶出铝土矿中的氢氧化铝水合物，这就是利用种分母液溶出铝土矿的过 程。交替使用两个过程以上就可以一批一批地处理铝土矿，得到纯的氢氧化铝 产品，构成所谓拜尔法循环。（2）拜尔法的实质：即如下反应在不同的条件下交替进行：Al O +2H O+2NaOH+aq=2NaAl（OH）

10、 +aq2 32“ 勺 r（1）铝土矿破碎：（2）在湿磨中加入高浓度碱液，将矿石磨成矿浆：（3）将矿浆置高温高压下反应，使矿石中的氧化铝变成铝酸钠溶液，经 沉降和洗涤，得到精制的铝酸钠溶液：（4）加入氢氧化铝品种分解制得氧化铝的水化物即氢氧化铝（5）分解后的母液经蒸发浓缩后返回湿磨，进行二次原料制备：（6）将氢氧化铝焙烧，排除结品水和附着水分，得到氧化铝；21选矿拜耳法这一方法是采用浮选工艺，将中低品位铝土矿中的主要杂质-Si0 2除去一部 分，从而提高了铝硅比，使之变成高品位的铝土矿，然后用常规的拜耳法处理。 采用浮选的方法处理我国铝硅比为5.89的一水硬铝石型铝土矿，可获得铝硅比为 11的

11、精矿。铝土矿选矿效果明显，目前没有推广应用有几个重要原因:一是A1203; 回收率低，仅在70-80%之间:二是铝土矿中杂质嵌布粒度很细而带来磨矿、选别、 产品脱水等一系列问题还有待解决。2.2预焙烧拜耳法这种方法的工艺流程:块矿-压力碎矿-悬浮焙烧-湿磨配料-拜耳 溶出。将铝土矿在500-630 C焙烧，其目的是使矿石在此温度范围内脱水，氧 化铝进行品型转变，变为无定形氧化铝和结品差的刚玉，增加其化学活性;此外， 铝土矿经焙烧后孔隙率和比表面积增大，使氧化铝溶出更容易。故该工艺对提高 氧化铝的回收率、降低溶出温度和碱浓度是有实际意义的。但这一工艺并没有解 决高硅所带来的危害。2.3焙烧预脱硅

12、一拜耳溶出工艺这种铝土矿焙烧预脱硅实际上属于化学选矿方法。其原理是，使矿石中的 A1203和Si0，在高温下分解开来，然后用NaOH溶液将Si02溶出，再用石灰乳处理， 将Si0:以CaOSi02的形态沉淀而除去。这一方法的关键技术在于铝土矿经高温 焙烧后，要保证其中的Al203在用碱液脱硅时不溶出来，而在拜耳法溶出时又能 充分溶解在碱液中。这种要求是非常苛刻的，若该工艺的研究经进一步地完善后， 将会有很大的应用前景。2.4拜耳法两段溶出新工艺所谓拜耳法两段溶出新工艺，就是经拜耳法溶出后的赤泥，再添加石灰和 碱液、在一定的温度下溶出，回收其中以水合铝硅酸钠形式存在的氧化铝和碱。 根拒郑州轻研院

13、的研究结果，采用高苛性比值碱液，在高温下处理河南等地拜 耳法赤泥，可使拜耳法赤泥的氧化铝回收率达到50-70% ,碱的回收率达90%以上。 这一工艺的关键问题之一，是采用什么办法来获得高苛性比值的碱液。总的来说， 这一工艺在技术上还不够成熟、流程也较复杂，有待于进一步研究和改进。2.5石灰拜耳法所谓石灰拜耳法是指在拜耳法溶出过程中添加比常规拜耳法过量的石灰， 以经济地处理较低品位的一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的生产方法。众所周 知，常规拜耳法不能经济地处理中低品位铝土矿生产氧化铝的根本原因，是由于 铝土矿中的含硅矿物在一水硬铝石的溶出条件下绝大部分与碱溶液反应生成硅 酸钠，然后与溶液中的铝酸钠

14、反应生成含水铝硅酸钠固体而进入赤泥，造成氧化 铝和氧化钠的损失。随着铝土矿A/S的降低，铝矿中可提取氧化铝的比例减少， 碱的损失则大幅度增加，使生产的经济性也随之恶化。在石灰拜耳法中，所谓过 量是指，所配入的石灰量除满足与Ti02反应所需的常规石灰添加量外，还需部分 或全部满足与Si02反应所需的石灰量，使溶出过程中脱硅产物部分或全部地由方 钠石型的含水铝硅酸钠变为水化石榴石型的含水铝硅酸钙。在原矿浆中加入少量的石灰（4%左右）时，可明显提高A1203的溶出率;再增加石灰 添加量时，对A12O3的溶出率影响不大，而碱耗却有所下降;再加大石灰量，虽可 进一步降低碱耗，但A12O3溶出率反而逐渐降

15、低石灰拜耳法，从赤泥相变角度分 析，加入宜量石灰，可以提高城化铝的回收率，降低碱耗。但它并没有解决SiO2 造成A12O 3损失的根本问题。2.6拜耳一石灰焙烧法铝硅比为4： 7的矿石采用串联法处理比较合理，但串联法中赤泥生料的烧 结技术条件要求较高，烧结温度范围相对较窄，用回转窑烧结时，温度过高，易 形成结圈，温度低时容易掉窑皮或是烧黄料，因此，从配料到烧结要求都比较严 格。拜耳一石灰烧结法可克服上述缺点，焙烧温度在10000C - 11000C，焙烧 温度范围宽，并可实现无液相焙烧，焙烧料溶出后，赤泥残渣中的Na2 0含量低。所谓拜耳一石灰烧结法是应用固相反应的原理，用廉价的石灰或石灰石作

16、原 料，在1000C左右合成12CaO . 7 A12O3和2CaO Si02,回收拜耳法赤泥中的A12O3, 溶出时焙烧料中的12CaO . 7 A12O3可以被Na2CO3溶液溶出.我国大量铝土矿以低铁为主，Fe203含量只有3%左右。这种矿石以碱石灰烧 结法处理，烧成温度高，造成烧成时生成的液相数量不够，反应速度慢，得到 的粒状熟料的工业溶出效果也不够理想191。如果采用两段烧结法处理，在只加 纯碱的一次烧结中，SIO:和Fe20:的含量所起的影响是比较小的。通过一次熟料 的溶出，将大SA120O提取以后，一次渣中flSi0:和Fe20;含量都相应提高，铁 铝比可由原来矿石的0.03提高

17、到0.12,而铝硅比降到1左右，二次烧结的条件也 许就可以有所改善。所以，就矿石的铁含量来说，两段烧结法也是适合于我国 铝土矿的特点的。二 次 反 应基本消除所带来的另一巨大好处，是能够降低赤 泥中的Na2 0的含量，可以更好地利用赤泥来生产水泥。长期以来，赤泥含碱量 较高，使它的利用受到限制，采用两段烧结法也许能有助于这一问题的解决。在两段烧结法中，一次烧结的生料浆只是由矿石、碳分蒸发母液及补充碱 粉配制的，只需要控制生料浆的碱比和水份，而且即使有所波动，对于一次熟 料的质量也不致造成大的危害，并且可以由二次烧结加以补救。二次烧结的生 料也只是由一次渣、石灰石和少量的碳分母液所组成，配入物料

18、的种类减少意 味着变化因素的减少，生料的配料也就可能较为简单。在 碱石 灰 烧结法中， 从液相析出相当数量的钠硅渣、水化石榴石和氢氧化铝等，造成严重的结疤现 象，使设备维护和生产过程的自动控制受到很大的影响。而在两段烧结法中， 由于二次反应得以消除或减轻，从液相析出钠硅渣、水化石榴石的数量将大幅 度的减少，所以可以期望结疤现象能够减轻，为生产设备的维护和生产过程白 动控制的实现提供了较好的条件。在两段烧 结法中，矿石与纯碱作第一次烧结，烧成温度较低，反应 产物为Na20 A1203, Na20 Fe20:和Na20 A1203 . 2SiO2,不包括由CaO分 解Na20 -A1203 .2S

19、i02的反应，因此不存在Na2SO4的熔体妨碍CaO或Cat+向Na20 -A1203.2SiO2扩散和反应的问题，从而使Na2SO;的危害作用有所减轻。如果在 一次烧结过程中也采用生料掺煤的技术，那么由于烧成温度低，还原生成的硫 化物重新被氧化的程度将减少，可能具有更好的脱硫效果。在二次烧结的生料 中只含有少量的碳分母液，不致于含有较多的硫，硫的危害将是较小的。所以 对于高硫矿石的处理，用两段烧结法显得很有利。采用两段烧结法，令人担心的是热耗会不会增加，流程会不会更加 复杂，从而其它的消耗也随之增大的问题。与碱石灰烧结法相比，两段烧结法 的一、二次熟料量之和大于碱石灰烧结法，但它的一次烧结温

20、度比碱石灰烧结 温度低150-2000C，它的第二次烧结可以采用干法或半干法。这些可以看成是能 够导致单位重量熟料的热耗降低的条件。此外，在两段烧结法中，铝酸钠溶液 的脱硅过程可以和一次熟料的溶出过程结合进行，回收率可以提高，回头物料 可能减少等等，这就有可能不致增大能量的消耗。从生产流程上看，两段烧结法比碱石灰烧结法多了一个烧结过程和熟料溶 出过程，然而它简化了泥渣的分离洗涤过程和脱硅过程，生料的制备过程也有 可能简化。综合起来看也不一定会使流程复杂和增加生产费用。与拜耳一烧结串联法相比，可以看到两段烧结法中单纯的碱烧结法代替了 前者中的拜耳法，可以带来如下好处：可以避免复杂的高压溶出过程和

21、种分母液蒸发过程。可以减少物料流量，提高有用成份的回收率。补碱问题易于解决。对于铝土矿有较大的适应性。滨州铝业氧化铝生产工艺介绍魏桥氧化铝的生产工艺，是用碱来处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝 酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物，将不 溶解的残渣与溶液分离，经洗涤后弃去或综合利用，以回收其中的有用组分。纯 净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，经与母液分离、洗涤后进行焙烧，得到氧化 铝产品。分解母液可循环使用，处理另外一批矿石。整个生产工艺分为8个工段：原料磨、溶出、赤泥沉降、控制过滤、分解分 级、蒸发、成品过滤、焙烧。下面从这八个工段分别介绍。3.1原料磨原料制备是

22、氧化铝生产中的第一道工序。原料制备的目的是为拜尔法生产配制出合格的原矿浆送高压溶出工序。拜尔 法原料制备过程包括：铝矿石的破碎、磨矿和配料。拜尔法生产工艺对原料制备 的要求：参与化学反应的物料要有一定的细度；参与化学反应的物料之间要 有一定的配比和均匀的混合。在原料磨工段，铝土矿、石灰及循环母液按比例加入棒磨和球磨机中磨制原 矿浆，原矿浆由水力旋流器进行分级，分级机溢流为合格的原矿浆，送入原矿浆 槽，再用矿浆泵送往溶出车间的常压脱硅工段。3.2溶出从原料车间送来的原矿浆进入常压脱硅工段的加热槽中，采用蒸汽加热，将 矿浆温度控制在100C110C，然后送入脱硅槽中进行连续脱硅。在脱硅槽的 末槽用

23、母液调整经脱硅后的原矿浆RP和温度。合格原矿浆送至高压泵房的隔膜 泵，脱硅机理底部设有返砂管、返砂泵，每班定期将粗砂返回原料磨工段。用隔 膜泵将原矿浆送往溶出工段的套管预热器，由六级套管加热器将原矿浆温度预热 至174 180C，而后采用高压新蒸汽间接加热，原矿浆加热至 2 6 0 C， 保温停留6 0分钟。溶出后料浆经十级闪蒸，温度从260C降至125C，然后送 入稀释槽。从赤泥洗涤送来的赤泥洗液同时加入稀释槽中，稀释料浆用泵送往溶 出后槽，停留守4小时以上，以脱除溶液中的硅、铁、锌等杂质。3.3赤泥沉降从溶出后槽送来的稀释料浆与从絮凝剂制备工段来的絮凝剂一同进入分离 沉降槽中，分离沉降槽底

24、流含固量约38%42%,用泵送往洗涤沉降槽，采用四次反 向洗涤，洗水从末槽加入，末次洗涤底流固体含量约46%54%，拟用高压隔 膜泵送往赤泥堆场堆存。3.4控制过滤分离沉降槽溢流送控制过滤工段的粗液槽，控制过滤采用立式叶滤机，同时 将少量石灰乳加进粗液槽中作为助滤剂，叶滤得到的精液送分解车间的精液板式 热交换工段，叶滤渣进滤渣槽中，用泵送回一洗沉降槽。氢氧化铝洗液加进一洗 沉降槽，苛化渣加入二洗沉降槽中。3.5分解分级控制过滤工段送来的精液进分解车间的精液热交换工序，精液在此工段经两 级换热，精液温度降为61左右，然后送种子过滤冲品种。第一级为精液与分解 母液换热，第二级为精液与水换热。精液冲

25、品种后，制备成固含为800g/L的氢氧化铝料浆，用品种泵送往12 号分解槽中。分解采用高浓度，高种子比一段分解工艺制备砂状氢氧化铝。在分 解槽尾部适当位置设置2台水力旋流器分级机组，分级机底流为粗颗粒氢氧化铝 料浆，作为本车间产品送往焙烧车间成品过滤工序，分级溢流返回分解槽中，分 解倒数第二槽为种子出料槽，在槽上部适当位置出料自流进种子过滤机，经过滤 后品种流进品种槽中，过滤母液进锥形母液槽。为提高分解产出率，在分解槽顶部适当位置设有宽流道板式换热器作为中间 降温设备。3.6蒸发从分解车间送来的母液进入车间的蒸发原液槽，工段采用母液部分蒸发工 艺，一部分母液进VI效蒸发器经五效蒸发器出料至调配

26、槽，另一部分母液送往 IV效蒸发器经III、II、I效三级闪蒸器，部分进强制循环蒸发器、部分送往循 环母液调配槽。蒸发站由一组VI效降膜蒸发器和1台强制循环结晶蒸发器及三级闪蒸组成，蒸发采用 逆流流程。3.7成品过滤由分解分级来的氢氧化铝浆液经氢氧化铝浆液贮槽，用泵送水平盘式过滤 机，进行氢氧化铝分离及洗涤，洗涤后滤饼含水率6%8%，用胶带输送机送往 焙烧炉喂料箱或氢氧化铝仓，过滤后母液送种子过滤的锥形母液槽，氢氧化铝洗 液送赤泥洗涤工序。3.8焙烧从成品过滤或氢氧化铝仓来的氢氧化铝卸入焙烧工序的喂料箱内，喂料箱内 料位与他下皮带计量给料机联锁，控制焙烧炉进料量。氢氧化铝经胶带输送机， 螺旋喂

27、料机送入文丘里干燥器内，干燥后的氢氧化铝被气流带入第一级旋风预热 器中，烟气和干燥的氢氧化铝再次进行分离，一级旋风出来的氢氧化铝进入第二 级旋风预热器，并与从热分离器来的温度约为1000C的烟气混合进行热交换， 氢氧化铝附着水基本脱除，预焙烧过的氢氧化铝在第二次旋风预热器内与烟气分 离卸入焙烧炉的锥体内，焙烧炉所用的燃烧空气从焙烧炉底进入，燃料与空气混 合并燃烧、预焙烧的氧化铝及热空气在炉底充分混合，氧化铝的焙烧在炉内完成。生产中存在问题及解决方法赤泥是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。随着铝工业的不断发展， 目前全世界每年产生约6000万吨赤泥，我国的赤泥排放量每年为400万吨以上， 且

28、随着新厂投产和老厂增产改造，赤泥总量有上升的趋势。世界各国大多数氧 化铝厂是将赤泥堆积或倾入深海，赤泥的存放不仅占用大量土地和农田、耗费 较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的剩余碱液能向地下渗透，造 成地下水污染。此外，晒干的赤泥形成的粉尘到处飞扬，破环生态环境，造成 严重污染。在土地资源日趋紧张、环境保护日趋重要的当今社会，赤泥的综合 治理已成为人们所关注的焦点之一。山东铝业公司是我国六大铝厂之一，也是国内最早建成的氧化铝生产线， 自50年代投产以来，随着氧化铝生产技术的不断改进和提高，产量也逐年提高， 近年来又新增加了一条新的生产线，采用了较为先进的生产技术，但是氧化铝 生产过程中

29、的副产品一赤泥一始终是一个待解决的问题。目前，该公司原有的 生产线己经停止生产，但是由于建厂早期产生的赤泥一直没有采取妥善的堆存 措施，加之连年生产，虽然进行了一系列的回收利用尝试，但都或多或少的存 在问题。现在该公司的赤泥堆场1600万吨的赤泥己堆放成70多米高的金字塔型， 形成了严重的污染。因此，山东铝业公司迫切需要找到一条切实可行的能够大 量应用赤泥的技术。41赤泥引起的环境问题赤泥主要分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥，赤泥从其产生、干燥直至堆放后， 其所含碱液也是污染的一个重要问题，因其高的含碱量对土壤和地下水体都有较 大污染。赤泥的pH值很高达8，其浸出液的pH值为1214，赤泥（含附液）

30、属于有 害废渣（强碱性的土）。随着铝工业的发展和铝土矿石品位的降低，赤泥量将越来 越大，必须对赤泥再处理加以利用，才能变废为宝减少污染。目前，国内外的氧 化铝厂大都将赤泥在堆场堆放，筑坝湿法堆存，靠自然沉降分离对溶液返回再用。 该法容易使大量废碱液渗透到附近土地中，造成土壤碱化、沼泽化，污染地表地 下水源。还有的将赤泥干燥脱水后干法堆存。这两种方法不但占用大量的土地， 还使赤泥中的许多可利用成分不能得到合理的利用，造成了资源的二次浪费。目 前，由于世界范围内废弃物的不断增长，赤泥引起了越来越多经济和环境问题， 随着社会对环境保护工作的重视，迫切要求氧化铝工业实现无害排放或零排放赤 泥，氧化铝生

31、产的副产品，因其为赤红色泥浆状而得名。赤泥是氧化铝生产过程中产生的最大废弃物，也是氧化铝生产的最大污染源。由于生产方法和铝 土矿品位的不同，每生产一吨的氧化铝大约要产生0.5 -2.5吨的赤泥，每吨赤泥 还附带有3-4m3的含碱废液。4.1.1赤泥的成份分析拜耳法赤泥和烧结法赤泥，两者在化学组成上和物相组成方面都有着相当 大的差异，赤泥的物质组成主要有Fe, Si, Ca, A1, Ti,Na,等元素，另外赤泥 中还含少量的V, Sc, Ga, Cr, Zr, Nb, Ta, Th、稀土元素等。赤泥成分如表1所示。表1赤泥化学组成成份分析成分SiO2AI2O3Fe2O3CaOTiO2Na2O+

32、K2O灼碱（%）烧结法混联法山东22610463412山西228846348贵州2586384412郑州208844838山西209845338拜耳法平果1218231565-山东1822402-8-国外拜耳 法美国1218406108-日本151842-4810平均182236281012注：表内组成成份均为从所查阅资料中的得到的平均值，仅从整体上给出几种氧化铝生产方法所得赤泥成 分的差异。从表1-1可见，拜耳法赤泥氧化铝含量是烧结法赤泥的3-4倍，可以预见其 烧成范围应高于烧结赤泥。烧结赤泥氧化钙含量高于拜耳赤泥一倍，预示着烧结 赤泥的烧成温度也将会低于拜耳法赤泥，其氧化钙含量38%-50

33、%,氧化钾和氧化钠 含量总和也超过了4%，这都有助于降低烧结温度，但很有可能会带来吸湿或粉化 的问题。拜耳法生产氧化铝，就是用碱(NaOH或Na2C03)处理铝土矿，使矿石中的氧 化铝和碱反应制成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钦等杂质和绝大部分的二氧化硅则 成为不溶性的化合物进入固体残渣中。因为这种残渣被氧化铁染成红色，故称为 赤泥。与赤泥分离后的铝酸钠溶液经过净化后，分解析出氢氧化铝Al(OH)3， 将Al(O H)3与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。分离Al(OH)3 后的碱液称为循环母液，可以用来处理下一批铝土矿。4.1.2赤泥对环境的危害赤泥主要分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥，赤泥

34、从其产生、干燥直至堆放后， 其所含碱液也是污染的一个重要问题，因其高的含碱量对土壤和地下水体都有较 大污染。赤泥的pH值很高达8，其浸出液的pH值为1214，赤泥(含附液)属于有 害废渣(强碱性的土)。随着铝工业的发展和铝土矿石品位的降低，赤泥量将越来 越大，必须对赤泥再处理加以利用，才能变废为宝减少污染。目前，国内外的氧 化铝厂大都将赤泥在堆场堆放，筑坝湿法堆存，靠自然沉降分离对溶液返回再用。 该法容易使大量废碱液渗透到附近土地中，造成土壤碱化、沼泽化，污染地表地 下水源。还有的将赤泥干燥脱水后干法堆存。这两种方法不但占用大量的土地， 还使赤泥中的许多可利用成分不能得到合理的利用，造成了资源

35、的二次浪费。4.1.3解决办法目前，由于世界范围内废弃物的不断增长，赤泥引起了越来越多经济和环 境问题，随着社会对环境保护工作的重视，迫切要求氧化铝工业实现无害排放 或零排放。现在也已经有许多铝厂开始对赤泥充分利用，如利用赤泥焙烧专瓦， 还可以用其烧陶瓷并且对赤泥中的有用成分如铁，钛等金属进行再次利用，这 样也就为国家节省了好多能源的浪费，真正实现了变废为宝的目的。4.2结疤4.2.1结疤对生产的危害结疤的危害，主要有四个方面:（1）、结疤的导热系数非常小，使传热系效急剧下降。结疤使热利用系统的传热系数降低;使得热能得不到有效利用，增加了能耗。 据文刮”报导，当结疤厚度达I.时。所需热交换面积

36、将增加1倍。（2）、结疤使设备的有效容积缩小沉降槽、洗涤槽蒸发器等设备的有效容积，因结疤的大量生成而减少，并引 起设备负荷增加和损坏设备的基础。使设备生产的效率降低，影响氧化铝的产量。（3）、清理结疤花费大，耗人力、物力例如清除大型沉降槽和洗涤槽，运用风镐等进行机械清理，劳动强度大， 设备损耗高。在氧化铝生产的连续工艺流程中，停车清理沉降槽或洗涤槽，均要 求有备用设备和工作场地，这就限制了生产的提高。再如，压煮管道结疤清理十 分麻烦，需要很长时间，还需要架设辅助管道。生产现场经常见到许多结疤的新 管子不能清理只好换掉。滤布结垢和被堵塞会使过滤机的生产能力急剧下降，必 须经常更换昂贵的滤布，并使

37、得生产指标下降。（4）、结疤引起设备产能下降，能耗和生产成本增加4.2.2影晌结疤生成的主要因素土矿组成、添加剂、生产工艺条件对结疤的生成及性质都有很大影响，只有 清除其影响因素，才可能对其进行有利的防治。温度的影响温度对矿浆中各物质的反应能力、溶解度、结疤物质的组成及状态、结疤速 度等都有很大影响。在一定的加热范围内，有相应的结疤速度和稳定的结疤组成， 而且它们直接与温度有关。别伦斯切因等人据4m/h管道化溶出装置的研究结果 认为，在矿浆加热到反应温度的过程中，结疤速度最快的温度范围是160-2101C， 不同温度下结疤物质不同，而且，这种现象与铝土矿种类无关，而与其生成条件 （温度和溶液组

38、成）的变化有关。B.矿石的物相组成铝土矿的化学成分和矿物组成，会影响到结疤生成的温度范围，物质种类及 含量。矿石中的siO2,如果它以高岭石形态存在，则会在170C以下的低温区析出 结疤;如果是以伊里石、叶蜡石、绿泥石等形态存在，则会在170- 220C大量析 出结疤。以河南，山西广西平果矿为例说明：山西矿的二氧化硅主要以高岭石状态存在，故预脱硅率较高，为75%-80%; 而河南矿的二氧化硅主要以伊里石状态存在，故预脱硅率差，仅为24.2% ;平果 矿稍好，为34.8%.在100 -180C低温段，矿浆流速约2.Om /s，河南矿运转一年 多，传热效果无明显降低，管壁结疤厚度小于lam，在高温

39、段（180-265C）流速不 变，一般运行20-30d，结疤厚度2-3mm。平果矿于河南矿基本类似。山西矿在 160-180C出现结疤，运转30d，结疤厚度接近lm, 160 C前与河南矿相类似。三种 矿石在210-245C内结疤最快，三种矿相比较，河南矿较快。这说明矿物组成对 结疤的影响较大。石灰的添加溶出一水硬铝石型铝土矿必须添加石灰，石灰添加量对结疤速度及其组成 有很大的影响。不同温度下石灰添加量对结疤速度的影响。随着石灰添加量的增 加，在增度165-210C范围内，结疤厚度减少，而在温度245-280C范围内结疤厚 度增加，产生这种现象的原因，主要是由于低、高温下生成的结疤物质种类不同

40、， 低温下主要是硅渣和镁渣结疤，高温下主要是钦渣结疤。溶液中A1203和SiO2浓度的影响结疤速度随溶液中A1,0，浓度的增加而增加。大量研究表明，溶液中SiO2浓 度对结疤速度也有很大的影响。在任何温度下，溶液中SiO2浓度增加，结疤加剧。 溶液中A1203和SiO2,浓度增加是结疤增加的主要原因，是它们都有利于硅渣结疤 和镁渣结疤的生成。不同类型铝土矿的溶出性能，依三水铝实型一一水软铝石型 一一水硬铝石型的顺序降低。因此，在低温下三水铝石型铝土矿中的A1203就能 溶出，溶液中A1203浓度升高，有利于结疤。在用预热器加热一水硬铝石型铝土 矿矿浆时，在220C以下结疤极其轻微，其原因是：以

41、水硬铝石型铝土矿在低温下 难溶出，溶液中的A1203浓度低（低于1208g/L）.同时，溶出时加了7%左右的石灰, 溶液中SiO2浓度低（低于0.7g /L）。矿浆流速矿浆紊乱程度增加，结疤周围和器壁表面的阻滞层减薄，扩散阻力减少， 有利于结疤生长。紊乱程度进一步增加，品核被紊乱的涡流冲离结疤表面和器 壁表面，使结疤生长速度降低。在高流速下，矿讲中的固体粒子，还会将己生 成的结疤冲刷掉。在矿讲流量不变时，随管中结疤增厚，流速增加，这可能就 是结疤速度随时间延长而降低的原因。对于一水硬铝石型铝土矿矿浆，特别是含有粗大粒子时，流速高会造成管 道设备严重磨损，同时增加系统阻力。此外，流速的选择，是以

42、不磨损设备为 前提的，企图找到一种流速，只让矿讲磨去结疤，而不磨损设备，似乎是不可 能的。结疤中含有水镁石和水合硅铝酸镁愈多，结疤的密度愈小，结疤速度愈 快。管道直径增加，结疤速度降低。因此，采用大直径单管预热器，可以延长 清理结疤的周期。4.2.3怎样避免结疤及结疤清除的主要方法a.化学清除法：该法的基本过程是，先对某些结垢成分进行化学溶解，随后打碎残存的结垢， 再用同样的溶剂液流从清理区除掉结垢。化学清除过程最好是在足够高的流速下循环进行。化学清除法较机械清除法 的主要优点在于:清除效率高，时间短，生产费用最低，被清理设备不需拆卸及 组装，对难以接近的部位也能进行清理，成本不高，缺点是需使

43、用腐蚀性溶剂， 对管道材料的腐蚀在所难免。化学清除要使用带缓蚀剂的碱性或酸性溶液。碱清 洗法用于溶解分解槽、沉降槽、碳分槽及其它设备中的氢氧化物结垢。酸清洗法 用于清理蒸发器级的热交换管，而且对于清理铝土矿料浆加热器的加热表面和清 理管道、配件、泵和过滤设备表面等效果最为明显。机械清除法：机械清除法一般常用于清除大容积设备中的结垢，人可以随便接近沉淀物层 的表面，机械也能够靠近，清除的主要作法是利用风动机械破坏结垢，然后用水 将打碎的沉淀物彻底清洗干净.这种方法用于清理赤泥沉降槽和洗涤槽，铝土矿 溶出和溶液脱硅用压煮器，链式搅拌及其它大容积设备较有效。机械清除热交换器管中的沉淀物，但并不能完全

44、清除掉加热表面上的结垢。 机械清除的所有作业劳动强度大，而且必须在设备长时间停止运行的条件下进 行，故而机械清除势必会被其它方式所代替。高压水清除法：基本原理是:用特制的水枪喷射出高压水流冲刷结垢的表面。还有一种特殊 的流体力学清除法，是用蒸汽冷凝水洗涤料浆加热器带结垢的热交换管。该法的 实质是向加热管中连续长时间地通入分离器的废蒸汽，使用结垢与金属表面脱 离，然后再用高速汽液流将沉淀物除掉。热法：该原理是将结垢的管道逐渐加热到300-400摄氏度.然后使管道的外表面快 速冷却。由于钢和沉淀物的热膨胀系数不同，使得管子凹型内表面上的结垢急剧 碎裂和脱落。此方法只有在其它方法都无效时才使用。例如用于清除极坚固的沉积物或除 掉一些小零件上的