从铝土矿中提取铝课件

一、铝土矿的选矿二、氧化铝的生产三、电解铝《材料工程基础》讲授人：王华昆一、铝土矿的选矿《材料工程基础》讲授人：王华昆1铝土矿资源分布特点

铝土矿也称铝矾土，是生产氧化铝的主要原料。按矿石中有用矿物成分种类可将铝土矿划分为：三水铝石型、一水软铝石型和一水硬铝石型三种基本类型。我国铝矿资源丰富。储量居世界第四位。主要矿石类型为一水硬铝石，约占总储量的99％，而三水铝石仅占总储量的1％。铝矿分布集中，其中96％的储量分布在山西、贵州、河南、广西、山东及四川、云南等七省区的255个矿区中。铝土矿的平均品位为：Al2O361．99％，SiO210．40％。我国一水硬铝石型铝土矿具有高铝、高硅、低铁的特征，矿石的铝硅比(矿石中Al2O3，与SiO2的质量比，简称A／S)较低，A／S为4~6的较多，约占总贮量的60％，A／S为2~4的占10％，A／S大于10的矿石较少，因而导致我国氧化铝生产工艺复杂，生产成本高，产品质量差。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿资源分布特点铝土矿也称铝矾土，是生产氧化2铝矿石

三水铝石低铝，低硅，高铁一水硬铝石高铝，高硅，低铁一水软铝石《材料工程基础》讲授人：王华昆铝矿石三水铝石一水硬铝石一水软铝石《材料工程基础》3铝土矿利用现状

以前由于我国铝土矿绝大部分属于高铝、高硅、细粒嵌布一水硬铝石型，铝硅比(A／S)在10以上的铝土矿不到总储量的10％，大部分铝土矿铝硅比在4～8，而且洗选困难，因此不能经济地采用国外普遍采用的常规拜耳法生产氧化铝(从经济的观点出发，拜耳法一般要求入料铝硅比大于10)。氧化铝工业主要采用碱石灰烧结法和混联联合法生产氧化铝，但是，这两种生产方法与国外处理高品位铝土矿的常规拜耳法比较，存在生产能耗高、工艺流程长、建设投资大、制造成本高等缺点。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿利用现状以前由于我国铝土矿绝大部分属于高铝、4铝土矿选矿脱硅

在用碱法生产氧化铝的过程中，硅是铝土矿中最有害的杂质，溶出时产生铝硅酸钠(生产上称为钠硅渣)引起铝的损失，增加碱耗，同时使得生产工艺复杂，导致生产成本提高。资料表明：用拜耳法生产氧化铝，矿石中的SiO2每增加1％，每吨矿石多消耗NaOH6．6kg、Al2O38.5kg；用烧结法生产氧化铝，矿石中SiO2每增加1％，则多消耗石灰石3．5kg。由于矿石硅高、铝硅比低，必须采用熟料烧结。在烧结法生产中，熟料烧结的能耗最大，占总能耗的54．35％以上；在混联法生产中，熟料烧结的能耗仍然占首位，达26．45％。可见硅高、铝硅比低是造成我国氧化铝工业生产成本高的主要原因。因此，必须设法降低矿石中的SiO2含量，提高铝土矿的品位，使它们变成生产氧化铝的优质原料，达到降低能耗、节省成本的目的。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅在用碱法生产氧化铝的过程中，硅是铝土矿5铝土矿利用现状

自50年代以来，我国有关单位开展的铝矿选矿试验，即以利用我国的一水硬铝石资源为目的，矿石经选矿脱硅后用于氧化铝生产，实现“选一冶联合”。改变我国氧化铝工业因受矿石性质和品位因素的制约，利用一水硬铝石生产氧化铝只能以能耗高、投资大、流程复杂的混联法和烧结法工艺为主的现状。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿利用现状自50年代以来，我国有关单位开展6铝土矿选矿脱硅铝土矿脱硅的主要方法化学选矿法生物选矿法物理选矿法《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅铝土矿脱硅的主要方法化学选矿法生物选矿法物理选7铝土矿选矿脱硅化学选矿法主要是在一定的温度下，通过化学反应分解矿石中的含硅矿物(主要是高岭石)，然后用苛性钠溶液对焙烧产物进行溶出处理，其中SiO2优先溶出，进入液相，铝矿物仍留在固体中，然后通过固液分离等方法便可达到脱硅的目的。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅化学选矿法主要是在一定的温度下，通过化学反应分8铝土矿选矿脱硅

生物选矿法是用微生物来分解硅酸盐、铝硅酸盐矿物，如细菌可以将一个高岭土分子破坏为氧化铝和二氧化硅，从而使二氧化硅转化为可溶物，而氧化铝不溶，得以分离。这种方法对于处理胶状极细粒铝土矿较为适合，它能保证得到较高的工艺指标，并消除对环境的污染，而且成本低，是具有良好前景的选矿脱硅方法。其缺点就是脱硅速度慢、周期长、条件要求苛刻，目前难于在工业生产中应用《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅生物选矿法是用微生物来分解硅酸盐9铝土矿选矿脱硅《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅《材料工程基础》讲授人：王华昆10铝土矿选矿脱硅

1洗矿和筛分

洗矿和筛分流程是利用某些铝矿物一高岭石型的铝土矿中高岭石具有易泥化的特点，将矿石破碎后通过圆筒洗矿机、槽式洗矿机、振筛机和水力旋流器等设备，通过洗矿和筛分可将其除掉，从而提高原矿的铝硅比。一般适用于铝矿物嵌布粒度较粗、矿石含泥量较高、含铝较低的三水铝石矿和个别一水硬铝石矿。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅1洗矿和筛分《材料工程基础》讲授人：11铝土矿选矿脱硅2选择性破磨矿

我国铝土矿主要是一水硬铝石，属链状结构，原子间主要以离子键相连，其硬度较大，莫氏硬度一般为6～7；含硅脉石矿物主要是高岭石、伊利石、叶蜡石等黏土矿物，均为层状结构，层间为氢键、弱离子键、分子键，其硬度较低，莫氏硬度一般为1～3。因此，这两类矿物在相同外力场中粉碎时，粒度减小速率不同，这是铝土矿石中铝、硅矿物选择性破磨的基础。在铝土矿的选择性破磨过程中，诸多因素都会影响其选择性，如铝土矿矿石工艺矿物学性质、破磨设备、磨矿介质等。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅2选择性破磨矿《材料工程基础》讲授人：12铝土矿选矿脱硅3.选择性絮凝选择性絮凝是将铝土矿磨到一定细度以后，利用含铝矿物和含硅矿物性质的差异，采用合适的絮凝剂，使矿浆中的各种矿物发生选择性絮凝，然后将絮凝物分离。该方法主要适用于嵌布粒度很细的一水软铝石型矿石，成功与否的关键在于找到合适的分散剂和絮凝剂。有报道将嵌布粒度很细一水软铝石型矿石磨细至-5μm约30%~40%，依聚本稀酰胺作为絮凝剂，用苏打苛性钠作为pH调整剂，以六偏磷酸钠作为分散剂，矿浆中铝矿物发生絮凝，絮凝物沉淀与悬浮物分离，原矿铝硅比2.75，经选择性絮凝后，精铝硅比提高到5.0，回收率为50.40%。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅3.选择性絮凝《材料工程基础》讲授人：13铝土矿选矿脱硅4.反浮选脱硅工艺铝土矿中一般硅矿物的含量远低于铝矿物的含量。反浮选脱硅工艺是依据浮少抑多原则，使硅矿物捕收剂以静电力或氢键作用吸附于硅矿物表面，并通过自身碳链问的分子间作用来强化矿粒表面的疏水性，使硅矿物选择性地富集在气泡上浮于液相表面，从而实现与铝矿物分离的一种脱硅工艺。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅4.反浮选脱硅工艺《材料工程基础》讲授14铝土矿选矿脱硅

反浮选是具有发展前途的一种方法，美国、前苏联等研究表明，在矿浆pH7～8时，胺类阳离子捕收剂可有效地选出鲕绿泥石等硅酸盐矿物，利用六偏磷酸钠有助于矿浆的分散．IshchenkoV·V等，采用十二胺阳离子捕收剂进行反浮选，原矿A／Si1.7～2．4时，浮选搅拌速度为1750r/min，液固比为3，可获得精矿A／Si7左右，精矿产率为27．40％《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅反浮选是具有发展前途的一种方法，美国15铝土矿选矿脱硅5.正浮选脱硅工艺正浮选脱硅工艺是利用铝矿物捕收剂吸附铝矿物增加其疏水性，使其富集在液相气泡表面而上浮，并利用抑制剂阻止硅矿物上浮，从而实现铝、硅矿物分离的一种脱硅工艺。正浮选时有效的铝矿物捕收剂有脂肪酸及其皂类(如油酸、733、氧化石蜡皂、塔尔油、癸二酸下脚料)、黄酸盐类、异羟肟酸盐类等。调整剂或分散剂有碳酸钠、六偏磷酸钠、水玻璃、单宁酸、焦磷酸钠、磷酸钠、腐殖酸钠、硫化钠、氢氧化钠等《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅5.正浮选脱硅工艺《材料工程基础》讲授16铝土矿选矿脱硅

自六十年代以后，我国对一水硬铝石型铝土矿进行了大量的浮选脱硅试验研究，一般磨矿细度-0．074μm为95％，甚至更细，用碳酸钠和氢氧化钠调整pH至9左右，采用六偏磷酸钠、硅酸钠、腐殖酸盐、木质素和硫化钠等作为分散剂，常用氧化石腊皂与塔尔油(多为4BI)或癸二酸下脚料等作捕收剂，流程多为二次粗选一次精选。山东、山西、河南等地一水硬铝石型铝土矿浮选脱硅研究结果为，原矿铝硅比约为5时，选精矿铝硅比可达9左右，氧化铝回收率达到90％《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅自六十年代以后，我国对一水硬铝石型铝土矿进行17二、氧化铝的生产《材料工程基础》讲授人：王华昆二、氧化铝的生产《材料工程基础》讲授18氧化铝的生产

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。《材料工程基础》讲授人：王华昆氧化铝的生产从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法191、拜耳法

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。

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。《材料工程基础》讲授人：王华昆1、拜耳法奥地利拜耳（K.J20

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。

《材料工程基础》讲授人：王华昆

拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较21（一）拜耳法（湿碱法）生产氧化铝1．基本原理工业上几乎全部采用碱法处理铝土矿，拜耳法是典型的湿法冶金方法。实质是在不同条件下，控制以下反应向不同的方向进行，基本反应式，Al2O3·3H2O(Al2O3·H2O)+2NaOH2NaAl(OH)4原理：①压煮器中NaOH溶液高温浸出矿物中氧化铝水合物，得到铝酸钠溶液，杂质进入残渣（赤泥）；②分离赤泥；③铝酸钠溶液降温、稀释，添加晶种并不断搅拌，进行晶种诱导分解得到氢氧化铝；④分解后的母液蒸发浓缩，返回压煮器，浸出下一批矿石；⑤氢氧化铝煅烧得到氧化铝。《材料工程基础》讲授人：王华昆（一）拜耳法（湿碱法）生产氧化铝《材料工程基础》讲授22《材料工程基础》讲授人：王华昆《材料工程基础》讲授人：王华昆23原矿浆制备工艺流程《材料工程基础》讲授人：王华昆原矿浆制备工艺流程《材料工程基础》讲授人：王华昆24原矿浆制备的主要设备包括

带式输送机、球磨机、矿浆磨、螺旋分级机。

《材料工程基础》讲授人：王华昆原矿浆制备的主要设备包括带式输送机、球磨25铝土矿破碎从矿山开采的矿石一般呈不规则形状。根据目前破碎设备的生产性能，一次破碎成符合磨矿粒度要求的细颗粒很困难，所以，破碎一般采用分段破碎，将破碎分成粗碎、中碎、细碎过程进行。由直径1500mm~500mm的矿石破碎成400~125mm，叫粗碎；由400~125mm破碎成100~25mm叫中碎；由100~25mm破碎成25~5mm叫细碎。影响矿石破碎的因素很多，主要与矿石的结构、硬度、形状大小以及均匀性等物理性质有关。铝土矿破碎主要有以下几种方法：压碎、壁碎、折断、磨剥、击碎。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿破碎从矿山开采的矿石一般呈不规则形状。根据目前破碎设备26矿石破碎方法（1）压碎：利用两破碎工作面逼近时加压，使物料破碎。此法的特点是作用力逐步加大，作用力的范围较大，适用于破碎较硬的矿石。（2）壁碎：破碎工作是由尖齿楔入物料的壁面而完成的。其特点是作用力的范围较为集中而发生局部破裂。此法适用干脆性矿石的破碎。（3）折断：物料在破碎工作面间如同承受集中负荷的支点梁，除在外力作用点处受壁力之外，矿石本身发生折屈而破碎。（4）磨剥：破碎工作面在物料上相对移动，对物料施加剪压力，这种力是作用在物料的表面上。此法适用于细粒物料的磨矿。（5）击碎：利用击碎力的瞬间作用于物料上使物料破裂，是动力破碎。《材料工程基础》讲授人：王华昆矿石破碎方法（1）压碎：利用两破碎工作面逼近时加压，使物料破27配矿计算假设已知两种铝土矿的成分如下：SiO2（%）Fe2O3（%）Al2O3（%）A/S第一种S1F1A1K1第二种S2F2A2K2要求混矿的A/S为K，计算两种矿石的配矿比例。根据条件必须是K1＜K＜K2或K1＞K＞K2，否则达不到调整要求。假设第一种矿石用1吨时，需要配入第二种矿石X吨，根据铝土矿铝硅比的定义进行计算：

《材料工程基础》讲授人：王华昆配矿计算假设已知两种铝土矿的成分如下：《材料工程基础》28配碱单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。生产中，要求溶出液具有一定分子比。此指标是工厂根据具体生产条件而确定。配碱量主要考虑以下三方面的用碱量：（1）铝酸钠结合碱。例如当规定的MR＝1.45时，即是溶出一个分子的氧化铝，在溶液中就要保留有1.45个分子的氧化钠；（2）与氧化硅反应生成钠硅渣所需碱。矿石中有一公斤的氧化硅就要配入M（Kg）的苛性钠；（3）在溶出过程中由于反苛化反应和机械损失的苛性碱。但配料时加入的碱并不是纯苛性氧化钠，而是生产中返回的循环母液。循环母液中除苛性氧化钠外，还有氧化铝、碳酸钠和硫酸钠等成份。所以在循环母液中有一部分苛性氧化钠与母液本身的氧化铝化合，称为惰性碱。剩下的部分才是游离苛性氧化钠，它对配料才是有效的。《材料工程基础》讲授人：王华昆配碱单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。《材料工程基础》29原矿浆液固比调整在磨矿中，球磨机的下料量要求稳定。因此，原矿浆液比固的调节是调节循环母液的加入量来实现的。在拜耳法磨矿中，循环母液由三个点加入，而磨机内和分级机溢流的液固比在磨矿的操作中要求稳定。因此，调节原矿浆的液固比，实际上是靠增减加人混合槽的循环母液量来实现。稳定循环母液的浓度和严格铝土矿的配矿制度，是确保拜耳法正确配碱的有效措施。同时应尽量减少非生产用水进入流程及提高石灰质量等，也是拜耳法正确配料，达到良好溶出指标的重要保证。《材料工程基础》讲授人：王华昆原矿浆液固比调整在磨矿中，球磨机的下料量要求稳定。因此，原矿30预脱硅

为了减轻拜耳法过程中，硅渣在溶出时析出，影响溶出效果，在原矿浆进入溶出之前进行预脱硅，是减轻结疤的有效途径。

预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在90℃以上搅拌6-10h，添加钠硅渣晶种，使硅矿物尽可能转变为硅渣，该过程称为预脱硅。

预脱硅过程并不是所有的硅矿物都能参加反应，只有高岭石和多水高岭石这些活性的硅矿物才能反应生成钠硅渣，保持较长时间，可以使生成钠硅渣的反应进行得更充分。《材料工程基础》讲授人：王华昆预脱硅为了减轻拜耳法过程中，硅渣在312．拜耳法流程关键工序（1）铝土矿浸出循环母液主要成分：NaOH、NaAlO2、Na2CO3等，主要由NaOH浸出。氧化铝水合物、矿石中其他成分和碱作用。主要反应如下，①氧化铝Al2O3·nH2O+2NaOH→2NaAlO2+nH2O（1.1.2.2）②

二氧化硅SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O（1.1.2.3）2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O→Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH（1.1.2.4）Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O进入赤泥，造成苛性钠、氧化铝损失。因此，拜耳法仅适宜处理含SiO2较少(5～8%以下)、铝硅比大于7的铝土矿。《材料工程基础》讲授人：王华昆2．拜耳法流程关键工序《材料工程基础》讲授人：王华昆32③氧化铁浸出中，Fe2O3不与NaOH反应，以固相进入残渣，呈粉红色，称为赤泥。④二氧化钛它与配入的石灰作用，生成不溶解的钛酸钙。2Ca(OH)2+TiO2→2CaO·TiO2·2H2O（1.1.2.5）⑤

碳酸盐：主要是CaCO3、MgCO3，它们与NaOH作用。CaCO3+2NaOH→Na2CO3+Ca(OH)2（1.1.2.6）MgCO3+2NaOH→Na2CO3+Mg(OH)2（1.1.2.7）反应使NaOH变成Na2CO3，使苛性钠浓度降低，对Al2O3溶出不利。浸出结果：Al2O3进入溶液，SiO2、Fe2O3、TiO2等杂质留在赤泥中，用机械方法可使赤泥和溶液分离。

不同类型铝土矿，溶出条件差异很大。氧化铝生产的能耗和成本与铝土矿的类型有很大关系。压煮器组：由若干个预热器、压煮器和自蒸发器依次串联成为压煮器组，实行连续作业。压煮器能耐250℃时所产生的高压。铝工业广泛采用采用蒸汽直接加热压煮器，其结构简单，容积为25～35m3、直径1.6～2.3m。缺点是——矿浆为蒸汽冷凝水稀释，使过程指标变坏。《材料工程基础》讲授人：王华昆③氧化铁浸出结果：《材料工程基础》讲授人：王华昆33《材料工程基础》讲授人：王华昆《材料工程基础》讲授人：王华昆34拜耳法赤泥分离、洗涤、粗液精制溶出矿浆稀释、分离、洗涤、精制的目的赤泥沉降、分离、洗涤的简单工艺流程拜尔法赤泥沉降分离洗涤主要包括哪些步骤主要设备《材料工程基础》讲授人：王华昆拜耳法赤泥分离、洗涤、粗液精制溶出矿浆稀释、分离、洗涤、精制35溶出矿浆稀释的目的溶出矿浆在分离之前用赤泥洗液稀释，其目的主要是：（1）降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解溶出矿浆浓度很高，高浓度的铝酸钠溶液比较稳度，不利于晶种分解。用赤泥洗液将溶出矿浆稀释，降低溶液的稳定性，加快分解速度，有利于种分过程进行。（2）使铝酸钠溶液进一步脱硅氧化硅在高浓度的铝酸钠溶液中的的平衡浓度也很高。稀释使溶液浓度降低，二氧化硅的过饱和程度增大，溶液中有大量的赤泥颗粒作种子，溶液温度又高，有利于脱硅反应的进行。因此，稀释能使溶液进一步脱硅。（3）有利于赤泥分离溶出后的矿浆浓度高，粘度大，不利于赤泥分离。稀释的结果溶液浓度降低，粘度下降，赤泥沉降速度加快，从而有利于赤泥分离。（4）便于沉降槽的操作矿浆浓度波动将影响沉降槽操作，矿浆稀释使溶液浓度稳定，在稀释槽内混合后使矿浆的成份波动较小，有利于沉降槽的操作。《材料工程基础》讲授人：王华昆溶出矿浆稀释的目的溶出矿浆在分离之前用赤泥洗液稀释，其目的主36赤泥分离、洗涤的目的赤泥分离的目的是将稀释矿浆中的铝酸钠溶液和赤泥分离开来，以获得工业生产上认为纯净的铝酸钠溶液。赤泥洗涤是为了回收赤泥中带有的氧化钠和氧化铝，以减少损失。粗液精制的目的是净化清除粗液中浮游物，使净化后的铝酸钠溶液含浮游物小于0.02g/l，满足产品质量要求。《材料工程基础》讲授人：王华昆赤泥分离、洗涤的目的赤泥分离的目的是将稀释矿浆中的铝酸钠溶液37赤泥分离、洗涤，粗液精制主要设备赤泥分离与洗涤的主体设备主要有沉降槽和转鼓真空过滤机。目前，赤泥分离和洗涤的最佳工艺配置是大型平底沉降槽加深锥高效沉降槽。精制粗液的设备目前在工业生产上大都采用叶滤机。《材料工程基础》讲授人：王华昆赤泥分离、洗涤，粗液精制主要设备赤泥分离与洗涤的主体设备主要38赤泥洗涤《材料工程基础》讲授人：王华昆赤泥洗涤《材料工程基础》讲授人：王华昆39赤泥堆放《材料工程基础》讲授人：王华昆赤泥堆放《材料工程基础》讲授人：王华昆40（2）铝酸钠溶液的晶种分解是直接影响产品产量和质量的关键工序。NaAlO2溶液稳定性对分解工艺至关重要，很稳定的溶液，不利于生产。影响铝酸钠溶液稳定性的因素：①溶液苛性比值

：为溶液中Na2O与Al2O3的分子比。任何温度下，↑→都使溶液的稳定性↑。，溶液长时间都不会分解。②溶液浓度

Al2O3<25g/L和>250g/L，溶液都很稳定；中等浓度(Al2O3120～130g/L)，即使苛性比值较高也比较不稳定。

③溶液温度浓度、一定时，T↓→稳定性↓④结晶核心和搅拌作用细小的Al(OH)3的加入和搅拌，加速铝酸钠溶液分解。当Al2O3～(145±5)g/L、、T<100℃，溶液不稳定。越接近30℃、过饱和程度越大。此时，加入Al(OH)3晶种、并机械搅拌，过饱和铝酸钠溶液会自发水解，析出大量Al(OH)3NaAlO2+2H2O→Al(OH)3↓+NaOH

（1.1.2.8）获得的高种分母液，蒸发浓缩后、进入下一轮循环；Al(OH)3沉淀洗涤后、送去焙烧。

《材料工程基础》讲授人：王华昆（2）铝酸钠溶液的晶种分解③溶液温度《材料工程基础》41（3）Al(OH)3煅烧脱水、相变。Al2O3·3H2OAl2O3·H2O+2H2(1.1.2.9)Al2O3·H2Oγ-Al2O3+H2O(1.1.2.10)γ-Al2O3α-Al2O3(1.1.2.11)反应(1.1.2.11)要在1200℃维持足够长时间,才能获得适合电解要求的α-Al2O3。煅烧温度高、能耗大，一般采用带冷却机的回转窑，以重油、煤气为燃料。最大的窑为Φ4.5m×110m。（4）母液的蒸发与苛化①蒸发：排除水分、保证循环母液浓度。②苛化：通过反应，Na2CO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3↓

(1.1.2.12)将矿石中碳酸盐和空气中CO2与NaOH反应生成的Na2CO3（过饱和时以Na2CO3·H2O形态析出），重新转化为NaOH。通常用石灰乳与碳酸钠溶液反应。3．现代拜耳法主要进展设备大型化和连续作业；生产过程自动化；节省能量，如，采用流态化焙烧；生产砂状氧化铝，满足烟气干式净化需要。《材料工程基础》讲授人：王华昆（3）Al(OH)3煅烧将矿石中碳酸盐和空气中CO42（二）碱石灰烧结法对铝硅比<4的铝土矿，碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的方法。我国铝土矿大多铝硅比不高。1．原理（1）铝土矿、苏打(Na2CO3)、石灰混合（2）1200℃烧结：SiO2与CaO化合成不溶于水的原硅酸钙(2CaO·SiO2)；Al2O3与Na2CO3化合生成可溶于水的NaAlO2(或Na2O·Al2O3)。（3）稀碱溶液浸出：NaAlO2进入溶液、与2CaO·SiO2分离。（4）碳酸化分解：通入CO2，析出氢氧化铝，同时得到碳分母液（Na2CO3溶液）（5）母液浓缩，在用于下一个工艺循环。2．工艺流程（1）生料烧结：在回转窑中，1200℃进行。

生料主要成分：Al2O3、Na2CO3、CaO、Fe2O3、SiO2等

《材料工程基础》讲授人：王华昆（二）碱石灰烧结法对铝硅比<4的铝土矿，碱石灰烧结43《材料工程基础》讲授人：王华昆《材料工程基础》讲授人：王华昆44烧结反应：Na2CO3+Al2O3→Na2O·Al2O3+CO2↑（1.1.2.13）Na2CO3+Fe2O3→Na2O·Fe2O3+CO2↑（1.1.2.14）SiO2+2CaO→2CaO·SiO2（1.1.2.15）饱和配料：Na2CO3和CaO的加入量，按以下式计算，（1.1.2.16）（1.1.2.17）这样配料可以保证Na2O·Al2O3、Na2O·Fe2O3、2CaO·SiO2生成，具有最好的烧结效果。烧结后，得到块状多孔熟料，破碎后送到溶出工段；炉气除尘净化后，作为CO2来源。（2）熟料溶出：稀碱溶液Na2O·Al2O3+4H2O→2NaAl(OH)4（溶解）（1.1.2.18）Na2O·Fe2O3+2H2O→Fe2O3·H2O↓+2NaOH（水解）（1.1.2.19）

2CaO·SiO2一般进入赤泥。可与Na2O·Al2O3溶液发生一系列二次反应，使部分溶出物重新进入固相。《材料工程基础》讲授人：王华昆烧结反应：《材料工程基础》讲授人：王华昆45二次反应主要有，2CaO·SiO2+2NaOH+H2O→2Ca(OH)2+Na2O·SiO2（1.1.2.20）2CaO·SiO2+2Na2CO3+H2O→2CaCO3↓+Na2O·SiO2+2NaOH（1.1.2.21）Na2O·SiO2进入溶液，当溶液中SiO2达到一定浓度，便与NaAlO2反应，造成二次反应损失，2NaAlO2+2Na2O·SiO2+4H2O→Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH（1.1.2.22）在我国，采用低苛性比二段磨料浸出流程，可大大减小二次反应损失。（3）铝酸钠溶液的脱硅溶出和赤泥分离过程中，赤泥中的β-2CaO·SiO2会与NaOH、Na2CO3、NaAl(OH)4相互作用而被分解（二次反应），使溶液中硅含量维持较高值。而碳酸化分解时，要求提高溶液硅量指数(A/S，即溶液中Al2O3与SiO2质量比)。要达到90%的分解率，必须使硅量指数由粗液中30提高到400。①长期加热溶液，促使铝硅酸钠沉淀:产生白泥（或称硅渣）。2NaAl(OH)4+2(Na2O·SiO2)→Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH（1.1.2.23）

《材料工程基础》讲授人：王华昆二次反应主要有，《材料工程基础》讲授人：王华昆46②加入石灰，生成溶解度更小的铝硅酸钙。2NaAl(OH)4+2(Na2O·SiO2)+Ca(OH)2→CaO·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+6NaOH(1.1.2.24)脱硅前须把浓溶液稀释（减小铝硅酸盐溶解度、使石灰作用充分发挥），脱硅后溶液送去碳酸化分解，硅渣返回烧结。（4）碳酸化分解

CO2通入溶液中，与苛性碱反应，使溶液减小，从而降低溶液稳定性。2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O(1.1.2.25)NaAl(OH)4→Al(OH)3↓+NaOH(1.1.2.26)反应（1.1.2.25）将分解产生的NaOH中和，使反应持续进行。沉淀过滤、洗涤送煅烧，母液蒸发后返回烧结配料。

《材料工程基础》讲授人：王华昆②加入石灰，生成溶解度更小的铝硅酸钙。《材料工程基础》47氧化铝粉《材料工程基础》讲授人：王华昆氧化铝粉《材料工程基础》讲授人：王华昆48耐火材料《材料工程基础》讲授人：王华昆耐火材料《材料工程基础》讲授人：王华昆49三、电解铝《材料工程基础》讲授人：王华昆三、电解铝《材料工程基础》讲授人50电解铝的生产工艺流程300KA直流电冰晶石氧化铝氟化铝氟化钙电解槽炭阳极干法净化返回炭素生产线残极载氟氧化铝铝液铸造铝锭废气排空《材料工程基础》讲授人：王华昆电解铝的生产工艺流程300KA直流电冰晶石氧化铝氟化铝氟化钙51铝电解用原材料氧化铝冰晶石氟化铝铝电解用其它氟化盐铝电解用炭素材料《材料工程基础》讲授人：王华昆铝电解用原材料氧化铝《材料工程基础》讲授人：王华昆52氧化铝氧化铝是铝电解生产中的主原料。它是一种白色粉状物，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它不溶于水，能溶于冰晶石熔体中。铝电解对于氧化铝的要求，一是它的化学纯度，再就是其物理性能。《材料工程基础》讲授人：王华昆氧化铝氧化铝是铝电解生产中的主原料。《材料工程基础》53冰晶石冰晶石的分子式为Na3AlF3，它是溶剂的主要成分。铝电解生产中所用的冰晶石分天然和人造两种。天然冰晶石（3NaF·AlF3）属于单斜晶系，是一种无色或雪白色晶体，比重2.95，硬度2.5，熔点1010℃。天然冰晶石的储量很少，远远不能满足铝工业的需要，所以现代铝工业采用人造冰晶石《材料工程基础》讲授人：王华昆冰晶石冰晶石的分子式为Na3AlF3，它是溶剂的主要成分。54氟化铝在铝电解生产中，它是冰晶石—氧化铝熔体的一种添加剂。氟化铝是一种白色粉末，粒度比氧化铝稍大，不粘手，在常压下加热不熔化，但在高温下升华。它的作用是可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以调整电解质的分子比，主要用于降低熔体的分子比，降低电解温度。以保证生产技术条件的稳定《材料工程基础》讲授人：王华昆氟化铝在铝电解生产中，它是冰晶石—氧化铝熔体的一种添加剂。《55铝电解用炭素材料铝工业上均采用炭素材料作电极——炭阳极和炭阴极。在电解过程中，炭阴极原则上是不消耗的，炭阳极由于直接参与电化学反应而消耗。阳极的作用主要有两种：导电和参加电解时的化学反应和电化学反应。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝电解用炭素材料铝工业上均采用炭素材料作电极——炭56（三）铝电解原理1．电极反应Na3AlF6—Al2O3熔体具有离子结构：阳离子Na+、Al3+；阴离子AlF63-、AlF4-和Al-O-F型络合离子。阴极反应：Al3+(络合)+3e→Al(1.1.2.27)阳极反应：2O2-(络合)+C－4e→CO2(1.1.2.28)总反应：2Al2O3+3C→4Al+3CO2(1.1.2.29)2．阳极效应当电解质中Al2O3<2%w时，在阳极周围发生弧光放电的小火花（产生劈啪声）、槽电压由正常的4.5V突然升高至30～40V。原因是Al2O3浓度降低则电解质对电极润湿性减小，气泡不容易析出，而在阳极表面形成气膜，增大电阻。

《材料工程基础》讲授人：王华昆（三）铝电解原理1．电极反应《材料工程基础》讲授人57《材料工程基础》讲授人：王华昆《材料工程基础》讲授人：王华昆58（四）电解槽电解过程中，阳极要不断消耗，须通过不断调整极间距来调整电解液温度。《材料工程基础》讲授人：王华昆（四）电解槽《材料工程基础》讲授人：王华昆59电解槽是在一个钢制槽壳内部衬以耐火砖和保温层，压型炭块镶于槽底，作为电解槽的阴极。电流通过电解质由炭质阴极流入炭质阳极，完成电解过程。阳极炭块电解质烟罩铝液钢制槽壳钢导电棒阴极炭块耐火材料铝电解槽结构图《材料工程基础》讲授人：王华昆阳极炭块电解质烟罩铝液钢制槽壳钢导电棒阴极炭块耐火材料铝电解60金属铝（铝锭）《材料工程基础》讲授人：王华昆金属铝（铝锭）《材料工程基础》讲授人：王华昆61

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谢谢《材料工程基础》讲授人：王华昆《材料工程基础》讲授人：王62一、铝土矿的选矿二、氧化铝的生产三、电解铝《材料工程基础》讲授人：王华昆一、铝土矿的选矿《材料工程基础》讲授人：王华昆63铝土矿资源分布特点

铝土矿也称铝矾土，是生产氧化铝的主要原料。按矿石中有用矿物成分种类可将铝土矿划分为：三水铝石型、一水软铝石型和一水硬铝石型三种基本类型。我国铝矿资源丰富。储量居世界第四位。主要矿石类型为一水硬铝石，约占总储量的99％，而三水铝石仅占总储量的1％。铝矿分布集中，其中96％的储量分布在山西、贵州、河南、广西、山东及四川、云南等七省区的255个矿区中。铝土矿的平均品位为：Al2O361．99％，SiO210．40％。我国一水硬铝石型铝土矿具有高铝、高硅、低铁的特征，矿石的铝硅比(矿石中Al2O3，与SiO2的质量比，简称A／S)较低，A／S为4~6的较多，约占总贮量的60％，A／S为2~4的占10％，A／S大于10的矿石较少，因而导致我国氧化铝生产工艺复杂，生产成本高，产品质量差。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿资源分布特点铝土矿也称铝矾土，是生产氧化64铝矿石

三水铝石低铝，低硅，高铁一水硬铝石高铝，高硅，低铁一水软铝石《材料工程基础》讲授人：王华昆铝矿石三水铝石一水硬铝石一水软铝石《材料工程基础》65铝土矿利用现状

以前由于我国铝土矿绝大部分属于高铝、高硅、细粒嵌布一水硬铝石型，铝硅比(A／S)在10以上的铝土矿不到总储量的10％，大部分铝土矿铝硅比在4～8，而且洗选困难，因此不能经济地采用国外普遍采用的常规拜耳法生产氧化铝(从经济的观点出发，拜耳法一般要求入料铝硅比大于10)。氧化铝工业主要采用碱石灰烧结法和混联联合法生产氧化铝，但是，这两种生产方法与国外处理高品位铝土矿的常规拜耳法比较，存在生产能耗高、工艺流程长、建设投资大、制造成本高等缺点。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿利用现状以前由于我国铝土矿绝大部分属于高铝、66铝土矿选矿脱硅

在用碱法生产氧化铝的过程中，硅是铝土矿中最有害的杂质，溶出时产生铝硅酸钠(生产上称为钠硅渣)引起铝的损失，增加碱耗，同时使得生产工艺复杂，导致生产成本提高。资料表明：用拜耳法生产氧化铝，矿石中的SiO2每增加1％，每吨矿石多消耗NaOH6．6kg、Al2O38.5kg；用烧结法生产氧化铝，矿石中SiO2每增加1％，则多消耗石灰石3．5kg。由于矿石硅高、铝硅比低，必须采用熟料烧结。在烧结法生产中，熟料烧结的能耗最大，占总能耗的54．35％以上；在混联法生产中，熟料烧结的能耗仍然占首位，达26．45％。可见硅高、铝硅比低是造成我国氧化铝工业生产成本高的主要原因。因此，必须设法降低矿石中的SiO2含量，提高铝土矿的品位，使它们变成生产氧化铝的优质原料，达到降低能耗、节省成本的目的。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅在用碱法生产氧化铝的过程中，硅是铝土矿67铝土矿利用现状

自50年代以来，我国有关单位开展的铝矿选矿试验，即以利用我国的一水硬铝石资源为目的，矿石经选矿脱硅后用于氧化铝生产，实现“选一冶联合”。改变我国氧化铝工业因受矿石性质和品位因素的制约，利用一水硬铝石生产氧化铝只能以能耗高、投资大、流程复杂的混联法和烧结法工艺为主的现状。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿利用现状自50年代以来，我国有关单位开展68铝土矿选矿脱硅铝土矿脱硅的主要方法化学选矿法生物选矿法物理选矿法《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅铝土矿脱硅的主要方法化学选矿法生物选矿法物理选69铝土矿选矿脱硅化学选矿法主要是在一定的温度下，通过化学反应分解矿石中的含硅矿物(主要是高岭石)，然后用苛性钠溶液对焙烧产物进行溶出处理，其中SiO2优先溶出，进入液相，铝矿物仍留在固体中，然后通过固液分离等方法便可达到脱硅的目的。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅化学选矿法主要是在一定的温度下，通过化学反应分70铝土矿选矿脱硅

生物选矿法是用微生物来分解硅酸盐、铝硅酸盐矿物，如细菌可以将一个高岭土分子破坏为氧化铝和二氧化硅，从而使二氧化硅转化为可溶物，而氧化铝不溶，得以分离。这种方法对于处理胶状极细粒铝土矿较为适合，它能保证得到较高的工艺指标，并消除对环境的污染，而且成本低，是具有良好前景的选矿脱硅方法。其缺点就是脱硅速度慢、周期长、条件要求苛刻，目前难于在工业生产中应用《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅生物选矿法是用微生物来分解硅酸盐71铝土矿选矿脱硅《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅《材料工程基础》讲授人：王华昆72铝土矿选矿脱硅

1洗矿和筛分

洗矿和筛分流程是利用某些铝矿物一高岭石型的铝土矿中高岭石具有易泥化的特点，将矿石破碎后通过圆筒洗矿机、槽式洗矿机、振筛机和水力旋流器等设备，通过洗矿和筛分可将其除掉，从而提高原矿的铝硅比。一般适用于铝矿物嵌布粒度较粗、矿石含泥量较高、含铝较低的三水铝石矿和个别一水硬铝石矿。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅1洗矿和筛分《材料工程基础》讲授人：73铝土矿选矿脱硅2选择性破磨矿

我国铝土矿主要是一水硬铝石，属链状结构，原子间主要以离子键相连，其硬度较大，莫氏硬度一般为6～7；含硅脉石矿物主要是高岭石、伊利石、叶蜡石等黏土矿物，均为层状结构，层间为氢键、弱离子键、分子键，其硬度较低，莫氏硬度一般为1～3。因此，这两类矿物在相同外力场中粉碎时，粒度减小速率不同，这是铝土矿石中铝、硅矿物选择性破磨的基础。在铝土矿的选择性破磨过程中，诸多因素都会影响其选择性，如铝土矿矿石工艺矿物学性质、破磨设备、磨矿介质等。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅2选择性破磨矿《材料工程基础》讲授人：74铝土矿选矿脱硅3.选择性絮凝选择性絮凝是将铝土矿磨到一定细度以后，利用含铝矿物和含硅矿物性质的差异，采用合适的絮凝剂，使矿浆中的各种矿物发生选择性絮凝，然后将絮凝物分离。该方法主要适用于嵌布粒度很细的一水软铝石型矿石，成功与否的关键在于找到合适的分散剂和絮凝剂。有报道将嵌布粒度很细一水软铝石型矿石磨细至-5μm约30%~40%，依聚本稀酰胺作为絮凝剂，用苏打苛性钠作为pH调整剂，以六偏磷酸钠作为分散剂，矿浆中铝矿物发生絮凝，絮凝物沉淀与悬浮物分离，原矿铝硅比2.75，经选择性絮凝后，精铝硅比提高到5.0，回收率为50.40%。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅3.选择性絮凝《材料工程基础》讲授人：75铝土矿选矿脱硅4.反浮选脱硅工艺铝土矿中一般硅矿物的含量远低于铝矿物的含量。反浮选脱硅工艺是依据浮少抑多原则，使硅矿物捕收剂以静电力或氢键作用吸附于硅矿物表面，并通过自身碳链问的分子间作用来强化矿粒表面的疏水性，使硅矿物选择性地富集在气泡上浮于液相表面，从而实现与铝矿物分离的一种脱硅工艺。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅4.反浮选脱硅工艺《材料工程基础》讲授76铝土矿选矿脱硅

反浮选是具有发展前途的一种方法，美国、前苏联等研究表明，在矿浆pH7～8时，胺类阳离子捕收剂可有效地选出鲕绿泥石等硅酸盐矿物，利用六偏磷酸钠有助于矿浆的分散．IshchenkoV·V等，采用十二胺阳离子捕收剂进行反浮选，原矿A／Si1.7～2．4时，浮选搅拌速度为1750r/min，液固比为3，可获得精矿A／Si7左右，精矿产率为27．40％《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅反浮选是具有发展前途的一种方法，美国77铝土矿选矿脱硅5.正浮选脱硅工艺正浮选脱硅工艺是利用铝矿物捕收剂吸附铝矿物增加其疏水性，使其富集在液相气泡表面而上浮，并利用抑制剂阻止硅矿物上浮，从而实现铝、硅矿物分离的一种脱硅工艺。正浮选时有效的铝矿物捕收剂有脂肪酸及其皂类(如油酸、733、氧化石蜡皂、塔尔油、癸二酸下脚料)、黄酸盐类、异羟肟酸盐类等。调整剂或分散剂有碳酸钠、六偏磷酸钠、水玻璃、单宁酸、焦磷酸钠、磷酸钠、腐殖酸钠、硫化钠、氢氧化钠等《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅5.正浮选脱硅工艺《材料工程基础》讲授78铝土矿选矿脱硅

自六十年代以后，我国对一水硬铝石型铝土矿进行了大量的浮选脱硅试验研究，一般磨矿细度-0．074μm为95％，甚至更细，用碳酸钠和氢氧化钠调整pH至9左右，采用六偏磷酸钠、硅酸钠、腐殖酸盐、木质素和硫化钠等作为分散剂，常用氧化石腊皂与塔尔油(多为4BI)或癸二酸下脚料等作捕收剂，流程多为二次粗选一次精选。山东、山西、河南等地一水硬铝石型铝土矿浮选脱硅研究结果为，原矿铝硅比约为5时，选精矿铝硅比可达9左右，氧化铝回收率达到90％《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿选矿脱硅自六十年代以后，我国对一水硬铝石型铝土矿进行79二、氧化铝的生产《材料工程基础》讲授人：王华昆二、氧化铝的生产《材料工程基础》讲授80氧化铝的生产

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。《材料工程基础》讲授人：王华昆氧化铝的生产从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法811、拜耳法

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。

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。《材料工程基础》讲授人：王华昆1、拜耳法奥地利拜耳（K.J82

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。

《材料工程基础》讲授人：王华昆

拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较83（一）拜耳法（湿碱法）生产氧化铝1．基本原理工业上几乎全部采用碱法处理铝土矿，拜耳法是典型的湿法冶金方法。实质是在不同条件下，控制以下反应向不同的方向进行，基本反应式，Al2O3·3H2O(Al2O3·H2O)+2NaOH2NaAl(OH)4原理：①压煮器中NaOH溶液高温浸出矿物中氧化铝水合物，得到铝酸钠溶液，杂质进入残渣（赤泥）；②分离赤泥；③铝酸钠溶液降温、稀释，添加晶种并不断搅拌，进行晶种诱导分解得到氢氧化铝；④分解后的母液蒸发浓缩，返回压煮器，浸出下一批矿石；⑤氢氧化铝煅烧得到氧化铝。《材料工程基础》讲授人：王华昆（一）拜耳法（湿碱法）生产氧化铝《材料工程基础》讲授84《材料工程基础》讲授人：王华昆《材料工程基础》讲授人：王华昆85原矿浆制备工艺流程《材料工程基础》讲授人：王华昆原矿浆制备工艺流程《材料工程基础》讲授人：王华昆86原矿浆制备的主要设备包括

带式输送机、球磨机、矿浆磨、螺旋分级机。

《材料工程基础》讲授人：王华昆原矿浆制备的主要设备包括带式输送机、球磨87铝土矿破碎从矿山开采的矿石一般呈不规则形状。根据目前破碎设备的生产性能，一次破碎成符合磨矿粒度要求的细颗粒很困难，所以，破碎一般采用分段破碎，将破碎分成粗碎、中碎、细碎过程进行。由直径1500mm~500mm的矿石破碎成400~125mm，叫粗碎；由400~125mm破碎成100~25mm叫中碎；由100~25mm破碎成25~5mm叫细碎。影响矿石破碎的因素很多，主要与矿石的结构、硬度、形状大小以及均匀性等物理性质有关。铝土矿破碎主要有以下几种方法：压碎、壁碎、折断、磨剥、击碎。《材料工程基础》讲授人：王华昆铝土矿破碎从矿山开采的矿石一般呈不规则形状。根据目前破碎设备88矿石破碎方法（1）压碎：利用两破碎工作面逼近时加压，使物料破碎。此法的特点是作用力逐步加大，作用力的范围较大，适用于破碎较硬的矿石。（2）壁碎：破碎工作是由尖齿楔入物料的壁面而完成的。其特点是作用力的范围较为集中而发生局部破裂。此法适用干脆性矿石的破碎。（3）折断：物料在破碎工作面间如同承受集中负荷的支点梁，除在外力作用点处受壁力之外，矿石本身发生折屈而破碎。（4）磨剥：破碎工作面在物料上相对移动，对物料施加剪压力，这种力是作用在物料的表面上。此法适用于细粒物料的磨矿。（5）击碎：利用击碎力的瞬间作用于物料上使物料破裂，是动力破碎。《材料工程基础》讲授人：王华昆矿石破碎方法（1）压碎：利用两破碎工作面逼近时加压，使物料破89配矿计算假设已知两种铝土矿的成分如下：SiO2（%）Fe2O3（%）Al2O3（%）A/S第一种S1F1A1K1第二种S2F2A2K2要求混矿的A/S为K，计算两种矿石的配矿比例。根据条件必须是K1＜K＜K2或K1＞K＞K2，否则达不到调整要求。假设第一种矿石用1吨时，需要配入第二种矿石X吨，根据铝土矿铝硅比的定义进行计算：

《材料工程基础》讲授人：王华昆配矿计算假设已知两种铝土矿的成分如下：《材料工程基础》90配碱单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。生产中，要求溶出液具有一定分子比。此指标是工厂根据具体生产条件而确定。配碱量主要考虑以下三方面的用碱量：（1）铝酸钠结合碱。例如当规定的MR＝1.45时，即是溶出一个分子的氧化铝，在溶液中就要保留有1.45个分子的氧化钠；（2）与氧化硅反应生成钠硅渣所需碱。矿石中有一公斤的氧化硅就要配入M（Kg）的苛性钠；（3）在溶出过程中由于反苛化反应和机械损失的苛性碱。但配料时加入的碱并不是纯苛性氧化钠，而是生产中返回的循环母液。循环母液中除苛性氧化钠外，还有氧化铝、碳酸钠和硫酸钠等成份。所以在循环母液中有一部分苛性氧化钠与母液本身的氧化铝化合，称为惰性碱。剩下的部分才是游离苛性氧化钠，它对配料才是有效的。《材料工程基础》讲授人：王华昆配碱单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。《材料工程基础》91原矿浆液固比调整在磨矿中，球磨机的下料量要求稳定。因此，原矿浆液比固的调节是调节循环母液的加入量来实现的。在拜耳法磨矿中，循环母液由三个点加入，而磨机内和分级机溢流的液固比在磨矿的操作中要求稳定。因此，调节原矿浆的液固比，实际上是靠增减加人混合槽的循环母液量来实现。稳定循环母液的浓度和严格铝土矿的配矿制度，是确保拜耳法正确配碱的有效措施。同时应尽量减少非生产用水进入流程及提高石灰质量等，也是拜耳法正确配料，达到良好溶出指标的重要保证。《材料工程基础》讲授人：王华昆原矿浆液固比调整在磨矿中，球磨机的下料量要求稳定。因此，原矿92预脱硅

为了减轻拜耳法过程中，硅渣在溶出时析出，影响溶出效果，在原矿浆进入溶出之前进行预脱硅，是减轻结疤的有效途径。

预脱硅就是在高压溶出之前，将原矿浆在90℃以上搅拌6-10h，添加钠硅渣晶种，使硅矿物尽可能转变为硅渣，该过程称为预脱硅。

预脱硅过程并不是所有的硅矿物都能参加反应，只有高岭石和多水高岭石这些活性的硅矿物才能反应生成钠硅渣，保持较长时间，可以使生成钠硅渣的反应进行得更充分。《材料工程基础》讲授人：王华昆预脱硅为了减轻拜耳法过程中，硅渣在932．拜耳法流程关键工序（1）铝土矿浸出循环母液主要成分：NaOH、NaAlO2、Na2CO3等，主要由NaOH浸出。氧化铝水合物、矿石中其他成分和碱作用。主要反应如下，①氧化铝Al2O3·nH2O+2NaOH→2NaAlO2+nH2O（1.1.2.2）②

二氧化硅SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O（1.1.2.3）2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O→Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH（1.1.2.4）Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O进入赤泥，造成苛性钠、氧化铝损失。因此，拜耳法仅适宜处理含SiO2较少(5～8%以下)、铝硅比大于7的铝土矿。《材料工程基础》讲授人：王华昆2．拜耳法流程关键工序《材料工程基础》讲授人：王华昆94③氧化铁浸出中，Fe2O3不与NaOH反应，以固相进入残渣，呈粉红色，称为赤泥。④二氧化钛它与配入的石灰作用，生成不溶解的钛酸钙。2Ca(OH)2+TiO2→2CaO·TiO2·2H2O（1.1.2.5）⑤

碳酸盐：主要是CaCO3、MgCO3，它们与NaOH作用。CaCO3+2NaOH→Na2CO3+Ca(OH)2（1.1.2.6）MgCO3+2NaOH→Na2CO3+Mg(OH)2（1.1.2.7）反应使NaOH变成Na2CO3，使苛性钠浓度降低，对Al2O3溶出不利。浸出结果：Al2O3进入溶液，SiO2、Fe2O3、TiO2等杂质留在赤泥中，用机械方法可使赤泥和溶液分离。

不同类型铝土矿，溶出条件差异很大。氧化铝生产的能耗和成本与铝土矿的类型有很大关系。压煮器组：由若干个预热器、压煮器和自蒸发器依次串联成为压煮器组，实行连续作业。压煮器能耐250℃时所产生的高压。铝工业广泛采用采用蒸汽直接加热压煮器，其结构简单，容积为25～35m3、直径1.6～2.3m。缺点是——矿浆为蒸汽冷凝水稀释，使过程指标变坏。《材料工程基础》讲授人：王华昆③氧化铁浸出结果：《材料工程基础》讲授人：王华昆95《材料工程基础》讲授人：王华昆《材料工程基础》讲授人：王华昆96拜耳法赤泥分离、洗涤、粗液精制溶出矿浆稀释、分离、洗涤、精制的目的赤泥沉降、分离、洗涤的简单工艺流程拜尔法赤泥沉降分离洗涤主要包括哪些步骤主要设备《材料工程基础》讲授人：王华昆拜耳法赤泥分离、洗涤、粗液精制溶出矿浆稀释、分离、洗涤、精制97溶出矿浆稀释的目的溶出矿浆在分离之前用赤泥洗液稀释，其目的主要是：（1）降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解溶出矿浆浓度很高，高浓度的铝酸钠溶液比较稳度，不利于晶种分解。用赤泥洗液将溶出矿浆稀释，降低溶液的稳定性，加快分解速度，有利于种分过程进行。（2）使铝酸钠溶液进一步脱硅氧化硅在高浓度的铝酸钠溶液中的的平衡浓度也很高。稀释使溶液浓度降低，二氧化硅的过饱和程度增大，溶液中有大量的赤泥颗粒作种子，溶液温度又高，有利于脱硅反应的进行。因此，稀释能使溶液进一步脱硅。（3）有利于赤泥分离溶出后的矿浆浓度高，粘度大，不利于赤泥分离。稀释的结果溶液浓度降低，粘度下降，赤泥沉降速度加快，从而有利于赤泥分离。（4）便于沉降槽的操作矿浆浓度波动将影响沉降槽操作，矿浆稀释使溶液浓度稳定，在稀释槽内混合后使矿浆的成份波动较小，有利于沉降槽的操作。《材料工程基础》讲授人：王华昆溶出矿浆稀释的目的溶出矿浆在分离之前用赤泥洗液稀释，其目的主98赤泥分离、洗涤的目的赤泥分离的目的是将稀释矿浆中的铝酸钠溶液和赤泥分离开来，以获得工业生产上认为纯净的铝酸钠溶液。赤泥洗涤是为了回收赤泥中带有的氧化钠和氧化铝，以减少损失。粗液精制的目的是净化清除粗液中浮游物，使净化后的铝酸钠溶液含浮游物小于0.02g/l，满足产品质量要求。《材料工程基础》讲授人：王华昆赤泥分离、洗涤的目的赤泥分离的目的是将稀释矿浆中的铝酸钠溶液99赤泥分离、洗涤，粗液精制主要设备赤泥分离与洗涤的主体设备主要有沉降槽和转鼓真空过滤机。目前，赤泥分离和洗涤的最佳工艺配置是大型平底沉降槽加深锥高效沉降槽。精制粗液的设备目前在工业生产上大都采用叶滤机。《材料工程基础》讲授人：王华昆赤泥分离、洗涤，粗液精制主要设备赤泥分离与洗涤的主体设备主要100赤泥洗涤《材料工程基础》讲授人：王华昆赤泥洗涤《材料工程基础》讲授人：王华昆101赤泥堆放《材料工程基础》讲授人：王华昆赤泥堆放《材料工程基础》讲授人：王华昆102（2）铝酸钠溶液的晶种分解是直接影响产品产量和质量的关键工序。NaAlO2溶液稳定性对分解工艺至关重要，很稳定的溶液，不利于生产。影响铝酸钠溶液稳定性的因素：①溶液苛性比值

：为溶液中Na2O与Al2O3的分子比。任何温度下，↑→都使溶液的稳定性↑。，溶液长时间都不会分解。②溶液浓度

Al2O3<25g/L和>250g/L，溶液都很稳定；中等浓度(Al2O3120～130g/L)，即使苛性比值较高也比较不稳定。

③溶液温