氧化铝溶出工艺过程控制

烟台南山学院

实训报告

题目：氧化铝溶出工艺过程控制

目录

1.过程控制课程设计的目的工艺.............................................

1.1设计目的.............................................................

L2氧化铝生产工艺.......................................................

2.氧化铝生产措施.........................................................

2.1碱法................................................................

拜耳法................................................................

2.2烧结法..............................................................

2.3联合法..............................................................

3.高压溶出................................................................

3.1概述.................................................................

3.2铝土矿及循环母液的重要成分..........................................

3.3铝土矿多种成分在溶出过程中口勺行为....................................

氧化铝水合物溶出时的行为..............................................

3.3.2氧化硅在溶出过程中的行为........................................

3.3.3氧化铁在溶出过程中的行为........................................

3.3.4氧化钛在溶出过程中小J行为.........................................

3.3.5氧化钙在溶出过程中的行为.........................................

3.4铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用...................................

3.5铝土矿的溶出过程.....................................................

3.6溶出过程的质量指标...................................................

3.7影响溶出过程的原因.................................................

3.77溶出温度......................................................

3.7.2保温时间......................................................

3.7.3溶出液中氧化铝浓度.............................................

3.7.4溶出液。£的影响................................................

3.7.5搅拌强度.......................................................

3.7.6矿浆细度.......................................................

4.结论....................................................................

5.参照文献.................................................................

混联法是将高端矿石采用拜耳法处理，拜耳法赤泥与低品位口勺矿石一起进入烧结

法生产系统。整个工艺流程复杂，但氧化铝实收率高。能耗、物耗比单纯烧结法低，比常

规拜耳法高，单位产品排污量介于两者之间。串联法是将所有矿石先用经济的拜耳法处理,

回收绝大部分氧化铝，然后用烧结法处理拜耳法赤泥，回收大部分碱和小部分氧化铝，烧

结法溶液经脱硅后进入拜耳怯系统，溶液析出H勺碱返回烧结法系统配科。

2.氧化铝生产措施

氧化铝生产措施大体可分为四类，但目前用于工业生产艮।几乎全属于碱法律。

2.1碱法

碱法生产氧化铝的基本过程如图所示。

AL(0H)3

―►铝酸钠溶液4M

氯酸钠浆液a循环母液

----►赤泥（Fc、Ti、Si等杂质）

图2-1减法生产氧化铝基本过程

碱法生产氧化铝，是用碱（NaOH或N&CQ,）来处理铝矿石，使矿石中H勺氧化铝转变成

铝酸钠铝液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解口勺化合物，将不溶残渣

（由于含氧化铁而呈红色，故称为赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合运用，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，处理此外一批矿石。

碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法和拜耳烧结联合法等多种流程。

拜耳法

拜耳法是适于处理低硅铝土矿，尤其是在处理.三水铝石型铝土矿时，具有其他措施所

无可比拟的J长处。目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有90%以上是采用拜耳法生产。

拜耳法H勺两大过程；即分解与溶出。

1）铝酸钠溶液口勺品种分解过程

分子比较低的（约1.6左右）铝酸钠溶液在常温下，添加氢氧化铝作为晶种，不停搅

拌，溶液中的便以氢氧化铝形式慢慢析出，同步溶液的分子比不停增大。

2）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

氧化铝水合物，这就是运用种分母液溶出铝土矿的过程。

交替使用以上两个过程就可以一批批地处理铝土矿，得到纯的氢氧化铝产品，构成所

谓拜耳法循环。

拜耳法的I实质是如下反应在不一样条件下交替进行的。

或3)H2O+INaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq

拜耳法的特点：

•适合高A/S矿石，A/S>9：

•流程简朴，能耗低，成本低。

•产品质量好，纯度高。

拜耳法分类：

由于铝土矿的类型不一样，在世界上形成了两种不〜样的拜耳法方案。

1)美国拜耳法

以三水铝石型铝土矿为原料。由于三水铝石型铝土矿中H勺A1。很轻易溶出，因而采用

低温、低碱浓度溶出，一般状况下为Na?。110g/L如下。溶出的温度为140〜145C,停留

时间局限性lh,分解初温高(60〜70C),种子添加量较小(50〜120g/L),分解时间30-40h,

产品为粗粒氢氧化铝，但产出率低，仅为40〜45g/L。这种氢氧化铝焙烧后得到砂状氧化

铝。

2)欧洲拜耳法

以一水软铝石型铝土矿为原料。采用高温、高碱浓度溶出，苛性钠浓度一般在200g/L

以上，溶出温度达170℃,停留时间约2〜4ho经稀释扣，将苛性钠浓度高达150g/L的溶

液进行分解。分解时，分解初温低(55〜60c或更低)，种子添加量较大(200〜250g/L)。

分解时间50〜70h,产出率高达80g/L,但得到H勺氢氧化铝颗料细，焙烧时飞扬损夫大，得到

面粉状氧化铝。为了适应电解对氧化铝口勺规定，现今的欧洲拜耳法已是在高温高碱浓度溶

出，低温、高固含、高产出率的分解条件下生产砂状氧化铝了。

详见拜耳法生产氧化铝工艺流程图:

补充苛性碱用土矿

石灰

nJ.

日工xh.y)赤泥洗液

堆场

=tt:/L

Na2C03-H20

结晶

蒸发母液

IOL.UV

氧化铝

图2-2拜耳法生产氧化铝工艺流程图

2.2烧结法

碱石灰烧结法的基本原理是，使炉料中的氧化物通过高温烧结转变为铝酸钠

(Na2O♦AlA)＞铁酸钠(Na,0・Ee2O3).原硅酸钙(2CaO・Si02)和钛酸钙(CaO・TiO2),用水或

洗碱液溶出时，铝酸钠溶解进入溶液，铁酸钠水解为NaOH和FeQ/ILO沉淀，而原硅酸钙

和钛酸钙不溶成为泥渣，分离出去泥渣后，得到铝酸钠溶液，再通入C0?进行碳酸化分解,

便析出Al(OH)一而碳分母液(重要成分为N&CO,经蒸发浓缩后可返回配料烧结，循环使

用。Al(0H)3经焙烧即为产品AL&(详见工艺流程图)

碱石灰烧结措施的特点：

•适合低于A/S矿，A/S3〜6；

•流程复杂、能耗高、成本低

•产品质量较拜耳法低。

石灰石石灰石纯碱

Tri-r»V

生料浆磨制＜

熟料溶出及赤

赤赤泥

粗液脱硅及硅

/\

硅渣及附液

M4.2八b.n

种分母液

热水

氢氧化铝洗液

成品氧化铝

图2-3烧结法工艺流程图

2.3联合法

拜耳法和碱石1灰烧结法是目前工业上生产氧化铝的重要措施，它们各有其优缺陷和运

用范围。而当生产规模较大时，采用拜耳法和烧结法的联合生产流程，可以兼有两种措施

内K处，而消除其缺陷，获得比单的措施更好的经济效果，同步可以更充足运用铝矿资

源。联合法可分为并联、串联和混联三种基本流程，它重要合用于A/S7〜9的中低品位

铝土矿。详见联合法生产工艺流程图:

石灰铝矿石石灰石纯碱

22/1,?idAT^r

品种及附液

氢氧化铝分离

热水

2=rH/bfcaMW

A洗涤液

热水

去配料

图2-4联合法生产工艺流程图

3.高压溶出

3.1概述

铝土矿的溶出过程一般是在高压（高温）条件下进行的。

高压溶出的目的：

用循环母液（苛性碱溶液）迅速将铝土矿中由JA1O溶出，制成铝酸钠溶液。

3.2铝土矿及循环母液的重要成分

1)拜耳法生产中所用铝土矿时重要成分：

有用成分：氧化铝(AM)3)(重要有用成分)、保

杂质：氧化硅(SiO2),氧化铁(Fe203)>

氧化钛(TiOD、碳酸盐

2)溶出所用循环母液的重要成分：

苛性钠(NaOIl),铝酸钠［NaAl(OH)J,碳酸钠(Na2c01

3.3铝土矿多种成分在溶出过程中的行为

铝土矿在溶出过程中发生H勺重要反应是氧化铝水合物的溶出。溶出过程中绝大部分的

杂质多进入赤泥中，但也有少许的杂质溶解于碱液中，杂质在溶出过程中H勺反应也影响到

氧化铝生产的技术经济指标。

3.3.1氧化铝水合物溶出时的行为

铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液中的NaOH作用生成铝酸钠进入溶

液，形成铝酸钠溶液。

反应方程式：

(I或3)f^2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq

这是溶出过程口勺主反应。

3.3.2氧化硅在溶出过程中的行为

在溶出过程中时行为取决于它日勺矿物构成、溶出温度和溶出过程时时间。

游离状态的和石英只有在较高H勺温度下(>1506)才开始和铝酸钠溶液起反应。假如

在低温下溶出三水铝石，这部分将转移到赤泥中被分离出去。

而以硅酸盐状态存在的氧化硅在溶出过程中于碱液作用生成NaSO：,进入溶液中，

Na2SiO;t随即与溶液中口勺铝酸钠发生脱硅反应生成含水铝硅酸钠(钠硅渣)

(Na20・AlA-1.7SiO2-nlkO)进入固相赤泥中。

高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达150-200。

SiO,在AI◎生产中的危害：

•生成含水铝硅酸钠，导致NaAWA1OH勺损失。按Na20-Al203•1.7Si02-nH.O分子式

计算，每公斤Si"导致().608公斤的JNaQ和1公斤AM%的损失，因而拜耳法只适应于

处理低硅优质铝土矿。

•由于溶出液在流程中发生脱硅反应，导致工厂管道和设备器壁上产生结疤，阻碍生产。

•残留在铝酸钠溶液中H勺SiO2在分解时会随A1(013—起析出，影响产品质量。

因此，在生产过程中要控制和减少Si。?的有害作用。

3.3.3氧化铁在溶出过程中的行为

在铝土矿溶出过程中所有•铁矿物所有残留在赤泥中，成为赤泥的重要构成部分。

3.3.4氧化钛在溶出过程中的行为

铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。

氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na20-3TiO2-240。

1）导致N&0H勺损失。

2）生成的钛酸钠会在一水硬铝石的表面形成一层致密H勺保护膜，使溶解过程恶化，

Ab（）3溶出率减少。

（但氧化钛对三水铝石的溶解起不到阻碍作用，对一水软铝石口勺阻碍作用也小得

多。）消除HO?危害的有效措施：在铝土矿溶出时添加石灰

此时TiO2与CaO生成结晶状的钛酸钙Ca20-Ti02（松脆多孔、极易脱落），使A1。的

溶出过程不再受到阻碍，也减少了N&0的I消耗。

3.3.5氧化钙在溶出过程中的行为

氧化钙的来源：

♦工艺流程中添加石灰

・铝土矿自身具有石灰

（在原矿浆中氧化钙以Ca（0H）2形态参与反应）

氧化钙口勺行为

在原矿浆H勺制备、储存过程以及压煮后矿浆的自蒸发冷却稀释过程中，生成3

CaO-Al203・6H20,导致AbO的损失。

304（0〃）2+2NaAl（OH）4+aq=3CaO-Al2O36H2O+2H2O+aq

当物料中具有硅矿物时，往铝酸钠溶液中添加石灰将引起水花石榴石

[3CaO•Al203•xSiO2•（6-2x）H⑼的生成。（活化一水硬铝石的溶出,使溶出过程强化）（水

花石榴石比钠硅渣更易脱离矿粒表面）

3.4铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用

1）消除含钛矿物时有害作用，明显提高AkOMj溶出速度和溶出率。

2）增进针铁矿转变为赤铁矿，使其中H勺A1。充足溶出，并使赤泥H勺沉降性能得到改

善。

（针铁矿FcOOH,赤铁矿FcO,针铁矿具有不良的沉降和过滤性能。）

3）活化一水硬铝石的溶出反应。

4）生成水化石榴石，减少Na?0损失，减少碱耗。

3.5铝土矿日勺溶出过程

铝土矿的溶出过程包括如下几种环节:

•循环母液湿润矿粒表面;

•氧化铝水合物与0H-互相作用生成铝酸钠:

•形成NaAl（OH）J的扩散层;

•Al（OH）「从扩散层扩散出来，而0H-则从溶液中扩散到固相接触面上，使反应继续下云。

3.6溶出过程的质量指标

苛性比值

苛性比值是指铝酸钠溶液中Na。与A1O的分子比。

平叫“西x也支

氧化铝溶出率

理论溶出率：理论上矿石中可以溶出的Ab（）3量与矿石中Ab。；量之比。

(AS)矿石-1

’7人理X100%

(AS%石

实际溶出率：实际溶出的AI2O3量与矿石中A1。量之比。

i-（,s）赤泥

以实xlOO%

（心）矿石

3.7影响溶出过程的原因

3.7.1溶出温度

溶出温度是影响溶出速度最重要日勺原因。提高温度，溶出速度增大，氧化铝溶出率（n

A）增大，溶液中A1AH勺平衡浓度亦增大，溶出液A/S增高。

但对三水铝石而言，溶出温度过高（＞15（）℃）,溶液中的I氧化铝会发生晶型转变，生

成一水软铝石