铝土矿实际上是指工业上能利用的,以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为主要矿物所组成的矿石的统称。它的应用领域有金属和非金属两个方面。金属铝是世界上仅次于钢铁的第二重要金属,1995年世界人均消费量达到3.29kg。由于铝具有比重小、导电导热性好、易于机械加工及其他许多优良性能,因而广泛应用于国民经济各部门。全世界用铝量最大的是建筑、交通运输和包装部门,占铝总消费量的60%以上。铝是电器工业、飞机制造工业、机械工业和民用器具不可缺少的原材料。
一、碱法
碱法工艺流程文字说明:
碱法生产氧化铝,是用碱(NaOH或Na2CO3)来处理铝矿石,使铝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形成不溶解的化合物,将不溶解的残渣(常含有大量氧化铁,呈红色,习惯上称为赤泥。)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。纯净的铝酸纳溶液在合适的条件下分解析出氢氧化铝,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,处理另一批矿石。
碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法和拜耳法-烧结法联合法等多种流程。
1 拜耳法 拜耳法是一种工业上广泛使用的从铝土矿生产氧化铝的化工过程。由K.J.Bayer于1889-1892年提出的,一百多年来它已经有了许多改进。它适用于处理低硅铝矿,尤其是在处理三水型铝土矿时,具有流程简单,作业方便,产品质量高,经济效益高等特点。
拜耳法基本原理:用浓氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝水合物转化为铝酸钠,通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出,剩余的铝酸钠溶液也叫母液重新用于处理下一批铝土矿,实现了连续化生产。下图为拜耳法生产氧化铝的基本工艺流程图,每个工厂由于条件不同,可能采用的工艺流程会稍有不同,但原则上它们没有本质的区别。
从拜耳法生产的基本工艺流程,可以把整个生产过程大致分为如下主要的生产工序:原矿浆制备、高压溶出、溶出矿浆的稀释及赤泥的分离和洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级与洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及一水苏打苛化等,具体流程如下图所示。
2 烧结法
碱石灰烧结法的基本原理是,使炉料中的氧化物经过高温烧结转变为铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3)、原硅酸钙(2CaO·SiO2)和钛酸钙(CaO·TiO2)用水或稀碱液溶出时,铝酸钠溶解进入溶液,铁酸钠水解为NaOH和Fe2O3·H2O沉淀,而原硅酸钙和钛酸钙不溶成为泥渣,分离除去泥渣后,得到铝酸钠溶液,再通入CO2进行碳酸化分解,便析出Al(OH)3,而碳分母液(主要成分为Na2CO3)经蒸发浓缩后可返回配料烧结,循环使用。Al(OH)3经过焙烧即为产品Al2O3。
碱石灰烧结法的特点:a适合于低A/S矿,A/S3~6;b流程复杂、能耗高、成本高;c产品质量较拜耳法低。
3 联合法
拜耳法和碱石灰烧结法是目前工业上生产氧化铝的主要方法,它们各有其优缺点和运用范围。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,可以兼有两种方法的优点,而消除其缺点,取得比单一的方法更好的经济效果,同时可以更充分利用铝矿资源。联合法可分为并联、串联和混联三种基本流程,它主要适用于A/S7~9的中低品位铝土矿。
我国铝土矿资源特点是高铝高硅的中低品位的一水硬铝石矿,采用的生产方法是烧结法和联合法,联合法中的拜耳法(溶出温度高,苛性钠浓度大)也不同于国外处理三水铝石型铝土矿的拜耳法(溶出温度低,苛性钠浓度小),所以,我国氧化铝生产与国外相比能耗高,成本高。