氧化铝的生产工艺介绍

1、博赛集团先锋氧化铝公司 n 氧化铝生产工艺n编制： 烧结区 刘建新n 2010-12-6第一讲 氧化铝的生产1.绪论 2.氧化铝生产工艺 3.氧化铝生产新技术和综合利用 绪论n氧化铝及其水合物n氧化铝生产方法n铝土矿氧化铝n氧化铝：n氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分子式通常写为Al2O3，分子量为101.96。n氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸 和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液中的 溶解度及溶解速度也不同。n氧化铝有多种同素异构体，如：-Al2O3、-Al2O3、- Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、K-Al2O3、-Al2O3。而常 见稳定结构的氧化铝主要是-Al2O3、-Al2O3。n-Al2O3性质稳定，熔点2050，沸点2900，比重3.9- 4.0g/cm3。n -Al2O3是将各种Al（OH）3加热脱水获得的，- Al2O3呈立方晶系。晶格常数=7.91。氧化铝水合物氧化铝水合物是由OH-、O2-、Al3+构成的化合物， 其中并不含水分子，是人们对该种化合物的俗称。氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。自然界中OH-、 O2-、

2、Al3+构成的化合物主要有三水铝石、一水软铝石 、一水硬铝石和刚玉。其分子式为：三水铝石：Al（OH）3、一水软铝石：-AlOOH、一 水硬铝石：-AlOOH、刚玉：Al2O3。氧化铝水合物的 化学性质也由于其结构不同而有很大差别。化学活性按 下列次序递减：三水铝石化学活性最大、一水软铝石次之、一水硬铝 石较弱、刚玉则是非常稳定的氧化铝。氧化铝生产方法n碱法n酸法n酸碱联合法n热法碱法生产氧化铝n碱法生产氧化铝，就是用碱(NaOH或Na2CO3)处 理铝土矿，使矿石中的氧化铝水合物和碱反应 生成铝酸钠溶液。铝土矿中的铁、钛等杂质和 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。这种残渣被称为赤泥。铝酸钠 溶液与赤泥分离后，经净化处理，分解析出 A1(OH)3，将A1(OH)3与碱液分离并经过洗涤和 焙烧后，即获得产品氧化铝。n目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。酸法生产氧化铝 n酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸 处理铝矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些 盐溶液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各 种铝盐的水合物晶体，便得到氧化铝。n用酸法处理铝矿石时，存在

3、于矿石中的铁、钛、钒 、铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引起酸的 消耗，而且它们与铝盐分离比较困难。氧化硅绝大 部分成为不溶物进入残渣与铝盐分离，但有少量成 为硅胶进入溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且 需要昂贵的耐酸设备。n用酸法处理分布很广的高硅低铝矿(如粘土、高岭 土、煤矸石和煤灰)在原则上是合理的，在铝土矿 资源缺乏的情况下可以采用此法。 酸碱联合法生产氧化铝酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿石中制 取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝，然后 再用碱法处理。这一流程的实质是用酸法 除硅，碱法除铁。 热法生产氧化铝热法适合于处理高硅高铁的铝矿，其实质 是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物，使 矿石中的氧化铁、氧化硅、氧化钛等杂质 还原，形成硅合金。而氧化铝则呈熔融状 态的炉渣而上浮，由于密度不同而分离， 所得氧化铝渣再用碱法处理从中提取氧化 铝。 铝土矿n铝土矿组成 n铝土矿分类n铝土矿的铝硅比n我国铝土矿特点铝土矿组成n铝土矿是一种以氧化铝水合物为主要成分 的复杂铝硅酸盐矿石，铝土矿的主要化学 成分有：Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2， 少量的CaO、MgO硫化物、微量的镓、钒

4、、磷、铬等元素的化合物。铝土矿分类n铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型可 分为：三水铝石型铝土矿；一水软铝石型 铝土矿；一水硬铝石型铝土矿和混合型铝 土矿。铝土矿铝硅比铝土矿中的硅是碱法处理铝土矿制取氧化铝 过程中最有害的杂质，铝土矿的铝硅比是 衡量铝土矿质量的主要指标之一。 铝硅比是指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的 质量比：即 A/S=矿石中的氧化铝质量/矿石中的二氧化 硅质量。 通常写为：A/S= Al2O3/ SiO2我国铝土矿特点n我国铝土矿资源丰富，储量大；高铝、高 硅、低铁；铝硅比较低，中低品位铝土矿 居多；多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿 。铝酸钠溶液n铝酸钠溶液成分n铝酸钠溶液分子比n铝酸钠溶液结构n铝酸钠溶液诱导期n铝酸钠溶液稳定性及其影响因素铝酸钠溶液n工业铝酸钠的主要成分是NaAl（OH）4、 NaOH、Na2CO3、Na2SiO4等。通常把 NaAl（OH）4中的Na2O叫做化合碱；把 NaOH中的Na2O叫做游离碱，把Na2CO3 中的Na2O叫做碳酸碱，并把碳酸碱和苛 性碱统称为全碱。铝酸钠溶液分子比铝酸钠溶液的分子是指溶液中的苛性碱与氧 化铝的摩尔比，用MR表

5、示： 分子比（MR）=苛性碱（Na2O）（mol）/ 氧化铝（Al2O3）（mol）=苛性碱（g）/ 氧化铝（g）1.645铝酸钠溶液结构通过对铝酸钠溶液进行的大量的研究揭示，铝酸钠溶液 是离子真溶液，铝酸钠溶液能够完全解离为钠离子和 铝酸根离子。 关于铝酸钠溶液的结构问题，实质是指铝酸根离子的组 成及结构。 根据近年来的研究结果，可归纳为以下几点： （1）在一定温度下，中等浓度的铝酸钠溶液中，铝酸 根离子是以Al(OH)4-为主。据此，从铝或氢氧化铝转 入溶液的阳离子A13+与4个OH-化合时形成Al(OH)4-。 3个OH-离子与阳离子A1 3+以正常的价键结合，而第4 个OH-离子则以配价键结合Al(OH)4-离子有正规的四 面结体构。 （2）在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离 子Al(OH)4-(H2)x形式存在； （3）在较浓的溶液中或温度较高时，发生Al(OH)4-离子 脱水，并能形成A12(OH)62-聚离子。 n一般生产条件下都用Al(OH)4-表示铝酸根离子。铝酸钠溶液诱导期铝酸钠溶液的诱导期即过饱和铝酸钠溶液自发分 解析出氢氧化铝的时间长短。诱导期即是在开

6、头一段时间内溶液不发生明显的分解，在此期间溶液主要是发生内部变化离子聚合或晶核 开始形成。 诱导期的长短取决于溶液的组成（浓度、K杂质 和温度）等因素。K和浓度高以及有机物等存 在时，诱导期长。添加晶种时也有诱导期，但 诱导期的延续时间比不添加种子时短得多。以 至在晶种量较多时延续时间只有几分钟甚至完 全消失。 铝酸钠溶液稳定性及其影响因素n铝酸钠溶液的稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开 始分解析出氢氧化铝所需时间的长短。n形成铝酸钠溶液后立刻开始分解或经过短时间后 即开始分解的溶液，称为不稳定的溶液。能够存 放很久仍不发生明显分解的溶液，称为稳定的溶 液。n影响工业铝酸钠溶液稳定性的主要因素有： 溶液的分子比；溶液温度；溶液的氧化铝浓度；溶 液中的杂质等。 氧化铝生产工艺n拜耳法生产氧化铝n烧结法生产氧化铝拜耳法生产氧化铝n拜耳法生产氧化铝工艺介绍n拜耳法生产氧化铝基本原理n拜耳法生产氧化铝工序拜耳法生产氧化铝工艺流程拜耳法生产氧化铝的基本原理n拜耳法生产氧化铝的基本原理是：n （l）用NaOH溶液溶出铝土矿，所得到的铝酸 钠溶液在添加晶种、不断搅拌的条件下，溶液 中的氧化铝呈氢氧化铝析

7、出，即种分过程。n （2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下 可用来溶出新的铝土矿，即溶出过程。n交替使用这两个过程，就能够每处理一批矿石 便得到一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法循环 。n用反应方程式表示如下：n Al2O3（1或3）H2O2NaOHaq2NaAl(OH)4 aq拜耳法生产氧化铝工序n原矿浆制备n高压溶出n赤泥分离、洗涤n晶种分解n氢氧化铝分离、洗涤n氢氧化铝焙烧原矿浆制备n原矿浆制备的工艺流程n矿石破碎n配矿n配碱n配石灰n原矿浆液固比调整n预脱硅 原矿浆制备工艺流程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 。 铝土矿破碎n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。n由直径1500mm500 mm的矿石破碎成400125 mm，叫 粗碎；n由400125 mm破碎成10025 mm叫中碎；n由10025 mm破碎成255 mm叫细碎。 n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

8、有关。n铝土矿破碎主要有以下几种方法：压碎、壁碎、折断、 磨剥、击碎。n 矿石破碎方法n（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。n （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。n （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。n （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。n（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。配矿计算n假设已知两种铝土矿的成分如下：n SiO2（%） Fe2O3（%） Al2O3（%） A/Sn 第一种 S1 F1 A1 K1 n 第二种 S2 F2 A2 K2n要求混矿的A/S为K，计算两种矿石的配矿比例。n根据条件必须是K1KK2或K1KK2，否则达不到调整要求 。n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

9、义进行计算：n 配碱n单位矿石所需要的循环母液量叫配碱量。n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：n（1）铝酸钠结合碱。例如当规定的MR1.45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；n（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；n（3）在溶出过程中由于反苛化反应和机械损失的苛性碱。n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。石灰配入量n 拜耳法配料加入的石灰量是以铝矿石中含 氧化钛（Ti02）量计算的，按其反应式要 求氧化钙和氧化钛的克分子比为2.0。 原矿浆液固比调整n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。n 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。预脱硅 n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。 n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

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