第三章铝冶金.ppt

第三章第三章 铝冶金铝冶金3.2 铝的生产方法铝的生产方法工业上生产铝的唯一方法为冰晶石工业上生产铝的唯一方法为冰晶石- -氧化铝熔盐电解法它氧化铝熔盐电解法它包括从中生产氧化铝以及氧化铝电解两个主要过程包括从中生产氧化铝以及氧化铝电解两个主要过程 铝铝铝铝的的的的生生生生产产产产流流流流程程程程红红红红柱石柱石柱石柱石蓝蓝蓝蓝晶石晶石晶石晶石明矾石明矾石明矾石明矾石高岭石高岭石高岭石高岭石霞石霞石霞石霞石3.3.1铝土矿铝土矿3.3.1.1 铝土矿类型铝土矿类型按其含有的铝矿物的类型可分为：三水铝石型、一水按其含有的铝矿物的类型可分为：三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型和各种混合型软铝石型、一水硬铝石型和各种混合型 （三水铝（三水铝石石—一水软铝石型、一水软铝石一水软铝石型、一水软铝石—一水硬铝石型）一水硬铝石型）3.1.5.2 铝土矿的化学成分铝土矿的化学成分铝土矿的化学成分主要为铝土矿的化学成分主要为Al2O3、、主要杂质为主要杂质为SiO2、、Fe2O3、、TiO2等，还含有大量结晶水等，还含有大量结晶水微量杂质为：钙和镁的碳酸盐、钾、钠、钒、铬、锌、微量杂质为：钙和镁的碳酸盐、钾、钠、钒、铬、锌、磷、镓、钪、硫等元素的化合物及有机物等。

磷、镓、钪、硫等元素的化合物及有机物等3.4 氧氧化铝生产方法化铝生产方法提出的氧化铝生产方法可归纳为四类，即碱法、酸提出的氧化铝生产方法可归纳为四类，即碱法、酸法、酸碱联合法与热法法、酸碱联合法与热法3.4.1 碱法生产氧化铝碱法生产氧化铝（主要工业生产方法）（主要工业生产方法）使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成铝酸钠，使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成铝酸钠，进入溶液而与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后进入溶液而与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，氢氧化再使纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，氢氧化铝经高温锻烧制得成品氧化铝铝经高温锻烧制得成品氧化铝 碱法生产氧化铝分为碱法生产氧化铝分为拜耳法拜耳法、、烧结法烧结法、、联合法联合法 3.5 拜耳法生产工艺拜耳法生产工艺直接以苛性钠溶液处理铝土矿，使直接以苛性钠溶液处理铝土矿，使 矿石中矿石中氧化铝生成氧化铝生成铝酸钠铝酸钠，而矿石中的二氧化硅，而矿石中的二氧化硅则成为则成为赤泥赤泥与铝酸钠溶液分离，将净化后与铝酸钠溶液分离，将净化后的铝酸钠溶液进行分解，再经过滤得到氢的铝酸钠溶液进行分解，再经过滤得到氢氧化铝，经洗涤后焙烧成氧化铝，分离所氧化铝，经洗涤后焙烧成氧化铝，分离所得的大量苛性碱溶液称为母液，母液经蒸得的大量苛性碱溶液称为母液，母液经蒸发再用于处理下一批矿石。

发再用于处理下一批矿石 3.5.1 拜耳法原理拜耳法原理（（1）铝酸钠溶液的晶种分解过程）铝酸钠溶液的晶种分解过程Na2O与与Al2O3摩尔比为摩尔比为1.8的铝酸钠在常温下，只要添加的铝酸钠在常温下，只要添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中的氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中的Al2O3就可以呈就可以呈氢氧化铝析出，直到其中氢氧化铝析出，直到其中Na2O与与Al2O3的摩尔比提高到的摩尔比提高到6为止2）溶出过程）溶出过程已经析出了大部分氢氧化铝的溶液在加热时，又可以已经析出了大部分氢氧化铝的溶液在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物溶出铝土矿中的氧化铝水合物3.5.2 拜耳法基本过程拜耳法基本过程拜耳法的生产工艺主要拜耳法的生产工艺主要由溶出、分解和煅烧三由溶出、分解和煅烧三个主要阶段组成全流个主要阶段组成全流程主要加工工序为：矿程主要加工工序为：矿石的破碎及湿磨、高温石的破碎及湿磨、高温高压溶出、赤泥分离洗高压溶出、赤泥分离洗涤、种子分解、母液蒸涤、种子分解、母液蒸发和氢氧化铝煅烧发和氢氧化铝煅烧3.6 3.6 溶出过程溶出过程3.6.1 工艺目的工艺目的（（1）获得高的氧化铝溶出率。

获得高的氧化铝溶出率2）得到）得到苛性比值苛性比值尽可能低的溶出液和具有良尽可能低的溶出液和具有良好沉降性能的赤泥好沉降性能的赤泥这样才能提高拜耳法的循环效率，为后续工序创这样才能提高拜耳法的循环效率，为后续工序创造良好的作业条件造良好的作业条件3.6.2 不同类型矿石的溶出条件不同类型矿石的溶出条件3.6.3 铝土矿中各组分在溶出过程中的行为：铝土矿中各组分在溶出过程中的行为：3.6.3.1 铝矿物：铝矿物：Al2O3水合物与苛性钠发生的反应是溶出过程的主反应水合物与苛性钠发生的反应是溶出过程的主反应三水铝石型铝土矿中的三水铝石型铝土矿中的Al(OH)3与与NaOH在常压下即可反应，在常压下即可反应，反应方程式如下：反应方程式如下：Al(OH)3＋＋NaOH+aq＝＝NaAl(OH)4＋＋aq一水软铝石型或一水硬铝石型铝土矿中的一水软铝石型或一水硬铝石型铝土矿中的AlOOH在相应的高在相应的高温（高压）及高碱浓度下发生下列反应：温（高压）及高碱浓度下发生下列反应：γ(α)-A1OOH＋＋NaOH＋＋aq＝＝NaAl(OH)4＋＋aq3.6.3.2 硅矿物：硅矿物：含硅矿物主要为高岭石、伊利石、叶腊石等。

铝土矿中最有害杂含硅矿物主要为高岭石、伊利石、叶腊石等铝土矿中最有害杂质与苛性碱反应，以硅酸钠的形式进入溶液：质与苛性碱反应，以硅酸钠的形式进入溶液：SiO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aq硅酸钠在溶液中与铝酸钠相互作用，生成铝硅酸钠（钠硅渣）：硅酸钠在溶液中与铝酸钠相互作用，生成铝硅酸钠（钠硅渣）：2NaAlO2+2Na2SiO3+aq = 3 Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O +4NaOH危害危害(1)引起引起A12O3和和Na20的损失；的损失； (2)钠硅渣进入氢氧化铝后，钠硅渣进入氢氧化铝后，降低成品质量；降低成品质量； (3)钠硅渣在生产设备和管道的换热表面结疤，钠硅渣在生产设备和管道的换热表面结疤，使传热系数严重降低，增加能耗和清理工作量，使传热系数严重降低，增加能耗和清理工作量， (4)大量钠硅渣大量钠硅渣的生成增大赤泥量，并且可能成为极分散的细悬浮体，极不利于的生成增大赤泥量，并且可能成为极分散的细悬浮体，极不利于赤泥的分离和洗涤赤泥的分离和洗涤Ø矿石质量评价指标：矿石质量评价指标：（（1 1））三水铝石型矿三水铝石型矿主要是其中的有效氧化铝主要是其中的有效氧化铝AAl2O3(Available alumina)和活性氧和活性氧化硅化硅RSi02(Reactive silica）的含量。

的含量AAl2O3：是指在一定的溶出条件下能够从矿石中溶出到溶液：是指在一定的溶出条件下能够从矿石中溶出到溶液中的氧化铝量中的氧化铝量(％％)，，RSiO2则是此时矿石中与碱溶液反应造成则是此时矿石中与碱溶液反应造成A12O3和和Na2O损失的损失的氧化硅含量氧化硅含量(％％)2）一水铝石）一水铝石矿石中的氧化铝含量和铝硅比矿石中的氧化铝含量和铝硅比铝硅比：铝矿石中的氧化铝和二氧化硅的质量比铝硅比：铝矿石中的氧化铝和二氧化硅的质量比Ø铝酸钠溶液评定指标铝酸钠溶液评定指标硅量指数：铝酸钠溶液中氧化铝和二氧化硅的质量比硅量指数：铝酸钠溶液中氧化铝和二氧化硅的质量比3.6.3.3 铁矿物铁矿物：：主要含铁矿物为赤铁矿和针铁矿铁矿物不与碱溶主要含铁矿物为赤铁矿和针铁矿铁矿物不与碱溶液反应，以固相进入残渣液反应，以固相进入残渣 危害（危害（1）主要是针铁矿生成难以滤除的微小氧化铁）主要是针铁矿生成难以滤除的微小氧化铁水合物颗粒，送入氢氧化铝后降低成品质量；生成水合物颗粒，送入氢氧化铝后降低成品质量；生成大量沉降性能很差的赤泥，使生产难以进行并增大大量沉降性能很差的赤泥，使生产难以进行并增大洗水用量；洗水用量；（（2）以类质同品形态进入针铁矿中的）以类质同品形态进入针铁矿中的A13+，在通常，在通常处理一水软铝石旷的条件下很难提取，使矿石中处理一水软铝石旷的条件下很难提取，使矿石中Al203的提取率降低。

的提取率降低3.6.3.4 3.6.3.4 钛矿物钛矿物：：通常以锐铁矿、金红石和板钛矿形态存在通常以锐铁矿、金红石和板钛矿形态存在溶出时，与溶出时，与NaOHNaOH作用生成钛酸钠：作用生成钛酸钠：造成造成NaNa2 2O O损失；生成的钛酸钠成膜状覆盖损失；生成的钛酸钠成膜状覆盖在矿石表面，阻碍溶出反应进行并且在在矿石表面，阻碍溶出反应进行并且在换热表面生成钛结疤，极难清洗换热表面生成钛结疤，极难清洗3.6.4 CaO在溶出过程中的作用在溶出过程中的作用处理一水硬铝石型矿石时，在原矿浆中往往必须配入处理一水硬铝石型矿石时，在原矿浆中往往必须配入干矿石量干矿石量3—53—5％的石灰％的石灰作用为：作用为：（（1 1））消除消除TiO2的危害的危害2CaO+TiO2+2H2O=2CaO·TiO2·2H2O避免了钛酸钠的生成，从而消除了避免了钛酸钠的生成，从而消除了TiO2的危害的危害.（（2）促进针铁矿（）促进针铁矿（FeOOH）转变为赤铁）转变为赤铁矿（矿（ Fe2O3 ）3）使）使 矿石的矿石的Al2O3充分溶出充分溶出往铝酸钠溶液中添加石灰将生成铝钙酸钠（水化石榴往铝酸钠溶液中添加石灰将生成铝钙酸钠（水化石榴石）：石）：3 Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO·Al2O3·6 H2O+2H2O+aq铝钙酸钠（水化石榴石）比铝硅酸钠（钠硅渣）更易脱离铝钙酸钠（水化石榴石）比铝硅酸钠（钠硅渣）更易脱离矿粒表面，从而破坏矿石表面的致密结构，促进了矿粒表面，从而破坏矿石表面的致密结构，促进了Al2O3的的溶解。

溶解3.6.5 溶出过程评价指标溶出过程评价指标根据钠硅渣分子式根据钠硅渣分子式：： Na2O.Al2O3.1.7SiO2.nH2O (n<=2)在一水硬铝石溶出过程中，如果矿石中在一水硬铝石溶出过程中，如果矿石中A1203和和SiO2含量含量分别为分别为A％及％及S％理论溶出率理论溶出率：在处理难溶矿石时，其中的氧化铝常常不能充分在处理难溶矿石时，其中的氧化铝常常不能充分溶出，为了避免矿石品位（溶出，为了避免矿石品位（A/S）不同造成的影）不同造成的影响，通常采用相对溶出率作为比较各种溶出制度响，通常采用相对溶出率作为比较各种溶出制度效果的指标效果的指标3.6.6 3.6.6 铝土矿的溶出形式铝土矿的溶出形式：：（（1）管道化溶出）管道化溶出；；（（2））管道管道- -停留罐溶出；停留罐溶出；（（3 3）单管预热）单管预热- -高压釜溶出高压釜溶出3.7 赤泥浆液的分离、洗涤赤泥浆液的分离、洗涤 赤泥浆液是赤泥与铝酸钠溶液组成的悬浮液赤泥浆液是赤泥与铝酸钠溶液组成的悬浮液3.7.1 3.7.1 目的：目的：（（1)1)赤泥分离是为了将矿浆中的铝酸钠溶液和赤泥分赤泥分离是为了将矿浆中的铝酸钠溶液和赤泥分离开来，获得符合晶种分解要求的纯净铝酸钠溶液；离开来，获得符合晶种分解要求的纯净铝酸钠溶液；(2)(2)赤泥洗涤是为了回收赤泥中带有的氧化钠和氧化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。

铝，以减少损失3.7.2 分离、洗涤设备3.7.2.1 赤泥浆液连续分离沉降设备赤泥浆液连续分离沉降设备主要采用分离沉降槽，有单层沉降槽和多层沉降槽主要采用分离沉降槽，有单层沉降槽和多层沉降槽, 高效沉降高效沉降槽普遍采用平底深锥高效沉降槽普遍采用平底深锥高效沉降槽多层沉降槽多层沉降槽多层沉降槽多层沉降槽单层沉降槽单层沉降槽高效沉降槽高效沉降槽3.7.2.1赤泥洗涤设备赤泥洗涤设备分离沉降槽的底流（赤泥）要经过分离沉降槽的底流（赤泥）要经过4-7次反向洗次反向洗涤以减少附液损失主要设备为洗涤沉降槽涤以减少附液损失主要设备为洗涤沉降槽赤泥洗涤赤泥洗涤3.7.3 赤泥分离、洗涤工艺步骤赤泥分离、洗涤工艺步骤：：（（1）） 赤泥浆液的稀释赤泥浆液的稀释溶出后的浆液在赤泥分离之前用赤泥洗液稀溶出后的浆液在赤泥分离之前用赤泥洗液稀释，其作用如下：释，其作用如下：1）．降低溶液浓度，便于晶种分解）．降低溶液浓度，便于晶种分解2）．使铝酸钠溶液进）．使铝酸钠溶液进—步脱硅步脱硅3）．便于赤泥分离）．便于赤泥分离4））. 有利于稳定沉降槽的操作有利于稳定沉降槽的操作（（2 2）沉降分离）沉降分离稀释后的赤泥浆液送入沉降槽，稀释后的赤泥浆液送入沉降槽，分离出浮游物含分离出浮游物含量小于量小于0.2g/L0.2g/L的沉降槽溢流的沉降槽溢流(粗液粗液) 。

3）赤泥反向洗涤：）赤泥反向洗涤：将分离沉降槽底流进行多次反向洗涤回收将分离沉降槽底流进行多次反向洗涤回收A12O3和和Na2O4）粗液控制过滤：）粗液控制过滤：经控制过滤浮游物含量低于经控制过滤浮游物含量低于0.02g/L的精的精液控制过滤一段采用叶滤机控制过滤一段采用叶滤机赤泥分离、洗涤工艺流程图3.7.4 3.7.4 拜耳法赤泥浆液的物理化学性质拜耳法赤泥浆液的物理化学性质（（1）沉降性能）沉降性能经过一定时间经过一定时间(如如10min)沉降后所出现的清液层沉降后所出现的清液层高度作为衡量沉降速度和沉降性能的依据高度作为衡量沉降速度和沉降性能的依据2）压缩液固比）压缩液固比是指赤泥浆液长期沉降后所能达到的最低液固比是指赤泥浆液长期沉降后所能达到的最低液固比拜耳法赤泥沉降槽的底流液固比一般是按照高于其压缩拜耳法赤泥沉降槽的底流液固比一般是按照高于其压缩液固比液固比0.5左右来掌握降低沉降槽的底流液固比，是提左右来掌握降低沉降槽的底流液固比，是提高赤泥洗涤效率、减少赤泥附液损失的根本途径高赤泥洗涤效率、减少赤泥附液损失的根本途径3.7.5 影响赤泥沉降压缩性能的因素铝土矿的矿物组成和化学成分是影响赤泥浆液沉降、压缩铝土矿的矿物组成和化学成分是影响赤泥浆液沉降、压缩性能的主要因素。

性能的主要因素利于沉降的矿物：赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿等利于沉降的矿物：赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿等不利于沉降的矿物：不利于沉降的矿物：针铁矿针铁矿、黄铁矿、高岭石、金红石等黄铁矿、高岭石、金红石等有害矿物容易吸附有害矿物容易吸附Al(OH)4-，，OH-、、Na+和水分子，使赤泥和水分子，使赤泥离子表面生成液膜并带有电荷，赤泥表面上的液膜阻碍粒离子表面生成液膜并带有电荷，赤泥表面上的液膜阻碍粒子互相接近赤泥粒于都带同种电荷，使它们之间发生互子互相接近赤泥粒于都带同种电荷，使它们之间发生互相排斥的作用这些作用都阻碍赤泥粒子聚结成大的颗相排斥的作用这些作用都阻碍赤泥粒子聚结成大的颗粒，使赤泥难于沉降和压缩粒，使赤泥难于沉降和压缩3.7.6 絮凝剂的使用添加絮凝剂是加速赤泥沉降的有效方法在絮凝剂的作用添加絮凝剂是加速赤泥沉降的有效方法在絮凝剂的作用下，赤泥浆液中处于分散状态的细小赤泥颗粒互相联合成下，赤泥浆液中处于分散状态的细小赤泥颗粒互相联合成较大的絮团，使沉降速度大大增加较大的絮团，使沉降速度大大增加分类分类:(1)淀粉类天然高分子絮凝剂，如面粉，土豆淀粉与木薯粉淀粉类天然高分子絮凝剂，如面粉，土豆淀粉与木薯粉。

2)人工合成高分子絮凝剂人工合成高分子絮凝剂,如聚丙烯酰胺胺类如聚丙烯酰胺胺类CH2CHCONH2)n，用量为干赤泥量的万分之几到十万分之，用量为干赤泥量的万分之几到十万分之几絮凝作用可划分为吸附絮凝作用可划分为吸附(即絮凝剂吸附于悬浮液中固体粒子即絮凝剂吸附于悬浮液中固体粒子表面表面)和絮凝和絮凝(单个粒子互相联合成絮团单个粒子互相联合成絮团)两个阶段两个阶段赤泥堆放3.7.3 铝酸钠溶液的晶种分解铝酸钠溶液的晶种分解晶种分解（简称种分）是向铝酸钠溶液中加入晶种，晶种分解（简称种分）是向铝酸钠溶液中加入晶种，充分搅拌，控制分解条件，使铝酸钠溶液分解析出充分搅拌，控制分解条件，使铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝氢氧化铝目的：目的：获得质量良好的氢氧化铝产品，同时得获得质量良好的氢氧化铝产品，同时得到苛性比值较高的种分母液到苛性比值较高的种分母液3.7.3.1 3.7.3.1 种分过程的主要指标种分过程的主要指标（（1 1）氢氧化铝的质量）氢氧化铝的质量包括纯度和物理性质两个方面，它们都首先决定于种包括纯度和物理性质两个方面，它们都首先决定于种分过程分过程（（2）分解率）分解率铝酸钠溶液中铝酸钠溶液中Al2O3分解析出的百分数分解析出的百分数.式中式中ηη————种分分解率种分分解率 α α0 0————分解原液的苛性比值分解原液的苛性比值 α αm m————分解母液的苛住比值分解母液的苛住比值P—分解槽单位产能，分解槽单位产能，kg／／m3.h A0—分解原液的分解原液的Al2O3浓度，浓度，kg／／m3η—分解率，分解率，%。

τ——分解时间，分解时间，h3 3）分解槽单位产能）分解槽单位产能分解槽的单位产能是指单位时间内分解槽的单位产能是指单位时间内 ( (每小时或每昼夜每小时或每昼夜) )从从分解榴单位体积中分解出来的分解榴单位体积中分解出来的A1A12 2O O3 3数量数量(4)产出率产出率它的意义是从单位体积溶液中分解出来的它的意义是从单位体积溶液中分解出来的A1203质量它只质量它只与原液与原液Al2O3浓度和分解率有关浓度和分解率有关晶种分解工序应做到，溶液产出率晶种分解工序应做到，溶液产出率70~80g/LA12O3；产品粒；产品粒度度-44μm的粒子＜的粒子＜10％％)，磨损指数＜，磨损指数＜10％；碱含量％；碱含量(折合折合成氧化铝含量的百分数）低于成氧化铝含量的百分数）低于0.45%铝酸钠溶液分解析出铝酸钠溶液分解析出Al(OH)3结晶包括两个过程，结晶包括两个过程，即铝酸离子分解过程和氢氧化铝结晶形成过程即铝酸离子分解过程和氢氧化铝结晶形成过程 （（1）铝酸离子分解的机理）铝酸离子分解的机理3.7.3.2 3.7.3.2 铝酸钠晶种分解过程铝酸钠晶种分解过程（（2 2）氢氧化铝结晶形成的机理）氢氧化铝结晶形成的机理包括：包括：（（1 1）氢氧化铝晶体的长大）氢氧化铝晶体的长大 在整个种分作业中，均存在着晶种的直接长大过在整个种分作业中，均存在着晶种的直接长大过程。

晶种长大是氧化铝直接从溶液中析出的唯一程晶种长大是氧化铝直接从溶液中析出的唯一•途径，因而也是直接影响产出率的唯一过程途径，因而也是直接影响产出率的唯一过程2 2）次生晶核的形成）次生晶核的形成晶种分解时，在一定条件下会产生大量新的晶核晶种分解时，在一定条件下会产生大量新的晶核这种产生于晶种表面而后脱落进入溶液的很细小这种产生于晶种表面而后脱落进入溶液的很细小的晶核称为的晶核称为““次生晶核次生晶核””，这种现象称为，这种现象称为““次生次生成成核核””或或““繁殖成核繁殖成核””(3) (3) 晶种的附聚晶种的附聚 附聚是指若干个颗粒粘结在一起形成稳定的附聚附聚是指若干个颗粒粘结在一起形成稳定的附聚体的现象在种分过程中，附聚作用也使氢氧化体的现象在种分过程中，附聚作用也使氢氧化铝粒度增大铝粒度增大4 4）晶体的破裂与磨蚀）晶体的破裂与磨蚀 氢氧化铝晶体在搅拌强烈的情况下与搅拌器、器氢氧化铝晶体在搅拌强烈的情况下与搅拌器、器壁及其它晶体碰撞而破裂成小晶体，这是破裂壁及其它晶体碰撞而破裂成小晶体，这是破裂晶体的棱角在结晶器内因碰撞而被磨蚀下来成为晶体的棱角在结晶器内因碰撞而被磨蚀下来成为小晶体，此时原晶体变得圆滑，但颗粒大小实际小晶体，此时原晶体变得圆滑，但颗粒大小实际上无甚变化，这便是磨蚀。

上无甚变化，这便是磨蚀3.7.3.3.7.3.4 影响晶种分解过程的主要因素1 1）．分解原液的浓度和苛性比值（分子比））．分解原液的浓度和苛性比值（分子比）2 2）．分解温度）．分解温度3 3）．晶种数量和品质）．晶种数量和品质 4 4）分解时间与母液苛性比值）分解时间与母液苛性比值 5 5）） 搅拌速度搅拌速度 6 6杂质 3.7.3.4影响晶种分解过程的主要因素 一、分解原液浓度和分子比的影响一、分解原液浓度和分子比的影响其它条件相同，中等浓度的铝酸钠溶液稳定性最其它条件相同，中等浓度的铝酸钠溶液稳定性最小，分解速度快稍微提高浓度，有利于增加种小，分解速度快稍微提高浓度，有利于增加种分槽单位产能，减少物料流量，降低蒸发水量和分槽单位产能，减少物料流量，降低蒸发水量和热耗浓度过高，过饱和度下降，不利于附聚和结晶长浓度过高，过饱和度下降，不利于附聚和结晶长大，造成产品强度小大，造成产品强度小随着原液分子比降低，分解速度、分解率和分解随着原液分子比降低，分解速度、分解率和分解槽单位产能显著提高槽单位产能显著提高 二、温度制度的影响•温度制度的影响 不同分解初温对分解过程分解率的影响不同分解初温对分解过程分解率的影响第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 •分解温度对分解产品粒度的影响 分解初温对种分产品粒度的影响 第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 •分解末温对种分产品粒度的影响 第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 •分解温度对分解产品强度的影响 第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 高温下产品SEM照片第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 三、晶种数量和质量的影响•晶种数量习惯用晶种系数（种子比）来表示。

种子比是指添加晶种含量与溶液中Al2O3含量的比值 一般说来，在种子粒度组成相同时，增加种子比可以增加种子的表面积，从而提高溶液的分解率种子比大，可缩短诱导期对长大过程而言，增加种子比还可促进晶体生长，有助于获得粒度粗、强度好的产品氢氧化铝 第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 四、搅拌速度的影响•分解速度随搅拌速度的增加而显著提高，这表明分解速度取决于扩散速度当溶液浓度更高时，即使增加搅拌强度，分解率仍然比较低•搅拌速度过高，会产生很多的细粒子，因而，—般是根据具体情况，确定最适宜的搅拌强度和搅拌方式第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 五、分解时间与母液分子比的影响•当其它条件相同时，随着分解时间延长，分解率提高，母液的分子比增加因此将分解时间和母液分子比的影响一并讨论第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 •不论分解条件如何，分解前期析出的氢氧化铝最多，随着分解的时间延长，在相同时间内分解出来的氢氧化铝数量越来越少，溶液分子比的增长也相应地越来越少，分解槽的单位产能也越来越低，因此过分延长分解时间是不适宜的 第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 •过早地停止分解，分解率低，氧化铝返回的多，母液分子比过低，不利于溶出，并增加了整个流程的物料流量。

所以要根据具休情况确定分解时间，以保证分解槽有较高的产能，并达到一定的分解率 第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 六、杂质的影响•无机物类杂质对分解过程的毒害主要是增加Al2O3在铝•酸钠溶液中的平衡溶解度，从而降低了溶液的产出•率，其中有些杂质还会造成产品细化第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 •有机物类杂质种类繁多，作用也比较复杂溶液中有机物杂质的存在，不仅影响了铝酸钠溶液的物理性质，增加了Al2O3在铝酸钠溶液中的平衡溶解度，造成溶液分解率的降低，而且吸附在晶种表面的活性点上，抑制了晶体的生长，并产生过细Al(OH)3颗粒，使溶液和产品带色等草酸钠是危害最大的有机物杂质第五章 铝酸钠溶液的晶种分解 3.7.3.3.7.3.5 晶种分解设备采用的设备主要为空气搅拌分解槽或机械搅拌分解采用的设备主要为空气搅拌分解槽或机械搅拌分解槽，连续分解，每组分解槽由槽，连续分解，每组分解槽由7-207-20个单槽组成个单槽组成 (工艺模拟）工艺模拟）MIGMIG型机械搅拌分解槽型机械搅拌分解槽空气搅拌分解槽空气搅拌分解槽氢氧化铝分离、洗涤氢氧化铝分离、洗涤经种分得到的氢氧化铝浆液，用过滤设备将氢氧化铝和母液经种分得到的氢氧化铝浆液，用过滤设备将氢氧化铝和母液分离，分离得到的氢氧化铝一部分直接返回生产流程，作种分离，分离得到的氢氧化铝一部分直接返回生产流程，作种子分解的晶种，其余部分经进一步洗涤生产氢氧化铝成品。

子分解的晶种，其余部分经进一步洗涤生产氢氧化铝成品目的目的：：：：氢氧化铝浆液经分离所得的氢氧化铝滤饼仍含有一定量的分氢氧化铝浆液经分离所得的氢氧化铝滤饼仍含有一定量的分解母液，必须加以洗涤，以回收解母液，必须加以洗涤，以回收NaNa2 2O O，并保证氢氧化铝产品，并保证氢氧化铝产品中中NaNa2 2O O含量符合质量标准要求含量符合质量标准要求过滤主要设备：过滤主要设备：转鼓式真空过滤机转鼓式真空过滤机 平盘过滤机平盘过滤机 3.7.4 氢氧化铝焙烧氢氧化铝焙烧目的目的：：（（1 1）把氢氧化铝的附着水和结合水脱除，形成氧化铝把氢氧化铝的附着水和结合水脱除，形成氧化铝2 2）使氧化铝的晶型转变，得到适合电解铝要求的氧化铝使氧化铝的晶型转变，得到适合电解铝要求的氧化铝焙烧过程中的主要反应焙烧过程中的主要反应：：（（1））100-120℃时，附着水蒸发时，附着水蒸发2））200-250℃时，失去两个结晶水转变为一水软铝石：时，失去两个结晶水转变为一水软铝石：Al2O3·3H2O→Al2O3·H2O+2H2O↑ 500℃左右，一水软铝石转变为无水左右，一水软铝石转变为无水γ-A12O3；；Al2O3·H2O→γ-A12O3+ H2O↑900℃以上转变为以上转变为ɑ-A12O3：：γ-A12O3→ɑ-A12O3氢氧化铝焙烧的主要设备氢氧化铝焙烧的主要设备：：早期采用回转窑煅烧氧化铝，如今主要采用流态化技术焙烧氧早期采用回转窑煅烧氧化铝，如今主要采用流态化技术焙烧氧化铝，目前主要用于氧化铝生产的焙烧技术有美国的闪速焙化铝，目前主要用于氧化铝生产的焙烧技术有美国的闪速焙烧，德国的循环焙烧，丹麦的气态悬浮焙烧，其中气态悬浮焙烧，德国的循环焙烧，丹麦的气态悬浮焙烧，其中气态悬浮焙烧技术代表着最新流态化焙烧水平，是氧化铝生产的最佳选择。

烧技术代表着最新流态化焙烧水平，是氧化铝生产的最佳选择3.7.5 分解母液的蒸发及碳酸钠的苛化3.7.5.1 3.7.5.1 工艺目的工艺目的拜耳法种分母液需经过蒸发蒸发的主要拜耳法种分母液需经过蒸发蒸发的主要目的是排除流程中多余的水分，保持循环目的是排除流程中多余的水分，保持循环系统中的水量平衡，使母液蒸浓到符合铝系统中的水量平衡，使母液蒸浓到符合铝土矿溶出的浓度要求以保证溶出效果土矿溶出的浓度要求以保证溶出效果3.7.5.3 3.7.5.3 水分来源水分来源 进入生产流程中的水分主要有：进入生产流程中的水分主要有：（（1 1）赤泥洗水，约）赤泥洗水，约3-5m3-5m3 3／／t-t-干赤泥；干赤泥；（（2 2）氢氧化铝洗水，约）氢氧化铝洗水，约0.5-1.5m0.5-1.5m3 3／／t-A1t-A12 2O O3 3；；（（3 3）原料带入；）原料带入；（（4 4）蒸汽直接加热的冷凝水；）蒸汽直接加热的冷凝水；（（5 5）泵的轴封水及其它非生产用水泵的轴封水及其它非生产用水3.7.6 碳酸钠的苛化 拜耳法种分母液中由于循环积累，通常含有约拜耳法种分母液中由于循环积累，通常含有约10-20g/LNa2Oc，这些碳酸钠大部分是铝土矿和，这些碳酸钠大部分是铝土矿和石灰中的碳酸盐在溶出过程中发生反苛化作用生石灰中的碳酸盐在溶出过程中发生反苛化作用生成的，少量是铝酸钠溶液吸收空气中二氧化碳生成的，少量是铝酸钠溶液吸收空气中二氧化碳生成的。

成的3.7.6.1 苛化方法苛化方法(1)混合烧结混合烧结将一水碳酸钠与将一水碳酸钠与Fe2O3、、Al2O3混合烧结，混合烧结， 使之生成使之生成Na2O. Fe2O3 ：和：和Na2O.Al2O3 ，然后用水溶出，，然后用水溶出， Na2O. Fe2O3分解，分解，NaOH转入溶液，转入溶液，Na2O.Al2O3则直接溶于水中则直接溶于水中2）石灰苛化法，）石灰苛化法，将一水碳酸钠溶解，然后加入石灰乳，使之发生如下的将一水碳酸钠溶解，然后加入石灰乳，使之发生如下的苛化反应：苛化反应：拜耳法厂使用这种苛化方法拜耳法厂使用这种苛化方法随着矿石铝硅比的降低，拜耳法生产氧化铝的经随着矿石铝硅比的降低，拜耳法生产氧化铝的经济效果明显恶化对于铝硅比低于济效果明显恶化对于铝硅比低于7的矿石，单的矿石，单纯的拜耳法就不适用了处理铝硅比在纯的拜耳法就不适用了处理铝硅比在4以下的以下的矿石，碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的矿石，碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的方法处理的原料有处理的原料有（（1）铝土矿炉料，）铝土矿炉料，A/S=3（（2）霞石炉料）霞石炉料, A/S=0.7（（3）赤泥炉料。

赤泥炉料A/S=1.4，含有大量的氧化铁，含有大量的氧化铁3.8 3.8 烧结法生产氧化铝工艺烧结法生产氧化铝工艺3.8.1 碱石灰烧结法碱石灰烧结法将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石）配成炉料在高温下将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石）配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙（（2CaO·SiO2），氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠），氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠（（Na2O·Al2O3），而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠），而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠（（Na2O·Fe2O3），将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时），将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时Na2O·Al2O3便进入溶液，便进入溶液，Na2O·Fe2O3水解放出碱（水解放出碱（NaOH），氧），氧化铁一水合物（化铁一水合物（Fe2O3.H2O)与与2CaO·SiO2一道进入赤泥再用二一道进入赤泥再用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝经过焙烧后产出氧氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝经过焙烧后产出氧化铝分离氢氧化铝后的母液称为碳分母液（主要成分为化铝。

分离氢氧化铝后的母液称为碳分母液（主要成分为Na2CO3），经蒸发后返回配料），经蒸发后返回配料 3.8.2 烧结法工艺流程烧结法工艺流程•生料浆的制备生料浆的制备•熟料烧结熟料烧结•熟料溶出熟料溶出•铝酸钠溶液脱硅铝酸钠溶液脱硅•分解：种分分解：种分+ +碳分碳分•氢氧化铝分离、洗涤氢氧化铝分离、洗涤•氢氧化铝焙烧氢氧化铝焙烧•碳分母液蒸发碳分母液蒸发3.8.2.1 生料浆的制备生料浆的制备Ø配料：配料：为了保证炉料中各组分在烧结时能生成预期的化合物，为了保证炉料中各组分在烧结时能生成预期的化合物，因此各组分间必须严格地保持一定的配合比例，即配料因此各组分间必须严格地保持一定的配合比例，即配料Ø配方选择原则配方选择原则（（1 1）保证烧结过程的顺利进行烧结过程顺利进行的关）保证烧结过程的顺利进行烧结过程顺利进行的关键在于炉料具有比较宽阔的烧结温度范围键在于炉料具有比较宽阔的烧结温度范围2 2）制得高质量熟料熟料的质量表现在）制得高质量熟料熟料的质量表现在A1A12 20 03 3和和和和SiO2等氧化物结合成预期的化合物，气孔度合适，保证有用等氧化物结合成预期的化合物，气孔度合适，保证有用成分的充分溶出成分的充分溶出。

Ø炉料配方指标炉料配方指标碱比和钙比是配方中最重要的两项指标碱比和钙比是配方中最重要的两项指标碱比是指生料浆中氧化钠与氧化铝和氧化铁的分子比碱比是指生料浆中氧化钠与氧化铝和氧化铁的分子比钙比是指生料浆中氧化钙与氧化硅的分子比钙比是指生料浆中氧化钙与氧化硅的分子比1）饱和配方）饱和配方炉料的组分符合生成炉料的组分符合生成NA、、NF和和C2S的要求，即：的要求，即：[N]/[A]+[F] ＝＝1，， [C]/[S] ＝＝2当炉料中合当炉料中合TiO2时，还应配入生成时，还应配入生成CaO.TiO2的的CaO（（2 2）高碱配方）高碱配方碱比大于碱比大于1 1的配方烧结温度范围宽阔烧结温度范围宽阔碱耗碱耗大3）低碱配方）低碱配方碱比低于碱比低于1的配方A12O3溶出率降低，碱耗低溶出率降低，碱耗低4）高钙配方）高钙配方在熟料中有游离的在熟料中有游离的CaO存在，脱硅效果好存在，脱硅效果好A12O3溶出率降低溶出率降低3.8.2.2 熟料烧结Ø工艺目的：工艺目的：使调配合格后的生料浆在熟料烧结窑中高温烧使调配合格后的生料浆在熟料烧结窑中高温烧结，使生料各成分互相反应并形成具有一定容结，使生料各成分互相反应。

并形成具有一定容积密度和孔隙率、可磨性好的熟料，以便在溶出积密度和孔隙率、可磨性好的熟料，以便在溶出过程中将有用成份与有害杂质较好的进行分离，过程中将有用成份与有害杂质较好的进行分离，最大限度提取氧化铝和回收碱最大限度提取氧化铝和回收碱Ø炉料中各组分烧结过程中的行为炉料中各组分烧结过程中的行为（（1））Al2O3（（2））SiO2SiO2转变成在高温下不与转变成在高温下不与NA互相作用，在溶出时也不与铝互相作用，在溶出时也不与铝酸钠溶液显著反应的化合物酸钠溶液显著反应的化合物2CaO.SiO2 3）Fe2O3（（4））TiO2钛矿物最后转变为钙铁矿（钛矿物最后转变为钙铁矿（ CaO.TiOCaO.TiO2 2 ），而且不会参于），而且不会参于熟料溶出时的反应熟料溶出时的反应3.8.2.3 熟料溶出Ø工艺目的：工艺目的：熟料溶出的目的就是将熟料中的熟料溶出的目的就是将熟料中的A1A12 2O O3 3和和NaNa2 2O O最大最大限度溶解于溶液中，制取铝酸钠溶液（粗液），限度溶解于溶液中，制取铝酸钠溶液（粗液），而熟料中的原硅酸钙转入固相赤泥中实现有用而熟料中的原硅酸钙转入固相赤泥中。

实现有用成份氧化钠和氧化铝与杂质进行分离，并为赤泥成份氧化钠和氧化铝与杂质进行分离，并为赤泥分离洗涤创造良好的分离洗涤创造良好的条件条件Ø溶出率：溶出率：根据洗净后的赤泥组成计算出的根据洗净后的赤泥组成计算出的Al2O3和和Na2O 的溶的溶出率出率(ηA净净和和ηN净净)，是衡量熟料溶出过程好坏标志，是衡量熟料溶出过程好坏标志A12O3熟熟 —熟料中熟料中A12O3含量含量A12O3泥泥 —赤泥中赤泥中A12O3含量含量Na2O熟熟 —熟料中熟料中Na2O含量含量Na2O泥泥 —赤泥中赤泥中Na2O含量含量CaO泥泥 —赤泥中赤泥中Na2O含量含量CaO熟熟 —熟料中熟料中Na2O含量含量Ø熟料溶出的主反应熟料溶出的主反应溶出用的原液：赤泥洗液、氢氧化铝洗液、一定数量的碳分母溶出用的原液：赤泥洗液、氢氧化铝洗液、一定数量的碳分母液调配而成的调整液液调配而成的调整液1. 铝酸钠（铝酸钠（Na2O·Al2O3）） 2. 铁酸钠（铁酸钠（Na2O·Fe2O3）） Na2O·A12O3+4H2O+aq=2NaAl(OH)4+aqNa2O·Fe2O3+2H2O+aq=2NaOH+Fe2O3·3H2O↓+aq Ø溶出过程中的二次反应溶出过程中的二次反应　　　　　　•2CaO·SiO2+2NaOH=Na2SiO3+2Ca(OH)2↓•2CaO·SiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2NaOH+2CaCO3↓+aq•3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH+aq •3CaO·Al2O3·6H2O+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2O3·x SiO2·yH2O+2xNaOH+aq 　　•3Ca(OH)2+NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+2(x+1)NaOH+aq溶出过程中的二次反应结果：溶出过程中的二次反应结果：　　　　　　•使已经进入到溶液中的氧化铝、氧化钠使已经进入到溶液中的氧化铝、氧化钠又重新生成溶解度很小的水化石榴石和又重新生成溶解度很小的水化石榴石和水合铝硅酸钠进入赤泥而损失；水合铝硅酸钠进入赤泥而损失；•使溶液中的使溶液中的SiO2浓度达到浓度达到8～～10g/L，必，必须采取脱硅工序；须采取脱硅工序；3.8.2.4 铝酸钠溶液脱硅铝酸钠溶液脱硅 在熟料溶出的溶出液在熟料溶出的溶出液(粗液粗液)中含有中含有4.5-6g/LSiO2，硅量指，硅量指数约数约20-30。

这些这些SiO2是不稳定的，分解时大部分析入氢是不稳定的，分解时大部分析入氢氧化铝为了保证成品质良，必须设置专门的脱硅过程为了保证成品质良，必须设置专门的脱硅过程使得溶液中的使得溶液中的SiO2尽可能转变为固相，并分离出来尽可能转变为固相，并分离出来经过脱硅净化处理的铝酸钠溶液，在生产中叫做精液经过脱硅净化处理的铝酸钠溶液，在生产中叫做精液精液硅量指数越高，表示溶液中精液硅量指数越高，表示溶液中SiO2含量越低，脱硅越含量越低，脱硅越彻底碳分时得到符合质量要求的氢氧化铝才能越多碳分时得到符合质量要求的氢氧化铝才能越多整个生产流程中的物料流量和机械损失才越低烧结法整个生产流程中的物料流量和机械损失才越低烧结法精液的硅量指数应为精液的硅量指数应为550-600，精液硅量指教提高到，精液硅量指教提高到1000以上，产品质良可以不再逊于拜耳法以上，产品质良可以不再逊于拜耳法Ø脱硅工艺脱硅工艺（（1）使）使SiO2成为水合铝硅酸钠析出成为水合铝硅酸钠析出是使铝酸钠溶液中过饱和溶解的是使铝酸钠溶液中过饱和溶解的SiO2经过长时间的搅拌后成为经过长时间的搅拌后成为水合铝硅酸钠析出硅量指数一般只能达到水合铝硅酸钠析出。

硅量指数一般只能达到350～～450 用化学方程式表示为：用化学方程式表示为： 1 .7Na2SiO3+2NaO·Al2O3·4H2O+aq=Na2O·A12O3·1.7SiO2·H2O+3.4NaOH+aq为了加快脱硅反应速度，一次脱硅是在高温、高压和添加晶种为了加快脱硅反应速度，一次脱硅是在高温、高压和添加晶种的条件下进行的，的条件下进行的，称为压煮脱硅称为压煮脱硅（（2）添加石灰使）添加石灰使SiO2成为水化石榴石析出（深度脱硅）成为水化石榴石析出（深度脱硅）大部分大部分SiO2成为水合铝硅酸钠出后，向溶液中加入一定成为水合铝硅酸钠出后，向溶液中加入一定数量的石灰，再使其余数量的石灰，再使其余SiO2成为水化石榴石进一步析出成为水化石榴石进一步析出,这种化合物在铝酸钠溶液中的溶解度更低，所以能提高这种化合物在铝酸钠溶液中的溶解度更低，所以能提高硅量指数至硅量指数至1000-2200，实现深度脱硅实现深度脱硅用化学方程式表示为：用化学方程式表示为：3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+2(1+x)NaOH+aq Ø水化石榴石渣处理二段脱硅得到的水化石榴石渣中含二段脱硅得到的水化石榴石渣中含Al2O3量约为量约为26％。

采％采用碳酸钠溶液来提取其中的用碳酸钠溶液来提取其中的Al2O3较为合适较为合适3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+3Na2CO3+aq=3CaCO3+X/2(NaO·Al2O3·SiO2·2H2O)+(2-x)NaAl(OH)4+NaOH+aq回收过程同时发生苏打的苛化，所得铝酸钠－碱溶液的回收过程同时发生苏打的苛化，所得铝酸钠－碱溶液的苛性比在苛性比在3.4左右3.8.2.5 铝酸钠溶液的碳酸化分解 在烧结法生产中，从脱硅精液中析出氢氧化铝在烧结法生产中，从脱硅精液中析出氢氧化铝是采用向其中通入二氧化碳气体即碳酸化分解的是采用向其中通入二氧化碳气体即碳酸化分解的方法碳分母液的主要成分为碳酸钠，经蒸发后方法碳分母液的主要成分为碳酸钠，经蒸发后返回配制生料浆返回配制生料浆Ø基本原理基本原理: :二氧化碳的作用在于中和铝酸钠溶液中的苛性碱，二氧化碳的作用在于中和铝酸钠溶液中的苛性碱，NaOH+CO2=Na2CO3+H2O在氢氧化钠变为碳酸钠的过程中，溶液的苛性比逐渐下在氢氧化钠变为碳酸钠的过程中，溶液的苛性比逐渐下降，因此降，因此,铝酸钠溶液的稳定性降低，随后铝酸钠溶液按铝酸钠溶液的稳定性降低，随后铝酸钠溶液按照种分的机理分解照种分的机理分解,析出氢氧化铝。

析出氢氧化铝NaAl(OH)4+aq→Al(OH)3+NaOH+aq反应产生的反应产生的NaOH不断为通入的不断为通入的CO2所中和所中和,从而使上述从而使上述反应的平衡向右移动反应的平衡向右移动3.8.2.6 碳分母液蒸发碳分母液蒸发 烧结法的碳分母液需要蒸发蒸发的目的主要是：烧结法的碳分母液需要蒸发蒸发的目的主要是：（（1）排除流程中的多余水份，保持循环系统的水量）排除流程中的多余水份，保持循环系统的水量平衡；平衡；（（2）使母液蒸浓配制生料浆的浓度要求；）使母液蒸浓配制生料浆的浓度要求；（（3）排除生产过程积累的杂质排除生产过程积累的杂质3.9 3.9 联合法生产氧化铝联合法生产氧化铝根据铝土矿化学与矿物组成以及其它条件的不同，拜耳根据铝土矿化学与矿物组成以及其它条件的不同，拜耳法与烧结法可以组成并联、串联和混联三种基本流程，法与烧结法可以组成并联、串联和混联三种基本流程，都已用于工业生产都已用于工业生产3.9.1 3.9.1 并联法并联法当矿区有大量低硅铝土矿同时又有一部分高硅铝土矿时当矿区有大量低硅铝土矿同时又有一部分高硅铝土矿时采用拜耳法处理高品位铝土矿，烧结法处理低品位铝土采用拜耳法处理高品位铝土矿，烧结法处理低品位铝土矿或霞石。

烧结法的精液汇入拜耳法，补充拜耳法系统矿或霞石烧结法的精液汇入拜耳法，补充拜耳法系统的苟性碱损失的苟性碱损失并联法工艺流程并联法工艺流程Ø并联法工艺特点并联法工艺特点（（1 1）可以在处理优质铝土矿的同时处理一些高硅铝矿，充）可以在处理优质铝土矿的同时处理一些高硅铝矿，充分利用当地矿石资源分利用当地矿石资源2 2）拜耳法析出的一水碳酸钠直接送往烧结法系统配料，）拜耳法析出的一水碳酸钠直接送往烧结法系统配料，从而取消了一水碳酸钠的苛化及蒸发过程从而取消了一水碳酸钠的苛化及蒸发过程3 3）生产过程中的碱损失可用比苛性钠便宜的碳酸钠补充生产过程中的碱损失可用比苛性钠便宜的碳酸钠补充4 4）烧结法溶液分子比低，汇入拜耳法溶液后有利于制取）烧结法溶液分子比低，汇入拜耳法溶液后有利于制取砂状氯化铝砂状氯化铝Ø并联法的缺点：并联法的缺点：工艺流程比较复杂；用铝酸钠溶液代替苛性碱补偿碱损工艺流程比较复杂；用铝酸钠溶液代替苛性碱补偿碱损失，使拜耳法系统的循环碱量有所增加失，使拜耳法系统的循环碱量有所增加3.9.2 串联法串联法对于中等品位的铝土矿（铝硅比为对于中等品位的铝土矿（铝硅比为5 5～～7 7一水铝石一水铝石矿）或品位虽然较低但为易溶的三水铝石型矿。

矿）或品位虽然较低但为易溶的三水铝石型矿采用串联法往往比烧结法更为有利采用串联法往往比烧结法更为有利该法先以较简单的拜耳法处理矿石，提取其中大该法先以较简单的拜耳法处理矿石，提取其中大部分氧化铝，然后再用烧结法回收拜耳法赤泥中部分氧化铝，然后再用烧结法回收拜耳法赤泥中的的AlAl2 2O O3 3和碱和碱, ,所得铝酸钠溶液补入拜耳法系统所得铝酸钠溶液补入拜耳法系统串联法工艺流程串联法工艺流程Ø串联法工艺特点串联法工艺特点(1)(1)矿石经过拜耳法与烧结法两次处理，矿石经过拜耳法与烧结法两次处理， AlAl2 2O O3 3的总回收的总回收率高和碱耗降低而矿石中大部分率高和碱耗降低而矿石中大部分AlAl2 2O O3 3是由加工费和投是由加工费和投资都较低的拜耳法提取的，每吨产品的熟料量比单纯的资都较低的拜耳法提取的，每吨产品的熟料量比单纯的烧结法大为减少，总成本降低烧结法大为减少，总成本降低2)(2)对于拜耳法的溶出条件和要求也可以适当放宽，对于拜耳法的溶出条件和要求也可以适当放宽，(3)(3)产品质量高于烧结法产品质量高于烧结法Ø串联法的工艺缺点：串联法的工艺缺点：(1)(1)拜耳法赤泥炉科的烷结往往比较困难拜耳法赤泥炉科的烷结往往比较困难 (2)(2)拜耳法和烧结法两个系统的平衡和整个生产的均衡稳拜耳法和烧结法两个系统的平衡和整个生产的均衡稳定受两系统互相影响的程度比并联法大，给生产控制带定受两系统互相影响的程度比并联法大，给生产控制带来一定困难来一定困难。

3.9.3 3.9.3 混联法混联法 如果串联法的烧结法系统除处理拜耳法赤泥如果串联法的烧结法系统除处理拜耳法赤泥外，还同时处理一部分低品位矿石，使烧结法系外，还同时处理一部分低品位矿石，使烧结法系统的产能扩大到超过补碱的需要，将多余部分的统的产能扩大到超过补碱的需要，将多余部分的烧结法溶液用碳酸化分解析出氢氧化铝，这种工烧结法溶液用碳酸化分解析出氢氧化铝，这种工艺流程称为混联，即相当于一个串联法厂与一个艺流程称为混联，即相当于一个串联法厂与一个烧结法厂同时在生产烧结法厂同时在生产混联法工艺流程Ø混联法工艺特点混联法工艺特点（（1 1）解决了用纯串联法处理低铁铝土矿时炉料苛化能力）解决了用纯串联法处理低铁铝土矿时炉料苛化能力不够补碱不足的问题不够补碱不足的问题2 2）提高了炉料铝硅比，使熟料烧成温度范围变宽，有）提高了炉料铝硅比，使熟料烧成温度范围变宽，有利于熟料窑的操作控制利于熟料窑的操作控制3 3）由于增加了碳酸化分解工序作为调节过剩苛性碱液）由于增加了碳酸化分解工序作为调节过剩苛性碱液的平衡措施，有利于整个流程的协调配合的平衡措施，有利于整个流程的协调配合 Ø工艺缺陷工艺缺陷（（1 1）烧结法系统的产能较之串联法提高了。

单位产品的）烧结法系统的产能较之串联法提高了单位产品的投资，能耗和成本均随之增加，产品质量也受到影响投资，能耗和成本均随之增加，产品质量也受到影响2 2）混联法中包括完整的拜耳法和烧结法系统流程很）混联法中包括完整的拜耳法和烧结法系统流程很长，设备繁多，控制复杂长，设备繁多，控制复杂3.10 3.10 氧化铝生产工艺比较氧化铝生产工艺比较 方法 区别拜耳法烧结法联合法优点生产流程简单； 单位能耗低； 外加物少；晶种自发分解；杂质数量少；氧化铝质量好可处理铝硅比低的高硅铝土矿；生产消耗价格低廉的碳酸钠充分回收了赤泥中的氧化铝和氧化钠，适应铝土矿成分不均一性，最大限度利用资源；生产过程中的补碱由价格低廉的碳酸钠供应缺点不能处理A/S低的铝土矿，仅适合处理铝硅比大于7的铝土矿有烧结工序，单位能耗高，生产流程复杂；碳酸化分解的方法造成氧化铝质量差两种工艺混合，生产流程复杂，设备繁多；工艺交叉，生产协调非常复杂3.10 金属铝生产金属铝生产采用冰晶石采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，电解过程在电解槽内进氧化铝熔盐电解法，电解过程在电解槽内进行，直流电经过电解质使氧化铝分解依靠电流的焦耳热行，直流电经过电解质使氧化铝分解。

依靠电流的焦耳热维持电解温度维持电解温度950~970℃电解产物在阴极上是液体铝电解产物在阴极上是液体铝在阳极上是氧，它使碳阳极氧化而析出气体阳极上是氧，它使碳阳极氧化而析出气体CO2和和CO，铝液，铝液用真空罐法抽出，经净化澄清之后，浇注成商品铝锭，其用真空罐法抽出，经净化澄清之后，浇注成商品铝锭，其质量为质量为99.5%~99.7%Al，以供给用户重新熔化后进行深加，以供给用户重新熔化后进行深加工，以制成各种铝制品工，以制成各种铝制品 (工艺路线图）工艺路线图）氧化铝产品氧化铝产品3.10.1 铝电解用原料铝电解用原料3.10.1 .1 氧化铝氧化铝（（1）氧化铝是铝电解生产的中的主要原料氧化铝是铝电解生产的中的主要原料2）氧化铝是一种白色粉状物，俗称矾土，属离子化合物，）氧化铝是一种白色粉状物，俗称矾土，属离子化合物，熔点为熔点为2050℃，沸点为，沸点为3000℃，真密度为，真密度为3.6g/cm3不溶于水，能溶解在冰晶石熔体中，不溶于水，能溶解在冰晶石熔体中，（（3）铝电解对于氧化铝的要求，）铝电解对于氧化铝的要求，一是其化学纯度，二是其物理性能。

一是其化学纯度，二是其物理性能Ø化学纯度：化学纯度：（（1）如果氧化铝中含有）如果氧化铝中含有Fe2O3、、SiO2、、TiO2等，这些元素在电解过程中等，这些元素在电解过程中首先在阴极上析出而使铝的质量降低首先在阴极上析出而使铝的质量降低SiO2还会与氟盐反应，生成还会与氟盐反应，生成SiF4逸出，污染环境，并造成氟的损失逸出，污染环境，并造成氟的损失2）如果氧化铝含有）如果氧化铝含有Na2O等氧化物，在电解时将与氟化铝反应造、成等氧化物，在电解时将与氟化铝反应造、成氟化铝损失，在电解过程中需定时补充氟化铝而造成生产成本增加氟化铝损失，在电解过程中需定时补充氟化铝而造成生产成本增加氧化铝质量标准氧化铝质量标准Ø物理性质：物理性质：粒度，比表面积、磨损指数、堆积密度、安息角、粒度，比表面积、磨损指数、堆积密度、安息角、αα-Al-Al2 2O O3 3含量、密含量、密度等铝工业按氧化铝的物理性质将其分为砂状与面粉状两种类型铝工业按氧化铝的物理性质将其分为砂状与面粉状两种类型砂状氧化铝的特点是：平均粒度较租，粒度组成比较均匀，细粒子砂状氧化铝的特点是：平均粒度较租，粒度组成比较均匀，细粒子和过粗颗粒都少；比表面积大，强度高，流动性好。

成为国内外电和过粗颗粒都少；比表面积大，强度高，流动性好成为国内外电解铝厂节能降耗的首选原料面粉状氧化铝与之相反，但煅烧程度高解铝厂节能降耗的首选原料面粉状氧化铝与之相反，但煅烧程度高不同类型氧化铝的物理性质不同类型氧化铝的物理性质冰晶石冰晶石冰晶石冰晶石3.10.1. 2 冰晶石冰晶石分子式分子式Na3AlF6（（3NaF.AlF3)，主要用作铝电解的熔，主要用作铝电解的熔剂，冰晶石剂，冰晶石 常温下呈白色固体，其熔点约为常温下呈白色固体，其熔点约为1010℃，铝电解用冰晶石分天然和人造两种，天然冰晶石，铝电解用冰晶石分天然和人造两种，天然冰晶石的储量少，远不能满足铝工业需求，现代铝工业采的储量少，远不能满足铝工业需求，现代铝工业采用人造冰晶石用人造冰晶石.Ø冰晶石溶剂特性冰晶石溶剂特性（（1）熔融的冰晶石能够较好的熔解氧化铝，所构）熔融的冰晶石能够较好的熔解氧化铝，所构成的电解质可在冰晶石的熔点成的电解质可在冰晶石的熔点1008℃以下进行电以下进行电解，降低了氧化铝的电解温度解，降低了氧化铝的电解温度2）冰晶石）冰晶石-氧化铝熔体有较好的流动性和氧化铝熔体有较好的流动性和 导电性。

导电性3）冰晶石）冰晶石-氧化铝熔液的比重比铝液小约氧化铝熔液的比重比铝液小约10%，，能漂在电解出来的铝液上面，防止铝液氧化，同时能漂在电解出来的铝液上面，防止铝液氧化，同时使电解质和铝易分离使电解质和铝易分离 Ø冰晶石比冰晶石比表示电解质中表示电解质中NaF和和AlF3的相对含量的相对含量 NaF/AlF3=3 纯冰晶石纯冰晶石 NaF/AlF3<3 酸性电解质酸性电解质 NaF/AlF3>3 碱性电解质碱性电解质 铝电解一般采用冰晶石比铝电解一般采用冰晶石比2.6~2.8的酸性电解质。

的酸性电解质过酸电解质溶解过酸电解质溶解Al2O3能力低，易挥发碱性电能力低，易挥发碱性电解质含解质含Na+高，容易在阴极析出高，容易在阴极析出Na，均不采用均不采用3.10.1.3 氟化铝氟化铝是白色粉末，粒度比氧化铝大，它添加氟化铝的氟化铝是白色粉末，粒度比氧化铝大，它添加氟化铝的作用是可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以用于降作用是可以弥补电解质中氟化铝的损失，又可以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3.10.1.4 3.10.1.4 铝电解用其他氟化盐铝电解用其他氟化盐铝电解生产中所用氟盐主要是冰晶石和氟化铝，其次有铝电解生产中所用氟盐主要是冰晶石和氟化铝，其次有一些用来改善和调整电解质性质的添加剂，如氟化钙、一些用来改善和调整电解质性质的添加剂，如氟化钙、氟化镁、氟化钠和碳酸钠等氟化镁、氟化钠和碳酸钠等3.10.1.5 3.10.1.5 铝电解用碳素材料铝电解用碳素材料铝电解上均采用炭素材料做电极铝电解上均采用炭素材料做电极—炭阳极和炭阴炭阳极和炭阴极在电解过程中，炭阴极原则上不消耗，炭阳极在电解过程中，炭阴极原则上不消耗，炭阳极由于参加电化学反应而消耗。

阳极的主要作用极由于参加电化学反应而消耗阳极的主要作用有两种：导电和参加电解时的化学反应和电化学有两种：导电和参加电解时的化学反应和电化学反应阳极实际消耗为反应阳极实际消耗为380-450kg/t-Al2O33.10.6铝电解原理铝电解原理3.10.6.1 电解质的离解电解质的离解包括熔融冰晶石的离解和溶解于其中的氧化铝的离解包括熔融冰晶石的离解和溶解于其中的氧化铝的离解AlAl2 2OO3 3由于和由于和由于和由于和AlFAlF6 63-3-以及以及以及以及F F- -发生反应结合为发生反应结合为发生反应结合为发生反应结合为Al-O-FAl-O-F络合离子而溶络合离子而溶络合离子而溶络合离子而溶解在冰晶石中，反应式为：解在冰晶石中，反应式为：解在冰晶石中，反应式为：解在冰晶石中，反应式为：冰晶石的离解可表示为：冰晶石的离解可表示为：3.10.6.2 电解质的性质（（1）电解质的比重）电解质的比重在电解槽正常生产过程中，上层是电解质，下层是铝在电解槽正常生产过程中，上层是电解质，下层是铝液，这由于他们之间的密度差所致在电解温度下，铝液，这由于他们之间的密度差所致在电解温度下，铝的比重为的比重为2.302，大于含有，大于含有5%氧化铝的冰晶石的比重氧化铝的冰晶石的比重（（2.102）。

2）电解质的熔点）电解质的熔点电解温度与电解质熔点有关电解生产中的电解温度一电解温度与电解质熔点有关电解生产中的电解温度一般比电解质的熔点高出般比电解质的熔点高出15~20℃（（3）电解质黏度）电解质黏度随温度升高而降低，随熔体中随温度升高而降低，随熔体中Al2O3含量增大而增大含量增大而增大3.10.6.3 3.10.6.3 铝电解过程中的两极反应铝电解过程中的两极反应2O2- + C －－ 4e ＝＝CO2Al3+ + 3e ＝＝Al2Al2O3 + 3C ＝＝4Al + 3CO2Na+ , AlF63-AlF4- , F-[Al-O-F]x-3.10.6.5 3.10.6.5 阴极副反应阴极副反应Ø金属钠的析出金属钠的析出随着电解温度升高，电解质分子比增大，氧化铝浓度较随着电解温度升高，电解质分子比增大，氧化铝浓度较少，以及阴极电流密度提高，钠与铝的析出电位差越来少，以及阴极电流密度提高，钠与铝的析出电位差越来越小，很可能越小，很可能NaNa+ +和和AlAl3+3+在阴极上一起放电析出在阴极上一起放电析出NaNa+ + + e = Na+ e = Na防止措施为采用酸性电解质，使防止措施为采用酸性电解质，使AlF3AlF3过量。

避免电解质过量避免电解质过热Ø阴极金属铝的溶解阴极金属铝的溶解电解炼铝时，金属铝会部分溶解在熔融电解质中，造成电解炼铝时，金属铝会部分溶解在熔融电解质中，造成铝的损失并使电流效率降低铝的损失并使电流效率降低防止措施为在尽可能低的温度下进行电解防止措施为在尽可能低的温度下进行电解3.10.6.6 3.10.6.6 阳极副反应阳极副反应铝电解过程发生主反应的同时，伴随着一系列副铝电解过程发生主反应的同时，伴随着一系列副反应，主要发生如下反应：反应，主要发生如下反应：2Al（溶解的）＋（溶解的）＋3CO2 = Al2O3 十十 3CO此外，由于碳阳极散落掉渣，分离后飘浮在电解此外，由于碳阳极散落掉渣，分离后飘浮在电解质表面，当二氧化碳气体与这些碳渣接触时，会质表面，当二氧化碳气体与这些碳渣接触时，会发生还原反应而生成一氧化碳发生还原反应而生成一氧化碳C ＋＋ CO2 ＝＝ 2CO3.10.6.7 阳极效应阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象当其发生时，阳极上出现许多细小的电弧，发出轻微的当其发生时，阳极上出现许多细小的电弧，发出轻微的啪啪声，槽电压急剧升高，啪啪声，槽电压急剧升高，4.5～～5伏升高到伏升高到30～～40伏；伏；原因：由于氧化铝浓度减小所致。

原因：由于氧化铝浓度减小所致作用：作用：•预告向电解槽加入氧化铝的时间预告向电解槽加入氧化铝的时间•判断电解槽工作是否正常判断电解槽工作是否正常3.10.6.8 铝电解槽铝电解槽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，完成电解过程极流入炭质阳极，完成电解过程阳极阳极阳极阳极炭块炭块炭块炭块电解质电解质电解质电解质烟罩烟罩烟罩烟罩铝液铝液铝液铝液钢制槽壳钢制槽壳钢制槽壳钢制槽壳钢导电棒钢导电棒钢导电棒钢导电棒阴极阴极阴极阴极炭块炭块炭块炭块耐火耐火耐火耐火材料材料材料材料铝电解槽结构图铝电解槽结构图铝电解槽结构图铝电解槽结构图3.10.6.9 电解槽构成电解槽构成：：主要包括阳极装置、阴极装置、母线装置主要包括阳极装置、阴极装置、母线装置1））阳极装置阳极装置电解过程中，阳极不断消耗，需通过调整极具来调整电解质电解过程中，阳极不断消耗，需通过调整极具来调整电解质温度电解槽正常操作时要经常升降阳极因此，阳极装置温度。

电解槽正常操作时要经常升降阳极因此，阳极装置主要由阳极母线大梁、阳极炭块组和阳极升降机构组成主要由阳极母线大梁、阳极炭块组和阳极升降机构组成2））阴极装置阴极装置由钢制槽壳、阴极炭块组和保温材料砌体组成由钢制槽壳、阴极炭块组和保温材料砌体组成3 3））母线装置母线装置包括阴极母线，阳极母线，立柱母线和槽间母线包括阴极母线，阳极母线，立柱母线和槽间母线 (组合模拟）组合模拟）3.10.6.10 3.10.6.10 电解槽的配置电解槽的配置：：铝电解槽系列是铝生产的单元每一个系列都有额定的铝电解槽系列是铝生产的单元每一个系列都有额定的直流电源和电解槽数目系列中电解槽串联连接直流直流电源和电解槽数目系列中电解槽串联连接直流电从整流器的正极经铝母线送到电解槽的阳极，经电解电从整流器的正极经铝母线送到电解槽的阳极，经电解质和铝液层流过阴极，然后进入下一台电解槽的阳极，质和铝液层流过阴极，然后进入下一台电解槽的阳极，依次类推，从最后一台电解槽阴极流出来的电流，返回依次类推，从最后一台电解槽阴极流出来的电流，返回整流器的负极电解厂房内电解槽的配置方式有纵向和整流器的负极电解厂房内电解槽的配置方式有纵向和横向两种，每一种又分为单行排列和双行排列。

横向两种，每一种又分为单行排列和双行排列3.10.6.11 铝电解生产实践铝电解生产实践Ø焙烧焙烧 加热阳极、阴极和炉膛，以利于启动加热阳极、阴极和炉膛，以利于启动加热阳极、阴极和炉膛，以利于启动加热阳极、阴极和炉膛，以利于启动Ø启动启动 是指在电解槽内熔化电解质和铝，开始是指在电解槽内熔化电解质和铝，开始是指在电解槽内熔化电解质和铝，开始是指在电解槽内熔化电解质和铝，开始 电解，然后逐步纳入正常生产电解，然后逐步纳入正常生产电解，然后逐步纳入正常生产电解，然后逐步纳入正常生产Ø加料加料 定时定量地向电解槽中补充氧化铝定时定量地向电解槽中补充氧化铝 Ø阳极作业阳极作业 定期更换阳极块定期更换阳极块Ø出铝出铝 3-4昼夜出铝一次，出铝后槽内控制铝液水平昼夜出铝一次，出铝后槽内控制铝液水平不低于不低于18cmØ铝的电化当量：铝的电化当量：电解槽通过电解槽通过1A1A电流并经电流并经1h1h电解理论上阴极应析出的铝电解。

理论上阴极应析出的铝的克数，的克数，g/(A.hg/(A.h) )Ø电流效率：电流效率：当电解槽通过一定电量（一定电流与一定时间）时，实当电解槽通过一定电量（一定电流与一定时间）时，实际产铝量与理论产铝量的比值际产铝量与理论产铝量的比值Ø电能效率：电能效率：Ø生产定量的金属铝理论上应消耗的能量与实际上所生产定量的金属铝理论上应消耗的能量与实际上所消耗能量的比值消耗能量的比值电流效率降低原因：电流效率降低原因：（（1 1）电解出的铝又溶解或机械混入到电解质中，并被循）电解出的铝又溶解或机械混入到电解质中，并被循环电解质带到阳极空间或电解质表面，为阳极气体中的环电解质带到阳极空间或电解质表面，为阳极气体中的COCO2 2或空气中的氧所氧化或空气中的氧所氧化2 2）其他离子放电其他离子放电3 3）电流空耗电流空耗3.10.6.12 3.10.6.12 铝液净化铝液净化由电解槽生产出来原铝液含有由电解槽生产出来原铝液含有杂质杂质，必须经过净化处理，必须经过净化处理才能铸锭才能铸锭采用气体净化法，该法中用氧化铝球（刚玉）采用气体净化法，该法中用氧化铝球（刚玉）做过滤介质做过滤介质N N2 2直接通入铝液中，铝液连续送入氮化炉直接通入铝液中，铝液连续送入氮化炉内，通过氧化铝球过滤层，并受内，通过氧化铝球过滤层，并受N N2 2冲洗，于是铝液中的冲洗，于是铝液中的非金属夹杂物及溶解的氢均被清除，然后连续排出。

非金属夹杂物及溶解的氢均被清除，然后连续排出3.10.6.13 3.10.6.13 铝锭铸造铝锭铸造现代铝铸造工艺采用浇铸工艺，将铝液直接浇到现代铝铸造工艺采用浇铸工艺，将铝液直接浇到模子里铸锭成型方法有：块铁模铸锭法、连续模子里铸锭成型方法有：块铁模铸锭法、连续及半连续铸锭法和连续铸轧法及半连续铸锭法和连续铸轧法工艺流程模拟）（工艺流程模拟） （厂区及车间布置）（厂区及车间布置）。