经济逻辑|氧化铝的生产方法-拜耳法

一、氧化铝的生产工艺：碱法、酸法、酸碱联合发和热法

氧化铝生产方法大致可分为四类，分别为碱法、酸法、酸碱联合发和热法，但实际上目前用于工业生产的几乎全属于碱法律。

（一）碱法生产

碱法生产氧化铝，就是用碱酸法生产

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。

用酸法处理铝矿石时，存在于矿石中的铁、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。

用酸法处理分布很广的高硅低铝矿酸碱联合法生产

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。

（四）热法生产

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。

二、拜耳法生产氧化铝

（一）拜耳法的基本原理和实质

拜耳法是澳大利亚化学家拜耳（Karl Josef Bayer）在1889~1892年间所发明的。拜耳法用在处理低硅铝土矿，特别是处理三水铝石型铝土矿时，流程简单、产品质量好，因而得到广泛的应用。

1 、拜耳法的基本原理

•（1）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，溶液中的氧化铝便呈氢氧化铝析出。

•（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一批铝土矿。

•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。

•拜耳法的实质就是使下一反应在不同的条件下朝不同的方向交替进行：

首先是在高温下在压煮器中以NaOH溶液溶出铝土矿，将其中氧化铝水合物溶浸出来；使反应向右进行，得到铝酸钠溶液，杂质则进入残渣中。往彻底分离赤泥后的铝酸钠溶液中添加晶种，在不断搅拌的条件下进行晶种分解，使反应向左进行析出氢氧化铝。分解后的母液（循环母液）再返回用以溶出下一批矿石。氢氧化铝经煅烧后便得到产品氧化铝。

一水铝石或三水铝石溶解形成铝酸钠进入碱液中,而其它杂质不进入溶液中,呈固相存在,称赤泥。

三水铝石（Al2O3·3H2O）的溶解温度为105℃，一水硬铝石（α－Al2O3·H2O）为220℃,一水软铝石配料，使得到的产品原矿浆满足高压溶出的要求。本工序控制的技术条件是：石灰加入量为干铝矿量的7%；循环碱液配入量为控制溶出液的αk（苛性化系数）为1.4左右；磨矿细度为：－315μm 100%,－63μm 70%～75%。

高压溶出是拜耳法的核心部位,要求其热利用率高、建设投资少及易操作、经营成本低。对溶出一水硬铝石型矿石而言最常用的工艺型式是：将原矿浆送入套管预热器中，用二次蒸汽预热至160～180℃，之后进入用二次蒸汽间接加热、机械搅拌的预热压煮器中，将矿浆温度提高至220℃左右，再在机械搅拌的反应压煮器中用6.0Mpa的新蒸汽间接加热到溶出温度260℃,然后在只有机械搅拌的压煮器中停留30～40min。整个溶出过程矿浆实现了全部间接加热，通过机械搅拌强化了传热和传质过程，溶出率可达95%以上。

溶出完成后得到的矿浆经降温、减压并将浓度稀释，以便常压下处理赤泥的分离及洗涤。分离与洗涤一般都采用沉降槽，目前工业上使用的最先进的沉降槽是深椎沉降槽。分离沉降槽的溢流是产品粗液，经控制过滤后得到精制液送去种子分解；底流是固体残渣（称赤泥），经4～5次沉降反向洗涤回收其附液中的碱后送堆场堆存。赤泥沉降分离洗涤工序控制的主要技术条件是：过程中物料的温度95℃以上；分离沉降槽的底流固体质量分数为≥41%，溢流中悬浮物含量为≤200mg/L；末次洗涤沉降槽的底流固体质量分数≥48%，每吨干赤泥带走的Na2O≤5kg；为改善沉降性能，生产过程中要加入絮凝剂。

种子分解是将铝酸钠溶液加入种子（细氢氧化铝）经降低温度、长时间搅拌而自行分解析出固体氢氧化铝及液体苛性碱的过程。本工序控制的主要技术条件是：分解开始的温度（70℃）及终了温度（45℃）；分解时间55～60h；种子加入量[种子比为2.5～5.5,即加入的Al与液体（苛性碱液）的混合物，经分级及过滤，分离后得到种子（细氢氧化铝）及产品氢氧化铝和分解母液（苛性碱溶液）。种子返回种分槽，产品氢氧化铝经过滤洗涤送焙烧工序，分解母液则送蒸发站处理。

蒸发的目的有3个：一是提高溶液的浓度，蒸去一部分水，以满足系统水平衡及高压溶出对碱浓度（Na2Ok180～230g/L）的要求；二是排除生产过程中积累的Na2CO3 及Na2SO4，它们的溶解度与苛性碱浓度成反比，当碱浓度达到一定程度时它们从溶液中呈固相析出进而分离出去；三是排除生产过程中积累的有机物，一般有机物随Na2CO3 及Na2SO4的析出而析出。蒸发是在多效真空蒸发器中完成的。

不论是哪一种生产方法得到的氢氧化铝，都需经焙烧而得到产品氧化铝。焙烧的目的有二：一是除掉氢氧化铝中附着的水及结晶水；二是使氧化铝的晶型转化成电解所需要的晶型。焙烧操作主要控制的是焙烧温度及氧化铝的灼减量。焙烧所用的设备以前是回转窑，现在都是流态化焙烧炉，主要进步在于使热耗大为降低，使用回转窑的热耗为502.4×104KJ/t,而流态化焙烧炉为309.8×104KJ/t。焙烧炉所使用的燃料有：煤气、重油或天然气。

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