碱石灰烧结法是在铝土矿中配入石灰石(苏打和石灰)、纯碱、碳分母液制备生料浆,生料浆打入窑内在高温下烧结成铝酸钠熟料,用水溶出熟料得铅酸钠溶液,铝酸钠溶液脱硅得精液,通二氧化碳气体分解得氢氧化铝,分解后的母液蒸发后循环使用。
在1200℃下烧结时,铝土矿中的氧化铝与碳酸钠反应生成可溶性的铝酸钠,杂质氧化铁、二氧化硅和二氧化钛分别被烧结生成铁酸钠、原硅酸钙和钛酸钙。要求烧结所得到的熟料具有适当的强度和可磨性,溶出后的赤泥沉降性好。用熟料中的氧化铝和苛性碱的标准溶液出率来衡量熟料质量的好坏。标准溶出率就是指为了使熟料中可溶性氧化铝和苛性碱能全部溶出而不进入泥渣的溶出率,通常要求96%。优质熟料粒度均匀(大部分30~50mm),堆积密度1.20~1.30,黑灰色。为此,要求严格的控制生料浆的配制,即铝硅比、铁铝比、碱比、钙比、水分、固定碳含量及干生料的粒度;严格控制绕结温度。我国采用低碱高钙配方,熟料质量较好。
在用热水溶出铝酸钠时,铁酸钠水解出游离苛性碱。原硅酸钙和钛酸钙不溶于水,与碱溶液的反应也较弱。用稀酸溶液溶出时。可将熟料中的氧化铝和苛性碱溶出,得到铝酸钠溶液,与赤泥中的原硅酸钙、钛酸钙和水合三氧化二铁残渣分离。如果溶出制度不当,尽管熟料质量好,溶出过程也会因发生一系列二次反应而使溶出来的氧化铝和苛性碱又进入赤泥。根据低铁熟料的特点,我国研究出低苛性比值在80℃下二段磨料溶出流程,氧化铝和苛性碱的溶出率都达到92%~93%,得到的铝酸钠溶液中含Al2O3达100g/L。
溶出时由于原硅酸钙与铝酸钠溶液发生二次反应,熟料的溶出液中通常含二氧化硅达4~6g/L,硅量指数仅为20~30,需要进行专门脱硅。通常在150~170℃下的压煮器中以水合铝硅酸钠形式进行一段脱硅,使硅量指数达400,再进行第二段加石灰常压脱硅(形成水化石榴石),使硅量指数达1000以上。在经过脱硅得到的纯净铝酸钠精液中通入二氧化碳气体,使溶液中的苛性碱变为碳酸碱,降低了铝酸钠的稳定性,添加一定量的晶种(晶种系数0.4~0.6),使氢氧化铝从溶液中析出来,得到氢氧化铝和碳酸母液。碳酸化分解的分解率为70%,分解离再高就会含Na2O太高,使产品不合格。