氧化铝是用不同的生产方法是从铝土矿中提取出来的白色粉末。氧化铝是典型的大型复杂流程性工业,全世界90%以上
氧化铝是用不同的生产方法是从铝土矿中提取出来的白色粉末。氧化铝是典型的大型复杂流程性工业,全世界90%以上的氧化铝直接采用的是经济的拜耳法生产流程,而我国氧化铝企业因矿质的不同,而分别选用不同的生产工艺。
烧结法:适于矿石品位含硅高、难溶的、中等资源品位的一水硬铝石,流程长、工艺复杂。我国绝大部分老的氧化铝企业多采用这一方法进行氧化铝冶炼。山东铝厂、中州铝厂Ⅰ期、山西铝厂Ⅰ期
烧结法氧化铝生产过程主要包括熟料烧成、熟料溶出、精液制备、分解和蒸发等主要的生产工序。
来自原料磨的生料浆通过回转窑烧制成易于溶出的铝酸钠熟料,再经碳分母液和一次洗液浸泡后进行溶出;此后通过赤泥分离洗涤、粗液脱硅、硅渣分离等工序生成的精液分别送至碳分和种分工序进行分解反应,析出氢氧化铝;种分母液经蒸发形成的种蒸母液送拜尔法碱液调配后给原矿浆配料;碳蒸母液则返回至原料磨配料。析出的氢氧化铝送焙烧工序进行焙烧。
与拜耳法相比,烧结法主要在熟料烧成和碳分分解的控制部分是完全不同的两个过程
拜尔法:拜尔法是Karl Joseph Bayer于1887年发明,他发现加入精种的铝酸钠溶液中可以分解出AL(OH)3,分解母液蒸发后可以在高温高压下溶出铝土矿中的AL(OH)3。该发现后来在实验中得到证实并应用于工业实践,是国外氧化铝最广泛采用的生产工艺。适于生产易溶的三水铝石和一水软铝石,处理中等品位铝土矿碱耗高、矿耗大是常规拜耳法生产氧化铝的缺点。贵州铝厂Ⅰ期、平果铝厂。
拜尔法氧化铝生产过程主要包括预脱硅、溶出过程,赤泥洗涤、过滤过程,种分分解过程和氢氧化铝过滤、焙烧等主要的生产工序。
选矿拜尔法:可将A/S为4以上的铝土矿通过浮选成A/S为11.2的矿浆,可提高单管溶出系统的溶出率,工艺管道和罐内不易结巴。中州铝厂Ⅱ期
串联法:处理中低晶位铝土矿的适宜方法。先以较简单的拜尔法处理矿石,最大限度地提取矿石中的氧化铝,然后再用烧结法回收拜尔法赤泥的 Al2O3和 Na2O,可降低氧化铝生产的综合能耗,Al2O3的总回收率高,碱耗降低,产品成本可大幅度降低。不增加建设投资和设备,可在现有混联法厂推广应用。贵州铝厂、鲁能晋北(规划)。
并联法:由拜耳法、烧结法组成并联法氧化铝生产工艺。中州铝厂、前苏联第聂泊铝厂。
混联法:由拜耳法、烧结法组成,其生产过程的特点是:工艺流程复杂、连续性强、参数检测困难、关联性强、生产管理难度大,在化工冶金行业具有较强的代表性,对过程自动化程度要求很高。是一种复杂的冶金化工处理过程,具有湿法和干法冶金的共同特点,特别适合处理我国以一水硬铝石为主的铝土矿,它具有结晶度高、矿石难溶的特点,需要在高温(250℃以上)、高压(5.5MPa以上)、高碱液浓度(NaOH 20%以上)条件下进行溶出;对于较低品位矿石还需要进行更为复杂的烧结法处理;矿石中的高硅,在生产过程中又极易在设备表面形成结垢,同时也严重影响监控数据的采集。山西铝厂Ⅰ期、贵州铝厂Ⅱ期、郑州铝厂。
国内某氧化铝生产企业的混联法氧化铝生产线工艺流程简图,涵盖了国内外典型拜耳法和烧结法生产氧化铝的典型工艺过程。图中有三处物料交流:即拜耳法赤泥及附液送烧结法系统配料;拜耳法种分母液蒸发析出的结晶碱及附液送烧结法系统配制生料浆;烧结法种分母液经蒸发后送拜耳法系统做补碱用。拜耳法和烧结法两系统相互关联、相互制约,工序间相互影响,生产组织难度大。
石灰拜尔法:与常规拜耳法流程相比,除适当加大石灰烧制和赤泥分离洗涤过程的生产能力外其它完全相同。通过在溶出过程中添加过量石灰,除满足与TiO2反应所需的石灰添加量外,还需部分满足与铝土矿中的SiO2尽可能多地与CaO反应生成水合硅铝酸钙,使溶出过程中的脱硅产物的一部分由方钠石型的水合铝硅酸钠变为水化石榴石型的水合硅铝酸钙,从而大幅度降低溶出赤泥的N/S。与混联法流程相比,取消了高热耗的熟料烧结过程及其相应的湿法生产系统,建设投资少,生产能耗低,但同时铝土矿和石灰石单耗相对较大。
在拜耳—混联法氧化铝生产工艺中,拜耳法和烧结法系统相互联系、相互制约,拜耳法外排所造成的碱损失和矿石质量、配矿固含、溶出装置、沉降槽状况、烧结法系统生产状况以及整个系统指标密切相关,比混联法的碱耗大部分只受烧结法系统影响要复杂的多,因此有必要对影响碱耗的各种因素进行细致分析,找到降低碱耗的途径。
1. 矿石质量在配矿指标和溶出装置相同的情况下,矿石A/S越低,拜耳法系统溶出率越低,赤泥中硅结合碱量越高,外排赤泥造成的碱损失越多,但是铝土矿不属于再生资源,并且我国大部分铝土矿为A/S低于10的低品位一水硬铝石,随着各大氧化铝厂的新、扩建,可开采的铝矿石资源不断萎缩,各大铝厂进厂矿石质量均呈下降趋势,因此单纯的依靠收购高品位矿石来降低拜耳法系统的各项消耗已不现实,只有从合理调整配矿指标、改善工艺制度入手,通过技术攻关,优化整个系统指标来促进碱耗的降低。
2. 配矿固含在拜耳—混联法氧化铝生产工艺中,配框指标直接关系着拜耳法系统的溶出率和赤泥产出率,在同等条件下,随着配矿固含增高,溶出率降低,干赤泥产出率升高,拜耳法系统外排泥量增大,相应带走的碱量增多,但是如果单纯的降低配矿固含,将会造成拜耳法系统产能不足,氧化铝产量下降,因此在实际生产组织中,应该根据溶出装置及系统指标状况对配矿固含进行相应的调整,以保证整个生产系统的经济性。
3. 溶出装置在当前实施拜耳—混联法氧化铝生产的郑州铝厂和贵州铝厂的拜耳法溶出设备中,均存在着直接溶出和间接溶出装置,在直接溶出装置中由于没有强制搅拌以及存在着蒸汽稀释的现象,溶出温度及溶出效果明显不如间接溶出装置,某公司管道化溶出装置的溶出率高于80%,赤泥的A/S小于2,N/S小于0.18,而直接溶出装置的溶出率只在75%左右,赤泥A/S大于2.4 ,N/S在0.24左右,因此烧结法系统应尽可能的回收直接溶出装置产生的高铝规避、高钠硅比的赤泥,减少外排赤泥碱损失。
4. 沉降槽状况在拜耳—混联法生产工艺中,两套系统赤泥均要进行外排,沉降槽洗涤效果的好坏,直接关系到外排赤泥附液损失的高低,因此加强沉降槽的操作,提高洗涤效率是降低附液损失的重要途径。
5. 烧结法系统生产状况在拜耳—混联法氧化铝生产工艺中,烧结法系统应最大限度的平衡拜耳法赤泥来减少拜耳法外排赤泥量,有两种途径可以减少拜耳法外排赤泥量,一种是消极的萎缩烧结法系统产量,即通过降低烧结法系统配料A/S,减少烧结法系统加矿量,多耗拜耳法赤泥,同时降低碳分产量,减少进入烧结法配料系统的湿碱量,但此方法却提高了烧结法系统的赤泥产出率,使烧结法系统带走的碱量升高;另一种是烧结法在最大限度的回收指标相对较差的拜耳法赤泥同时,立足现有烧法设备尽可能的采用强化烧结法(矿石A/S6~9)新工艺,提高熟料氧化铝含量及溶出率,适时的调整碳分产量,降低熟料折合比,促进烧结法系统提产的同时降低烧结法系统干赤泥产出率,减少烧结法系统外排碱损失。
6. 系统指标状况在氧化铝生产中,系统技术指标的好坏决定了经济指标的高低,拜耳—混联法氧化铝生产工艺也不例外,在拜耳法系统中,提高种分分解率可以有效的减少系统的循环碱,在相同配矿固含的条件下,能够提高拜耳法溶出率及循环效率,提高拜耳法产量,降低拜耳法系统的干赤泥产出率;烧结法系统提高熟料净溶及碳分分解率可以降低熟料折合比,降低熟料的赤泥产出率,减少因外排造成的碱损失。