拜耳法生产氧化铝的工艺流程

1拜耳法生产氧化铝的工艺流程概述拜耳法系奥地利拜耳（K.J.Bayer）于1888年发明。其原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液。溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净,并在950～1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后循环使用。拜耳法的简要化学反应如下：由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以要提供不同的溶出条件，主要是不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿可在125～140℃下溶出，一水硬铝石型铝土矿则要在240～260℃并添加石灰（3～7％）的条件下溶出。现代拜耳法的主要进展在于：①设备的大型化和连续操作；②生产过程的自动化；③节省能量，例如高压强化溶出和流态化焙烧；④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。拜耳法的工艺流程见图1。拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3×106千卡左右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）。拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)，随同赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。2主要生产原理及过程2.1预脱硅与铝硅比的提高拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。通常采用预脱硅的方法来降低SiO2的含量，进而提高铝硅比。预脱硅是在95一100℃的温度工况条件下，使铝土矿与苛性碱配成的原矿浆在脱硅槽中停留8--10小时，使铝土矿中高岭石溶解并生成铝硅酸钠，最终降低Si02的含量。主要方程式有：AL203.2Sioz.2H20+6NaOH+aq-2NaAL(OH)4+2Na2[HZSi04l+aqxNa2[H2S104]+2NaAL(OH)4+aq-Na20.AL203S102.nH20+2xNaOH+aq反应生成物NaAL(OH)4。在一定的苛性钠浓度和温度下，可以稳定存在,形成铝酸钠溶液，经过这一反应就可以将铝土矿中大部分的AL203，提取出来，进入铝酸钠溶液。2.2铝酸钠溶液的制得铝土矿的溶出过程一般是在高压（高温）条件下进行的。高压溶出的目的：用循环母液（苛性碱溶液）迅速将铝土矿中的Al2O3溶入，制成铝酸钠溶液。反应方程式如下：Al2O3•（1或3）H2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq这是溶出过程的主反应。2.3溶液与赤泥的分离赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。在拜耳法流程中，铝土矿经破碎后，和石灰、循环母液一起进入湿磨，制成合格矿浆。矿浆经预脱硅之后预热至溶出温度进行溶出。溶出后的矿浆再经过自蒸发降温后进入稀释及赤泥（溶出后的固相残渣）的沉降分离工序。自蒸发过程产生的二次汽用于矿浆的前期预热。沉降分离后，赤泥经洗涤进入赤泥堆场，而分离出的粗液送往叶滤。2.4氢氧化铝的析出在铝酸钠溶液中加入氢氧化铝作晶种，是因为晶体可以产生凝聚现象，以便最大限度节约时间的析出氢氧化铝并且提高氢氧化铝的产量；同时，氢氧化铝晶体可以对发生的化学反应平衡造成影响，由于凝聚反应优先发生，所以析出的氢氧化铝大于消耗的氢氧化铝。2.4氧化铝的制得将析出的氢氧化铝晶体洗净,并在950～1200℃温度下煅烧，便可以得到氧化铝的成品。3主要设备及工作原理