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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) 年发明。 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, 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, 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, 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。 950~1200℃温度下煅烧,便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的 温度下煅烧 溶液称为母液,蒸发浓缩后循环使用。 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: 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, 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, 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。 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, 240~260℃并 125~140℃下溶出,一水硬铝石型铝土矿则要在 240~260℃并 下溶出 添加石灰( 添加石灰(3~7%)的条件下溶出。 %)的条件下溶出。 的条件下溶出

现代拜耳法的主要进展在于: 设备的大型化和连续操作; 现代拜耳法的主要进展在于:①设备的大型化和连续操作; ③ 例如高压强化溶出和流态化 ②生产过程的自动化; 节省能量, 生产过程的自动化; 节省能量, 焙烧; 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。 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, 拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低,最低者 千卡左右, 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 拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量, 含量,通常以矿石的铝硅比 以矿石的铝硅比, 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, 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), 成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O), (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 同赤泥排出。 的损失。铝土矿的铝硅比越低, 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 主要生产原理及过程
2.1 预脱硅与铝硅比的提高 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 拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量, 含量,通常以矿石的铝硅比, 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 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 采用预脱硅
100℃的温度工况条件下, 量,进而提高铝硅比。预脱硅是在 95 一 100℃的温度工况条件下, 进而提高铝硅比。 --10 小时, 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

的含量。 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: 程式有:AL203.2Sioz.2H20+6NaOH+aq
->2NaAL (OH) 4+2Na2[HZSi04l+aq

xNa2[H2S104]+2NaAL (OH) 4+aq ->Na20.AL203S102.nH20+2xNaOH+aq

(OH)4。 一定的苛性钠浓度和温度下, 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, 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 AL203,提取出来,进入铝酸钠溶液。 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 铝土矿的溶出过程一般是在高压 高温) 条件下进行的。 压溶出的目的:用循环母液(苛性碱溶液) 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: 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。 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 赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。 程中,铝土矿经破碎后,和石灰、循环母液一起进入湿磨, 程中,铝土矿经破碎后,和石灰、循环母液一起进入湿磨,制成 碎后 合格矿浆。 合格矿浆。矿浆经预脱硅之后预热至溶出温度进行溶出。 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( 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 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 渣) 的沉降分离工序。

预热。沉降分离后,赤泥经洗涤进入赤泥堆场, 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。 送往叶滤。 2.4 氢氧化铝的析出 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 铝酸钠溶液中加入氢氧化铝作晶种, 中加入氢氧化铝作晶种 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 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 节约时间的析出氢氧化铝并且提高 化铝的产量; 化铝的产量; 的产量 同时, 同时,氢氧化铝晶体可以对发生的化学反应平衡造 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, 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 所以析出的氢氧化铝大 氢氧化铝 的氢氧化铝。 氢氧化铝。 2.4 氧化铝的制得 将析出的氢氧化铝晶体洗净, 950~1200℃温度下煅烧 温度下煅烧, 将析出的氢氧化铝晶体洗净,并在 950~1200℃温度下煅烧, 氢氧化铝晶体洗净 便可以得到氧化铝的成品。 便可以得到氧化铝的成品。 氧化铝的成品

3 主要设备及工作原理


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