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    貴州礦業權資產評估公司講解鋁土礦是如何變成氧化鋁的?

    發布日期:2019-11-13 作者: 點擊:

    貴州礦業權資產評估公司講解鋁土礦是如何變成氧化鋁的?

    鋁土礦實際上是指工業上能利用的,以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石的統稱。鋁土礦是目前氧化鋁生產中主要的礦石資源,世界上的氧化鋁是用鋁土礦為原料生產的。


    由鋁土礦生產氧化鋁方法大致可分為四類,即堿法、酸法、酸堿聯合法和熱法。但目前用于工業生產的屬于堿法。本文將為大家簡單介紹這四種氧化鋁的生產方法,堿法中拜耳法應用為廣,因此本文對拜耳法工藝作了較為詳細的敘述。


    一、堿法


    堿法工藝流程文字說明:

    堿法生產氧化鋁,是用堿(NaOH或Na2CO3)來處理鋁礦石,使鋁礦石中的氧化鋁轉變成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦等雜質和大部分的硅則形成不溶解的化合物,將不溶解的殘渣(常含有大量氧化鐵,呈紅色,習慣上稱為赤泥。)與溶液分離,經洗滌后棄去或綜合利用,以回收其中的有用組分。鋁酸納溶液在的條件下分解析出氫氧化鋁,經與母液分離、洗滌后進行焙燒,得到氧化鋁產品。分解母液可使用,處理另一批礦石。


    堿法生產氧化鋁又分為拜耳法、燒結法和拜耳法-燒結法聯合法等多種流程。

    1

    拜耳法

    拜耳法是一種工業上廣使用的從鋁土礦生產氧化鋁的化工過程。由K.J.Bayer于1889-1892年提出的,一百多年來它已經有了許多改進。它適用于處理低硅鋁礦,在處理三水型鋁土礦時,具有流程簡單,作業方便,產品質量高,經濟效益高等特點。


    拜耳法基本原理:用濃氫氧化鈉溶液將鋁土礦中的氧化鋁水合物轉化為鋁酸鈉,貴州礦業權資產評估公司告訴你通過稀釋和添加氫氧化鋁晶種使氫氧化鋁重新析出,剩余的鋁酸鈉溶液也叫母液重新用于處理下一批鋁土礦,實現了連續化生產。拜耳法生產氧化鋁的基本工藝流程圖,每個工廠由于條件不同,可能采用的工藝流程會稍有不同,但原則上它們沒有本質的區別。

    從拜耳法生產的基本工藝流程,可以把整個生產過程大致分為如下主要的生產工序:原礦漿制備、高壓溶出、溶出礦漿的稀釋及赤泥的分離和洗滌、晶種分解、氫氧化鋁分與洗滌、氫氧化鋁焙燒、母液蒸發及一水蘇打苛化等,。

    a、原礦漿制備

    原礦漿制備是氧化鋁生產的一道工序。所謂的原礦漿制備,就是把拜耳法生產氧化鋁所用的原料,如鋁土礦、石灰、鋁酸鈉溶液等按比例配制研磨分散成符合溶出要求的原礦漿。

    b、高壓溶出


    溶出是拜耳法生產氧化鋁的兩個主要工序。溶出的目的在于將鋁土礦中的氧化鋁水合物溶解成鋁酸鈉溶液。溶出好壞直接影響到拜耳法生產氧化鋁的經濟指標。

    c、溶出礦漿的稀釋及赤泥的分離洗滌


    為了鋁酸鈉溶液發生分解,需對溶出礦漿的稀釋,同時可鋁酸鈉溶液的黏度,以便于赤泥的沉降分離。由于分離后的赤泥附帶有一部分鋁酸鈉溶液,為了減小Al2O3 和Na2O的損失以及,所以要對赤泥進行洗滌。


    d、晶種分解


    晶種分解就是將鋁酸鈉溶液降溫,增其過飽和度,再加入氫氧化鋁作晶種,并進行攪拌,使其析出氫氧化鋁的過程。它是拜耳法生產氧化鋁的另外一個關鍵工序。該工序對產品的產量、質量以及全廠的經濟指標有著重大的影響。晶種分解除得到氫氧化鋁外,同時得到苛性比較高的種分母液,作為溶出鋁土礦的母液,從而構成拜耳法生產氧化鋁的閉路。


    e、氫氧化鋁的分離與洗滌


    經晶種分解后得到的氫氧化鋁漿液,要進行分離才能得到所需要的氫氧化鋁和種分母液。分離后得到的氫氧化鋁部分不經洗滌返回流程作晶種,其余部分經洗滌回收氫氧化鋁附帶的氧化鋁和氧化鈉后成為氫氧化鋁成品。種分母液則返回流程中重新使用。


    貴州礦業權資產評估公司告訴你為了達到氫氧化鋁和母液分離的目的,可采用不同的方法,如沉降或過濾等。料漿液固比大的可用沉降法,液固比小的可以過濾。由于料漿液固比影響過濾效率,因此,在一般情況下,都先將氫氧化鋁料漿進行濃縮,然后再進行過濾分離。


    f、氫氧化鋁煅燒


    煅燒就是將氫氧化鋁在高溫下脫去附著水和結晶水,并使其晶型轉變,制得符合特定要求氧化鋁的工藝過程。所以氧化鋁的許多物理性質,比表面積、α-Al2O3含量、安息角、密度等主要決定于煅燒條件。粒度和強度與煅燒條件也有很大關系。煅燒過程對氧化鋁產品的雜質 (主要是SiO2)含量也有影響。


    煅燒產品的質量指標有:化學純度、灼減、α-Al2O3含量、粒度和安息角等。煅燒過程的及經濟指標有:煅燒溫度、燃料消耗量、產量等。


    g、種分母液的蒸發


    蒸發的主要目的是流程中多余的水分,保持系統中液量的平衡,使母液蒸發濃縮到符合拜耳法溶出鋁土礦配制原礦漿的要求。除隨赤泥帶走以及在氫氧化鋁煅燒等過程水分外,流程中多余的水分由蒸發工序。


    h、一水碳酸鈉的苛化


    鋁土礦中含有少量的碳酸鹽 (如石灰石、菱鐵礦等),鋁土礦溶出時加入的石灰也因煅燒不而含有少量石灰石。碳酸鹽與高濃度苛性堿溶液作用生成碳酸鈉。鋁酸鈉溶液中的NaOH吸收空氣中的CO2也會生成碳酸鈉。這個反應稱為反苛性化反應。


    2NaOH+CaCO3(水溶液) →Na2CO3+Ca (OH)2(水溶液)


    拜耳法生產過程中的苛性堿,由于在浸出過程中產生反苛化作用以及鋁酸鈉溶液吸收空氣中的CO2,有約3%左右轉變為碳酸堿,這些碳酸堿在蒸發過程中以固相一水碳酸鈉析出。為減少苛性堿的消耗,將碳酸鈉進行處理,以回收苛性堿。下面是一水蘇打的苛化反應式。


    Na2CO3·H2O+Ca(OH)2 →2NaOH+CaCO3+H2O


    用拜耳法生產1t 氧化鋁一般需用礦石1.7~3.4t,堿耗(NaOH)60~150kg,電耗200~350kW·H ,總能耗7.4~32.6GJ。

    2

    燒結法

    堿石灰燒結法的基本原理是,使爐料中的氧化物經過高溫燒結轉變為鋁酸鈉 (Na2O·Al2O3)、鐵酸鈉 (Na2O·Fe2O3)、原硅酸鈣 (2CaO·SiO2)和鈦酸鈣 (CaO·TiO2)用水或稀堿液溶出時,鋁酸鈉溶解進入溶液,鐵酸鈉水解為NaOH和Fe2O3·H2O沉淀,而原硅酸鈣和鈦酸鈣不溶成為泥渣,分離除去泥渣后,得到鋁酸鈉溶液,再通入CO2進行碳酸化分解,便析出Al(OH)3,而碳分母液 (主要成分為Na2CO3)經蒸發濃縮后可返回配料燒結,使用。Al(OH)3經過焙燒即為產品Al2O3。


    堿石灰燒結法的特點:a適合于低A/S礦,A/S3~6;b流程復雜、能耗高、成本高;c產品質量較拜耳法低。


    3

    聯合法


    拜耳法和堿石灰燒結法是目前工業上生產氧化鋁的主要方法,它們各有其優缺點和運用范圍。而當生產規模較大時,采用拜耳法和燒結法的聯合生產流程,可以兼有兩種方法的優點,而其缺點,取得比單一的方法好的經濟,同時可以利用鋁礦資源。聯合法可分為并聯、串聯和混聯三種基本流程,它主要適用于A/S 7~9的中低品位鋁土礦。


    下表為堿法的三種工藝。


    我國鋁土礦資源特點是高鋁高硅的中低品位的一水硬鋁石礦,采用的生產方法是燒結法和聯合法,聯合法中的拜耳法 (溶出溫度高,苛性鈉濃度大)也不同于國外處理三水鋁石型鋁土礦的拜耳法 (溶出溫度低,苛性鈉濃度小),所以,我國氧化鋁生產與國外相比能耗高,成本高。


    二、酸法


    即用硝酸、硫酸、鹽酸等無機酸處理含鋁原料而得到相應鋁鹽的酸性水溶液。然后使這些鋁鹽或水合物晶體 (通過蒸發結晶)或堿式鋁鹽 (水解結晶)從溶液中析出,亦可用堿中和這些鋁鹽水溶液,使其以氫氧化鋁形式析出。煅燒氫氧化鋁、鋁鹽的水合物或堿式鋁鹽,便得到氧化鋁。


    三、酸堿聯合法


    先用酸法從高硅鋁礦中制取含鐵、鈦等雜質的不純氫氧化鋁,然后再用堿法 (拜耳法)處理。其實質是用酸法除硅,堿法除鐵。


    四、熱法


    貴州礦業權資產評估公司告訴你適于處理高硅高鐵鋁礦,其實質是在電爐或高爐內進行礦石的還原熔煉,同時獲得硅鐵合金 (或生鐵)與含氧化鋁的爐渣,二者借密度差分開后,再用堿法從爐渣中提取氧化。

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