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干货讲解科普:铝土矿是如何变成氧化铝的?

来源:云更新 时间:2021-04-18 09:11:23 浏览次数:

铝土矿实际上是指产业上能利用的,以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为重要矿物所组成的矿石的统称。铝土矿是目前氧化铝生产中重要的矿石资源,世界上99%以上的氧化铝是用铝土矿为原料生产的。 由铝土矿生产氧......

铝土矿实际上是指产业上能利用的,以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为重要矿物所组成的矿石的统称。铝土矿是目前氧化铝生产中重要的矿石资源,世界上99%以上的氧化铝是用铝土矿为原料生产的。

 

由铝土矿生产氧化铝方法大抵可分为四类,即碱法、酸法、酸碱结正当跟热法。但目前用于产业生产的多少乎全属于碱法。本文将为大家简单介绍这四种氧化铝的生产方法,碱法中拜耳法利用为普遍,因此本文对拜耳法工艺作了较为具体的叙述。

 

  一、碱法

碱法生产氧化铝的基本进程如下图1所示。

图1 碱法生产氧化铝的基本进程

 

碱法工艺流程文字说明:碱法生产氧化铝,是用碱来处理铝矿石,使铝矿石中的氧化铝转变成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质跟绝大局部的硅则形成不溶解的化合物,将不溶解的残渣与溶液分别,经洗涤后弃去或综合利用,以回收其中的有用组分。污浊的铝酸纳溶液在适合的前提下分解析出氢氧化铝,经与母液分别、洗涤落伍行焙烧,得到氧化铝产品。分解母液可轮回利用,处理另一批矿石。

 

碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法、跟拜耳法-烧结法结正当等多种流程。

 

1、拜耳法

拜耳法是一种产业上普遍利用的从铝土矿生产氧化铝的化工进程。由K.J.Bayer于1889-1892年提出的,一百多年来它已经有了很多改进。它实用于处理低硅铝矿,尤其是在处理三水型铝土矿时,存在流程简单,作业便利,产品德量高,经济效益高等特点。

 

拜耳法基本原理:用浓氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝水合物转化为铝酸钠,通过稀释跟增加氢氧化铝晶种使氢氧化铝从新析出,残余的铝酸钠溶液也叫母液从新用于处理下一批铝土矿,实现了连续化生产。下图为拜耳法生产氧化铝的基本工艺流程图,每个工厂因为前提不同,可能采取的工艺流程会稍有不同,但准则上它们不实质的差别。

 

图2 拜耳法生产氧化铝的基本工艺流程

从拜耳法生产的基本工艺流程,可能把全部生产进程大抵分为如下重要的生产工序:原矿浆制备、高压溶出、溶出矿浆的稀释及赤泥的分别跟洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级与洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及一水苏打苛化等,具体流程如下图所示。

 

  A、原矿浆制备

原矿浆制备是氧化铝生产的道工序。所谓的原矿浆制备,就是把拜耳法生产氧化铝所用的原料,如铝土矿、石灰、铝酸钠溶液等按一定的比例配制研磨疏散成合乎溶出请求的原矿浆。

 

  B、高压溶出

溶出是拜耳法生产氧化铝的两个重要工序之一。溶出的目标在于将铝土矿中的氧化铝水合物溶解成铝酸钠溶液。溶出后果好坏直接影响到拜耳法生产氧化铝的技巧经济指标。

 

  C、溶出矿浆的稀释及赤泥的分别洗涤

为了增进铝酸钠溶液产生分解,需对溶出矿浆的稀释,同时可降落铝酸钠溶液的黏度,以便于赤泥的沉降分别。因为分别后的赤泥附带有一局部铝酸钠溶液,为了减小Al2O3 跟Na2O的丧失以及环保,所以要对赤泥进行洗涤。

 

  D、晶种分解

晶种分解就是将铝酸钠溶液降温,增大其过饱跟度,再加入氢氧化铝作晶种,并进行搅拌,使其析出氢氧化铝的进程。它是拜耳法生产氧化铝的另外一个要害工序。该工序对产品的产量、品质以及全厂的技巧经济指标有着重大的影响。晶种分解除得到氢氧化铝外,同时得到苛性比较高的种分母液,作为溶出铝土矿的轮回母液,从而形成拜耳法生产氧化铝的闭路轮回。

 

  E、氢氧化铝的分别与洗涤

经晶种分解后得到的氢氧化铝浆液,要进行分别才干得到所须要的氢氧化铝跟种分母液。分别后得到的氢氧化铝局部不经洗涤返回流程作晶种,其余局部经洗涤回收氢氧化铝附带的氧化铝跟氧化钠后成为氢氧化铝成品。种分母液则返回流程中从新利用。

 

为了达到氢氧化铝跟母液分别的目标,可采取不同的方法,如沉降或过滤等。料浆液固比大的可用沉降法,液固比小的可能过滤。因为料浆液固比影响过滤效力,因此,在个别情况下,都先将氢氧化铝料浆进行稀释,而后再进行过滤分别。

 

  F、氢氧化铝煅烧

煅烧就是将氢氧化铝在高温下脱去附着水跟结晶水,并使其晶型转变,制得合乎特定请求氧化铝的工艺进程。所以氧化铝的很多物理性质,特别是比名义积、α-Al2O3含量、安眠角、密度等重要决定于煅烧前提。粒度跟强度与煅烧前提也有很大关联。煅烧进程对氧化铝产品的杂质 (重要是SiO2)含量也有影响。

 

煅烧产品的品质指标有:化学纯度、灼减、α-Al2O3含量、粒度跟安眠角等。煅烧进程的技巧及经济指标有:煅烧温度、燃料消耗量、产量等。

 

  G、种分母液的蒸发

蒸发的重要目标是消除流程中多余的水分,坚持轮回体系中液量的均衡,使母液蒸发稀释到合乎拜耳法溶出铝土矿配制原矿浆的请求。除随赤泥带走以及在氢氧化铝煅烧等进程消除水分内,流程中多余的水分由蒸发工序消除。

 

  H、一水碳酸钠的苛化

铝土矿中含有少量的碳酸盐 (如石灰石、菱铁矿等),铝土矿溶出时加入的石灰也因煅烧不完全而含有少量石灰石。碳酸盐与高浓度苛性碱溶液作用生成碳酸钠。铝酸钠溶液中的NaOH接收空气中的CO2也会生成碳酸钠。这个反应称为反苛性化反应。

 

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

 

拜耳法生产进程中的苛性碱,因为在浸出进程中产生反苛化作用以及铝酸钠溶液接收空气中的CO2,有约3%左右转变为碳酸碱,这些碳酸碱在蒸发进程中以固相一水碳酸钠析出。为减少苛性碱的消耗,将碳酸钠进行处理,以回收苛性碱。下面是一水苏打的苛化反应式。

 

Na2CO3·H2O Ca(OH)2 →2NaOH CaCO3 H2O

 

用拜耳法生产1t 氧化铝个别需用矿石1.7~3.4t,碱耗(NaOH)60~150kg,电耗200~350kW·H ,总能耗7.4~32.6GJ。

 

2、烧结法

碱石灰烧结法的基本原理是,使炉料中的氧化物经过高温烧结转变为铝酸钠 (Na2O·Al2O3)、铁酸钠 (Na2O·Fe2O3)、原硅酸钙 (2CaO·SiO2)跟钛酸钙 (CaO·TiO2)用水或稀碱液溶出时,铝酸钠溶解进入溶液,铁酸钠水解为NaOH跟Fe 2O3·H2O积淀,而原硅酸钙跟钛酸钙不溶成为泥渣,分别除去泥渣后,得到铝酸钠溶液,再通入CO2进行碳酸化分解,便析出Al(OH)3,而碳分母液 (重要成分为Na2CO3)经蒸发稀释后可返回配料烧结,轮回利用。Al(OH)3经过焙烧即为产品Al2O3。

 

碱石灰烧结法的特点:a适合于低A/S矿,A/S3~6;b流程庞杂、能耗高、本钱高;c产品德量较拜耳法低。

 

3、结正当

拜耳法跟碱石灰烧结法是目前产业上生产氧化铝的重要方法,它们各有其优毛病跟应用范畴。而当生产范围较大时,采取拜耳法跟烧结法的结合生产流程,可能兼有两种方法的优点,而消除其毛病,获得比单一的方法更好的经济后果,同时可能更充分利用铝矿资源。结正当可分为并联、串联跟混联三种基本流程,它重要实用于A/S 7~9的中低品位铝土矿。

 

如下表为碱法的三种工艺的对比。

 

我国铝土矿资源特点是高铝高硅的中低品位的一水硬铝石矿,采取的生产方法是烧结法跟结正当,结正当中的拜耳法 (溶出温度高,苛性钠浓度大)也不同于国外处理三水铝石型铝土矿的拜耳法 (溶出温度低,苛性钠浓度小),所以,我国氧化铝生产与国外比较能耗高,本钱高。

 

  二、酸法

即用硝酸、硫酸、盐酸等无机酸处理含铝原料而得到相应铝盐的酸性水溶液。而后使这些铝盐或水合物晶体 (通过蒸发结晶)或碱式铝盐 (水解结晶)从溶液中析出,亦可用碱中跟这些铝盐水溶液,使其以氢氧化铝情势析出。煅烧氢氧化铝、各种铝盐的水合物或碱式铝盐,便得到氧化铝。

 

  三、酸碱结正当

先用酸法从高硅铝矿中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝,而后再用碱法 (拜耳法)处理。切实质是用酸法除硅,碱法除铁。

 

  四、热法

适于处理高硅高铁铝矿,切实质是在电炉或高炉内进行矿石的还原熔炼,同时获得硅铁合金 (或生铁)与含氧化铝的炉渣,二者借密度差离开后,再用碱法从炉渣中提取氧化。

 

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