氧化鋁是用不同的生產方法是從鋁土礦中提取出來的白色粉末。氧化鋁是典型的大型復雜流程性工業,全世界90%以上
氧化鋁是用不同的生產方法是從鋁土礦中提取出來的白色粉末。氧化鋁是典型的大型復雜流程性工業,全世界90%以上的氧化鋁直接采用的是經濟的拜耳法生產流程,而我國氧化鋁企業因礦質的不同,而分別選用不同的生產工藝。
燒結法:適于礦石品位含硅高、難溶的、中等資源品位的一水硬鋁石,流程長、工藝復雜。我國絕大部分老的氧化鋁企業多采用這一方法進行氧化鋁冶煉。山東鋁廠、中州鋁廠Ⅰ期、山西鋁廠Ⅰ期
燒結法氧化鋁生產過程主要包括熟料燒成、熟料溶出、精液制備、分解和蒸發等主要的生產工序。
來自原料磨的生料漿通過回轉窯燒制成易于溶出的鋁酸鈉熟料,再經碳分母液和一次洗液浸泡后進行溶出;此后通過赤泥分離洗滌、粗液脫硅、硅渣分離等工序生成的精液分別送至碳分和種分工序進行分解反應,析出氫氧化鋁;種分母液經蒸發形成的種蒸母液送拜爾法堿液調配后給原礦漿配料;碳蒸母液則返回至原料磨配料。析出的氫氧化鋁送焙燒工序進行焙燒。
與拜耳法相比,燒結法主要在熟料燒成和碳分分解的控制部分是完全不同的兩個過程
拜爾法:拜爾法是Karl Joseph Bayer于1887年發明,他發現加入精種的鋁酸鈉溶液中可以分解出AL(OH)3,分解母液蒸發后可以在高溫高壓下溶出鋁土礦中的AL(OH)3。該發現后來在實驗中得到證實并應用于工業實踐,是國外氧化鋁最廣泛采用的生產工藝。適于生產易溶的三水鋁石和一水軟鋁石,處理中等品位鋁土礦堿耗高、礦耗大是常規拜耳法生產氧化鋁的缺點。貴州鋁廠Ⅰ期、平果鋁廠。
拜爾法氧化鋁生產過程主要包括預脫硅、溶出過程,赤泥洗滌、過濾過程,種分分解過程和氫氧化鋁過濾、焙燒等主要的生產工序。
選礦拜爾法:可將A/S為4以上的鋁土礦通過浮選成A/S為11.2的礦漿,可提高單管溶出系統的溶出率,工藝管道和罐內不易結巴。中州鋁廠Ⅱ期
串聯法:處理中低晶位鋁土礦的適宜方法。先以較簡單的拜爾法處理礦石,最大限度地提取礦石中的氧化鋁,然后再用燒結法回收拜爾法赤泥的 Al2O3和 Na2O,可降低氧化鋁生產的綜合能耗,Al2O3的總回收率高,堿耗降低,產品成本可大幅度降低。不增加建設投資和設備,可在現有混聯法廠推廣應用。貴州鋁廠、魯能晉北(規劃)。
并聯法:由拜耳法、燒結法組成并聯法氧化鋁生產工藝。中州鋁廠、前蘇聯第聶泊鋁廠。
混聯法:由拜耳法、燒結法組成,其生產過程的特點是:工藝流程復雜、連續性強、參數檢測困難、關聯性強、生產管理難度大,在化工冶金行業具有較強的代表性,對過程自動化程度要求很高。是一種復雜的冶金化工處理過程,具有濕法和干法冶金的共同特點,特別適合處理我國以一水硬鋁石為主的鋁土礦,它具有結晶度高、礦石難溶的特點,需要在高溫(250℃以上)、高壓(5.5MPa以上)、高堿液濃度(NaOH 20%以上)條件下進行溶出;對于較低品位礦石還需要進行更為復雜的燒結法處理;礦石中的高硅,在生產過程中又極易在設備表面形成結垢,同時也嚴重影響監控數據的采集。山西鋁廠Ⅰ期、貴州鋁廠Ⅱ期、鄭州鋁廠。
國內某氧化鋁生產企業的混聯法氧化鋁生產線工藝流程簡圖,涵蓋了國內外典型拜耳法和燒結法生產氧化鋁的典型工藝過程。圖中有三處物料交流:即拜耳法赤泥及附液送燒結法系統配料;拜耳法種分母液蒸發析出的結晶堿及附液送燒結法系統配制生料漿;燒結法種分母液經蒸發后送拜耳法系統做補堿用。拜耳法和燒結法兩系統相互關聯、相互制約,工序間相互影響,生產組織難度大。
石灰拜爾法:與常規拜耳法流程相比,除適當加大石灰燒制和赤泥分離洗滌過程的生產能力外其它完全相同。通過在溶出過程中添加過量石灰,除滿足與TiO2反應所需的石灰添加量外,還需部分滿足與鋁土礦中的SiO2盡可能多地與CaO反應生成水合硅鋁酸鈣,使溶出過程中的脫硅產物的一部分由方鈉石型的水合鋁硅酸鈉變為水化石榴石型的水合硅鋁酸鈣,從而大幅度降低溶出赤泥的N/S。與混聯法流程相比,取消了高熱耗的熟料燒結過程及其相應的濕法生產系統,建設投資少,生產能耗低,但同時鋁土礦和石灰石單耗相對較大。
在拜耳—混聯法氧化鋁生產工藝中,拜耳法和燒結法系統相互聯系、相互制約,拜耳法外排所造成的堿損失和礦石質量、配礦固含、溶出裝置、沉降槽狀況、燒結法系統生產狀況以及整個系統指標密切相關,比混聯法的堿耗大部分只受燒結法系統影響要復雜的多,因此有必要對影響堿耗的各種因素進行細致分析,找到降低堿耗的途徑。
1. 礦石質量在配礦指標和溶出裝置相同的情況下,礦石A/S越低,拜耳法系統溶出率越低,赤泥中硅結合堿量越高,外排赤泥造成的堿損失越多,但是鋁土礦不屬于再生資源,并且我國大部分鋁土礦為A/S低于10的低品位一水硬鋁石,隨著各大氧化鋁廠的新、擴建,可開采的鋁礦石資源不斷萎縮,各大鋁廠進廠礦石質量均呈下降趨勢,因此單純的依靠收購高品位礦石來降低拜耳法系統的各項消耗已不現實,只有從合理調整配礦指標、改善工藝制度入手,通過技術攻關,優化整個系統指標來促進堿耗的降低。
2. 配礦固含在拜耳—混聯法氧化鋁生產工藝中,配框指標直接關系著拜耳法系統的溶出率和赤泥產出率,在同等條件下,隨著配礦固含增高,溶出率降低,干赤泥產出率升高,拜耳法系統外排泥量增大,相應帶走的堿量增多,但是如果單純的降低配礦固含,將會造成拜耳法系統產能不足,氧化鋁產量下降,因此在實際生產組織中,應該根據溶出裝置及系統指標狀況對配礦固含進行相應的調整,以保證整個生產系統的經濟性。
3. 溶出裝置在當前實施拜耳—混聯法氧化鋁生產的鄭州鋁廠和貴州鋁廠的拜耳法溶出設備中,均存在著直接溶出和間接溶出裝置,在直接溶出裝置中由于沒有強制攪拌以及存在著蒸汽稀釋的現象,溶出溫度及溶出效果明顯不如間接溶出裝置,某公司管道化溶出裝置的溶出率高于80%,赤泥的A/S小于2,N/S小于0.18,而直接溶出裝置的溶出率只在75%左右,赤泥A/S大于2.4 ,N/S在0.24左右,因此燒結法系統應盡可能的回收直接溶出裝置產生的高鋁規避、高鈉硅比的赤泥,減少外排赤泥堿損失。
4. 沉降槽狀況在拜耳—混聯法生產工藝中,兩套系統赤泥均要進行外排,沉降槽洗滌效果的好壞,直接關系到外排赤泥附液損失的高低,因此加強沉降槽的操作,提高洗滌效率是降低附液損失的重要途徑。
5. 燒結法系統生產狀況在拜耳—混聯法氧化鋁生產工藝中,燒結法系統應最大限度的平衡拜耳法赤泥來減少拜耳法外排赤泥量,有兩種途徑可以減少拜耳法外排赤泥量,一種是消極的萎縮燒結法系統產量,即通過降低燒結法系統配料A/S,減少燒結法系統加礦量,多耗拜耳法赤泥,同時降低碳分產量,減少進入燒結法配料系統的濕堿量,但此方法卻提高了燒結法系統的赤泥產出率,使燒結法系統帶走的堿量升高;另一種是燒結法在最大限度的回收指標相對較差的拜耳法赤泥同時,立足現有燒法設備盡可能的采用強化燒結法(礦石A/S6~9)新工藝,提高熟料氧化鋁含量及溶出率,適時的調整碳分產量,降低熟料折合比,促進燒結法系統提產的同時降低燒結法系統干赤泥產出率,減少燒結法系統外排堿損失。
6. 系統指標狀況在氧化鋁生產中,系統技術指標的好壞決定了經濟指標的高低,拜耳—混聯法氧化鋁生產工藝也不例外,在拜耳法系統中,提高種分分解率可以有效的減少系統的循環堿,在相同配礦固含的條件下,能夠提高拜耳法溶出率及循環效率,提高拜耳法產量,降低拜耳法系統的干赤泥產出率;燒結法系統提高熟料凈溶及碳分分解率可以降低熟料折合比,降低熟料的赤泥產出率,減少因外排造成的堿損失。