拜耳法氧化铝溶出的原理和工艺

侯 鑫

中国铝业股份有限公司中州分公司，河南焦作 454174

拜耳法用于氧化铝生产已有近百年的历史，几十年来已经有了很大的发展和改进。目前仍是世界上生产氧化铝的主要工业方法。拜耳法用在处理低硅铝土矿（一般要求A/S 为7～10），特别是用在处理三水铝石型铝土矿时流程简单，作业方便、能量消耗低，产品质量好等优点。现在除了受原料条件限制的某些地区外，大多数氧化铝厂都采用拜耳法生产氧化铝。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿时工艺条件要苛刻一些。拜耳法最主要的缺点是不能单独地处理氧化硅含量高的矿石。

1 拜耳法生产氧化铝的原理

基本原理是拜耳法精心研究出来的。他在1889 年的第一专利谈到用氢氧化铝的晶粒作为种子，使铝酸钠溶液分解，也就是种子分解法。1892 年提出第二个专利系统地闸述了铝土矿所含氧化铝可以在氢氧化钠溶液中溶解成铝酸钠的原理，也就是今天所采用的溶出工艺方法。此法用在处理低硅铝土矿，特别是处理三水铝石型优质铝土矿，其经济效果远非其他生产方法所能比拟。直到现在工业生产上实际使用的拜耳法工艺还是以上述两个基本原理为依据。为了纪念拜耳称之为拜耳法。原理归纳如下。

用苛性碱溶液溶出铝土矿中氧化铝而制得铝酸钠溶液，采用溶液降温、加晶种、搅拌的条件下，从溶液中分解出氢氧化铝，将分解后母液（主NaOH）经蒸发用来溶出新的一批铝土矿，溶出过程是在加压下进行的。拜耳法的实质也就是下一反应在不同的条件下交替进行：

2 拜耳法生产氧化铝的工艺

由于各地铝土矿成份和结构的不同所以采用的技术条件各有特点，各个工厂的具体工艺流程也常有差别。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿的基本流程如图1 所示。

拜耳法生产氧化铝有原矿浆制备，高压溶出，压煮矿浆稀释及赤泥分离和洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级和洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及苏打苛化等主要生产工序。

2.1 原矿浆制备

首先将铝矿破碎到符合要求的粒度≤25mm（如果处理一水硬铝石型铝土矿需加少量的石灰大约7%～9%），与含有游离的NaOH 的循环母液按一定比例配合一道送入湿磨内进行细磨，制成合格的原矿浆，并在矿浆槽内预热和贮存。

2.2 高压溶出

原矿浆经预热（预脱硅）后进压煮器组（或管道溶出器设备），在高温、高压、高碱下溶出。铝土矿内所含氧化铝溶解成铝酸钠进入溶液，面氧化铁和氧化钛以及大部分的二氧化硅等杂质进入固相残渣即赤泥中。溶出所得矿浆称压煮矿浆，经自蒸发器减压降温后送入稀释槽（溶出后槽）。

图1 拜耳法生产氧化铝基本工艺流程图

2.3 压煮矿浆的稀释及赤泥洗涤及分离

压煮矿浆含氧化铝浓度高，为了便于赤泥沉降分离和下一步晶种分解，首先加入赤泥洗液将压煮矿浆进行稀释（称赤泥浆液），然后利用沉降槽进行赤泥与铝酸钠溶液的分离。分离后的赤泥经过几次洗涤回收所含的附碱后排到赤泥堆场（国外有的排入深海），赤泥洗液用来稀释下一批压煮矿浆。

2.4 晶种分解

分离后铝酸钠溶液（生产上称粗液）经过进一步过滤净化后制得精液，经过板式热交换器冷却到一定温度，在添加晶种的条件下进行分解，结晶析出氢氧化铝。

2.5 氢氧化铝的取得

分解后所得的氢氧化铝浆液铝厂设有沉降槽进行分级，由旋流筛进行分级，细粒Al(OH)3作为晶种，送往分解槽做种子。粗粒Al(OH)3经过过滤分离和洗涤，取得Al(OH)3送往焙烧工序进行焙烧。分离溶液称之为分解母液，经板式热交换器送到蒸发工序进行浓缩（脱水）。Al(OH)3洗液送到沉降槽作为洗液。

我厂Al(OH)3的取得，不经过沉降槽和旋流筛进行分级，而直接用平盘过滤机取得成品Al(OH)3，再送去焙烧成氧化铝。用圆筒式过滤机取得Al(OH)3作为种子，送往种子分解槽进行种子分解。

2.6 氢氧化铝焙烧

Al(OH)3含有部分附着水和结晶水，经过高温焙烧后在1 000℃以上的温度进行，先脱附着水后脱结晶水，并进行一系列的晶相转变，制得含有一定α- Al2O3和γ- Al2O3的商品氧化铝。

2.7 母液蒸发和苏打苛化

预热后的分解母液经板式降膜蒸发器浓缩后，得到符合要求浓度的循环母液，补加一部分苛性碱返回管磨（或格子磨）进行配料，准备溶出下一批铝土矿，周而复始地进行。

母液蒸发过程中有一部分Na2CO3˙H2O 结晶析出，为了回收这部分碱，将Na2CO3˙H2O 与水解后加石灰配成石灰乳进行苛化使生成NaOH 送入洗涤沉降槽。

[1]王立峰，卢成江.土木工程结构试验与检测技术[M].北京：科学出版社，2010.

[2]王娴明.建筑结构试验[M].北京：清华大学出版社，1988.Perussed dium vium eterestor pultus consult uusultus, firtemur quis conloca vitare verfes loctem effres menterfes num aur. Viviviri furis etortemus, quit.Ocae nerfex senatat usquam hocchi, tus ad sus, es perfecurnum unt.