铝土矿的溶出过程影响因素分析

王善涛，汤志彩

（山东南山东海氧化铝有限公司，山东 龙口 265706）

拜耳法生产工艺是生产氧化铝最主要的的方法，在世界范围内应用广泛，拜耳法生产氧化铝主要有五个生产环节其中又以溶出工序为重中之重，溶出工序的影响因素很多，分析溶出的影响因素对于把握生产流程优化控制指标降低总体的成本有很重要的意义。

1 拜耳法溶出工艺介绍

溶出工序将来自原矿将制备工序的矿浆送入到进行脱硅反应的脱硅槽中，矿浆在脱硅槽内逐级溢流确保矿浆有足够的反应时间，同时在矿浆中适量添加一定浓度的液碱，经过液碱调配的矿浆由高压喂料泵输送至套管换热器中进行加热促使矿浆进行溶出反应，套管中加热后的矿浆再被送到保温罐做停留反应确保溶出反应有足够的时间，完成溶出反应后矿浆进入料浆自蒸发器中将其中的热量以二次蒸汽的形式闪蒸出来，做套管换热器预热段的蒸汽热源，经过闪蒸后矿浆完成溶出反应，矿浆的温度和压力下降进入常压的槽罐送至下一生产车间。

拜耳法虽然经过不断的优化发展但并没有实质性的变化，只是工艺设备有所进步，溶出工序的反应过程设备也从单个槽罐的间断溶出反应发展到多槽罐串联的连续性作业过程，后期又发展处管道化溶出设备，管道化溶出装置也因为结构简单、投资小、换热效率高的优势而得到广泛的应用。

2 溶出反应过程的温度影响分析

温度是影响化学反应速度的重要因素，也是影响矿浆进行溶出反应的基础性、关键性的因素，一般情况下温度决定了矿浆溶出反应的速度和扩散常数，随着化学反应温度的不断升高，矿浆的化学反应及其扩散的速度都会随之加快，根据化学反应的这一性质说明当提高矿浆溶出时的温度非常有利于矿浆的溶出速度，通常情况下矿浆温度超过300℃时即便最难溶出的一水硬铝石也会在十几分钟内完成溶出过程，而溶出反应的试验数据显示当矿浆的温度升高10℃时矿浆的溶出反应速度会加快1.5倍，矿浆温度提高后苛性碱的溶解度也会迅速的升高而平衡分子比则会迅速的降低，循环母液的浓度较低时可以得到分子比较低的溶液，有利于提高碱液的循环效率，同时溶出温度高也能改善矿浆的沉降性能以及赤泥的结构，降低分子比有利于制取砂状氧化铝，虽然提高溶出反应的温度有利于方面居多但也导致设备更容易发生故障。

3 碱液浓度对溶出反应的影响

碱液浓度与矿浆溶出时的温度有非常密切的关系，能够提高溶出反应的速度，提高了循环母液中的苛碱浓度溶液的未饱和度也就会增加，矿浆中的氧化铝溶出反应速度也就得到加快，而且溶液的分子比也会很低，生产设备所承担的蒸汽压力就会降低很多，循环母液的浓度升高虽然对溶出反应的速度有很大的促进作用，但是生产实践证明如果循环母液中的苛碱浓度过高后续的蒸发工序所需的蒸汽用量就会大幅度升高，因此提高苛碱浓度对生产成本的控制有一定的负面影响，要整体控制好生产成本，需要从管理角度做好综合性的分析和平衡，以避免产生不良影响。

4 溶出过程中搅拌强度的影响分析

搅拌溶出矿浆能够加快溶液中不同成分的混合，促使矿浆均匀的受热加快矿浆溶出反应速度，因而矿浆的溶出反应过程中搅拌强度对反应的影响作用也很大，强烈的机械搅拌能够使矿浆快速扩散也使得矿浆中的各个成分趋于均匀的分布，良好的搅拌效果也能够在一定程度上弥补矿浆的温度和母液的浓度调整的不利影响，而且温度不变的情况下扩散的速度决定了溶出的反应速度，对矿浆进行搅拌可以在促进溶出反应的同时提高矿浆流动时的湍流这在一定程度上也延缓了槽罐内的结疤生成速度，所以在溶出反应时对矿浆进行机械搅拌能够加快反应的速度。

5 矿石研磨粒度对溶出反应的影响分析

矿浆的溶出反应速度与矿石的粒度也有很大的关系，这是会因为矿石的粒度越细其比表面积越大与碱液接触的面积也就越大，溶出条件相同的情况下，其接触面积越大越有利于加快反应的速率，同时充分的研磨矿石也能够将矿石中的杂质充分的暴露出来，这也在一定的程度上加快了溶出反应速度。矿石种类不同其溶出的难易程度也不相同，三水铝石容易溶出，一水硬铝石的溶出难度最大要求研磨的粒度也就更细，但是矿石的粒度过细也有一定的负面影响，不仅造成后续的赤泥分离洗涤工序产出的赤泥变细，也使得分离洗涤难度增加，不利于生产顺利进行。

6 矿浆停留反应时间对溶出的影响分析

矿浆在溶出工序的的停留时间与保温罐的容积有直接关系，理论上只要矿浆中的氧化铝还没有完全溶出那么溶出反应就依然在继续，因此只要有足够的反应时间溶出率就会增加，但是相关的溶出试验数据则表明当矿浆的溶出温度达到130℃、配料分子比为1.32时，延长矿浆的溶出反应时间后矿浆中的二氧化硅浓度会经历一段先升高再逐渐降低的周期，化学反应中存在的这一周期表明与氧化铝溶出的同时矿石中含有的硅矿物也产生了析出并同时进入到矿浆中，反应的时间延长导致硅矿物开始大量反应析出，这对氧化铝的溶出反应是不利的，因此矿浆的停留反应时间并非越长越好，应根据矿浆中硅矿物的情况确定最佳的停留反应时间。

7 铝土矿矿石结构对溶出的影响分析

根据矿石结构以及其中含有的结晶水数量可以将铝土矿分为一水硬铝石和一水软铝石以及三水软铝石。矿石结构对溶出反应也有很大的影响，其中一水硬铝石的溶出难度最大，一水软铝石的溶出难度则相对较低，三水软铝石的溶出难度最小，三种结构的矿石对溶出工艺的要求也各有差异，一水硬铝石结构致密要充分溶出其中的氧化铝需要更高的温度和苛性碱浓度，一水软铝石的溶出要求则相对低一些，三水软铝石的溶出要求最低。三种矿石结构不同含有的杂质也有所差异，主要以氧化铝水合物为主，并含有一定数量的氧化硅、氧化铁、氧化钛和碳酸盐等有害杂质，这些杂质会在溶出时生成结疤阻止氧化铝的溶出反应。

8 矿石中氧化铝含量对溶出反应的影响

氧化铝含量越高则单位数量的矿石产出的氧化铝越多，产生的赤泥和其他杂质的数量也就越少，生产实践表明拜耳法生产氧化铝所用的矿石氧化铝含量每升高1%则矿石的消耗则降低0.02t/t- AO。所需要的苛碱、蒸汽消耗也会降低很多，这对生产的过程控制和指标优化是很有帮助的。

9 结语

氧化铝的溶出工序是拜耳法生产的关键环节，同时溶出反应本身具有一定的复杂性，氧化铝的溶出过程受到矿石本身和一系列的作业条件的影响，要确保生产稳定运行，最大限度的溶出矿石中的氧化铝，就要充分的总结溶出反应过程中的种种因素以及调整这些影响因素所产生的生产成本和收益，根据公司的总体经营计划编制合理的高效的调整方案，确保做的生产投入与产出效益的经济性和可行性。