串联法生产氧化铝工艺技术研究与进展

廖鹏

摘  要：我国的铝土矿大多为高铝高硅低铁的中品位一水硬铝石矿型铝土矿，随着我国氧化铝产能不断增加，高品位矿石不断消耗，矿石逐年贫化，氧化铝企业使用的矿石品位逐年降低，企业生产成本持续增加。从长远看，通过拜耳法处理中低品位铝土矿，再使用烧结法处理拜耳法赤泥进一步回收氧化铝和碱，实现串联法生产，对提高资源利用率、降低生产成本具有重要的社会意义及经济意义。文章探究了国内外串联法的生产工艺，并重点分析了某公司串联法氧化铝生产工艺进展与技术创新。

关键词：串联法;生产工艺;技术创新

中图分类号：TF821         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0143-02

1 概述

目前应用于氧化铝工业生产的方法几乎全部为碱法，碱法生产氧化铝有拜耳法、烧结法以及拜耳-烧结联合法等多种流程。拜耳法具有能耗低，流程相对简单，成本低的优点，目前被广泛采用，其产量约占总产量的91.4%[1]，但拜耳法生产工艺铝土矿回收率低、碱耗高，赤泥堆存以及再利用难度大，特别是对矿石品位要求较高。烧结法生产工艺铝土矿回收率高，碱耗低，但烧结法工艺复杂，投资大，特别是能源消耗较高。而串联法生产工艺吸收了拜耳法和烧结法的优点，既具备拜耳法成本低、能耗低的特点，又具有烧结法的氧化铝回收率高、碱耗低的优势，最大限度克服了它们的劣势，特别适合处理较低品位的铝土矿，发展前景广阔，特别适合我国铝资源现状。

2 串联法的实质与技术特点

串联法的实质是先用简单的拜耳法生产工艺技术从铝土矿中提取绝大部分然后再用烧结法处理拜耳法赤泥，进一步提取其中的氧化铝和碱，所得的铝酸钠溶液并入拜耳法系统[2]。串联法同混联法、拜耳法相比有如下特点[23]：

（1）氧化铝回收率高。可比其他工艺高出约20%。

（2）铝土矿消耗低。因为串联法的烧结法部分是处理的拜耳法赤泥，如果拜耳法、烧结法比例适宜，串联的总矿耗比纯拜耳法低40%。

（3）碱耗低。在串联法氧化铝生产中烧结法系统不仅回收了氧化铝和碱，而且还可以将拜耳法生产过程中损失的苛碱由较为廉价的碳碱补充。

（4）赤泥排放量低。从矿耗可以看出，若按串联法赤泥排放量100%计，则拜耳法赤泥约为116%。

（5）有利于生产砂状氧化铝。由于低αk的烧结法粗液与拜耳法溶出液合流，从而降低了串联法分解原液的αk，这不仅可以提高分解动力，而且为生产砂状氧化铝提供了良好的条件。

（6）能耗居中。若按串联法综合能耗100%计，则混联法约为120%，拜耳法约为70%。其主要原因是串联法中有高能耗的烧结过程。

（7）工艺流程复杂。串联法比混联法、石灰拜耳法、选矿拜耳法增加了拜耳法赤泥烧结和熟料溶出过程，使得工艺流程加长，相应的要比其他工艺流程复杂一些。

综上所述，串联法虽在综合能耗上处于劣势，但是氧化铝整体运行成本较低，产品质量有保障，并对于发展循环经济和资源的充分利用方面有独特的优势，可以实现铝工业的长期可持续发展。

3 国内外串联法的工业实践与探究

3.1 哈萨克斯坦的巴甫洛达尔氧化铝厂串联法生产工艺

上世纪五十年代，原苏联的全苏铝镁设计院为了经济合理地利用哈萨克斯坦的铝土矿（含Al2O3<46%，Fe2O3 16%～20%，A/S 3～4）做了大量的研究工作和半工业性试验，在全面比较了烧结法、并联法、串联法等多种方案后，选用了串联法建设巴甫洛达尔厂。在2000年之前，世界上仅有此一家运行应用串联法生产的氧化铝厂。

3.2 中国铝业山西分公司氧化铝厂创新串联法氧化铝生产工艺

自2009年5月以来，中国铝业山西分公司采用低铝硅比熟料烧结、低碳钠熟料溶出、烧结法粗液合流脱硅的工艺生产技术路线，首创了创新串联法氧化铝生产新工艺。为实现矿石的综合利用，大幅降低氧化铝生产的矿耗和碱耗，中国铝业山西分公司开展了一系列氧化铝生产技术的研究，国内首创的创新串联法生产工艺技术，使熟料烧结铝硅比从混联法的3.08降至目前1.70左右，在完全消化老系统赤泥的基础上，以烧结新系统60%以上的拜耳法赤泥为目标。2015年5月中国铝业山西分公司第一氧化铝厂发挥创新串联法生产优势，持续优化生产工艺流程，不断加强内部操作，提高拜耳法赤泥掺配量。拜耳法赤泥是氧化铝工艺过程中产生的废弃物，一般只能筑壩堆存，不但占用人力、土地、设备等资源，还损失了赤泥中附带的有价资源氧化铝和碱，但在山西分公司独特的创新串联法工艺中，赤泥只是放错位置的资源。

串联法氧化铝生产工艺的实施取消了多年来烧结法的粗料脱硅、硅渣分离、碳酸化分解等多个高耗能工序，大大简化烧结法生产工艺流程，同时尽可能消耗拜耳法赤泥，回收其中的氧化铝和氧化钠，大幅度降低了氧化铝生产的矿耗和碱耗。下面主要谈一下我公司串联法氧化铝生产工艺及技术创新。

4 山西铝业串联法氧化铝生产工艺分析及技术创新

4.1 山西铝业有限公司串联法氧化铝生产工艺分析

山西铝业与俄罗斯铝业公司以及东北大学设计院、恩菲设计院合作，经过科学试验，优选工艺技术及装备，建成了年产100万吨的串联法氧化铝生产线。该生产线是目前世界上运行的第二条、国内第一条串联法生产线。山西铝业串联法生产线2010年全面投产，经过几年的不断试验攻关和改造，100万吨串联法氧化铝生产线于2015年实现达标达产。

4.2 山西铝业串联法生产氧化铝的主要技术创新

山西铝业串联法氧化铝生产从工艺、流程、配料、熟料烧结、熟料溶出沉降及设备选型、自动控制等方面都进行了深入研究，并取得了重大技术创新。

4.2.1 低品位铝土矿高效利用技术

铝硅比在5.5左右的铝土矿，利用串联法工艺生产，氧化铝回收率达到92%以上，比拜耳法78%的回收率提升14%以上，碱耗降低了60%，从而做到低品位铝土矿的高效利用。采用串联法处理中低品位矿石是我国氧化铝工业可持续发展的一个战略决策。

4.2.2 独特的串联法赤泥配料技术

目前传统熟料配方计算方法是建立在烧结法烧结低品位铝土矿（A/S 3左右），原料中铝含量较高、铁含量相对低的情况下，未充分考虑铁的影响。串联法中烧结部分使用拜耳法赤泥作为主要原料，具有铝含量低（熟料的A/S在1.3以下）、铁含量高的特点，因而熟料中铁酸钠和铁酸钙高，熟料的烧结温度低且烧成温度范围窄，容易造成熟料窑烧成带结圈及“滚大蛋”，给熟料窑的操作带来困难。

因此，独创了串联法使用拜耳法赤泥烧结的熟料配方技术，采用新的碱平衡配方，与传统烧结法的最大区别在于铁的考量不一样，在熟料配方中碱比中未计算铁，而是在钙比中计算，再通过合理的配方数值调整，打破传统烧结法把氧化铁配制成铁酸钠矿物的做法，而使氧化铁与氧化钙匹配反应，生成不溶的铁酸钙，解决铁使赤泥沉降性能变差的问题。

4.2.3 低铝硅比高铁熟料烧结技术

熟料烧结的目的是使调配合格后的生料浆在回转窑中高温烧结，使生料各成分互相反应。因串联法熟料A/S极低而Fe2O3含量高，烧结温度范围很小，如果烧结温度偏低，会出现欠烧熟料;如果温度太高，则会过烧熟料，固溶体多，氧化铝和氧化钠溶出率下降，熟料可磨性差。利用循环物料调节物料烧结温度技术，较好的解决了物料烧结范围窄难烧结的问题。

4.2.4 无碳酸钠、低苛性比熟料溶出技术

熟料溶出过程二次反应损失的根本原因是熟料中的原硅酸钙在溶出、分离过程中被铝酸钠溶液分解，分解产物Na2SiO3和Ca（OH）2与NaAl（OH）4又相互作用生成含氧化铝的不溶物进入赤泥造成氧化铝损失。当溶出条件不当时，二次反应所造成的损失严重。通过适当的溶出液浓度、比重，可以大幅度减少溶出过程二次反应和二次反应损失，有效控制二次反应，实现高效率溶出。

4.2.5 熟料两段溶出、高效沉降分离技术

采用熟料两段溶出，高效沉降槽进行赤泥分离，可以解决熟料赤泥产出量大、溶出液氧化铝浓度难提升、高固含浆液难分离、二次损失大的问题。

4.2.6 赤泥干堆技术

赤泥经过分离脱水压实干堆，提高了赤泥回水利用率，大大降低了赤泥湿堆的安全和环境风险，符合我国持续发展、科学发展的国策。

5 展望

串联法氧化铝生产技术一直是我国几代铝工业人的梦想，我国首条100万吨/年串联法氧化铝生产线已于2010年5月在鲁能晋北铝业投产;中铝重庆氧化铝厂80万吨/年串联法也于2010年11月投产。其他原混联法厂也在积极改造向串联法靠拢，中铝山西铝厂的“创新联合法”氧化铝生产线，已于2009年7月投产，取得了较好的效果，已投产的串联法氧化铝厂技术、经济效果日益凸现，这标志着我国氧化铝生产方法迈入“拜耳-烧结串联法”新阶段。當面对我国极其匮乏的铝土矿资源，我们一定要努力提高资源利用率，相信经过我们铝工业人一起努力，串联法在我国广泛应用是指日可待的。

6 结束语

拜耳-烧结串联法氧化铝生产工艺特别适合处理我国中低品位的一水硬铝型铝土矿，是目前最有发展前景的氧化铝生产工艺方法，特别适合我国铝资源现状。我公司串联法氧化铝生产工艺取得了重大技术创新，铝土矿石利用率得以提高，带来了较高的社会经济效益，发展前景广阔。

参考文献：

[1]杨重愚.铝酸钠生料的烧结过程（下）[J].轻金属，1979（3）：9.

[2]郭万里.氧化铝制取工[M].太原：山西人民出版社，2006：12.

[3]李来时，刘瑛瑛，张帅.中低品位铝土矿串联法和选矿拜耳法生产氧化铝比较[J].轻金属，2013（8）：16-19.