鋁土礦實際上是指工業上能利用的,以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石的統稱。它的應用領域有金屬和非金屬兩個方面。金屬鋁是世界上僅次于鋼鐵的第二重要金屬,1995年世界人均消費量達到3.29kg。由于鋁具有比重小、導電導熱性好、易于機械加工及其他許多優良性能,因而廣泛應用于國民經濟各部門。全世界用鋁量最大的是建筑、交通運輸和包裝部門,占鋁總消費量的60%以上。鋁是電器工業、飛機制造工業、機械工業和民用器具不可缺少的原材料。
一、堿法
堿法工藝流程文字說明:
堿法生產氧化鋁,是用堿(NaOH或Na2CO3)來處理鋁礦石,使鋁礦石中的氧化鋁轉變成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦等雜質和絕大部分的硅則形成不溶解的化合物,將不溶解的殘渣(常含有大量氧化鐵,呈紅色,習慣上稱為赤泥。)與溶液分離,經洗滌后棄去或綜合利用,以回收其中的有用組分。純凈的鋁酸納溶液在合適的條件下分解析出氫氧化鋁,經與母液分離、洗滌后進行焙燒,得到氧化鋁產品。分解母液可循環使用,處理另一批礦石。
堿法生產氧化鋁又分為拜耳法、燒結法和拜耳法-燒結法聯合法等多種流程。
1 拜耳法 拜耳法是一種工業上廣泛使用的從鋁土礦生產氧化鋁的化工過程。由K.J.Bayer于1889-1892年提出的,一百多年來它已經有了許多改進。它適用于處理低硅鋁礦,尤其是在處理三水型鋁土礦時,具有流程簡單,作業方便,產品質量高,經濟效益高等特點。
拜耳法基本原理:用濃氫氧化鈉溶液將鋁土礦中的氧化鋁水合物轉化為鋁酸鈉,通過稀釋和添加氫氧化鋁晶種使氫氧化鋁重新析出,剩余的鋁酸鈉溶液也叫母液重新用于處理下一批鋁土礦,實現了連續化生產。下圖為拜耳法生產氧化鋁的基本工藝流程圖,每個工廠由于條件不同,可能采用的工藝流程會稍有不同,但原則上它們沒有本質的區別。
從拜耳法生產的基本工藝流程,可以把整個生產過程大致分為如下主要的生產工序:原礦漿制備、高壓溶出、溶出礦漿的稀釋及赤泥的分離和洗滌、晶種分解、氫氧化鋁分級與洗滌、氫氧化鋁焙燒、母液蒸發及一水蘇打苛化等,具體流程如下圖所示。
2 燒結法
堿石灰燒結法的基本原理是,使爐料中的氧化物經過高溫燒結轉變為鋁酸鈉(Na2O·Al2O3)、鐵酸鈉(Na2O·Fe2O3)、原硅酸鈣(2CaO·SiO2)和鈦酸鈣(CaO·TiO2)用水或稀堿液溶出時,鋁酸鈉溶解進入溶液,鐵酸鈉水解為NaOH和Fe2O3·H2O沉淀,而原硅酸鈣和鈦酸鈣不溶成為泥渣,分離除去泥渣后,得到鋁酸鈉溶液,再通入CO2進行碳酸化分解,便析出Al(OH)3,而碳分母液(主要成分為Na2CO3)經蒸發濃縮后可返回配料燒結,循環使用。Al(OH)3經過焙燒即為產品Al2O3。
堿石灰燒結法的特點:a適合于低A/S礦,A/S3~6;b流程復雜、能耗高、成本高;c產品質量較拜耳法低。
3 聯合法
拜耳法和堿石灰燒結法是目前工業上生產氧化鋁的主要方法,它們各有其優缺點和運用范圍。而當生產規模較大時,采用拜耳法和燒結法的聯合生產流程,可以兼有兩種方法的優點,而消除其缺點,取得比單一的方法更好的經濟效果,同時可以更充分利用鋁礦資源。聯合法可分為并聯、串聯和混聯三種基本流程,它主要適用于A/S7~9的中低品位鋁土礦。
我國鋁土礦資源特點是高鋁高硅的中低品位的一水硬鋁石礦,采用的生產方法是燒結法和聯合法,聯合法中的拜耳法(溶出溫度高,苛性鈉濃度大)也不同于國外處理三水鋁石型鋁土礦的拜耳法(溶出溫度低,苛性鈉濃度小),所以,我國氧化鋁生產與國外相比能耗高,成本高。