拜耳法溶出-分離-脫硅

1、拜耳法溶出工藝呂國(guó)志2013-9-18東北大學(xué)主要內(nèi)容主要內(nèi)容n原料制備n拜耳法高壓溶出n溶出料漿的稀釋與分離洗滌n鋁酸鈉溶液脫硅第一部分：原料制備 原料制備是氧化鋁生產(chǎn)中的第一道工序。原料制備的目的是為拜爾法生產(chǎn)配制出合格的原礦漿送高壓溶出工序。拜爾法原料制備過程包括：鋁礦石的破碎、磨礦、石灰燒制和配料。 拜爾法生產(chǎn)工藝對(duì)原料制備的要求： （1）參與化學(xué)反應(yīng)的物料要有一定的細(xì)度； （2）參與化學(xué)反應(yīng)的物料之間要有一定的配比和均勻的混合。 原料制備的任務(wù)是：（1）將鋁土礦破碎并混均按比例配入富礦熟料（或石灰）送到磨前礦石儲(chǔ)倉(cāng)。（2）將蒸發(fā)母液按生產(chǎn)需求補(bǔ)充適當(dāng)苛性堿制成合格的調(diào)配液。（3）將礦

2、石（國(guó)內(nèi)一水硬鋁石礦要加石灰）和調(diào)配液按一定比例和數(shù)量加入礦漿磨內(nèi)，磨制出合格的原礦漿。拜耳法原料制備過程包括：（1）鋁土礦破碎與礦石預(yù)均化（2）石灰燒制（3）原礦漿制備 鋁土礦破碎 從礦山開采的礦石一般呈不規(guī)則形狀。根據(jù)目前破碎設(shè)備的生產(chǎn)性能，一次破碎成符合磨礦粒度要求的細(xì)顆粒很困難，所以，破碎一般采用分段破碎，將破碎分成粗碎、中碎、細(xì)碎過程進(jìn)行。v由粒度1500500 mm的礦石破碎成400125 mm，叫粗碎；v由400125 mm破碎成10025 mm叫中碎；v由10025 mm破碎成255 mm叫細(xì)碎。NoImage 破碎機(jī) 影響礦石破碎的因素很多，主要與礦石的結(jié)構(gòu)、硬度、形狀大小以

3、及均勻性等物理性質(zhì)有關(guān)。為了得到合格的碎礦石，通常根據(jù)不同形式的礦石和礦石特性，采用不同的設(shè)備和破碎流程。 破碎一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)，通常采用顎式和圓錐顎式和圓錐式破碎機(jī)式破碎機(jī)，此時(shí)破碎流程比較復(fù)雜；破碎其他形式的鋁土礦時(shí)，可采用反擊式和錘式破碎機(jī)反擊式和錘式破碎機(jī)，此時(shí)破碎流程比較簡(jiǎn)單。 鋁土礦破碎主要有以下幾種方法：壓碎、壁碎、折斷、磨剝、擊碎。（1）壓碎：利用兩破碎工作面逼近時(shí)加壓，使物料破碎。此法的特點(diǎn)是作用力逐步加大，作用力的范圍較大，適用于破碎較硬的礦石。（2）壁碎：破碎工作是由尖齒楔入物料的壁面而完成的。其特點(diǎn)是作用力的范圍較為集中而發(fā)生局部破裂。此法適用干脆性礦石的破碎。（3

4、）折斷：物料在破碎工作面間如同承受集中負(fù)荷的支點(diǎn)梁，除在外力作用點(diǎn)處受壁力之外，礦石本身發(fā)生折屈而破碎。（4）磨剝：破碎工作面在物料上相對(duì)移動(dòng)，對(duì)物料施加剪壓力，這種力是作用在物料的表面上。此法適用于細(xì)粒物料的磨礦。（5）擊碎：利用擊碎力的瞬間作用于物料上使物料破裂，是動(dòng)力破碎。 鋁土礦預(yù)均化 鋁土礦的預(yù)均化是在預(yù)均化堆場(chǎng)的堆料和取料過程中實(shí)現(xiàn)的。從鋁土礦礦山來的礦石，其成分波動(dòng)的周期長(zhǎng)、振幅較大，采用專門的堆料機(jī)以薄層堆疊，層數(shù)可達(dá)200500層。堆完后用專門的取料機(jī)械以垂直料層的方向和薄層切取的方式取料，使運(yùn)出預(yù)均化堆場(chǎng)的礦石成分波動(dòng)的周期縮短、振幅降低，其標(biāo)準(zhǔn)偏差縮小。 氧化鋁生產(chǎn)原料的

5、存儲(chǔ) 氧化鋁廠是連續(xù)生產(chǎn)的工廠，要求各種原料（鋁土礦、石灰石、焦炭及煤）在工廠必須有足夠的存儲(chǔ)量，以保證氧化鋁廠連續(xù)而均衡地生產(chǎn)。 各種生產(chǎn)原料所需的儲(chǔ)存量取決于該原料的日用量和儲(chǔ)存期。原料的儲(chǔ)存量所能滿足工廠生產(chǎn)需要的天數(shù)，稱為該原料的儲(chǔ)存期。物料名稱鋁土礦石灰石焦炭及煤一般儲(chǔ)存期/天203010202030氧化鋁廠原燃料礦石的儲(chǔ)存期 常用的礦石預(yù)均化設(shè)備預(yù)均化堆場(chǎng)的設(shè)備要適應(yīng)所處理礦石物理性質(zhì)（濕度、黏性、粒度、安息角等），其作業(yè)方式和性能決定了預(yù)均化的效果。常用的礦石預(yù)均化設(shè)備主要有：懸臂式皮帶堆料機(jī)橋式斗輪取料機(jī)圓形堆場(chǎng)混勻堆取料機(jī)橋式、門式抓斗起重機(jī)帶式輸送機(jī) 生產(chǎn)石灰的原料是石灰石

6、。中國(guó)的氧化鋁廠中，石灰燒制設(shè)備主要有兩種類型：豎式石灰爐和石灰回轉(zhuǎn)窯。在鋼鐵行業(yè)國(guó)外氧化鋁廠中還有雙筒式豎式石灰爐。氧化鋁生產(chǎn)中，對(duì)石灰石的質(zhì)量要求是：項(xiàng)目質(zhì)量要求1CaO52.0%2SiO22.0%3MgO1.0% 除了對(duì)石灰石的化學(xué)成分有要求外，石灰石的粒度也應(yīng)滿足如下要求：p 豎式石灰爐石灰石粒度50110mm。如果采用分級(jí)煅燒，粒度范圍可為30150mm，其中3070mm為一級(jí)，70150mm為另一級(jí)。p 回轉(zhuǎn)窯要求入窯石灰石的粒度要均勻，不能夾雜粉料，石灰石粒度要求1550mm。 石灰燒制工藝 石灰石的主要成分是碳酸鈣（CaCO3）,其中雜質(zhì)有氧化硅、氧化鋁、氧化鎂和氧化鐵等。碳酸

7、鈣在大于900的煅燒分解溫度下，按下式分解為CaO和CO2：CaCO3 CaO+CO2 石灰的煅燒可以采用豎式石灰爐或回轉(zhuǎn)窯來完成。由于石灰石在爐內(nèi)的填充率和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同、燃料的種類和燃燒狀態(tài)不同以及在爐內(nèi)的熱量傳遞方式不同，造成了兩種設(shè)備燒制出的石灰質(zhì)量和爐氣組分有一定得差異。NoImageNoImageNoImage 石灰爐 v原礦漿制備的工藝流程v原礦漿的配料計(jì)算v配礦v配堿v配石灰v原礦漿液固比調(diào)整v原礦漿制備的主要設(shè)備原礦漿制備工藝流程圖原礦漿制備工藝示意圖（一）810m47.02t/h 217.3m3/h 4.58t/h 45.76t/h 217.3m3/h 4.7t/h 原礦漿制

8、備工藝示意圖（二）礦漿槽礦漿槽8*10400m3355 m3/h 240 m3/h 240m3/h 240 m3/h 240 m3/h 4.58t/h 45.76t/h 217.3m3/h （a）配料苛性比值 配料苛性比是指當(dāng)?shù)V石的溶出率達(dá)到理論溶出率時(shí)溶出液的苛性比值，在實(shí)際生產(chǎn)中，一般通過實(shí)驗(yàn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定最宜的配料苛性比值。 （b）原礦漿的配料計(jì)算 X= 式中 A -實(shí)際溶出率 b -赤泥中的鈉硅比 k-配料苛性比 w-石灰添加量（%） X-每m3循環(huán)母液應(yīng)配入的礦石量Kg n、a -循環(huán)母液中Na2O和Al2O3濃度（g/L） A、 s-鋁土礦中Al2O3和SiO2的含量（%） c

9、、 c-礦石和石灰中CO2的含量)100(41. 1608. 0100)608. 0(wccbsAanAkk原礦漿的配料計(jì)算 （c）礦漿的液固比L/S 生產(chǎn)上常用檢查原礦漿的液固比的方法來檢驗(yàn)原礦漿配料是否合格。 LS=dL/(L+W)X= 式中：dL、dS 、dP-循環(huán)母液，礦石，原礦漿的密度； L-循環(huán)母液的質(zhì)量； S鋁土礦與石灰的質(zhì)量； W-石灰添加量（%）。 當(dāng)生產(chǎn)中循環(huán)母液密度dL，鋁土礦和石灰的密度ds一定，用密度計(jì)測(cè)出原礦漿密度dp，則原礦漿液液固比可求出，以此作為控制配料操作的依據(jù)。 )()(LLddpdsdpdsd 單位礦石所需要的循環(huán)母液量叫配堿量。 生產(chǎn)中，配堿量主要考慮

10、以下三方面的用堿量：（1）鋁酸鈉結(jié)合堿。例如當(dāng)規(guī)定的MR（分子比）=1.45時(shí)，即溶出摩爾的氧化鋁，在溶液中就要保留有1.45摩爾的氧化鈉；（2）與氧化硅反應(yīng)生成鈉硅渣所需堿。例如當(dāng)赤泥的鈉硅比為0.2時(shí)，礦石中有1kg的活性氧化硅就要配入0.2kg的苛性鈉；（3）在溶出過程中由于反苛化反應(yīng)和機(jī)械損失的苛性堿。但配料時(shí)加入的堿并不是純苛性氧化鈉，而是生產(chǎn)中返回的循環(huán)母液。循環(huán)母液中除苛性氧化鈉外，還有氧化鋁、碳酸鈉和硫酸鈉等成份。所以在循環(huán)母液中有一部分苛性氧化鈉與母液本身的氧化鋁化合，稱為惰性堿。剩下的部分才是游離苛性氧化鈉，它對(duì)配料才是有效的。液體堿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目質(zhì)量要求1氫氧化鈉含量NaO

11、H30%2鈣0.002%3氯化鈉NaCl0.007%4二氧化硅SiO20.002%5碳酸鈉Na2CO30.1%6硫酸鈉Na2SO4 0.0015 %7氧化鈉Na2O0.001% 假設(shè)已知兩種鋁土礦的成分如下（%）： 鋁土礦SiO2Fe2O3Al2O3A/S1#S1 F1A1K12#S2F2 A2 K2要求混礦的A/S為K，計(jì)算兩種礦石的配礦比例。根據(jù)條件必須是K1KK2或K1KK2，否則達(dá)不到調(diào)整要求。假設(shè)第一種礦石用1噸時(shí)，需要配入第二種礦石X噸，根據(jù)鋁土礦鋁硅比的定義進(jìn)行計(jì)算。 拜耳法配料加入的石灰量是以鋁礦石中含氧化鈦（TiO2）量計(jì)算的，按其反應(yīng)式要求氧化鈣和氧化鈦的克分子比為1.0。

12、 一般在處理一水鋁石型鋁土礦時(shí)，在原礦漿中需配入干礦石量3%5%的石灰，來消除二氧化鈦的不利影響。 在磨礦中，球磨機(jī)的下料量要求穩(wěn)定。因此，原礦漿液比固的調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)循環(huán)母液的加入量來實(shí)現(xiàn)的。在拜耳法磨礦中，循環(huán)母液由三個(gè)點(diǎn)加入，而磨機(jī)內(nèi)和分級(jí)機(jī)溢流的液固比在磨礦的操作中要求穩(wěn)定。因此，調(diào)節(jié)原礦漿的液固比，實(shí)際上是靠增減加入混合槽的循環(huán)母液量來實(shí)現(xiàn)。 穩(wěn)定循環(huán)母液的濃度和嚴(yán)格鋁土礦的配礦制度，是確保拜耳法正確配堿的有效措施。同時(shí)應(yīng)盡量減少非生產(chǎn)用水進(jìn)入流程及提高石灰質(zhì)量等，也是拜耳法正確配料，達(dá)到良好溶出指標(biāo)的重要保證。NoImageNoImageNoImage 濕磨：將鋁土礦按配料要求配入石灰

13、和循環(huán)母液并磨制成合格的原礦漿。 所用設(shè)備：球磨機(jī)、棒磨機(jī)等原礦漿制備的主要設(shè)備（一）NoImageNoImageNoImage 皮帶輸送機(jī) 、化灰機(jī)原礦漿制備的主要設(shè)備（二）NoImageNoImage 堿液泵、礦漿輸送泵原礦漿制備的主要設(shè)備（三）原礦漿制備的主要設(shè)備（四） 螺旋分級(jí)機(jī)第二部分：拜耳法高壓溶出拜耳法高壓溶出 一、概述二、鋁土礦溶出過程v鋁土礦溶出過程的工藝v影響鋁土礦溶出過程的因素v雜質(zhì)及添加劑對(duì)溶出過程的影響三、鋁土礦溶出過程的結(jié)疤四、溶出過程主要設(shè)備五、其他拜耳法氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)介六、拜耳法溶出過程新工藝新技術(shù)一、概 述v高壓溶出的目的就是用苛性堿溶液將鋁土礦中的氧化鋁溶

14、出，生成鋁酸鈉溶液，有效地提取鋁土礦的氧化鋁。使溶液充分脫硅，避免過量的SiO2影響，把苛性堿的消耗減至最少。v工業(yè)生產(chǎn)中一般采用循環(huán)母液來溶出鋁土礦。為了加快氧化鋁水合物（特別是一水硬鋁石）的溶出速度，添加石灰，并且把鋁土礦、石灰、循環(huán)母液磨制成礦漿后在溶出設(shè)備中完成溶出過程。三水鋁石和一水鋁石在溶出時(shí)的反應(yīng)：Al2O33H2O+2NaOH =2NaAl(OH)4Al2O3H2O+2NaOH+2 H2O=2NaAl(OH)4溶出過程的主要反應(yīng)鋁土礦中氧化鋁水合物存在的狀態(tài)不同要求的溶出條件也不同。二、鋁土礦溶出過程2.1 鋁土礦溶出過程的工藝（1）預(yù)脫硅 為了減輕拜耳法過程中，硅渣在溶出時(shí)析

15、出，影響溶出效果，在原礦漿進(jìn)入溶出之前進(jìn)行預(yù)脫硅，是減輕結(jié)疤的有效途徑。 預(yù)脫硅就是在高壓溶出之前，將原礦漿在90以上攪拌6-10h，添加鈉硅渣晶種，使硅礦物盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)楣柙?，該過程稱為預(yù)脫硅。 預(yù)脫硅過程并不是所有的硅礦物都能參加反應(yīng)，只有高嶺石和多水高嶺石這些活性的硅礦物才能反應(yīng)生成鈉硅渣，保持較長(zhǎng)時(shí)間，可以使生成鈉硅渣的反應(yīng)進(jìn)行得更充分。 在100的溫度條件下，以高嶺石（Al2O32SiO22H2O）形態(tài)存在的SiO2在苛性堿溶液中溶解生成硅酸鈉進(jìn)入溶液，當(dāng)溶液中的SiO2含量達(dá)到臨界飽和狀態(tài)時(shí)鋁硅酸鈉就會(huì)分解出來，進(jìn)入固相。液相SiO2濃度脫硅時(shí)間高嶺石溶解鋁硅酸鈉分解鋁土礦常壓脫硅過

16、程二氧化硅的分解產(chǎn)物是方鈉石3(Na2OAl2O32SiO22H2O)Na2X，(分子式中的X代表CO32-、 SiO42- 、Cl-等)方鈉石和赤泥一起被排除。 在添加石灰的情況下，Ca2+就可以取代方鈉石中的Na+從而減少苛性堿的消耗量。 在預(yù)脫硅階段主要發(fā)生以下兩個(gè)反應(yīng)： a 高嶺石的溶解 Al2O32SiO22H2O+6NaOH 2NaAlO2+2Na2SiO3+5H2O b方鈉石的分解2NaAlO2+1.7 Na2SiO3+(n+1.7)H2O Na2OAl2O31.7SiO2nH2O+3.4 NaOH 分解速度和溶液中最終的SiO2含量受以下因素影響： 溶液中苛性堿（Na2Ok）濃

17、度?？列詨A濃度越低分解速度越快，溶液中最終的SiO2含量越低。 脫硅溫度。溫度越高分解速度越快，溶液中最終的SiO2含量越低。 溶液中Al2O3濃度。Al2O3濃度越低分解速度越快，溶液中最終的SiO2含量越低。 脫硅停留時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)分解速度越快，溶液中最終的SiO2含量越低。 鋁土礦中存在的高嶺石含量和質(zhì)量。高嶺石含量越高分解速度越快，溶液中最終的SiO2含量越低。鋁土礦溶出過程的工藝（2）高壓溶出 預(yù)脫硅后的礦漿用高壓泵泵入礦漿預(yù)熱系統(tǒng)，礦漿被多級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱至溶出溫度后進(jìn)行保溫溶出。溶出后的礦漿經(jīng)多級(jí)自蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行自蒸發(fā)降溫后去稀釋沉降系統(tǒng)。礦漿在前若干級(jí)的預(yù)熱，一般是利用溶出后的礦漿在

18、自蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的乏汽作為加熱介質(zhì)，而礦漿最后則是通過新蒸汽作為新熱源間接或直接加熱至指定的溶出溫度，也可以采用熔鹽作為新熱源間接加熱至指定的溶出溫度。自原料制備自原料制備停留停留12h后出料后出料Q=200m3/h去高壓隔膜泵去高壓隔膜泵預(yù)脫硅槽預(yù)脫硅槽10.532m倒料泵倒料泵倒料泵倒料泵出料泵出料泵Q=200m3/hQ=200m3/h高位槽高位槽增壓泵增壓泵Q=300m3/h蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽105 105 105 240m3/h240m3/h240m3/h240m3/h240m3/h典型的拜耳法溶出系統(tǒng)流程（一）380m3/h54m3/h354.76m3/h356.19m3/h16

19、7.21m3/h186m3/h典型的拜耳法溶出系統(tǒng)流程（二）（3）主要拜耳法溶出工藝裝備系統(tǒng)蒸汽直接加熱高壓釜（或稱高壓溶出器、壓煮器）溶出蒸汽直接加熱高壓釜（或稱高壓溶出器、壓煮器）溶出 由多程預(yù)熱器和蒸汽直接加熱壓煮器，加保溫溶出串聯(lián)高壓釜系列構(gòu)成。制備好的原礦漿在原礦漿槽中停留48h，進(jìn)行預(yù)備硅。預(yù)脫硅后的礦漿用油壓泥漿泵送入雙程預(yù)熱器預(yù)熱到140160后，再加入溶出器，在前兩個(gè)或三個(gè)溶出器中用新蒸汽直接加熱至溶出溫度，然后依次進(jìn)入其余溶出器，溶出后的料漿從最后一個(gè)溶出器排入自蒸發(fā)器自蒸發(fā)冷卻；一級(jí)自蒸發(fā)器的二次蒸汽送往預(yù)熱器作為熱源，二級(jí)自蒸發(fā)器的二次蒸汽送去加熱赤泥洗水；溶出礦漿與赤

20、泥洗液混合，進(jìn)行稀釋。蒸汽直接加熱的高壓溶出器組 蒸汽直接加熱的溶出器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造和維修，但新蒸汽消耗大，料漿稀釋增加了蒸發(fā)工序的負(fù)擔(dān)和熱耗。這類溶出工藝已逐漸被改造或淘汰。單管預(yù)熱單管預(yù)熱壓煮器間接加熱溶出壓煮器間接加熱溶出 該技術(shù)由原法國(guó)鋁業(yè)公司開發(fā)，并用于處理一水硬鋁石型鋁土礦。在該技術(shù)中，礦漿由管道預(yù)熱器預(yù)熱至150左右，然后由在帶機(jī)械攪拌的溶出高壓釜內(nèi)的蒸汽列管間接加熱預(yù)熱至溶出溫度，最后在隨后的串聯(lián)溶出高壓釜中完成溶出過程。該技術(shù)的溶出溫度可達(dá)260。套管（單管或多管）預(yù)熱套管（單管或多管）預(yù)熱停留罐溶出停留罐溶出 該技術(shù)在中國(guó)于20世紀(jì)80年代得到了開發(fā)，并在鄭州輕金屬研究

21、院氧化鋁實(shí)驗(yàn)廠進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，隨后得到了廣泛的工業(yè)化應(yīng)用。在該技術(shù)中，礦漿由套管預(yù)熱器預(yù)熱至溶出溫度，然后在不帶攪拌的串聯(lián)停留罐中保溫溶出。管道溶出（套管預(yù)熱管道溶出（套管預(yù)熱管道溶出）管道溶出） 管道溶出技術(shù)是采用帶套管的管道，可以是單管也可以是多管，進(jìn)行礦漿的預(yù)熱，然后在管式溶出器中溶出。德國(guó)和匈牙利的科技工作者對(duì)管道化溶出技術(shù)的開發(fā)及工業(yè)化作出了重要貢獻(xiàn)。 管道化溶出設(shè)備由原礦漿管邊，蒸汽夾套、礦漿夾套和自蒸發(fā)器等組成，原礦漿用隔膜泵送入原礦漿管道，經(jīng)管外的一、二級(jí)蒸汽夾套，三級(jí)礦泵夾套預(yù)熱和蒸汽夾套預(yù)熱原礦漿，再經(jīng)喇叭狀噴嘴進(jìn)入一級(jí)自蒸發(fā)器降溫降壓；一級(jí)自蒸發(fā)器的二次蒸汽導(dǎo)入二級(jí)蒸汽夾

22、套預(yù)熱原礦漿；一級(jí)自蒸發(fā)器的溶出漿進(jìn)入二級(jí)自蒸發(fā)器再次降溫降壓；二級(jí)自蒸發(fā)器的二次蒸汽導(dǎo)入一級(jí)蒸汽夾套預(yù)熱原礦漿，二級(jí)自蒸發(fā)器的溶出漿送稀釋槽，加赤泥洗液稀釋。 管道化溶出的特點(diǎn)是熱量利用合理，能充分利用溶出漿的熱量，循環(huán)母液不受蒸汽冷凝水稀釋，無攪拌裝置，靠礦漿湍流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行攪拌，減輕結(jié)垢生成。 以上的所有溶出技術(shù)中，溶出后礦漿都經(jīng)過多級(jí)自蒸發(fā)系統(tǒng)，回收高溫礦漿的熱量，形成多級(jí)乏汽，用于溶出前礦漿的多級(jí)預(yù)熱，即得到卸壓降溫的溶出后礦漿，可進(jìn)行稀釋沉降處理，又合理利用了溶出礦漿的預(yù)熱，達(dá)到節(jié)能的目的。（4）幾種典型的鋁土礦溶出工藝v單流法溶出工藝 單流法溶出工藝是指用于溶出鋁土礦的全部母液與出磨

23、礦漿混合制成原礦漿，用多級(jí)自蒸發(fā)器的二次汽以及新蒸汽間接（或部分間接）加熱到溶出溫度，在罐式或管式溶出器中完成母液對(duì)礦石中氧化鋁的溶出過程。國(guó)外新建或擴(kuò)建改造的氧化鋁廠大多采用此種溶出工藝。 單流法溶出工藝的優(yōu)點(diǎn)是：?jiǎn)瘟鞣ㄔ谔幚砉琛⑩伒鹊V物含量少、在溶出過程中在加熱表面結(jié)疤生成速度小及結(jié)疤清理較易的鋁土礦時(shí)，具有工藝流程簡(jiǎn)單、易操作、易控制、預(yù)熱過程熱利用較高的優(yōu)點(diǎn)。v雙流法溶出工藝流程 雙流法溶出工藝流程是將用于溶出的堿液分成不等的兩部分，僅用其小部分（約15%-20%）與鋁土礦磨制成礦漿制成礦漿流，剩余的大部分堿液為堿液流。兩股料流分別經(jīng)過用溶出后礦漿多級(jí)自蒸發(fā)器的乏汽不同程度地預(yù)熱；堿液

24、流再經(jīng)過單獨(dú)用新蒸汽加熱至更高溫度。兩股料流在串聯(lián)的壓煮器系列中的第一個(gè)壓煮器中匯合，并在一個(gè)或多個(gè)壓煮器中用新蒸汽間接加熱到溶出溫度，并在其后的壓煮器中完成母液對(duì)礦石中氧化鋁的溶出過程。 雙流法溶出工藝的優(yōu)點(diǎn)是：在雙流法溶出工藝中，絕大部分溶出母液不參與制備礦漿而直接預(yù)熱器間接加熱。因母液中二氧化硅含量很低，加熱過程中硅渣析出量很少，因而大大減輕母液預(yù)熱器換熱表面上的結(jié)疤。v后加礦增濃工藝技術(shù) 拜耳法后加礦增濃技術(shù)簡(jiǎn)稱后增濃技術(shù)。該技術(shù)是將易溶出的鋁土礦磨制成礦漿直接泵入拜耳法溶出系統(tǒng)的某級(jí)料漿自蒸發(fā)器中，利用高溫溶出礦漿的余熱迅速升溫溶出，進(jìn)一步降低溶出液的k。 該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以提高

25、拜耳法的循環(huán)效率，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本的目的。 后加礦增濃技術(shù)的應(yīng)用受到如下限制：所容許達(dá)到的最大氧化鋁濃度必須確保在赤泥分離洗滌、葉濾和溶液冷卻時(shí)，不至于發(fā)生氫氧化鋁自動(dòng)水解。如果溶出的氧化鋁濃度高于此限制，需要添加或調(diào)配母液來降低氧化鋁濃度，以控制隨后的水解損失。 以一水硬鋁石型鋁土礦為原料、后加三水鋁石型鋁土礦的后加礦增濃溶出工藝首先在中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司開發(fā)成功并實(shí)施了產(chǎn)業(yè)化，明顯提高了分解率和拜耳法循環(huán)效率，降低了能耗，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。2.2 影響鋁土礦溶出過程的因素 鋁土礦溶出過程是液固多相反應(yīng)，物理化學(xué)過程及其復(fù)雜，所以影響溶出過程的因素比較多?？偟膩碚f，影響溶出過程

26、的主要因素有：a 鋁土礦的礦物組成及結(jié)構(gòu)b 溶出溫度c 攪拌強(qiáng)度d 循環(huán)母液堿濃度e 配料分子比的影響 f 礦石細(xì)磨程度g 溶出時(shí)間a 鋁土礦的礦物組成及結(jié)構(gòu)v雖然在目前的氧化鋁生產(chǎn)中所采用的原料統(tǒng)稱為鋁土礦，但鋁土礦并不是一種化學(xué)成分穩(wěn)定、結(jié)晶形態(tài)一致的單一類礦物。根據(jù)氧化鋁在鋁土礦中的不同結(jié)晶形態(tài)，鋁土礦可以分為：三水鋁石型、一水鋁石型、一水硬鋁石型以及它們之間相互共生的混合型。對(duì)于某一類型的鋁土礦，雖然它們的氧化鋁的結(jié)晶形態(tài)相同，但它們的化學(xué)成分又會(huì)因不同的產(chǎn)地有所不同。v不同類型的鋁土礦由于其氧化鋁存在的結(jié)晶狀態(tài)不同，所以與鋁酸鈉溶液的反應(yīng)能力自然就會(huì)不同，即使同一類型的鋁土礦，由于產(chǎn)

27、地的不同，它們的結(jié)晶完整性也會(huì)有所不同，其溶出性能也就會(huì)不同。三水鋁石型鋁土礦v三水鋁石的晶體呈層狀，屬于單斜晶系，結(jié)晶的解理面完整，在溶出時(shí)容易破解。三水鋁石型鋁土礦是最易溶出的一種鋁土礦，在溶出溫度超過85時(shí)，就會(huì)有三水鋁石的溶出，隨著溫度的升高，三水鋁石礦的溶出速度加快。通常情況下，三水鋁石礦典型的溶出過程是溫度為140150、Na2O濃度為120140g/L，礦石中的三水鋁石能迅速地進(jìn)入溶液，滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。 一水軟鋁石的溶出v一水軟鋁石的晶體呈片狀，屬于斜方晶系，結(jié)晶的解理面完整，晶體遭到破壞時(shí)裂為晶層碎片。相對(duì)三水鋁石礦來講，一水軟鋁石礦的溶出條件要苛刻得多，它需要較高的溫度和

28、較大的苛性堿濃度才能達(dá)到一定的溶出速率。一水軟鋁石型鋁土礦的溶出溫度至少需要200，然而生產(chǎn)上實(shí)際采用的溫度一般為240250，溶出液的濃度通常是180240g/L的Na2O。一水硬鋁石型鋁土礦的溶出v一水硬鋁石的晶體呈條狀，也屬于斜方晶系，但結(jié)晶沒有完整的解理面，晶體遭到破壞時(shí)裂為小的晶棒。在所有類型的鋁土礦中，一水硬鋁石型鋁土礦是最難溶出的。一水硬鋁石的溶出溫度通常在260左右，溶出液Na2O濃度為240300g/L。我國(guó)的鋁土礦主要是一水硬鋁石型鋁土礦。不同類型的鋁土礦通常采用的溶出條件如下表所示鋁土礦溫度（）壓強(qiáng)（MPa）Na2O(g/L )三水鋁石140150 0.39 120140

29、一水軟鋁石2052301.182.29140220一水硬鋁石230245 2.94250300v溫度是溶出過程中最主要的影響因素，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)和擴(kuò)散速率常數(shù)都會(huì)增大，所以，不論反應(yīng)過程是由化學(xué)反應(yīng)控制或是擴(kuò)散控制，從動(dòng)力學(xué)方面說明了提高溫度對(duì)于增加溶出速率有利。v溫度在溶出天然的一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)所起的作用比溶出純一水硬鋁石礦物時(shí)更加顯著。因?yàn)樵谌艹鲣X土礦時(shí)會(huì)有鈦酸鹽和鋁硅酸鹽保護(hù)膜的生成，提高溫度使這些保護(hù)膜因再結(jié)晶而破裂，甚至不加石灰也有良好的溶出效果。v提高溫度可以使礦石在礦物形態(tài)方面的差別所造成的影響消失。但是，提高溶出溫度會(huì)使溶液的飽和蒸汽壓急劇增大，溶出設(shè)備和操作方

30、面的困難也隨之增加，這就使提高溶出溫度受到限制。b 溶出溫度的影響 c 攪拌強(qiáng)度的影響 v強(qiáng)烈的攪拌使整個(gè)溶液成分趨于均勻，從而強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。加強(qiáng)攪拌還可以在一定程度上彌補(bǔ)溫度、堿濃度、配堿數(shù)量和礦石粒度方面的不足。v在間接加熱機(jī)械攪拌的高壓溶出器組中，礦漿除了沿流動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)外，還在機(jī)械攪拌下強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，湍流程度也較強(qiáng)。v當(dāng)溶出溫度提高時(shí)，溶出速度由擴(kuò)散所決定，因而加強(qiáng)攪拌能夠起到強(qiáng)化溶出過程的作用。此外，提高礦漿的湍流程度也是防止加熱表明結(jié)疤、改善傳熱過程的需要，在間接加熱的設(shè)備中這是十分重要的。礦漿湍流程度越高，結(jié)疤越輕微。d 循環(huán)母液堿濃度的影響 v當(dāng)其他條件相同時(shí)，母液濃度越高，Al2

31、O3的未飽和程度就越大，鋁土礦中Al2O3的溶出速度越快，而且能得到分子比低的溶出液。從整個(gè)流程看，蒸發(fā)后的蒸發(fā)母液，即循環(huán)母液的Na2O濃度不宜超過240g/L，如果要求母液的堿濃度過高，蒸發(fā)過程的負(fù)擔(dān)和困難必然增大，所以從整個(gè)流程來權(quán)衡，母液的濃度只宜保持為適當(dāng)?shù)臄?shù)值。e 配料分子比的影響 v在溶出鋁土礦時(shí)，物料的配比是按溶出液的MR達(dá)到預(yù)期的要求計(jì)算的。預(yù)期的溶出液MR稱為配料MR。它的數(shù)值越高，即對(duì)單位質(zhì)量的礦石配的堿量也越高，由于在溶出過程中始終保持著更大的未飽和度，所以溶出速度必然更快。但是，這樣一來循環(huán)效率必然降低，物料流量則會(huì)增大。從循環(huán)堿量公式：N=0.608(MR)m(MR

32、)a(MR)m-(MR)a（ t/tAl2O3）可以看出，為了降低循環(huán)堿量，降低配料分子比要比提高母液分子比效果更大，所以在保證Al2O3的溶出率不過分降低的前提下制取分子比盡可能低的溶出液是對(duì)溶出過程的一項(xiàng)重要要求。f 礦石細(xì)磨程度的影響氧化鋁礦石粒度越細(xì)小時(shí)，其比表面積就越大。這樣礦石與溶液接觸的面積就越大，即反應(yīng)的面積增加了，在其他溶出條件相同時(shí)，溶出速率就會(huì)增加。另外礦石的磨細(xì)加工會(huì)使原來被雜質(zhì)包裹的氧化鋁水合物暴露出來，增加了氧化鋁的溶出率。致密難溶的一水硬鋁石型礦石則要求細(xì)磨。然而過分的細(xì)磨使生產(chǎn)費(fèi)用增加、降低產(chǎn)能，又無助于進(jìn)一步提高溶出速度，而且還可能使溶出赤泥變細(xì)，造成赤泥分離

33、洗滌的困難。g 溶出時(shí)間的影響v鋁土礦溶出過程中，只因Al2O3的溶出率沒有達(dá)到最大值，那么增加溶出時(shí)間，Al2O3的溶出率就會(huì)增加。但是過長(zhǎng)增加時(shí)間造成產(chǎn)量減少，所以增加時(shí)間是又限度的。經(jīng)過大量的試驗(yàn)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，溶出時(shí)間控制在45-60分鐘較合適。v經(jīng)研究證明，250-260 時(shí)，溶出時(shí)間影響溶出率較大；溫度大于260 時(shí)，溶出時(shí)間對(duì)溶出率影響相對(duì)減弱；特別是溫度大于300 時(shí)，不管氧化鋁礦態(tài)如何，大多數(shù)鋁土礦溶出過程都可以在幾分鐘內(nèi)完成，且溶液接近飽和。2.3 雜質(zhì)及添加劑對(duì)溶出過程的影響 氧化鋁生產(chǎn)的實(shí)質(zhì)就是將礦石中的氧化鋁與其他雜質(zhì)分離的過程。鋁土礦的成分十分復(fù)雜，除鋁外還含有多種雜質(zhì)

34、元素。主要雜質(zhì)有硅、鐵、鈦，次要雜質(zhì)有鈣、鎂、碳、鈉、鉀、鉻、釩、鎵、磷、氟、鋅等。在一定的溶出條件下，這些雜質(zhì)元素及其礦物除與堿作用外，它們相互之間或與反應(yīng)物、反應(yīng)物之間也會(huì)發(fā)生作用，可能導(dǎo)致改變?nèi)芤旱某煞旨靶再|(zhì)，或者是鋁礦物表面鈍化或被覆蓋，從而減緩其溶出過程。此外，進(jìn)入溶液中的雜質(zhì)還會(huì)影響到分離、分解、蒸發(fā)等過程的進(jìn)行。因此，有必要研究這些雜質(zhì)在溶出過程中的行為及其對(duì)溶出過程的影響。（1）含硅礦物在溶出過程中的行為 鋁土礦中的硅礦物是堿法氧化鋁生產(chǎn)中最有害的雜質(zhì)。鋁土礦中的氧化硅一般以石英（SiO2），蛋白石（SiO2nH2O）高嶺石（Al2O32SiO22H2O）、葉臘石（Al2O34

35、SiO2H2O）等形式存在。 SiO2在溶出過程的行為取決于它的礦物組成、溶出溫度和溶出過程的時(shí)間。無定形的蛋白石，不僅易溶于苛性堿溶液，而且還能溶于碳酸鈉溶液，其反應(yīng)方程式如下：SiO2nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aqSiO2nH2O+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+CO2+aq 游離狀態(tài)的SiO2和石英只有在較高溫度下，才開始和鋁酸鈉溶液起反應(yīng)。在低溫下溶出三水鋁石時(shí)，礦石中以石英形態(tài)存在的那部分SiO2將轉(zhuǎn)移到赤泥中被分離出去，不會(huì)引起氧化鋁和氧化鈉的損失。 溶出一水硬鋁石時(shí)，在溶出條件下鋁土礦中所有形態(tài)的SiO2都與堿反應(yīng)，生成含水鋁硅酸鈉，反應(yīng)方程式為：Al2O

36、3.2SiO2.2H2O+6NaOH+aq=2NaAlO2+2Na2SiO3+aq2NaAlO2+2Na2SiO3+aq = 3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O +4NaOH 添加石灰時(shí)3 Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O進(jìn)一步反應(yīng)生成含水鋁硅酸鈣。反應(yīng)方程式為：3Na2O.Al2O3.nSiO2.nH2O+3Ca(OH)2=3CaO.Al2O3.nSiO2(6-2n)H2O+6NaOH 不添加石灰，溶出一水硬鋁石時(shí)，SiO2成為鈉硅渣進(jìn)入赤泥中。添加石灰溶出一水硬鋁石時(shí)，還會(huì)生成水化石榴石。生產(chǎn)上稱含水鋁硅酸鈉為鈉硅渣，生成含水鋁硅酸鈉的反應(yīng)為脫硅反應(yīng)。含硅礦物能對(duì)氧化

37、鋁生產(chǎn)帶來危害。 SiO2造成的危害v由于SiO2的存在，溶出時(shí)造成氧化鋁和苛性堿的損失，生成的鋁硅酸鹽絕大多數(shù)進(jìn)到赤泥之中而排除。但還有少量仍殘留在溶液之中。在生產(chǎn)條件發(fā)生變化時(shí)，SiO2在溶液之中過飽和而析出，導(dǎo)致整個(gè)工廠管道和設(shè)備器壁上產(chǎn)生結(jié)疤，妨礙生產(chǎn)。殘留在鋁酸鈉溶液中的SiO2在分解對(duì)會(huì)隨同氫氧化鋁一起析出，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)過程要控制和減少SiO2的有害作用。 （2）含鐵礦物在溶出過程中的行為 鋁土礦中主要含有赤鐵礦(-Fe2O3)，菱鐵礦（FeCO3）針鐵礦(-FeOOH)和水赤鐵礦（Fe2O3-0.5H2O）等。 鋁土礦溶出時(shí)所有赤鐵礦全部殘留在赤泥中，成為赤泥的重要

38、組成部分。赤泥中以針鐵礦形式存在的Fe2O3，通常都具有不良的沉降和過濾性能。因此，在溶出時(shí)添加石灰促進(jìn)了針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦?？梢蕴岣哐趸X的溶出率，也改善了赤泥的沉降性能。 氧化鐵含量越多，赤泥量越大，則洗滌用水越多，因此水的蒸發(fā)量大，相應(yīng)赤泥分離設(shè)備、洗滌設(shè)備及蒸發(fā)設(shè)備相應(yīng)增多，提高了產(chǎn)品成本。 在生產(chǎn)溶液中往往含有23毫克/升以鐵酸鈉形態(tài)溶解的鐵，還含有細(xì)度在3微米以下的含鐵礦物微粒，這些微粒很難濾除，則成為氫氧化鋁被鐵污染的來源。（3）含鈦礦物在溶出過程中的行為 鋁土礦含鈦礦物多以金紅石和銳鈦礦物存在。不加石灰時(shí)，含鈦礦物能引起氧化鋁溶出率降低和氧化鈉損失，還導(dǎo)致赤泥沉降性能變壞以及在

39、加熱設(shè)備表面形成結(jié)疤。 在溶出一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)，不添加石灰，氧化鈦與堿作用生成不溶性的鈦酸鈉3TiO2+2NaOH+aq=Na2O3TiO22.5H2O+aq 鈦酸鈉結(jié)晶致密，在礦粒表面形成一致密薄膜，把礦粒包裹起來，阻礙一水硬鋁石的溶出。由于三水鋁石易溶解，在鈦酸鈉生成之前已經(jīng)溶解完畢，所以 TiO2不影響三水鋁石的溶出。 一水鋁石型鋁土礦，則受到一定程度的影響。生產(chǎn)中為了消除氧化鈦在溶出過程中的危害，一般采用添加石灰的辦法，使TiO2與CaO作用生成不溶解的鈦酸鈣：2CaOTiO2十2H2O=2CaOTiO22H2O 由于鈦酸鈣結(jié)晶粗大松脆，易脫落，所以氧化鋁溶出不受影響，并且消除了生

40、成鈦酸鈉所造成的堿損失。 （4）含硫礦物在溶出過程中的行為 鋁土礦中硫主要以FeS2(黃鐵礦)的形式存在，另外，還有微量的CaSO42H2O(石膏)、BaSO4(重晶石)、黃鐵礦的同素異晶體白鐵礦、磁黃鐵礦Fe1-nS、以及銅和鋅的硫化物CuFeS2（黃銅礦）、ZnS（閃鋅礦）等等。 硫向鋁酸鈉溶液中轉(zhuǎn)移的情況與含硫礦物的種類及反應(yīng)條件有關(guān)。鐵的硫化物容易與堿液反應(yīng)，其反應(yīng)能力順序：膠黃鐵礦（含砷黃鐵礦）磁黃鐵礦白鐵礦黃鐵礦 黃鐵礦與堿液的反應(yīng)可用下列反應(yīng)式來描述：8FeS2+3NaOH=4Fe2O3+14Na2S+NaS2O3+15H2O6FeS2+22NaOH+2Fe2O3+10Na2S+

41、Na2S2O3+11H2O3FeS2+8NaOH=Fe3O4+2Na2S+2Na2S2+4H2O 黃鐵礦與堿液的反應(yīng)速度取決于在反應(yīng)物（磁赤鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦）層中的擴(kuò)散速度。在鋁土礦濕磨以及預(yù)熱（150）階段，就能很快在黃鐵礦顆粒表面形成致密的氧化鐵屏蔽層。 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁進(jìn)入溶程中的硫，除來自鋁土礦外，還有石灰、苛性鈉、赤泥洗水以及焙燒氧化鋁用的重油。有不同工序的鋁酸鈉溶液中硫離子狀態(tài)是不同的，這是由于硫有著復(fù)雜的氧化、還原過程的緣故。 在溶出過程中很容易生成二硫化鈉，它不穩(wěn)定，依下式發(fā)生反應(yīng)：4Na2S2+6NaOH=6Na2S+Na2S2O3+3H2O 二硫化鈉也很容易被氧化：Na

42、2S+Na2SO3+0.5O2+H2O=Na2S2O3+2NaOH 在230-235下溶出條件下，或在強(qiáng)氧化劑條件下，Na2S2O3才會(huì)進(jìn)行下一步反應(yīng)：3Na2S2O3+6NaOH=2Na2S+4Na2SO3+3H2ONa2S2O3+2NaOH=Na2S+Na2SO4+H2O 鋁酸鈉溶液被鐵污染，主要是硫化物形態(tài)造成的。在低溫下，S2-起著分散劑的作用，使黃鐵礦分解生成的赤鐵礦、磁鐵礦、以膠體形態(tài)進(jìn)入進(jìn)入溶液。在高溫溶出時(shí)，硫化鈉和二硫化鈉與鐵作用，生成羥基硫代鐵酸鈉Na2FeS2(OH)22H2O，其溶解度大于羥基鐵酸鈉NaFe(OH)4、硫化鐵、多硫化鐵和氫氧化鐵。 反應(yīng)式如下：Fe2O3

43、+2Na2S+5H2O=Na2FeS2(OH)22H2O+Fe(OH)2+2NaOHFe(OH)2+Na2S2+2H2O= Na2FeS2(OH)22H2O（5）碳酸鹽在溶出過程中的行為碳酸鹽來源：礦石與石灰溶出過程中常見的碳酸鹽：CaCO3、MgCO3、FeCO3碳酸鹽在高溫高壓溶出過程中，與苛性堿溶液發(fā)生如下反應(yīng)：CaCO3+2NaOH=Ca(OH)2+Na2CO3MgCO3+2NaOH=Mg(OH)2+Na2CO3FeCO3+2NaOH=Fe(OH)2+Na2CO3碳酸鈣與堿液反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，該反應(yīng)方向的決定因素為碳酸鈣和氫氧化鈣的溶解度。OH-濃度較低時(shí)，該反應(yīng)向左進(jìn)行，當(dāng)OH-濃度

44、較高時(shí)，該反應(yīng)向右進(jìn)行，該反應(yīng)又叫反苛化反應(yīng)。（6）溶出添加劑石灰 目前，在工業(yè)上不僅在處理一水硬鋁石型鋁土礦時(shí)需要添加石灰，處理一水軟鋁石和三水鋁石型鋁土礦也普遍添加少量石灰。添加石灰的作用如下：在一水硬鋁石型鋁土礦的溶出過程中，添加石灰的作用首先在于消除鈦礦物的危害作用。添加石灰避免了鈦酸鈉的生成及其對(duì)一水硬鋁石表面的吸附和覆蓋，從而消除了TiO2對(duì)一水硬鋁石的阻滯作用；促進(jìn)針鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦，使其中的Al2O3充分溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善；可減少堿的消耗。加入石灰后一部分SiO2轉(zhuǎn)變成水化石榴石，以水合鋁硅酸鈉狀態(tài)存在的SiO2減少，降低了赤泥中的鈉硅比，從而降低堿耗；可以使溶液

45、中的磷、釩、鉻、氟和有機(jī)物等雜質(zhì)變成相應(yīng)的鈣鹽排出，使鋁酸鈉溶液得到一定程度的凈化。石灰添加量越大，越有利于鋁酸鈉溶液中雜質(zhì)含量的降低。三、鋁土礦溶出過程的結(jié)疤拜耳法過程結(jié)疤可分為四大類：（1）因溶液分解而產(chǎn)生，以Al(OH)3為主，主要在赤泥分離沉降槽、赤泥洗滌沉降糟、分解槽等設(shè)備的器壁上生成。視條件不同，可以是三水鋁石、拜耳石、諾爾石，一水軟鋁石及膠體。（2）由溶液脫硅以及鋁土礦與溶液間反應(yīng)而產(chǎn)生。如鈉硅渣，水化石榴石等。此類結(jié)疤主要是在礦漿預(yù)熱，溶出過程及母液蒸發(fā)過程中出現(xiàn)。其結(jié)晶形態(tài)與溫度、溶液組成、時(shí)間等多種因素有關(guān)。（3）因鋁土礦中含鈦礦物在拜耳法高溫溶出過程中與添加劑及溶液反應(yīng)而

46、生成。主要成份為鈦酸鈣CaOTiO2和羥基鈦酸鈣CaTi2 O4(OH)2。這類結(jié)疤主要在高溫區(qū)生成。（4）除上述三種以外的結(jié)疤成分，如一水硬鋁石、鐵礦物、磷酸鹽、含鎂礦物、氟化物及草酸鹽等。這類結(jié)疤相對(duì)較少。結(jié)疤的實(shí)際礦物組成則更復(fù)雜，如在鈣鈦礦的結(jié)疤中含有相當(dāng)量的鋯、鈮和釔。結(jié)疤的危害 在氧化鋁生產(chǎn)過程中,結(jié)疤形成和危害比較復(fù)雜。對(duì)氧化鋁生產(chǎn)帶來的危害主要是使熱交換設(shè)備的傳熱系數(shù)下降，能耗升高，造成生產(chǎn)成本增加。當(dāng)加熱面的結(jié)疤厚達(dá)1 mm 時(shí)，為達(dá)到相同的加熱效果，必須增加一倍的傳熱面積，或者相應(yīng)地提高熱介質(zhì)溫度。結(jié)疤能直接影響生產(chǎn)工藝、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。結(jié)疤的清除方法 根據(jù)結(jié)疤成分和性質(zhì)的不

47、同以及預(yù)熱溶出設(shè)備的類型及特點(diǎn)，可以選用不同的結(jié)疤清除方法。這些方法主要包括機(jī)械法、流體力學(xué)法、化學(xué)法及熱法。機(jī)械清除法機(jī)械清除法 此方法主要用于清除大容積設(shè)備和管道內(nèi)的結(jié)疤?？梢圆捎勉姷队蔑L(fēng)動(dòng)裝置經(jīng)軟管驅(qū)動(dòng)，穿過每根熱交換管破碎結(jié)疤，然后用水將其沖洗掉。也可用硬質(zhì)合金制作的風(fēng)鉆，經(jīng)組裝的空心鉆桿風(fēng)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，空心鉆桿內(nèi)通水，鉆頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)清除結(jié)疤。 機(jī)械清除法所用設(shè)備較為復(fù)雜，使用時(shí)操作勞動(dòng)強(qiáng)度也較大。流體力學(xué)清除法流體力學(xué)清除法 用特制的噴頭碰射出高壓水流沖擊結(jié)疤，能夠有效地將其清除。此方法已廣泛用于清除管式換熱器中的結(jié)疤。 流體力學(xué)清除法清除結(jié)疤的過程如下：把帶膠管的噴頭放入管內(nèi)，開水泵后，高

48、壓水經(jīng)噴頭上的小孔向四周稍后的方向噴射，一方面擊碎結(jié)疤，一方面自動(dòng)緩慢前進(jìn)，直至全管清除完畢。 噴射過程中水流的直徑和水力參數(shù)不斷變化?？蓪姵龅乃鞣譃槿危撼鰢娮鞎r(shí)的水流，而后被空氣分割成數(shù)股小的水流，最后變成一束水流。一般是用中間段來沖擊結(jié)疤?；瘜W(xué)清除法化學(xué)清除法 化學(xué)清除法的基本過程是，某些結(jié)疤物質(zhì)先進(jìn)行全部或部分化學(xué)溶解、打碎結(jié)疤、隨溶劑流帶出結(jié)疤碎塊。為了得到好的清除效果，除選擇合適的循環(huán)運(yùn)行的溶劑外，還應(yīng)具有較高的清洗流速和溫度。 化學(xué)清除法包括堿清除法和酸清除法。堿清除法主要用于清除氫氧化鋁和純堿類結(jié)疤。酸清除法被廣泛用于氧化鋁廠。對(duì)于硅渣結(jié)疤和鎂渣結(jié)疤可以用5%-15%的硫酸

49、或10%的鹽酸清洗，若同時(shí)添加氟化鹽，則清洗效果更好。對(duì)于高溫鈦渣結(jié)疤，還應(yīng)在酸中加入1.5%-2.5%的氫氟酸。為了避免氟化氫的危害，也可用氟化鈉代替，但清洗效果要差些。 與機(jī)械清除法和水力學(xué)清除法相比，化學(xué)清除法的主要優(yōu)點(diǎn)是：不需要拆卸被清洗結(jié)疤的設(shè)備，對(duì)難以觸及的地方也能清理，清除效率高、成本低、勞動(dòng)強(qiáng)度小。 缺點(diǎn)是需要添加出結(jié)疤的溶劑，這不僅增加了成本，某些溶劑還會(huì)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。為了防止酸腐蝕設(shè)備，一般要加入若丁作緩沖劑，其用量為酸液量的0.5%-1.0%。同時(shí)需要控制酸洗溫度不超過75。熱法熱法 熱法又稱火法，是用火焰將金屬壁或結(jié)疤加熱，利用兩者線膨脹系數(shù)不同，而使結(jié)疤崩碎脫落

50、。這種方法的缺點(diǎn)是，當(dāng)設(shè)備內(nèi)有多層加熱管時(shí)，內(nèi)層結(jié)疤無法清理。此外，由于結(jié)疤厚薄不勻，容易燒壞金屬管。操作也較困難。將金屬壁加熱到300-400，可使凹形內(nèi)表面上的結(jié)疤幾句崩碎。這種方法只適合用于清除彎頭等小型零部件上的結(jié)疤。四、溶出過程主要設(shè)備 右圖是蒸汽直接加熱的溶出器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。壓煮溶出器是由一定厚度的鍋爐鋼板焊接成的封閉筒體，頂部為半球面體，其上有進(jìn)料管、不凝性氣體排出管及出料管；底部為截頭圓錐體，其中有蒸汽管，蒸汽噴頭及套筒；筒體上部設(shè)有人孔；簡(jiǎn)體外部覆蓋輕質(zhì)保溫層。蒸 氣 直 接 加 熱 的 高 壓 溶 出 器 簡(jiǎn) 圖1 - 蒸 氣 管 ； 2 - 套 筒 ； 3 - 蒸 氣 噴 頭

51、 ? 3 5 0 m m4 - 出 料 管 ? 1 8 4 1 2 m m ； 5 - 人 孔 ；6 - 不 凝 性 氣 體 排 出 管 ? 7 5 3 . 5 m m蒸 氣進(jìn) 料出 料機(jī)械攪拌高壓溶出器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖緩沖器緩沖器上方有一套通入高壓壓縮空氣的系統(tǒng)，當(dāng)料位高時(shí)，自動(dòng)充氣閥的打開，壓縮空氣進(jìn)入緩沖器，料為過低時(shí)，自動(dòng)排氣閥打開，緩沖器上方的壓縮空氣排出，這樣保持了緩沖器壓力和料位的平穩(wěn)；同時(shí)緩沖器的壓力及料位與隔膜泵建立了連鎖，如果壓力超壓或料位超高，隔膜泵自動(dòng)停止，為溶出機(jī)組的安全運(yùn)行提供了安全保護(hù)。 單 管v在單套管預(yù)熱段，料漿走內(nèi)管，閃蒸后的二次蒸汽對(duì)應(yīng)加熱五級(jí)單管，蒸汽走外管與內(nèi)

52、管之間的夾套，料漿溫度從進(jìn)口的85左右，經(jīng)過單管預(yù)熱之后達(dá)到160左右。溶出料漿溶出料漿二次蒸汽二次蒸汽預(yù)熱壓煮器v預(yù)熱壓煮器管束內(nèi)的蒸汽是來自對(duì)應(yīng)閃蒸槽來的二次蒸汽，經(jīng)過預(yù)熱后，礦漿溫度達(dá)到大于190。每臺(tái)壓煮器都有攪拌機(jī)，攪拌的目的是防止料漿沉淀同時(shí)改善換熱。使用6臺(tái)預(yù)熱壓煮器，在線4（5）臺(tái)，備用2臺(tái)。冷凝水冷凝水不凝汽不凝汽圖圖3：加熱管束示意圖：加熱管束示意圖上環(huán)管上環(huán)管下環(huán)管下環(huán)管蒸汽蒸汽加熱壓煮器v規(guī)格型號(hào)與預(yù)熱壓煮器基本相同，管束里用來?yè)Q熱的蒸汽是來自熱電廠鍋爐的60bar新蒸汽，在加熱段的前幾個(gè)壓煮器基本上達(dá)到了溶出反應(yīng)溫度，后幾臺(tái)壓煮器通進(jìn)的少量蒸汽主要是補(bǔ)充溶出反應(yīng)進(jìn)行時(shí)

53、的反應(yīng)熱和散熱損失。停留壓煮器v停留壓煮器前面兩到三個(gè)是帶有加熱面積一定的加熱管束,作用是補(bǔ)充溶出反應(yīng)熱和散熱損失，接著是不帶加熱管束只有攪拌機(jī)的壓煮器，只是讓料漿有個(gè)緩沖的空間，起到延長(zhǎng)溶出化學(xué)反應(yīng)時(shí)間的作用。 自蒸發(fā)器（閃蒸槽）v溶出有11臺(tái)自蒸發(fā)器，在線10臺(tái)，備用1臺(tái)。自蒸發(fā)器的壓力隨著級(jí)數(shù)的降低而降低，容積是隨著級(jí)數(shù)的降低而增大。它的壓力和液位通過預(yù)先安裝好的孔板和頂部的二次汽閥的開度及相應(yīng)的預(yù)熱器冷凝水疏水閥的開度控制。自蒸發(fā)器的作用就是礦漿降溫降壓，閃蒸出來的二次蒸汽用來預(yù)熱相應(yīng)的預(yù)熱級(jí)的料漿。2m蒸蒸 汽汽料 漿料 漿圖 4： 閃 蒸 槽 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖閃蒸槽結(jié)構(gòu)示意圖冷凝

54、水罐v冷凝水罐的作用是收集預(yù)熱器和加熱器的冷凝水，預(yù)熱段冷凝水由級(jí)別高的往級(jí)別低的流動(dòng)，冷凝水罐閃蒸出來的蒸汽用來加熱下一級(jí)預(yù)熱器，冷凝水壓力隨著在各級(jí)冷凝水罐的閃蒸后，壓力降至1bar左右，最后通過冷凝水泵送到沉降。而加熱斷的冷凝水被冷凝水罐收集后，進(jìn)入好水或壞水閃蒸槽，閃蒸出來的6bar蒸汽并入6bar汽管網(wǎng)，用于蒸發(fā)預(yù)熱或沉降，電導(dǎo)率合格的冷凝水送往熱電，由于加熱管束破損等原因，造成含堿濃度超標(biāo)的送往沉降。1.選礦拜耳法 選礦-拜耳法是指在拜耳法生產(chǎn)流程中增設(shè)選礦過程，以處理高硅鋁土礦的氧化鋁生產(chǎn)方法。 a.選礦-拜耳法工藝流程簡(jiǎn)單、工程建設(shè)投資費(fèi)用比混聯(lián)法節(jié)省三分之一左在； b.選礦-

55、拜耳法工藝雖然由于增加了鋁土礦的浮選過程而增加了選礦費(fèi)用，但由于該工藝沒有高熱耗的熟料燒結(jié)過程及相應(yīng)的濕法系統(tǒng)，可大幅度節(jié)省能源，并使經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低于混聯(lián)法。五、其他拜耳法氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)介主要選礦方法v正浮選方法 自70年代初，我國(guó)對(duì)一水硬鋁石礦進(jìn)行了許多小型浮選脫硅試驗(yàn)，一般磨礦細(xì)度為95%98%-0 074mm，甚至更細(xì)，用碳酸鈉和氫氧化鈉調(diào)整pH至9左右,采用六偏磷酸鈉、硅酸鈉、腐植酸鹽、木質(zhì)素和硫化鈉等作分散劑，常氧化石臘皂與塔爾油(多為4 1)或癸二酸下腳粒的脂肪酸等作捕收劑，流程多為二次粗選-精選。 純礦物有可浮選性研究表明,采用油酸鈉作捕收劑，在pH9左右時(shí)(與通常試驗(yàn)采用的pH值

56、相近)，-10m粒級(jí)高嶺石的可浮選性遠(yuǎn)高于粗粒級(jí),上浮率達(dá)80%左右，難免離子(如Ca2+、Fe3+、Al3+等)對(duì)其有明顯的活化作用。并且六偏磷酸鈉對(duì)-10m粒級(jí)高嶺石抑制作用相對(duì)較弱。因此,應(yīng)盡可能減少細(xì)粒高嶺石的產(chǎn)生，或采用藥劑抑制其上浮。 v反浮選法 我國(guó)鋁土礦脫硅反浮選成功的實(shí)例未見報(bào)道，這可能與我國(guó)一水硬鋁石礦的性質(zhì)有關(guān)。其主要原因可能是： 含硅礦物種類繁多,可浮選性差異較大； 大部分含硅礦物溶解時(shí),產(chǎn)生硅酸鹽類物質(zhì)或膠體，抑制礦物上?。?由于選擇性碎解作用,使含硅礦物粒度細(xì)微,不易上?。?含硅礦物多為層狀結(jié)構(gòu),層面與端面的電性差異較大,易發(fā)生聚團(tuán),影響可浮性。鋁土礦反浮選脫硅研究

57、工作尚在進(jìn)一步深入研究之中。 浮選過程流程圖礦石品位與氧化鋁生產(chǎn)能耗關(guān)系礦石品位與氧化鋁生產(chǎn)物料關(guān)系2.石灰-拜耳法234223222()3()3(62 )2(1)xNa SiONaAl OHCa OHaqCaOAl OxSiOx H Ox NaOH 石灰拜耳法用于處理我國(guó)高品位的一水硬鋁石礦，包括由選礦拜耳法得到的高品位礦，同樣可以取得優(yōu)于常規(guī)拜耳法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。用石灰拜耳法處理選精礦，可取得優(yōu)于用常規(guī)拜耳法處理選精礦的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，縮小我國(guó)與國(guó)際同行在氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)上的差距，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。 不同拜耳法指標(biāo)比較比較項(xiàng)目石灰拜耳法選礦拜耳法拜耳法（蘋果鋁廠）拜耳法（澳

58、大利亞）鋁土礦成分Al2O3 %64.664.663.555.0SiO2 %11.2911.294.235.6A/S5.725.72159.82鋁礦類型一水硬鋁石一水硬鋁石一水硬鋁石三水鋁石主要消耗指標(biāo)（以1t產(chǎn)品氧化鋁計(jì)）鋁礦，t2.1602.1191.8942.1石灰石，t0.7800.2430.450.054堿耗，kg（100%NaOH）80.090.073.995.3氧化鋁實(shí)收率，%73.772.583.186.6工藝能耗，GJ16.516.115.7811.7拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法1.并聯(lián)法并聯(lián)法 并聯(lián)法包括拜耳法和燒結(jié)法兩個(gè)平行的生產(chǎn)系統(tǒng)，以拜耳法處理鋁土礦，以燒結(jié)法處理高硅鋁土礦或霞石

59、等低品位鋁土礦。但也有的廠燒結(jié)系統(tǒng)采用低硅鋁土礦，此時(shí)燒結(jié)法爐料中不配入石灰，即采用所謂兩組分爐料（鋁土礦與碳酸鈉）。燒結(jié)法系統(tǒng)的溶液并入拜耳法系統(tǒng)，以補(bǔ)償拜耳法系統(tǒng)的苛性堿損失。并聯(lián)法工藝流程并聯(lián)法的主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）可以在處理優(yōu)質(zhì)鋁土礦的同時(shí)，處理一些低品位鋁土礦，充分利用本地區(qū)礦石資源。（2）種分母液蒸發(fā)時(shí)析出的一水碳酸鈉直接送外燒結(jié)法系統(tǒng)配料，因而取消了拜耳法的碳酸鈉苛化工序，從而也就免除了苛化所奪得稀堿液的蒸發(fā)過程。同時(shí)，一水碳酸鈉吸附的大量有機(jī)物可在燒結(jié)法中燒掉，因而避免了有機(jī)物對(duì)拜耳法某些工序的不良影響。當(dāng)鋁土礦中有機(jī)物含量高時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。（3）生產(chǎn)過程中的全部堿損失都用價(jià)

60、格較低的碳酸鈉補(bǔ)充，這比用苛性堿要經(jīng)濟(jì)（以Na2O計(jì)，我國(guó)體內(nèi)酸鈉與苛性堿的比價(jià)為1：1.8）。實(shí)踐證明，當(dāng)其它條件相同時(shí)，并聯(lián)法的產(chǎn)品成本低于單一的拜耳法。有的資料指出，當(dāng)拜耳法系統(tǒng)處理的鋁土礦的鋁硅比低于15及CO2含量高于1.6%時(shí)，并聯(lián)法經(jīng)濟(jì)效果更為顯著。并聯(lián)法的缺點(diǎn)主要有：（1）用鋁酸鈉溶液代替純苛性堿補(bǔ)償拜耳法系統(tǒng)的苛性堿損失，使得拜爾法各工序的循環(huán)堿量增加，從而對(duì)各工序的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有所影響。（2）工藝流程比較簡(jiǎn)單。拜耳法系統(tǒng)的生產(chǎn)受燒結(jié)法系統(tǒng)的影響和制約，必須有足夠的循環(huán)母液儲(chǔ)量，以免在燒結(jié)法系統(tǒng)因某種原因不能供應(yīng)拜耳法系統(tǒng)以足夠的鋁酸鈉溶液時(shí)使拜耳法系統(tǒng)減產(chǎn)。2.串聯(lián)法串聯(lián)法