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摘要：我国铝土矿多为高铝高硅一水硬铝石型，铝硅比在5～8品位中低品位矿石中占80%以上，拜耳法经济有效。氧化铝生产难度大，为了提高我国氧化铝工业的竞争力，必须优化拜耳法氧化铝的生产工艺，降低碱耗。本文介绍了近年来国内外学者在降低碱耗方面的主要添加剂和溶解工艺。
关键词：氧化铝；拜耳法；降低碱耗
1 概述
中国约90%的氧化铝厂使用拜耳法生产氧化铝。近年来，随着我国铝工业的快速发展，氧化铝生产能力迅速提高，导致铝土矿品位下降。拜耳法铝土矿品位越低，SiO2含量越高，碱耗越大。碱耗是决定拜耳法氧化铝生产成本的重要因素之一，尤其是处理高硅铝土矿时。所以，有效降低碱耗对于企业降低生产成本、提高盈利能力具有重要意义。
1.1 氧化铝生产的基本方法
氧化铝是典型的两性氧化物，所以理论上氧化铝可以用碱性溶液或酸性溶液溶解铝土矿中的氧化铝溶液。氧化铝的生产方法大致可分为碱法、酸法、酸碱结合法和热法。然而，工业上只使用碱法，生产氧化铝的碱法如下所示。
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图1 氧化铝碱法生产图
1.2 拜耳法生产氧化铝的碱耗
拜耳法生产氧化铝过程中碱的消耗是一个重要的技术经济指标，一直接影响氧化铝企业的经济效益，在一定程度上能反映氧化铝厂的技术水平和管理水平。碱消耗量是指每吨氧化铝所消耗的粉煤灰或碱的量。碱的消耗主要由化学损耗和机械损耗两部分组成。拜耳过程中的碱被回收。在生产过程中，一部分碱与SiO2、TiO2等杂质结合成赤泥，称为化学损失。机械损耗由以下部分组成:未被红泥完全洗净并随红泥带走的碱；进入氢氧化铝晶体并从液体中被除去的碱;铝土矿在溶解过程中，生产过程中由于控制不当造成的溜、滴、漏，含硅矿物容易与碱反应形成硅酸钠渣，碱的损失是由赤泥射流造成的。因此，硅钠渣是引起碱耗的主要因素，而碱耗可以是赤泥钠硅比(N/S)表示。优质矿石在国外硅含量较低,基本上是在没有脱硅反应的过程中溶解。我国铝土矿的特点是高铝高硅，多为单一水铝石型矿石，纯拜耳法铝土矿的铝硅比(A/S)约为4-7。生产氧化铝的综合效果较差。为了提高我国氧化铝行业的竞争力，有必要优化拜耳法生产氧化铝的工艺，减少碱的消耗。本文介绍了近年来国内外学者对降低碱耗的研究。
2拜耳法的发展
1855年,法国化学家路易Le Chateli首次提出加热的混合物铝土矿和碳酸钠加热到1200°C形成铝酸钠,然后通过二氧化碳转化为铝酸钠溶液生产氢氧化铝方法。19世纪80年代，俄罗斯的纤维工业需要大量氧化铝作为媒染剂。在圣彼得堡工作的德国化学家卡尔?约瑟夫?拜耳(Carl Joseph Bayer)提出了拜耳法，并申请了专利。最重要的改进有两方面。一是只需要加入氢氧根。铝籽结晶时，氢氧化铝会从稀碱液中缓慢析出；其次，回收剩余的碱液，提高浓度，对新铝土矿进行再加工，实现连续生产。拜耳法提出后不久，就取代了勒夏特列厄法，并与霍尔-埃罗法结合使用，大大提高了铝的产量。
3 添加剂对降碱耗的作用
3.1石灰拜耳法降碱耗的研究
石灰拜耳法的实质是在传统拜耳法生产氧化铝的基础上增加石灰的添加量。低品位铝土矿具有节约碱耗、减缓结壳、提高溶解速率等优点；缺点是:加入大剂量石灰(相当于传统拜耳法)1.5-2倍，赤泥用量明显增加，赤泥中氧化铝损失增加，能耗略高于传统拜耳法。工业生产中使用的石灰主要由石灰石组成。一些石灰岩在燃烧过程中没有分解。这些未分解的碳酸钙与石灰反应进入拜耳过程并与碱反应。
在Na2CO3溶液中，水合石榴石可以分解成钠硅渣。因此，如果溶液中形成大量的Na2CO3，会增加红泥中硅钠渣的含量，从而造成碱的损失。解决这个问题的有效方法是增加石灰中的钙含量。有两种方法:（1）增加煅烧过程，提高石灰的煅烧质量，提高活性石灰含量。首先选择品位较高的石灰岩矿石，以保证合适的粒度和焦炭掺量;其次，控制煅烧过程中的温度、风压、石高等相关参数。（2）消化石灰，分离杂质，生产更纯净的石灰乳。用于石灰消化的方法有清水灰和碱液化灰。在实际生产中，净化后的粉煤灰稀释了循环碱溶液的浓度，从而增加了蒸发负担。循环母液液化灰分，既不会稀释循环碱液，也不会增加原浆体的碱度。通过在工艺中加入石灰乳，可以降低碳酸钙的抗苛化作用对拜耳工艺系统的不利影响，提高循环效率，提高氧化铝产量，减少碱的消耗。
3.2添加氧化镁的石灰拜耳法
刘桂花等人研究了氧化镁在铝酸钠溶液的反应行为通过分析硅脱硫渣的组成和成分的脱硅过程中钠硅酸钠溶液,并发现常压脱硅的条件下,氧化镁的形式存在于铝酸钠溶液,溶液的脱硅效果不明显,氧化镁对石灰脱硅有明显的促进作用，且石灰用量大。随着氧化镁用量的增加，溶液的脱硅速率逐渐增大。在高压脱硅条件下，氧化镁对石灰铝酸盐溶液脱硅没有明显的促进作用，但有显著的促进作用。降低脱硅渣的N/S。
3.3添加水化铁酸钙和铁酸钙
添加硅酸钙铁氧体的拜耳新工艺是指在传统拜耳工艺溶解过程中加入一定量的水化铁酸钙。李新华等采用拜耳法研究了硅酸钙铁氧体作为添加剂溶解中质氧化铝。结果表明，随着硅酸钙铁氧体含量的增加，溶解度降低;随着剂量比的降低，溶蚀时间增加，溶蚀时间增加，赤泥溶蚀减少;采用拜耳法对河南矿进行溶矿，并根据溶矿量加入水化钙铁氧体。在溶解温度和溶解时间条件下，得到的赤泥溶解，溶解赤泥的沉降性能良好。由此可见，添加水化铁酸钙的拜耳新工艺在降低赤泥溶出方面具有显著效果，更适合我国低品位一水硬体型蒙脱石的处理。无论是水化铁酸钙还是拜耳法添加铁酸钙，从溶解结果来看，都能显著降低碱的消耗，提高溶解速率，但水化铁酸钙和铁酸钙的制备工艺较为复杂。此外，制备的添加剂产品质量不易控制，添加量大于简单添加石灰的质量，也会占用碱液的一部分，降低了生产效率。但是，新添加剂的研制为拜耳法降低碱的消耗提供了研究一个新的想法。
4 溶出工艺的优化
4.1改变石灰添加点的研究
学者陈文汨认为，在工业生产石灰拜耳法中，添加石灰的方式分为两种:添加前预加石灰，即石灰与矿石在溶解前通过配矿方式磨成浆体;加入石灰后，通过改变石灰乳的添加点，将浆料预热至溶解温度后加入钙化法制备的石灰乳进行拜耳溶解研究。结果表明:在溶出温度中加入石灰乳降低了碱的消耗效果。可见，在预热温度区加入石灰乳对降低碱的消耗有一定的效果，但降低幅度不大。后期闪蒸温度区添加石灰乳对降低碱的消耗没有作用，甚至会增加碱的消耗。
4.2二段法溶出工艺
降低石灰拜耳法碱耗的关键是铝土矿中的硅矿物不形成水化铝硅酸盐，而是产生水化石榴石，不造成碱损失。通过研究发现，溶解期前形成的水化石榴石渣在高温下溶解后不转化为水化铝硅酸盐，说明如果铝土矿在溶解前溶解，则水化石榴石不会溶解在高温碱液中。将中间的硅矿物尽量转化为水合石榴石，为降低碱的消耗，设计了两阶段溶解工艺，并将生产低碱脱硅产品以降低赤泥碱消耗的方法分为两个阶段。第一阶段采用高低碱溶液(即铝溶液)对铝土矿进行预脱硅;第二阶段，加入高碱浓度溶液(即浓度后循环母液)。
结 语
本文通过梳理国内外相关学术研究成果，介绍了近年来国内外学者在降低碱耗方面的主要主要研究成果。通过梳理，以期进一步促进氧化铝生产过程中的碱耗，助力企业经济效益的提升。
参考文献
[1]陈文汨,彭秋燕,黄伟光,李云峰.改变拜耳法预脱硅工艺降低赤泥化学结合碱的研究[J].轻金属,2010,(6):7-10,17.
[2]刘桂华,刘云峰,李小斌,彭志宏,周秋生,徐华军.拜耳法溶出过程降低赤泥碱耗[J].中国有色金属学报,2006,16(3):555-559.
[3]韦忠平.降低高硅铝土矿拜耳法生产氧化铝碱耗的研究[J].中国科技博览,2012,(29):234.
论文作者:蒙振长
论文发表刊物:《防护工程》2019年20期
论文发表时间:2020/3/7
标签：氧化铝论文; 石灰论文; 拜耳论文; 铝土矿论文; 溶液论文; 水化论文; 消耗论文; 《防护工程》2019年20期论文;