第一篇拜耳法生产氧化拜铝第一章绪论从19世纪初开始，从金属的概念中分离出轻金属，所谓轻金属，通常指比重小于3.5的金属，一般指铝、镁、铍和碱金属和碱土金属。

轻金属同氧、卤族元素、硫和碳的化合物都非常稳定，都是负电性很强的元素。

轻金属性能优越，用途广泛，可以同其他金属构成合金，在工业上得到广泛的应用。

轻金属资源极其丰富，在地壳中其含量为：AI2O3：15﹪，Fe2O3：2.5%，FeO：6.0﹪,CaO：8.4﹪,MgO：3.15﹪,NaO：2.5﹪,K2O：1.7﹪。

目前已探明的铝土矿资源已大250亿吨，随着科技的发展，还会探明一些铝土矿资源，目前轻金属发展的前景是很大的。

•氧化铝生产概述•随着铝工业快速发展,氧化铝生产已经发展成为一个大型的工业部门,氧化铝产量迅速增长,到本世纪末世界氧化铝产量已达到6000万吨,主要产氧化铝大国有澳大利亚、美国、俄罗斯、印度尼西亚。

世界上最大的氧化铝厂是澳大利亚的格拉德期通厂，其年产能是270万吨。

我国近年来氧化铝工业发展迅速，有六大氧化铝厂：郑州铝厂、中州铝厂、贵州铝厂、山西铝厂、苹果铝业公司、山东铝业公司。

中国氧化铝生产能力近500万吨/年，预计十五期间可达600万吨/年。

氧化铝主要用于电解铝工业，随着科技的发展，非金属用铝得到迅速发展，特别是在电子、石油、化工、耐活材料、陶瓷等部门，目前非金属用氧化铝量已占其总产量的10﹪以上，现仅多品种氧化铝就达200多种。

氧化铝生产绝大部分采用铝土矿为原料，铝土矿储量最丰富的国家有几内亚、澳大利亚、巴西等国，近来亚洲印度、越南也发现了大量的铝土矿床，而霞石和明矾石也是生产氧化铝的优质原料。

当今世界上95﹪以上氧化铝是由拜耳法生产的，5﹪的氧化铝是拜耳-烧结联合法生产，这些生产方法都属于碱法生产氧化铝的范围。

随着科技的发展，世界上各大氧化铝厂都广泛采用高新技术工艺，设备朝大型化、自动化方向发展，使氧化铝生产成本大幅度降低，国外某些厂家其氧化铝生产成本仅80-120美元/t-AI2O3。

•氧化铝及水和物性质•一、氧化铝性质（氧化铝又称无水氧化铝）1、白色晶体；分子式为AI2O3，分子量为102，为两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，由于其结晶形式不同，在无机酸和碱性溶液中的溶解度也不同。

2、氧化铝有四种同素异构体：即：α—AI2O3，β－AI2O3，γ－AI2O3，δ－AI2O3四种，而常见的仅有α－AI2O3，和γ－AI2O3。

α—AI2O3是AI(OH)3在较高温度下焙烧的产物，其反应式为：AI(OH)31000－1200℃α-- AI2O3+3H2O↑α—AI2O3性质稳定，在常温下不同酸和碱发生反应。

α—AI2O3：熔点：2050℃，沸点：2900℃比重：3.9—4.0g/cm3，硬度大，仅次于金刚石。

γ—AI2O3是AI(OH)3在较低温度下焙烧产物。

AI(OH)3500—900℃γ—AI2O3+3H2O↑其化学性活泼易同无机酸和碱发生反应，γ－AI2O3吸水性强，比表面积大，其真比重为3.42g/cm3.β－AI2O3一般极少见，仅在Na2O-AI2O3-SiO2系熔盐中析出的产物,一般在电解铝电解槽底碳块缝中发现有β－AI2O3.γ－AI2O3是酸法生产AI2O3如AICI3·6H2O在200℃以下加温时有δ－AI2O3析出，若温度超过200℃又转变为γ－AI2O3。

二、氧化铝水合物及性质在自然界中AI2O3-H2O系的结晶化合物有三种：三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石，其分子式为：三水铝石：AI(OH)3或AI2O3·3H2O一水软铝石：γ－AIOOH或γ－AI2O3·H2O一水硬铝石：α—AIOOH或α－AI2O3·H2O物理性质：比重和硬度是按下列次序递增的：三水铝石→一水软铝石→一水硬铝石→刚玉硬度（莫氏）2.5-3.0 3.5-4.0 6-7 9比中 2.3-2.4 3.0 3.3-3.5 3.9-4.0化学性质：典型的两性化合物，可溶于无机酸和碱性溶液中，但溶解度随温度、碱浓度不同而异。

由于氧化铝水化合物性质决定了制取氧化铝可用碱法或酸法，但酸法制造工艺复杂，设备要求耐酸，因此，一般不采用。

•氧化铝拜耳法生产简介•世界上95％以上的AI2O3均是拜耳法生产的，所谓拜耳法是奥地利人拜耳于1887﹣1892年所发明的，因此命为拜耳法。

拜耳法在处理低硅铝土矿（一般要求矿石A/S>7），特别是处理三水型铝土矿时，流程简单，产品质量好、能耗低、成本低。

因而得到广泛利用。

一、拜耳法的基本原理有两条；1、用N a OH溶液溶铝矿,所得到的铝酸钠在添加晶种、不断搅拌的条件下,溶液中的氧化铝便呈氢氧化铝析出.2、分解得到的母液,经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的铝土矿.交替使用着两个过程,就能够每处一批矿石便得到一批氢氧化铝,构成所谓的拜耳法循环.二、拜耳法生产的实质就是使下一反应在不同条件朝不同方向交替进行.AL2O3(1或3)H2O+2N aOH+aq<=>2N aAl(OH)4+aq首先是高温下在压煮器中用氢氧化铝钠溶液溶出铝土矿将其中的氧化铝水合物溶浸出来，使反应向右进行，得到铝酸钠溶液，杂质则进入残渣中，往彻底分离赤泥后的铝酸钠溶液中添加晶种，使反应向做进行析出氢氧化铝，分解后的母液在返回溶出下一批矿石氢氧化铝经培烧后便得到产品氧化铝。

拜耳法生产氧化铝的工艺流程是由许多工序组成的，其中主要有：矿浆制备矿浆溶出的稀释、赤泥分离、洗绦，粗液精制、晶种分解，AL（OH）3分离、洗绦、分解母液蒸发等工序，而各工序控制的温度、浓度、苛性比值都不相同。

三、拜而法溶出工艺的选择：主要根据矿石形态不同选用不同的溶出工艺制度。

1、欧洲的拜耳法；对于难溶出的欧洲行的客斯特一水软铝石和一水硬铝石型矿石。

溶出条件：溶出温度：200-260ºＣ调配液Na2OK：>200g/I平衡ak：1.32溶出时间：10-30分钟最终溶出液：ak：1.372、美洲拜耳法：红土型三水铝石。

溶出条件：温度：145ºＣ调配液NK：230g/I平衡ak：1.28溶出时间：30-60分钟最终ak：1.303、一水硬铝石：苛性碱浓度：N a2O 340g/I平衡A/C值：0.71 相当于αk：1.35溶出时间：30-60分钟A/C允许实际差值：0.06 相当于ak：141-1.30 最终A/C值：0.65 相当于αk：1.48四、溶出工艺的目的1、以高产出率有效地提取铝土矿的氧化铝。

2、使溶液充分脱硅，避免过量的SiO2影响，把苛性碱的消耗减至最少。

五、三水铝石的低温溶出方案：典型的溶出温度为145℃，更高的溶出温度会导致已溶解的三水铝石以一水软铝石的形态结晶析出，而一水软铝石在130℃以上较稳定，典型的溶出时间为30—60分钟，主要是为了使溶液发生充分的脱硅，对于某一给定的赤泥洗涤条件，由于溶出过程自蒸发量少，所以低温溶出氧化铝厂需要更高的蒸发能力。

我厂就是利用外国进口优质三水铝石进行低温溶出生产氧化铝的：溶出条件：溶出温度：140—145℃调配液NK：170—180g/l溶出时间：7—10分钟保温脱硅时间：60—80分钟最终溶出液：ak：1.40—1.50我厂采管道化溶出器处理三水铝石，管道化溶出器是国内第一次采用在拜耳法生产上，其基本原理是单流法，套管间接加热，矿浆同蒸汽逆向流动，矿浆用自蒸发器的二次蒸汽和新蒸汽预热提温到145℃，再经过四级保温罐串联使用达到溶出、脱硅的目的。

六、国内处理一水硬铝石溶出方案：单管道化预热+高压釜溶出流程。

山西铝厂和苹果铝业公司从法国引入单管预热—高压釜溶出技术、溶出温度260℃，间接加热，管道化反应器预热矿浆。

溶出流程具有结构紧凑，热利用率高，产能大（450M3/H矿浆处理量）等优点，缺点是每15天切除高压釜进行清理，为此，每组溶出装置均设有1-2台高压釜做备用。

第二章铝酸钠溶液的晶种分解第一节概述控制过滤后的铝酸钠精液送去进行晶种分解，既在降低溶液温度并加入晶种的条件下使饱和铝酸钠溶液分解而析出氢氧化铝，同时得到分子比较高的种分母液，作为溶出铝土矿的循环母液。

晶种分解是拜耳法生产氧化铝的主要工序之一，它对产品质量，产量及全厂的技术经济指标有着重大的影响。

衡量种分作业效果的主要指标AH的质量、分解率和分解槽单位产能。

这三项指标是互相联系而又互相制约的。

一、氢氧化铝质量对氢氧化铝质量的要求，包括纯度和物理性质两个方面。

纯度是指成品中杂质的含量、灼减等，而物理性质主要只指粒度分布和颗粒的机械强度。

氢氧化铝中的主要杂质是SiO2、Fe2O3和Na2O，其中Fe2O3在铝酸钠溶液中主要是以浮游物存在的，分解时机械携带进入氢氧化铝，所以要求送去分解的铝酸钠溶液中赤泥浮游物含量在0.02g/l 以下。

种分氢氧化铝中SiO2含量一般可以达到较好的指标，因为拜耳法精液的硅量指数一般为200—300，而种分分解率又在50%左右，种分过程不会发生明显的脱硅反应。

但如果精液的硅量指数低于150—200时，分解过程中铝硅酸钠水合物就会结晶析出，使AL（OH）3产品为SiO2所污染。

Na2O是氢氧化铝中的主要杂质，含量在0.2%—0.4% （AI2O3中含Na2O0.3—0.5%），氢氧化铝所含的碱有三种：（1）AL（OH）3晶格中的碱，它是Na‐离子取代了AI(OH)3晶格中的氢的结果。

这部分碱是不能用水洗去的，含量约为0.05—0.1%；（2）是以水合铝酸钠形态存在的碱，它也是不可洗去的，含量约为0.01—0.03%；（3）氢氧化铝夹带母液中的碱。

氢氧化铝夹带的母液中，一部分是进入结晶集合体结晶空隙中的，是不可洗的，含量为0.1—0.2%；另一部分是吸附于颗粒表面的，它是可洗去的，在生产条件下，洗涤后的氢氧化铝中的这部分碱的含量为0.1%左右。

氧化铝的粒度分布与机械强度，基本上取决于氢氧化铝的粒度与强度。

一般要求氢氧化铝的粒度较粗而均匀，具体要满足电解铝厂对AI2O3的粒度要求。

生产砂状氧化铝，关键在种分过程技术条件的控制。

二、分解率即铝酸钠溶液中氧化铝析出的百分数。

由于分解前加入晶种带入母液分解析出AI(OH)3使溶液浓度和体积变化，分解过程又有水分蒸发，所以按溶液中AI2O3浓度来计算分解率是不正确的。

因为分解前后苛性碱的绝对数量变化很小，所以分解率可以根据溶液分解前后的分子比来计算：η=（1-αa/αm）×100%式中：η—种分率，%αa—分解原液的分子比；αm—分解母液的分子比；从上上式可见，当原液分子比一定时，母液分子比越高，则分解率越高。

但是，为了提高分解率，必须延长分解时间，使分解槽产能下降，而且分解后期容易生成细颗粒氢氧化铝，这是不利的。