第五章 联合法生产氧化铝及其他方法

第五章联合法生产氧化铝及其他方法•联合法可分为三种：串联法、并联法和混联法。•在某些情况下，采用拜耳法和烧结法的联合流程，取长补短可以得到比单纯的拜耳法和烧结法更好的经济效果，使铝矿资源得到更充分的利用。5.1并联法5.1并联法并联法的优点：•①可以合理利用铝矿资源如果矿去铝土矿品位不均匀，或是不同地区有两种品位的铝土矿，用并联法处理这两类矿石可以得到较好的经济效益•②种分母液蒸发时结晶析出的碳酸钠在烧结时被利用，并且还能使拜耳法流程中的有机物在烧结时得到烧除，降低了有机物对拜耳法生产的危害5.1并联法•③生产过程的补碱由烧结法系统的低价碳酸钠供应，降低了生产成本•④烧结法系统中低苛性比值的铝酸钠溶液可降低拜耳法系统中铝酸钠溶液的苛性比值，有利于提高晶种分解的速度和分解率。5.1并联法并联法的缺点：•①用烧结法的铝酸钠溶液代替纯苛性碱来补偿拜耳法系统的碱损失，使得拜耳法各工序的循环碱量增加，从而对各工序的技术经济指标有所影响•②工艺流程比较复杂5.1并联法•③均衡生产比较困难由于烧结法系统送到拜耳法系统的铝酸钠溶液量，必须保证晶种分解后母液中剩余苛性碱应恰好等于拜耳法系统中所损失的碱量，因此，拜耳法系统的生产受到烧结法系统的影响和制约。烧结法系统如有波动就会影响到拜耳法系统的生产。5.2串联法5.2串联法串联法的优点是：•①矿石中大部分的氧化铝是由投资和加工费较低的拜耳法处理，仅有少量是由烧结法处理，减少了回转窑的数量和燃料消耗量，从而降低了生产成本•②由于矿石经过拜耳法和烧结法两次处理，因而氧化铝的总回收率高，碱耗低5.2串联法•③生产过程的补碱由烧结法系统的低价碳酸钠供应，降低了生产成本•④种分母液蒸发时结晶析出的碳酸钠在烧结时被利用，并且还能使拜耳法流程中的有机物在烧结时得到烧除，降低了有机物对拜耳法生产的危害。5.3混联法生产氧化铝5.3混联法生产氧化铝混联法的优点：•①高品位铝土矿先用拜耳法处理，将大部分氧化铝回收后的赤泥再用烧结法处理，两次回收氧化铝和碱，所以氧化铝的总回收率高，碱耗低•②烧结法处理拜耳法赤泥外，另配加一定量的低品位矿石来提高生料浆的铝硅比，改善了烧结窑的操作条件，提高了熟料的质量5.3混联法生产氧化铝•③利用较便宜的碳酸钠加入烧结法系统来补偿生产过程的碱损失•④由于大部分铝酸钠溶液是晶种分解，所以可获得较高质量的氧化铝。5.3混联法生产氧化铝混联法的缺点：•①两系统的协调复杂•②由于两系统都是完整的流程，所以整个生产流程较复杂。目前，我国由于铝土矿资源的特点为高硅低铁，矿石难以溶解，并且成分不均一，所以氧化铝生产企业大多采用混联法流程。5.4联合法工艺流程的分析•烧结法溶出浆液加入拜耳法赤泥洗涤系统•烧结法溶出粗液与拜耳法溶出浆液在稀释槽合并•烧结法脱硅后精液与拜耳法分解原液混合•烧结法系统设有整套流程，将一部分脱硅精液并入拜耳法精液，以补偿拜耳法系统的苛性碱损失，其余部分进行碳分•烧结法系统的精液单独进行种分，种分母液单独蒸发后再并入拜耳法系统的循环母液。5.5生产氧化铝的其他方法1．石灰石烧结法石灰石烧结法可以从高岭土、粘土、煤灰、泥灰石（石灰石和粘土的天然混合物）、高硅铝土矿及其他含铝矿石中提取氧化铝。和碱石灰烧结法相比较，石灰石烧结法原料广泛，熟料中不必配碱．因而碳分母液不进入烧结，熟料可用能耗低得多的干法烧结。熟料还可以自动粉化，溶出泥渣可以制水泥。缺点：熟料和溶出液中氧化铝含量低。5.5生产氧化铝的其他方法以高岭土为原料时，应用石灰烧结法生产氧化铝的工艺流程如下图：5.5生产氧化铝的其他方法2.高压水化学法高压水化学法是上世纪五十年代提出的，并一直在继续研究的一种用湿法从高硅炼铝原料生产氧化铝的方法，它不但能够处理霞石，而且能够处理明矾石矿、粘土、钙斜长石(CaO·Al2O3·2SiO2)、红柱石、绢云母、高硅铝土矿以及拜耳法赤泥等原料。生成水合硅酸钠钙的高压水化学法的工艺流程见下图：5.5生产氧化铝的其他方法•溶出反应：•水合硅酸钠钙中含氧化钠为13%左右，回收方法：42244(,)[]()[](,)()NaKAlSiOCaOHNaOHHONaCaHSiONaKAlOH22222222222()2222(20.5)2NaOCaOSiOaqCaOSiOHONaOHaqNaOCaOSiOCaOaqCaOSiOHONaOHaq5.5生产氧化铝的其他方法•高压水化学法生产氧化铝所用的设备与拜耳法相类似。•高压水化学法与烧结法相比具有以下优点：避免了高温烧结过程；Al2O3的浸出率高达90～92%，碱的浸出率达97～98%。得到的碱为苛性碱而且石灰消耗量可以减少一半。5.5生产氧化铝的其他方法•缺点铝酸钠溶出液的浓度大、苛性比值高；母液循环量大。为了从溶出液得到氢氧化铝需要进行脱硅、蒸发、结晶、溶解等工序，流程复杂；要分离洗涤的物料多，水的用量和蒸发量很大；高浓度溶液的脱硅和蒸发结晶过程都很困难，水合硅酸钠钙渣需要快速分离。5.5生产氧化铝的其他方法3酸法•一些主要产铝国家缺乏铝土矿资源，因而致力于寻求从非铝土矿资源进行氧化铝的试验研究工作•非铝土矿资源，主要有粘土、煤页岩、霞石、明矾石矿等都是储量极其丰富的。其共同特点是SiO2含量很高，用酸法处理，原则上是合理的，因而一直在进行研究。5.5生产氧化铝的其他方法根据无机酸的种类不同，酸法生产氧化铝有各种不同的方案，但它们都有着共同的特点，具有类似的基本生产过程。其中包括：•矿石的预处理•用酸溶出，使氧化铝转变为可溶性的无机酸铝盐与不溶性的残渣分离•溶出液的除铁•铝盐的分解和氢氧化铝的煅烧•酸的回收。5.5生产氧化铝的其他方法•优缺点酸法生产氧化铝的优点是原料来源广泛，但是它与碱法相比，存在下述主要缺点和困难：从铝盐溶液中除铁困难；钢制设备受到严重腐蚀；溶解氧化铝所需溶剂（酸）量很大；酸的回收再生过程复杂；硅酸盐原料和各种铝盐具有高的生成热，在煅烧分解时热耗大；大多数酸具有挥发性，在环境保护和劳动卫生方面存在比较复杂的问题；5.5生产氧化铝的其他方法•盐酸法的优点价格低，溶出条件不太苛刻，水合氯化铝的含水量比其它铝盐少，无须蒸发便可结晶析出，HCL不易分解，便于循环利用；5.5生产氧化铝的其他方法5.5生产氧化铝的其他方法4.由明矾石生产氧化铝•明矾石除含有氧化铝外，还含钾、硫等有价成分，是一种很有经济价值的原料。•方法有氨碱法和还原热分解法。5.5生产氧化铝的其他方法1)氨碱法生产氧化铝将焙烧过的明矾石和5％的氨水作用，明矾石中的SO3已与氨化合成硫酸铁和硫酸钾进入溶液，氧化铝残留在渣中。硫酸钾和硫酸铵的混合溶液用于生产氮钾混合肥料。含有氧化铝的残渣可按拜耳法生产氧化铝。氨碱法的工艺流程见下图。5.5生产氧化铝的其他方法5.5生产氧化铝的其他方法2)还原焙烧法与氨减法的区别是，还原焙烧法用还原剂代替氨分解脱水后的硫酸铝。脱出其中的SO3。然后再用拜耳法处理还原分解后的明矾石。这一方法比氯碱法具有更大的优点：不需要氨；可以得到氧化铝、硫酸钾和硫酸，硫酸的用途更为广泛，硫酸钾不仅可用于化肥，而且能在炸药、火柴、染料、医药、玻璃等方面得到应用。5.5生产氧化铝的其他方法5.5生产氧化铝的其他方法•还原焙烧法用还原剂代替氨分解脱水后的硫酸铝，脱出其中的三氧化二硫。•优点：不需要氨，可以得到氧化铝、硫酸钾、硫酸。