氧化鋁廠原料工藝技術員培訓教材
第一章 氧化鋁生產(chǎn)方法簡介
氧化鋁生產(chǎn)方法大致可分為四類，即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法和熱法。但目前用于工業(yè)生產(chǎn)的幾乎全屬于堿法。堿法生產(chǎn)氧化鋁的基本過程如下：
圖1：堿法生產(chǎn)氧化鋁基本過程
堿法生產(chǎn)氧化鋁又分為拜耳法、燒結法和聯(lián)合法等多種流程。
拜耳法是直接用含有大量游離NaOH的循環(huán)母液處理鋁礦石，以溶出其中的氧化鋁而獲得鋁酸鈉溶液，并用加晶種攪拌分解的方法，使溶液中的氧化鋁以Al(OH)3狀態(tài)結晶析出。種分母液經(jīng)蒸發(fā)后返回用于浸出另一批鋁礦石。礦石中的主要雜質(zhì)SiO2是以水合鋁硅酸鈉（Na2O••••••Al2O3•1.7SiO2•nH2O）的形式進入赤泥，造成Al2O3和Na2O的損失。因此，拜耳法適合處理高品位鋁礦，鋁硅比A/S大于9。
燒結法是將鋁礦石配入石灰石（或石灰）、蘇打（含有Na2CO3的碳分母液），在高溫下燒結得到含固體鋁酸鈉的物料，用稀堿溶液溶出熟料便得到鋁酸鈉溶液。經(jīng)脫硅后的純凈鋁酸鈉溶液用碳酸化分解法使溶液中的氧化鋁呈Al(OH)3析出。碳分母液經(jīng)蒸發(fā)后返回用于配制生料漿。礦石中的主要雜質(zhì)SiO2是以原硅酸鈣（2CaO•SiO2）的形式進入赤泥，不會造成Al2O3和Na2O的損失。因此，燒結法適合處理高硅鋁礦，鋁硅比A/S可以為3-5。
拜耳－燒結聯(lián)合法兼有拜耳法和燒結法流程，兼收了兩個流程的優(yōu)點，獲得更好的經(jīng)濟效果。它適合處理A/S為6-8的中等品位鋁礦。由于流程較復雜，只有生產(chǎn)規(guī)模較大時，采用聯(lián)合法才是可行和有利的。
酸法是用硝酸、硫酸、鹽酸等無機酸處理含鋁原料而得到相應的鋁鹽的酸性水溶液。然后使這些鋁鹽成水合物晶體（蒸發(fā)結晶）或堿式鋁鹽（水解結晶）從溶液中析出，亦可用堿中和這些鋁鹽的水溶液，成氫氧化鋁析出，煅燒后得無水氧化鋁。酸法適合處理高硅低鐵鋁礦，如粘土、高嶺土等。但它的缺點是耐酸設備昂貴，酸的回收困難，從溶液中除鐵也困難。
酸堿聯(lián)合法是先用酸法從高硅鋁礦中制取含鐵、鈦等雜質(zhì)的不純氫氧化鋁，再用堿法（拜耳法）處理。這一流程的實質(zhì)是用酸法除硅，堿法除鐵。
熱法適合處理高硅高鐵鋁礦，其實質(zhì)是在電爐或高爐內(nèi)還原熔煉礦石，同時獲得硅鐵合金（或生鐵）與含氧化鋁的爐渣，二者借比重差分開后，再用堿法從爐渣中提取氧化鋁。
第二章 鋁酸鈉溶液
一、鋁酸鈉溶液的Al2O3與Na2O比值
鋁酸鈉溶液的Al2O3與Na2O比值，可以用來表示鋁酸鈉溶液中氧化鋁的飽和程度以及溶液的穩(wěn)定性，是鋁酸鈉溶液的一個重要特征參數(shù)。對此參數(shù)有兩種表示方法。
鋁酸鈉溶液中所含苛性堿與氧化鋁的摩爾比叫做鋁酸鈉溶液的苛性比值，符號為MR。
鋁酸鈉溶液中所含氧化鋁與苛性堿的質(zhì)量比用Rp表示。
MR與Rp之間的關系如下：
MR=1.645/Rp
二、鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性
所謂鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性，是指從過飽和的鋁酸鈉溶液開始分解析出氫氧化鋁所需時間的長短。鋁酸鈉溶液過飽和程度越大，其穩(wěn)定性也越低，影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定的主要因素是：
⑴鋁酸鈉溶液的Rp值。在其他條件相同時，溶液的Rp值越大，其過飽和程度越大，溶液的穩(wěn)定性越低。
⑵鋁酸鈉溶液的溫度。當其他條件不變時，溶液的過飽和程度隨溫度的降低而增大，因而溶液的穩(wěn)定性減少，但是在30℃以下再降低溫度，溶液的穩(wěn)定性反而有所增大。
⑶鋁酸鈉溶液的濃度。在常壓下，當溶液的Rp一定時，中等濃度（Na2O50~60g/l）鋁酸鈉溶液的過飽和程度大于更稀或更濃的溶液，其表現(xiàn)為中等濃度的鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性最小。
⑷鋁酸鈉溶液中所含的雜質(zhì)。鋁酸鈉溶液中的氫氧化鐵和鈦酸鈉可以起到氫氧化鋁結晶中心的作用，即晶核的作用，加快氫氧化鋁的析出，降低溶液的穩(wěn)定性。然而工業(yè)鋁酸鈉溶液中多數(shù)雜質(zhì)如SiO2、Na2O、Na2S及有機物等，卻使工業(yè)鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性不同程度的提高。
⑸晶種和攪拌。往過飽和的鋁酸鈉溶液中加入氫氧化鋁晶種，可以降低溶液的穩(wěn)定性。對過飽和的鋁酸鈉溶液施以攪拌，能強化擴散過程，有利于晶核的形成和結晶的成長，并能使晶核處于懸浮狀態(tài)，所以攪拌能降低溶液的穩(wěn)定性。
三、鋁酸鈉溶液的物理化學性質(zhì)
1、鋁酸鈉溶液的密度
鋁酸鈉溶液的密度主要受苛性堿濃度、氧化鋁濃度、溫度等的影響，隨著苛性堿濃度、氧化鋁濃度的升高而增大，隨著溫度的降低而增大。經(jīng)驗計算方法有兩種。
⑴在Na2O濃度140~230g/l，Al2O3濃度60~130g/l，Na2OC濃度10~20g/l，溫度40~80℃內(nèi)，常壓下，鋁酸鈉溶液密度的計算公式如下：
ρ=1.055+9.640×10-4N+6.589×10-4A+5.176×10-4NC
-3.242×10-4T
式中 ρ－鋁酸鈉溶液密度，g/cm3；
Ｎ－鋁酸鈉溶液苛性堿濃度，g/l；
Ａ－鋁酸鈉溶液氧化鋁濃度，g/l；
ＮＣ－鋁酸鈉溶液碳酸堿濃度，g/l；
Ｔ－鋁酸鈉溶液溫度，℃。
⑵先計算出20℃時鋁酸鈉溶液的密度，再采用系數(shù)加以換算。
20℃時密度公式如下：
或
ρ=1+0.0144N′+0.009A′+0.01865NC′
式中 N′、A′、NC′為對應的百分濃度，%。
當計算其他溫度下的密度時，公式如下：
ρt℃=K×ρ
t(℃) 30 40 50 60 70 80 90 100
K 0.995 0.991 0.986 0.981 0.976 0.971 0.966 0.960
2、鋁酸鈉溶液的飽和蒸汽壓
鋁酸鈉溶液中氧化鋁、氧化鈉等都能降低溶液的飽和蒸汽壓，使溶液沸點升高。但研究表明，主要決定于溶液中的Na2O濃度，而Al2O3濃度的影響很小。
3、鋁酸鈉溶液的比熱及熱焓
在Na2O濃度140~230g/l，Al2O3濃度60~130g/l，Na2OC濃度10~20g/l，溫度40~80℃內(nèi)，鋁酸鈉溶液比熱的計算公式如下：
CP=0.921-2.75×10-4N-2.45×10-4A-1.70×10-3NC+5.65×10-4T
式中 CP－鋁酸鈉溶液比熱，Cal/(g.℃)；
Ｎ－鋁酸鈉溶液苛性堿濃度，g/l；
Ａ－鋁酸鈉溶液氧化鋁濃度，g/l；
ＮＣ－鋁酸鈉溶液碳酸堿濃度，g/l；
Ｔ－鋁酸鈉溶液溫度，℃。
鋁酸鈉溶液的比熱隨著溫度的升高而增加，隨著濃度的升高而減少。
鋁酸鈉溶液的熱焓，可通過以下方程計算：
H=(CP×ρ)×T×V×1000
式中 H－鋁酸鈉溶液的比熱焓，KCal；
CP－鋁酸鈉溶液比熱，Cal/(g.℃)；
ρ－鋁酸鈉溶液密度，g/cm3；
V－鋁酸鈉溶液的體積，m3；
T－鋁酸鈉溶液溫度，℃。
4、氧化鋁水合物在堿溶液中的溶解熱
溶解反應熱可用以下公司計算：
△H
lgK=———— +C
4.575T
式中 △H—溶解熱，kJ/mol；
K—反應平衡常數(shù)；
C—常數(shù)；
T—溫度，K。
由上述公式可計算出的氧化鋁水合物平均溶解熱：
三水鋁石：602.1kJ/(kg•Al2O3)
拜耳石：429.7kJ/(kg•Al2O3)
一水軟鋁石：390.2kJ/(kg•Al2O3)
一水硬鋁石：640.15kJ/(kg•Al2O3)。
5、一水硬鋁石在堿溶液中的溶解度
在較高溫度下，溶出一水硬鋁石得到的飽和鋁酸鈉溶液中，氧化鋁濃度與溫度和氧化鈉濃度有近似于直線的關系，可用下式表示：
CA=1.268CN+0.7673T-278.35
式中 CA—平衡溶液中氧化鋁濃度，g/l
CN—原始溶液中氧化鈉濃度，g/l
T—溶出溫度，℃。
第三章 拜耳法的原理和基本流程
一、拜耳法的原理及實質(zhì)
1、拜耳法的原理
拜耳法的基本原理有兩條：
⑴用NaOH溶液溶出鋁土礦所得到的鋁酸鈉溶液在添加晶種，不斷攪拌和逐漸降溫的條件下，溶液中的氧化鋁便呈Al(OH)3析出；
⑵分解得到的母液（主要含NaOH），經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來溶出新的一批鋁土礦。
交替使用這兩個過程就能夠連續(xù)地處理鋁土礦，從中不斷析出純的Al(OH)3產(chǎn)品，構成所謂的拜耳法循環(huán)。
拜耳法的實質(zhì)就是使下一反應在不同的條件下朝不同的方向交替進行：
式中 當溶出一水鋁石和三水鋁石時x分別為1和3；當分解鋁酸鈉溶液時x=3。
2、Na2O-Al2O3-H2O系中的拜耳法循環(huán)圖
拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程是由許多工序組成的，其中主要有鋁土礦的溶出、溶出漿液的稀釋、晶種分解和分解母液的蒸發(fā)四個工序。將四個工序鋁酸鈉溶液的組成分別標記在Na2O-Al2O3-H2O系等溫圖上并將各點依次連接，就構成了一個封閉的拜耳法循環(huán)圖（如圖）。圖中，四邊形ABCD表示循環(huán)過程，其中AB稱溶出線，BC稱稀釋線，CD稱分解線，DA稱蒸發(fā)線，它們分別反映了溶出、稀釋、分解、蒸發(fā)過程中溶液組成的變化。
在實際生產(chǎn)過程中，由于存在氧化鋁和氧化鈉的損失，溶出時使溶液稀釋或濃縮，添加晶種帶入母液使溶液苛性比值有所提高等原因，因此，實際過程與理想過程有所區(qū)別，各個線段都會偏離圖中位置。在每一次作業(yè)循環(huán)后，都必須補充損失的堿，才能使母液的組成恢復到循環(huán)開始的A點。
3、拜耳法的循環(huán)效率和循環(huán)堿量
循環(huán)效率是指1tNa2O在一次拜耳法循環(huán)中所產(chǎn)出的氧化鋁的量（t），用E表示。
循環(huán)堿量是指生產(chǎn)1tAl2O3在循環(huán)母液中所必須含有的堿量（不包括堿損失），它是E的倒數(shù)，用N表示。
假定在生產(chǎn)過程中不發(fā)生Al2O3和Na2O的損失，1m3循環(huán)母液中苛性堿含量為n(t)，氧化鋁含量為A1(t)，Rp1；溶出后溶液的氧化鋁含量為A2(t)，Rp2。則經(jīng)過一次拜耳法循環(huán)后產(chǎn)出的氧化鋁量A應為：
A=A2-A1=nRp2-nRp1
則循環(huán)效率E為：
E=A/n=Rp2-Rp1
循環(huán)堿量N為：
N=1/E=1/(Rp2-Rp1)
由此可見，溶出時循環(huán)母液的Rp愈小，溶出液Rp愈大，循環(huán)效率就愈高，而生產(chǎn)1t氧化鋁所需的循環(huán)堿量越小。
在實際生產(chǎn)中，由于存在堿損失，生產(chǎn)1t氧化鋁所需的循環(huán)堿量應更大一些。
二、拜耳法的基本流程
拜耳法的工藝流程如圖。其主要工序有破碎、濕磨、溶出、稀釋、沉降分離、赤泥洗滌、晶種分解、煅燒、蒸發(fā)和苛化等。
破碎 通常分粗碎、中碎、細碎三段。
濕磨 將鋁土礦按配料要求配入石灰和循環(huán)母液磨制成合格的原礦漿。
溶出 在高溫、高壓的條件下，使鋁土礦中的氧化鋁水合物從礦石中溶浸出來，制得鋁酸鈉溶液，而鐵、硅等雜質(zhì)則進入赤泥中。
稀釋 溶出后的漿液用赤泥洗液加以稀釋，進一步脫除溶液中的硅，為沉降分離和晶種分解創(chuàng)造必要的條件。
沉降分離 稀釋后的漿液進入沉降槽處理，以使鋁酸鈉溶液和赤泥分離開來。
赤泥洗滌 沉降分離出來的赤泥漿液，用水洗滌，以回收有用成分（堿和氧化鋁）。洗滌次數(shù)越多，有用成分損失越少。
晶種分解 漿分離了赤泥的鋁酸鈉溶液（精液）送入分解槽，加入晶種，不斷攪拌并逐漸降溫，分解析出氫氧化鋁，并得到分解母液。
煅燒 在高溫下將氫氧化鋁的附著水、結晶水除去，并使其晶型轉(zhuǎn)變，以獲得適合要求的氧化鋁。
蒸發(fā) 種分母液經(jīng)過濃縮，以提高其堿濃度，保持循環(huán)體系中水量平衡，使母液達到拜耳法溶出的要求。
苛化 在蒸發(fā)時有一定的Na2CO3•H2O結晶析出，將其分離出來用石灰乳苛化成NaOH溶液，與蒸發(fā)母液一同送往濕磨配料。
第四章 拜爾法氧化鋁生產(chǎn)的一些基本計算
一、配料計算
1、處理一噸鋁礦應配入的母液量
式中：V—每噸鋁土礦應配入的循環(huán)母液體積 m3/t.礦；
A—鋁土礦帶入的氧化鋁重量 kg/t.礦；
η實—氧化鋁的實際溶出率；
M—溶出赤泥中氧化鈉和氧化硅的重量比值；
S1、S2—分別為鋁土礦和石灰所帶入氧化硅量 kg/t.礦；
1.41—Na2O與CO2分子量的比值；
C—礦石和石灰?guī)氲腃O2量 kg/t.礦；
X—磨礦和溶出過程中苛性氧化鈉的機械損失 kg/t.礦；
NK—循環(huán)母液中的苛性氧化鈉濃度 g/l；
Rp—配料Rp值；
Rp母—循環(huán)母液的Rp值。
2、處理一噸礦應配入的石灰量
式中：W—每噸鋁土礦需配入的石灰量 t/t.礦；
Ti—每噸鋁土礦所帶入的氧化鈦量 t/t.礦；
Ca—石灰中所含有效鈣的含量。
3、每小時下礦所需配入母液量（經(jīng)驗公式）
式中：V—每小時所需母液量，m3/h；
8.2—經(jīng)驗常數(shù)；
62.2—礦石中氧化鋁含量，%；
NK母、A母—循環(huán)母液中苛性堿和氧化鋁濃度，g/l；
t—小時下礦量，t。
二、溶出率的計算
1、理論溶出率
式中：η理—理論溶出率，%；
A—鋁土礦中Al2O3的含量，%；
S—鋁土礦中SiO2的含量，%。
2、實際溶出率
①以硅為標準計算：
注：實際溶出率的計算中赤泥指的是溶出赤泥，凈溶出率的計算中赤泥指的是末次赤泥。
三、赤泥的產(chǎn)出率
1、以硅計算
式中：η泥—處理1噸鋁土礦所產(chǎn)生的赤泥量，kg/t.礦；
S礦、S泥—鋁土礦和赤泥中SiO2的含量，%。
2、以鐵計算
式中：η泥—處理1噸鋁土礦所產(chǎn)生的赤泥量，kg/t.礦；
F礦、F泥—鋁土礦和赤泥中Fe2O3的含量，%。
四、堿耗的計算
1、赤泥帶走的最小堿損失
式中：Na2O損失—赤泥中堿的化學損失，kg.Na2O/t.Al2O3；
A/S—礦石中的鋁硅比。
2、生產(chǎn)中堿耗的計算
①化學損失的計算
式中：N化—氧化鈉的化學損失，kg.Na2O/t.Al2O3；
t礦—每噸氧化鋁的礦耗，t.礦/t.Al2O3；
η泥—每噸鋁土礦所產(chǎn)生的赤泥量，kg/t.Al2O3；
Na2O—末次赤泥中Na2O的含量，%。
②赤泥附損的計算
式中：N赤附—赤泥中氧化鈉的附著損失，kg.Na2O/t.Al2O3；
t礦—每噸氧化鋁的礦耗，t.礦/t.Al2O3；
η泥—每噸鋁土礦所產(chǎn)生的赤泥量，kg/t.Al2O3；
Na2O—末次赤泥中附堿含量，%。
③氫氧化鋁帶走堿損失
式中：NAH—氫氧化鋁中帶走的堿損失，kg.Na2O/t.Al2O3；
1529.14—1噸氧化鋁折合氫氧化鋁量，kg；
Na1、Na2—氫氧化鋁中化合堿及附著堿含量，%。
五、分解指標的計算
1、種子比的計算
式中：V—精液（分解原液）的體積，m3；
A精—精液的氧化鋁濃度，kg/m3；
A種—氫氧化鋁晶種中氧化鋁的重量，kg。
2、分解率的計算
式中：η種—氧化鋁的分解率，%；
Rp母、Rp原—分別為分解原液和種分母液的Rp值。
3、產(chǎn)出率的計算
式中：NK—分解原液中苛性氧化鈉的濃度，kg/m3；
產(chǎn)出率—分解原液（精液）的產(chǎn)出率，kg/m3.精液。
六、循環(huán)效率的計算
式中：E—循環(huán)效率，g.Al2O3/l.母液
NK—循環(huán)母液苛性堿濃度，g/l；
Rp溶、Rp0—分別為溶出液和循環(huán)母液的Rp值。
七、石灰分解率的計算
式中：η石灰—石灰分解率，%；
Caf—石灰中的有效鈣，%；
CaT—石灰中的全鈣，%。
八、沉降過程氧化鋁損失的計算
1、以硅計算
式中：A損失—沉降過程中氧化鋁的損失，kg/t.Al2O3；
t礦—生產(chǎn)一噸氧化鋁的礦耗，kg/t.Al2O3；
S礦、S末、S稀—分別為礦石、末次赤泥和稀釋赤泥中SiO2的含量，%
A末、A稀—分別為末次赤泥和稀釋赤泥中Al2O3的含量，%。
2、以鐵計算
式中：A損失—沉降過程中氧化鋁的損失，kg/t.Al2O3；
t礦—生產(chǎn)一噸氧化鋁的礦耗，kg/t.Al2O3；
Fe礦、Fe末、Fe稀—分別為礦石、末次赤泥和稀釋赤泥中Fe2O3的含量，%
A末、A稀—分別為末次赤泥和稀釋赤泥中Al2O3的含量，%。
九、蒸發(fā)水量的計算
式中：W—每生產(chǎn)一噸氧化鋁需蒸發(fā)的水量，m3/t.Al2O3；
V—每生產(chǎn)一噸氧化鋁需循環(huán)母液量，m3/t.Al2O3；
NK原、NK母—分別為蒸發(fā)原液和循環(huán)母液的苛性堿濃度，g/l。
十、綜合能耗的計算
式中：綜合能耗—每噸氧化鋁的綜合能耗，kg標煤/t.Al2O3；
高壓蒸汽量=高壓蒸汽單耗(t)×77，kg標煤/t.Al2O3；
低壓蒸汽量=低壓蒸汽單耗(t)×73.67，kg標煤/t.Al2O3；
焦炭量=焦炭單耗(kg)×0.9714, kg標煤/t.Al2O3；
電量=電單耗（kwh）×0.404，kg標煤/t.Al2O3；
煤氣量=煤氣單耗（m3）×0.1786，kg標煤/t.Al2O3；
壓縮空氣量=壓縮空氣單耗（m3）×0.038,kg標煤/t.Al2O3。
第五章 礦石均化、石灰消化及原料磨制
一、礦石均化
1、工藝流程
由礦山部運來的礦石，經(jīng)1#卸礦站卸入鋁礦倉，經(jīng)板式機、1~3#皮帶、布料小車進入均化堆場，再經(jīng)取料機至4#皮帶，最后通過5~8#公用皮帶送到磨頭倉。為防止因取料機故障影響生產(chǎn)，在2#和4#皮帶之間增設一短路流程。
2、工作原理
由礦山來的不同品位的鋁土礦，通過板式機定時切換，使礦石達到初步均化的效果，再次是利用布料小車勻速來回布料，使礦石進一步均化，最后通過取料機橫向來回切取的取料方式，保證礦石成份的穩(wěn)定性。
3、流程簡圖
4、工藝條件及技術指標
鋁礦粒度≤15mm
均化后礦石A/S≥15±0.1
二、石灰消化
1、石灰消化原理
石灰破碎成25mm以下的石灰通過定量給料機，加入到以一定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的化灰機內(nèi)，同時加入熱水。在化灰機內(nèi)發(fā)生如下化學反應：
CaO+H2O→Ca(OH)2
2、工藝條件及技術指標
石灰乳濃度CaOf：170~200g/l；
破碎后石灰粒度：≤25mm。
三、原料磨制
1、技術指標優(yōu)劣對后序生產(chǎn)的影響：
1.1固含：
固含高低變化顯示鋁土礦與循環(huán)堿液配比的變化，固含高即鋁礦多，配堿量少，固含低即鋁礦少，配堿量多，生產(chǎn)上通常會在礦漿進入高壓溶出之前進行固含調(diào)整。否則固含高將會影響鋁土礦溶出反應完全程度，降低溶出率，增大赤泥量，降低氧化鋁回收率；固含低會使溶出αk升高，造成分解困難，降低分解率和循環(huán)效率。
1.2細度
礦漿細度跑粗將會加速管道磨損，使預脫硅槽沉淀增多，影響鋁土礦溶出反應完全程度。礦漿細度過細將使溶出赤泥變細，使赤泥沉降性能變差，影響拜耳法赤泥的沉降分離作業(yè)。
1.3、礦漿CaO含量
礦漿CaO配入量要適中，以保證溶出過程中消除TiO2的危害。加入量不足時，將會降低溶出率；加入量過高，游離的CaO會造成Al2O3的損失。
配鈣在生產(chǎn)中的主要作用：
1）消除鈦礦物的危害。
2）提高Al2O3的溶出速度,即增加CaO 的配量能加速Al2O3的溶出。
3）促進針鐵礦轉(zhuǎn)變成赤鐵礦，使其中以類質(zhì)同晶形態(tài)存在的Al2O3充分地溶入溶液，提高Al2O3的溶出率。
4）減少堿的消耗。由于加入石灰后，一部分SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)樗袷运箱X硅酸鈉狀態(tài)存在的減少，使赤泥中N/S減少。
5）消除雜質(zhì)。添加CaO以后，可以使鋁酸鈉溶液中的釩酸根、鉻酸根和氟離子轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳拟}鹽進入赤泥，降低它們在溶液中的積累濃度。
6）改善赤泥沉降性能。由于添加石灰促進發(fā)針鐵礦轉(zhuǎn)變成赤鐵礦和方鈉石轉(zhuǎn)變成鈣霞石，并且減少了赤泥的比表面，使赤泥沉降性能明顯改善。
2.4、石灰乳濃度
石灰濃度低會影響脫硅效果，增加蒸發(fā)負擔；石灰乳濃度過高，容易堵管，輸送困難。
2、技術指標控制：
原礦漿過程控制的技術條件：
磨機排礦L/S： 0.3～0.5
溢流L/S：3.5±0.5
為了保證原礦漿的細度，應嚴格控制對球磨機內(nèi)礦漿的液固比，分級溢流礦漿的液固比和返砂量。
球磨機內(nèi)液固比大，磨內(nèi)礦漿流動速度快，礦石得不到充分的研磨，磨內(nèi)液固比控制過小，雖然礦漿在磨內(nèi)停留時間延長了，但影響球磨機的生產(chǎn)率(產(chǎn)能)。
分級溢流礦漿的液固比反映了進入分級的礦漿濃度，液固比增加，礦漿濃度降低，也就是溢流的粒度變細，但是液固比也不能過量的放大。
返砂量的變化會引起整個磨礦過程的變化，因此，根據(jù)經(jīng)驗決定了最恰當?shù)姆瞪傲恳院螅瑧M量地保持穩(wěn)定。
磨內(nèi)液固比和分級溢流液固比是用循環(huán)母液量來調(diào)節(jié)的。
第六章 我國氧化鋁工業(yè)概況
一、氧化鋁工業(yè)的發(fā)展
建國以來，我國氧化鋁工業(yè)從無到有，從小到大，取得了很大的成績，先后建立了山東、鄭州、貴州三個氧化鋁廠。特別是在國家優(yōu)先發(fā)展鋁方針的指導下，陸續(xù)建成了山西、中州、平果等重點氧化鋁企業(yè)，我國六大氧化鋁基地已基本形成，其基本狀況如下：
我國六大氧化鋁廠主要情況
廠 名 |
生產(chǎn)方法 |
投產(chǎn) 時間 |
2001年產(chǎn)量/萬噸 |
2005年產(chǎn)量/萬噸 |
2001年堿耗/Kg/g-AO |
綜合能耗GJ/t-AO |
山東鋁廠 |
燒結法為主 |
1954年 |
80.23 |
100 |
89 |
38.56 |
鄭州鋁廠 |
混聯(lián)法 |
1965年 |
107 |
150 |
62 |
32.97 |
貴州鋁廠 |
混聯(lián)法 |
1978年 |
51 |
100 |
55 |
42.72 |
山西鋁廠 |
混聯(lián)法 |
1987年 |
131.83 |
150 |
69 |
32.24 |
中州鋁廠 |
燒結法 |
1992年 |
54.47 |
130 |
71 |
45.38 |
平果鋁廠 |
拜耳法 |
1995年 |
44.25 |
90 |
65 |
13.85 |
總 計 |
- |
- |
468.77 |
720 |
- |
- |
1．山東鋁廠：1954年7月1日，我國第一個氧化鋁廠—山東鋁廠（燒結法）投產(chǎn)，當時年產(chǎn)量僅有3.5萬噸；1955~1900年先后經(jīng)四次擴建，產(chǎn)能由3.5萬噸增至50萬噸；1993年，利用印尼三水鋁石礦建小拜耳法6萬噸，總計56萬噸；2001年產(chǎn)量已達80萬噸；2003年產(chǎn)量為95萬噸;2005年產(chǎn)量約為100萬噸。
2．鄭州鋁廠：于1965年投產(chǎn)，年產(chǎn)量為20萬噸，經(jīng)1966年~1986年兩期擴建，產(chǎn)能由20萬噸增至62萬噸；1999年完成四期擴建，產(chǎn)能達80萬噸；2001年產(chǎn)能為100萬噸；2003年產(chǎn)量為137萬噸；2005年產(chǎn)量已超過140萬噸。
3．貴州鋁廠：于1978年完成一期建設，拜耳法投產(chǎn)，其產(chǎn)能為15萬噸；1989年完成二期建設，形成完整的混聯(lián)法體系，產(chǎn)能達40萬噸；2002年產(chǎn)量為65萬噸；2003年產(chǎn)量超過75萬噸；2005年產(chǎn)量約為100萬噸。
4．山西鋁廠：1987年一期燒結法投產(chǎn)，產(chǎn)能20萬噸；1992年完成二期混聯(lián)法，產(chǎn)能達70萬噸；1994年形成產(chǎn)能120萬噸；2002年產(chǎn)量為136萬噸；2003年產(chǎn)量超過140萬噸；2005年產(chǎn)量已超過150萬噸。
5．中州鋁廠：1992年一期燒結法投產(chǎn)，產(chǎn)能20萬噸；2001年達到50萬噸；2002年達到80萬噸；2003年產(chǎn)量為85萬噸；2005年產(chǎn)量約為130萬噸。
6．平果鋁廠：1995年一期拜耳法投產(chǎn)，產(chǎn)能30萬噸，計劃最終規(guī)模120萬噸，2002年產(chǎn)量為45萬噸；2003年產(chǎn)量超過68萬噸。2001年與美鋁合資，現(xiàn)由中鋁公司和美鋁共同控股；2005年產(chǎn)量約為90萬噸。
我國氧化鋁工業(yè)自1954年起始以來，發(fā)展迅速，基本以每十年翻一番的速度飛速發(fā)展，2002年產(chǎn)量突破500萬噸，達到544萬噸。
我國氧化鋁產(chǎn)量及發(fā)展的速度如下：
我國氧化鋁產(chǎn)量的變化
年份 |
1954 |
1966 |
1970 |
1980 |
1985 |
1990 |
1994 |
1999 |
2001 |
2002 |
產(chǎn)量/萬噸 |
3.5 |
45.8 |
52.7 |
85.5 |
102.4 |
146.4 |
184.7 |
384.2 |
468.77 |
544 |
二、我國氧化鋁生產(chǎn)所取得的主要技術成就
我國氧化鋁工業(yè)從1954年起始，在不到50年的時間里，不僅產(chǎn)量增加了近150倍，在技術方面也取得了卓有成效的進步，其主要技術成就為：
1．獨創(chuàng)了適合我國國情的混聯(lián)法工藝。
2．燒結法熟料燒成強化技術，包括生料漿配料、非飽和配方、石灰配料和高濃度碳酸化分解，生料加煤脫硫。
3．燒結法熟料低苛性分子比溶出技術、高碳酸鈉濃度二段磨溶出技術、低碳酸鈉濃度一段磨溶出技術。
4．粗液脫硅間接加熱連續(xù)脫硅技術、管道化間接加熱連續(xù)脫硅技術、深度脫硅技術。
5．強化燒結技術，有中等品位鋁土礦強化燒結技術。
6．拜耳法強化溶出技術，包括管道化溶出、單管預熱—高壓釜間接加熱溶出、管道—停留罐溶出、混聯(lián)法中的拜耳法不平衡溶出。
7．赤泥絮凝沉降分離技術。
8．分解技術，包括連續(xù)碳酸化分解、碳酸化分解生產(chǎn)砂狀氧化鋁的晶種分解生產(chǎn)砂狀氧化鋁等。
9．氧化鋁焙燒技術，美鋁Mark型閃速焙燒爐、丹麥氣體懸浮燃燒爐、循環(huán)流化床焙燒爐。
10．五效管式降膜-強制循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)技術和國產(chǎn)六效板式降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)技術。
三、我國氧化鋁工業(yè)存在的主要問題
我國氧化鋁生產(chǎn)與國外氧化鋁生產(chǎn)存在的主要差距表現(xiàn)在以下幾個方面：
1鋁土礦原料質(zhì)量差、礦石鋁硅比低
由于我國鋁土礦為一水硬鋁石型，與國外三水鋁石和一水軟鋁石相比，難以處理，原料鋁硅比較低，不能直接用簡單的拜耳法來處理。但我國鋁土礦氧化鋁含量較高，這是它的優(yōu)勢。
2．能耗高、生產(chǎn)成本高
由于主要采用混聯(lián)法和燒結法生產(chǎn)，單位產(chǎn)品的綜合能耗高。2000年國內(nèi)綜合能耗為25~42GJ/t-Al2O3，國外是9~12GJ/t-Al2O3是國外拜耳法生產(chǎn)廠的3~4倍左右。2000年每噸產(chǎn)品的制造成本高達170~220美元，而國外平均為130美元。
由于混聯(lián)法既有完整的拜耳法系統(tǒng)，又有完整的燒結法系統(tǒng)，流程異常復雜，能耗很高，就是處理鋁硅約為10的優(yōu)質(zhì)礦石，能耗仍高達38GJ/t-Al2O3是國外一般拜耳法的3倍多。下表給出了我國各氧化鋁廠家與澳大利亞氧化鋁廠的對比分析情況：
我國氧化鋁企業(yè)成本與澳大利亞氧化鋁廠的對比分析/SU$
成本項目 |
山東 |
鄭州 |
中州 |
平果 |
貴州 |
山西 |
澳洲平均 |
西方平均 |
鋁土礦 |
35.7 |
32.2 |
17.9 |
30.3 |
33.5 |
31.3 |
19.77 |
38.7 |
運 費 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
3.31 |
8.1 |
堿和石灰 |
19.9 |
18.1 |
15.9 |
11.9 |
18.7 |
19.8 |
17.34 |
14.6 |
能 源 |
83.4 |
78.8 |
99.7 |
51.3 |
70.9 |
55.6 |
26.49 |
25.9 |
勞動力 |
5.7 |
6.7 |
6.4 |
2.5 |
10.0 |
7.8 |
21.19 |
23.3 |
其 他 |
33.8 |
46.1 |
76.6 |
52.9 |
36.1 |
44.1 |
16.56 |
31.7 |
使用權 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
1.92 |
- |
經(jīng)營成本 |
178.5 |
181.9 |
216.5 |
148.9 |
169.2 |
158.6 |
106.58 |
142.3 |
分析我國氧化鋁成本高原因，既有主觀原因又有客觀原因，其可總結為以下三點：
（1）礦石賦存狀態(tài)不同，我國鋁土礦的開采與運輸費用較高，每噸氧化鋁的礦石費用約高8美元。
（2）我國鋁土礦屬于一水硬鋁石，較三水鋁石難以處理，加上目前我國氧化鋁企業(yè)裝備水平較低，因此能耗較高，每噸氧化鋁的能源費用平均高約45美元；燒結法廠最高約73.21美元。
（3）我國的氧化鋁企業(yè)，是在計劃經(jīng)濟體制下建設起來的，除平果鋁廠外，企業(yè)辦社會現(xiàn)象嚴重，冗員較多，管理層次多，因此，管理費用居高不下，每噸氧化鋁的其它費用高約28美元。
總之，目前我國氧化鋁企業(yè)的經(jīng)營成本比澳大利亞氧化鋁廠的平均經(jīng)營成本高約60~70美元/噸，這就是國內(nèi)氧化鋁產(chǎn)品銷售價格由進口氧化鋁價格決定的原因之一。因此，要提高我國氧化鋁廠的競爭能力，就必須在降低我國氧化鋁企業(yè)的能源費用和管理費用上下功夫，這也是新建和擴建氧化鋁廠必須考慮的問題。
3．產(chǎn)品氧化鋁質(zhì)量不高，多為中間狀氧化鋁
目前國內(nèi)冶金級氧化鋁產(chǎn)品多為中間狀氧化鋁，產(chǎn)品粒度較細，產(chǎn)品的磨損指數(shù)較大，要很好地滿足電解鋁工業(yè)的要求，還要進一步完善和穩(wěn)定砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術。
4．工藝流程長，建設投資大
對于大、中型氧化鋁廠建設工程，混聯(lián)法單位產(chǎn)品的建設投資比常規(guī)拜耳法高20%以上。由于生產(chǎn)流程長、裝備水平低、生產(chǎn)的自動控制及管理水平較低，勞動生產(chǎn)率低。
總之，我國氧化鋁工業(yè)目前存在的主要問題歸納起來有以下幾個方面：由于以混聯(lián)法生產(chǎn)工藝為主，處理中低品位鋁土礦而造成氧化鋁生產(chǎn)流程長、能耗高、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量較差、勞動生產(chǎn)率低、建設投資大。
四、我國氧化鋁工業(yè)的發(fā)展方向
我國鋁土礦絕大多數(shù)屬一水硬鋁廠—高嶺石沉積型鋁土礦，其特點是高鋁、高硅、低鐵、低鋁硅比。60%的鋁土礦鋁硅比在4~6，能夠用純拜耳法生產(chǎn)的鋁土礦僅占10%。而國外鋁土礦絕大多屬易溶的三水鋁石型，而且低硅、高鋁硅比。我國的鋁土礦與國外鋁土礦（以澳大利亞礦為代表）的對比如下：
國內(nèi)外鋁土礦對比（%）
|
澳礦 |
山西礦 |
河南礦 |
|
化 學 組 成 |
Al2O3 |
54.9 |
57.15 |
68.9 |
SiO2 |
5.7 |
11.44 |
5.51 |
|
A/S |
9.63 |
5.00 |
12.50 |
|
Fe2O3 |
12.0 |
5.40 |
5.08 |
|
TiO2 |
2.4 |
2.84 |
3.35 |
|
灼減 |
24.5 |
|
13.95 |
|
礦
物
級
成 |
一水硬鋁石 |
|
56.8 |
76.0 |
一水軟鋁石 |
14 |
|
|
|
三水鋁石 |
60 |
|
|
|
赤鐵礦 |
12 |
|
|
|
高嶺石 |
9.5 |
24.84 |
4.6 |
|
伊利石 |
|
1.75 |
7.0 |
|
石 英 |
1.5 |
|
|
|
銳鈦石 |
2.4 |
2.27 |
1.5 |
|
金紅石 |
0.7 |
1.8 |
||
方解石 |
|
5.53 |
1.4 |
|
有機物 |
0.5 |
|
|
|
國外的氧化鋁生產(chǎn)，絕大多數(shù)采用設備與工藝簡單的拜耳法。
而根據(jù)我國鋁土礦的特點，國內(nèi)的氧化鋁廠多采用工藝流程十分復雜的混聯(lián)法，致使能耗高，成本高。下表給出了我國氧化鋁廠的單位原料消耗和能耗，并與國外進行對比。
每噸氧化鋁的原料及能源消耗（1998年數(shù)據(jù)）
生產(chǎn)廠 |
山東鋁廠 |
鄭州鋁廠 |
平果鋁廠 |
希臘尼古 拉 廠 |
聯(lián)合國鋁 業(yè)研究報告 |
|
鋁礦 |
類 型 |
一水硬鋁石 |
一水硬鋁石 |
一水硬鋁石 |
一水硬鋁石 |
三水鋁石 |
A/S |
＜4 |
高鋁11.21 普鋁 4.47 |
15 |
18.9 |
18.3 |
|
生產(chǎn)方法 |
燒結法 |
混聯(lián)法（拜耳直接加熱） |
拜耳法（間接加熱） |
拜耳法（間接加熱） |
拜耳法低溫溶出（間接加熱） |
|
鋁 礦（t） |
1.86 |
1.58 |
2.03 |
2.14 |
2.0 |
|
總能耗（GJ） |
44.7 |
40.3 |
16.8 |
14.8 |
9.5 |
|
顯然，鋁礦及堿的消耗我們占優(yōu)勢，主要差距在于能耗。我國燒結法和聯(lián)合法的能耗比國外拜耳法生產(chǎn)的能耗高3.5~4倍。如山東鋁廠屬燒結法，氧化鋁實收率達90%以上，純堿耗量為89kg/t-AO，但生產(chǎn)1噸氧化鋁的綜合熱耗約為39GJ（936萬大卡左右）。另外，我國聯(lián)合法生產(chǎn)工藝綜合能耗比美國串聯(lián)法工藝高出（8.36~9.61）×104KJ，其原因主要在于礦石性質(zhì)的差異。
從我國鋁土礦資源特點出發(fā)，開發(fā)流程短、能耗低、經(jīng)濟合理的新工藝，以提高我國氧化鋁工業(yè)在國際上的競爭能力，這是我們努力的根本方向。
我國混聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁工藝復雜、能耗高。工藝復雜主要在于拜耳法流程上又加上一個復雜的燒結法流程，而且是混聯(lián)；能耗高也主要在于燒結法部分的能耗高。因此，在聯(lián)合法中盡量減少燒結法部分的比例，砍掉或取代燒結法，是降低能耗、降低成本的基本思路和方向。
多年來，我國的科技工作都沿著這一方向進行了大量試驗研究工作，提出了一些新的工藝方法。
1．拜耳-燒結串聯(lián)法
國外采用串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁的三家工廠都是處理高硅三水鋁石礦的（A/S約3.5）。美國的兩家工廠采用143℃溶出，原蘇聯(lián)的帕夫洛達爾廠則采用常壓，赤泥用燒結法處理。
我國對串聯(lián)法的向往已經(jīng)幾十年了，早在50年代中期山東鋁廠二期擴建時，就考慮過串聯(lián)法方案。50年代末，鄭州鋁廠原來設計也是串聯(lián)法，處理河南鞏義鋁硅比4~5的小關鋁土礦。1960年拜耳法系統(tǒng)試車失敗后，增建了碳酸化分解和碳分母液蒸發(fā)兩個工序，形成完整的燒結法系統(tǒng)，并于1965年順利投產(chǎn)。拜耳法系統(tǒng)經(jīng)過改革后于1966年2月試車成功，后來就形成并完善了我國鄭州鋁廠獨有的混聯(lián)法生產(chǎn)流程。后來推廣到貴州鋁廠（1989年）、山西鋁廠（1992年）。
鄭州鋁廠的混聯(lián)法，其中拜耳法系統(tǒng)一直是用鋁硅比大于10的優(yōu)質(zhì)鋁土礦。隨著其鋁硅比的下降，經(jīng)濟的拜耳法比例將減少，燒結法比例增加，導致能耗增加，成本提高。
隨著氧化鋁生產(chǎn)的進行，我國鋁土礦逐漸貧化，混聯(lián)法生產(chǎn)的各項指標將惡化。特別是進入90年代以后，串聯(lián)法顯示了強大的競爭力。
串聯(lián)法流程的實質(zhì)在于，全部礦石先用經(jīng)濟的拜耳法處理，回收絕大部分氧化鋁，然后用燒結法處理拜耳法赤泥，回收大部分的堿和小部分氧化鋁，燒結法溶液經(jīng)脫硅后進入拜耳法系統(tǒng)，溶液蒸發(fā)析出的一水蘇打返回燒結法系統(tǒng)配料。
用串聯(lián)法處理我國儲量豐富的中等品位礦石，比混聯(lián)法優(yōu)越。串聯(lián)法流程簡單，拜耳法生產(chǎn)比例高，堿耗低，棄赤泥量少，成本低，操作容易。串聯(lián)法與混聯(lián)法各項指標的比較如下：
串聯(lián)法和混聯(lián)法生產(chǎn)方法比較
名 稱 |
單 位 |
混聯(lián)法 |
|
|
拜耳法 |
燒結法 |
串聯(lián)法 |
||
建設規(guī)模 |
萬t/a |
60 |
60 |
|
礦石品位 |
A/S |
5.72 |
4.51 |
5.17 |
礦石氧化鋁含量 |
% |
65.19 |
62.57 |
64.12 |
產(chǎn)品比例 拜：燒 |
% |
59:41 |
77:23 |
|
氧化鋁總回收率 |
% |
92.1 |
92.7 |
|
堿 耗 |
GJ/t-Al2O3 |
85 |
73 |
|
能 耗 |
GJ/t-Al2O3 |
32.6 |
27.6 |
|
棄赤泥量 |
Kg/t-Al2O3 |
1.12 |
1.031 |
|
棄赤泥含堿 |
% |
2.67 |
2.1 |
|
可比成本 |
元/t-Al2O3 |
903 |
849 |
|
串聯(lián)的主要優(yōu)點是：
（1）先以較簡單的拜耳法處理礦石，最大限度地提取礦石中的氧化鋁，然后再用燒結法回收拜耳法赤泥中的Al2O3和Na2O,能耗低的拜耳法產(chǎn)品比例可達70%以上。因此，可降低氧化鋁生產(chǎn)的綜合能耗，Al2O3的總回收率比較高，堿耗也可降低。
（2）由于礦石中的大部分Al2O3，是由加工費用和投資費都較低的拜耳法提取，總的產(chǎn)品成本可大幅度降低。
（3）串聯(lián)法與混聯(lián)法比較，由于采用單一品位的鋁土礦，易于實現(xiàn)礦石的調(diào)配和均化，同時也可以適當放寬拜耳法的溶出條件和要求。
串聯(lián)法的主要缺點是：拜耳法赤泥爐料的燒結比較困難，而燒結過程能否順利進行以及熟料質(zhì)量的好壞又是串聯(lián)法的關鍵。另外，當?shù)V石中Fe2O3含量低時，還存在燒結法系統(tǒng)供堿不足的問題。
鄭州輕金屬研究院等單位在實驗室試驗和公斤規(guī)模的擴大試驗的基礎上，又進行了工業(yè)規(guī)模的試驗。試驗表明，我國首次用回轉(zhuǎn)窯燒結低鋁硅比拜耳法赤泥生料獲得成功。所獲得燒結熟料具有良好的溶出性能，溶出后的赤泥具有很好的沉降分離性能。
研究證明，我國的中低品位鋁土礦資源可以采用串聯(lián)法新工藝生產(chǎn)氧化鋁。
2．選礦拜耳法（1999年通過鑒定，在中州鋁廠應用）：
（1）突破鋁土礦不宜選礦的傳統(tǒng)觀念，通過較經(jīng)濟的物理選礦，可將我國鋁土礦資源的平均鋁硅比由5~6提高到10~11，使我國中、低品位的鋁土礦適應于拜耳法生產(chǎn)氧化鋁。
（2）以一水硬鋁石富連生體為捕集目標，應用階段磨礦、階段選別的合理制度和藥劑，得到鋁硅比為11以上，氧化鋁回收率為90%的精礦。
（3）通過選礦流程的合理選擇，使鋁土礦的入選粒度由-0.074mm的94%下降到75%，形成了完整的處理選精礦的拜耳法生產(chǎn)新工藝。
選礦拜耳法雖然增加了選礦過程，但由于拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程簡單，比原礦混聯(lián)法方案的投資，降低約17%，節(jié)約投資效果十分明顯。
成本費用分析比較表
序號 |
項 目 |
選礦-拜耳法 |
原礦混聯(lián)法 |
選法比原法降低（%） |
1 |
規(guī)模，萬噸/年 |
60 |
60 |
|
2 |
制造成本，萬元/年 |
72978.7 |
76561.9 |
8.27 |
3 |
管理費用，萬元/年 |
2836.2 |
3303.7 |
14.15 |
4 |
財務費用，萬元/年 |
3994.2 |
4796 |
16.72 |
5 |
銷售費用，萬元/年 |
1000 |
1000 |
0 |
6 |
總成本費用，萬元/年 |
80809.2 |
88661.6 |
8.86 |
7 |
經(jīng)營成本，萬元/年 |
59266.6 |
62662.9 |
5.42 |
8 |
單位制造成本，元/ t-Al2O3 |
1216.3 |
1326 |
8.27 |
由以成本估算可見，選礦-拜耳法的制造成本明顯低于原礦混聯(lián)法，選礦-拜耳法的單位產(chǎn)品制造成本比原礦混聯(lián)法低RMB109.7元/ t-Al2O3，降低幅度為8.27%，優(yōu)于我國現(xiàn)有原礦混聯(lián)法的成本指標。
3．石灰拜耳法生產(chǎn)氧化鋁新工藝（1998年通過鑒定，具備工業(yè)實施條件）
通過在選精礦溶出過程中添加適量的石灰，使赤泥中的水合鋁硅酸鈉（Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH20）部分轉(zhuǎn)變成水合鋁酸鈣（3CaO·Al2O3·0.9SiO2·4.2 H2O），以降低赤泥中Na2O含量及生產(chǎn)堿耗。在最佳石灰添加量條件下，用拜耳法處理精礦（A/S=11）生產(chǎn)氧化鋁，生產(chǎn)堿耗低于80Kg/t -Al2O3。
4．雙流法（1996年通過鑒定，具備工業(yè)實施條件）
我國絕大部分鋁土礦都屬于難溶的一水硬鋁石型，其溶出過程需要高溫高堿溶出條件。為進一步提高我國氧化鋁工業(yè)的技術的裝備水平，縮小與世界發(fā)達到國家在氧化鋁生產(chǎn)能耗和成本方面的差距，實現(xiàn)間接加熱，如管道化或間接加熱壓煮器強化拜耳法溶出過程，是其關鍵。
但是我國的一水硬鋁石型鋁土礦資源大部分為高硅中等品位，鋁硅比為4~6，硅礦物含量高且組成復雜，在目前的單流法溶出技術中礦漿在間接加熱的升溫過程中硅鈦等雜質(zhì)礦物大量反應，析出結疤，使加熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大幅度下降，導致運行周期縮短。針對單流法間接加熱技術所面臨的結疤嚴重問題，吸取國外雙流法技術中的優(yōu)點，結合我國鋁礦資源和生產(chǎn)條件的特點，我國許多研究者從應用基礎理論到工藝，圍繞雙流法做了大量工作。
所謂雙流法，就是將配料所需的循環(huán)母液分成兩個部分，送至電管磨磨制原礦漿的部分只占12~35%。礦漿在加熱槽內(nèi)加熱預脫硅，其余母液單獨加熱到盡可能接近溶出溫度在第一個溶出器中再與預脫硅的的礦漿匯合進行溶出。
雙流法與單流法相比，具有以下優(yōu)點：
（1）換熱面上結疤輕：在雙流法工藝中，絕大部分溶出堿液不參與制備礦漿而單獨進入換熱間接加熱，因溶出堿液中SiO2含量很低，加熱過程中硅渣析出量很少，因此大大減輕堿液預熱器換熱面上的結疤；少量堿液與鋁土礦磨制成高固含礦漿，雖然這部分礦漿與單流法礦漿一樣，具備礦石和堿液充分接觸的條件，但是，與堿液流相比，這部分料流數(shù)量少，可以在常壓預脫硅后不再間接加熱或只加熱到不致形成含硅、鈦結疤的溫度以保護換熱器的換熱效率。所以，在雙流法溶出中，換熱面上的結疤比單流法要輕的多。
（2）投資省、成本低：雙流法溶出的工藝設備費用分別比部分間接加熱溶出、管道化溶出和管道預熱-壓煮器溶出等方案的工藝設備費低20%以上。
（3）結疤易清理：試驗結果和生產(chǎn)實踐證明，在雙流法溶出過程中，不論是高溫間接加熱的堿液流還是低溫間接加熱的礦漿流，換熱器管壁結疤的主要成分都是水合鋁硅酸鈉，避開了單流法溶出時加熱管壁上鈣、鈦、鐵等雜質(zhì)結疤的生成條件。所以，雙流溶出的加熱管結疤只需用低濃度（5~10%）的硫酸水溶液即可有效地清洗。
5．焙燒預脫硅“拜耳法溶出”
鋁土礦的焙燒預脫硅屬化學選礦方法，即將鋁土礦在較高溫度下焙燒后堿浸脫硅，脫硅精礦再施以拜耳法處理，而富含硅的堿浸液與精礦分離，另行處理。
另外，如果鋁礦中鐵含量高，不宜用這種焙燒預脫的方法，因為鐵會促進莫來石3Al2O3·3SiO2的生成，有害于預脫硅。
我國低鐵的一水硬鋁石-高嶺石型鋁土礦適合采用這種焙燒預脫硅-拜耳法溶出工藝。當然，該工藝本身還要通過試驗研究進一步完善。
6．焙燒壓力預脫硅-過量石灰拜耳法浸出工藝
焙燒預脫硅-拜耳法溶出工藝中存在兩個問題：1）為了保證較高的脫硅率，焙燒礦堿浸脫硅時，需要較大的配料液固比，一般為10~50，致使設備處理礦石的能力很低； 2）堿浸脫硅的時間比較長。
為了解決如上問題，山東鋁廠提出了焙燒壓力脫硅-過量石灰拜耳法浸出工藝：
（1）焙燒礦堿浸脫硅時，借助加壓（3Kg/cm2）提高了堿浸溫度，使脫硅配料比（L/S）降低，脫硅時間銳減至15min。
（2）Na2CO3的NaOH溶液浸出焙燒礦，純堿與焙燒礦中CaO反應生成 CaCO3，避免了CaO與Na2SiO3反應生成硅灰石轉(zhuǎn)入鋁精礦引起脫硅率降低。另外，純堿可以分解循環(huán)堿液中的浮游物硅灰石：
CaO·SiO2·H2O+Na2CO3=Na2SiO3+CaCO3+H2O
從而可使工業(yè)脫硅效率得以穩(wěn)定。
（3）將脫硅后的精礦進行過量石灰拜耳法浸出。常規(guī)拜耳法浸出時石灰添加量為4~5%，過量石灰拜耳法則需添加15~20%的石灰。
試驗結果表明堿耗隨石灰配量的遞增而銳減。在石灰加入量為15~20%時，拜耳法赤泥中氧化鈉含量由11.4%降至3%以下，與現(xiàn)行燒結法廠相當，可以用作生產(chǎn)水泥的原料，堿耗卻為燒結法一半。
過量石灰拜耳法赤泥的沉降和壓縮性能很好。但是，該工藝必須控制好鋁土礦焙燒和過量石灰拜耳法浸出的技術條件，以獲得氧化鋁溶出率與石灰拜耳法堿耗的最佳化，達到好的綜合經(jīng)濟效益。
一般說，經(jīng)焙燒預脫硅后的精礦都較難溶出，往往需要較高的堿液濃度和更高的溶出溫度，該方案距離工業(yè)應用還有一定距離。要在完善工藝和最佳操作條件的同時，與其它工藝進行綜合經(jīng)濟效益和社會效益的全面比較。
7．焙燒-拜耳法強化溶出
一水硬鋁石型鋁土礦難發(fā)溶出，拜耳法溶出時，必須采用較高的溫度、較高的苛性堿濃度和較長的時間，而赤泥的鋁硅比（A/S）仍然較高，在2左右，這樣就使得氧化鋁生產(chǎn)的技術經(jīng)濟指標落后，改善鋁土礦的溶出性能解決這一問題的根本途徑。國內(nèi)外的許多研究結果都證明，將鋁土礦在適當?shù)臈l件下加以焙燒是提高其中氧化物化學活性的有效辦法。礦石加熱時，其中礦物發(fā)生脫水、分解、晶型轉(zhuǎn)變等反應，結構破壞，新的結晶來不及形成或有序程度很低，礦石內(nèi)孔隙增大，都會使其中各組分的反應能力明顯提高。如在500℃左右焙燒一水硬鋁石所得的α-Al2O3，其化學活性與自然界產(chǎn)生的剛玉或在1200℃煅燒氫氧化鋁所得的α-Al2O3迥然不同，也與焙燒前的一水硬鋁石不同，即前者活性要比后者大得多，所以在適當溫度下焙燒一水硬鋁石能夠加速溶出過程，提高氧化鋁的溶出率。
對廣西平果礦進行的焙燒試驗結果表明：經(jīng)500~625℃焙燒后，一水硬鋁石脫水并轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形氧化鋁和結晶差的剛玉，化學活性增加。焙燒礦孔隙率和比表面的增大，使得溶出更順利。如以Na2O為200g·L-1,MR為3.20的母液，按配料MR為1.6，石灰添加量為原礦重的7.5%，在200℃溶出50min原礦Al2O3的溶出率僅為50%，而在525℃下焙燒25min的焙燒礦的Al2O3溶出率達到91%以上。由此提出了一個新的工藝流程：塊礦 壓力碎礦 懸浮焙燒 濕磨配料 拜耳溶出。該工藝對提高氧化鋁的回收率，降低溶出溫度和堿量是有實際意義的。但是，該工藝距離工業(yè)應用尚有較大距離，而且高硅對工藝的影響沒有得到根本解決。
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