拜耳法生产氧化铝的工艺流程

1拜耳法生产氧化铝的工艺流程概述
拜耳法系奥地利拜耳(K.J.Bayer)于 1888年发明。其原理是用苛性钠(NaOH)溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝,得到铝酸钠溶液。溶液与残渣(赤泥)分离后,降低温度,加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝,洗净,并在950~1200℃温度下煅烧,便得氧化铝成品。析出氢氧化铝后的溶液称为母液,蒸发浓缩后循环使用。
拜耳法的简要化学反应如下:
由于三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以要提供不同的溶出条件,主要是不同的溶出温度.三水铝石型铝土矿可在125~140℃下溶出,一水硬铝石型铝土矿则要在240~260℃并添加石灰(3~7%)的条件下溶出。
现代拜耳法的主要进展在于:①设备的大型化和连续操作;②生产过程的自动化;③节省能量,例如高压强化溶出和流态化焙烧;④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。拜耳法的工艺流程见图1.
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拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低,最低者每吨氧化铝的能耗仅3×106千卡左右,碱耗一般为100公斤左右(以Na2CO3计)。
wits拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量,主要是矿石中的SiO2含量,通常以矿石的铝硅比,即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中,SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O),随同赤泥排出。矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和0.8公斤NaOH的损失.铝土矿的铝硅比越低,拜耳法的经济效果越差。
2 主要生产原理及过程
2。1 预脱硅与铝硅比的提高
拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量,主要是矿石中的SiO2含量,通常以矿石的铝硅比,即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示。通常采用预脱硅的方法来降低SiO2的含量,进而提高铝硅比。预脱硅是在95一100℃的温度工况条件下,使铝土矿与苛性碱配成的原矿浆在脱硅槽中停留8—-10小时,使铝土矿中高岭石溶解并生成铝硅酸钠,最终降低Si02的含量。主要方程式有:AL203.2Sioz.2H20+6NaOH+aq -〉2NaAL (OH) 4+2Na2[HZSi04l+aq
xNa2[H2S104]+2NaAL (OH) 4+aq —>Na20.AL203S102。nH20+2xNaOH+aq
反应生成物NaAL (OH)4.在一定的苛性钠浓度和温度下,可以稳定存在,形成铝酸钠溶液,经过这一反应就可以将铝土矿中大部分的AL203,提取出来,进入铝酸钠溶液.
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2.2 铝酸钠溶液的制得
铝土矿的溶出过程一般是在高压(高温)条件下进行的.  高压溶出的目的:用循环母液(苛性碱溶液)迅速将铝土矿中的Al2O3溶入,制成铝酸钠溶液。反应方程式如下:
Al2O3•(1或3)H2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq
这是溶出过程的主反应.
2。3 溶液与赤泥的分离
赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。在拜耳法流程中,铝土矿经破碎后,和石灰、循环母液一起进入湿磨,制成合格矿浆.矿浆经预脱硅之后预热至溶出温度进行溶出。溶出后的矿浆再经过自蒸发降温后进入稀释及赤泥(溶出后的固相残渣)的沉降分离工序。自蒸发过程产生的二次汽用于矿浆的前期预热。沉降分离后,赤泥经洗涤进入赤泥堆场,而分离出的粗液送往叶滤。
2.4 氢氧化铝的析出
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在铝酸钠溶液中加入氢氧化铝作晶种,是因为晶体可以产生凝聚现象,以便最大限度节约时间的析出氢氧化铝并且提高氢氧化铝的产量;同时,氢氧化铝晶体可以对发生的化学反应平衡造成影响,由于凝聚反应优先发生,所以析出的氢氧化铝大于消耗的氢氧化铝。
2.4 氧化铝的制得气瓶水压试验
mocvd将析出的氢氧化铝晶体洗净,并在950~1200℃温度下煅烧,便可以得到氧化铝的成品.
3 主要设备及工作原理

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