氧化铝的生产原理和方法(DOC 23页)

第一章氧化铝的生产原理和第一节氧化铝和铝矿烧结法和拜耳法是目前工业生产氧化铝的主要方法。国外生产氧化铝绝大多数采用拜耳法生产氧化铝，中国结合自己的资源情况，首创了拜耳-烧结混联法，极大地提高了氧化铝的总回收率。随着生产技术的不断提高，石灰拜耳法、选矿拜耳法等一些新的生产方法不断被应用到生产中来。一、、氧化铝的特性存在于自然界中的氧化铝称为刚玉（α-Al2O3），是在火山爆发过程中形成的。它在岩石中呈无色的结晶，也可与其他氧化物杂质（氧化铬和氧化铁等）染（形）成带色的结晶，红色的叫红宝石，蓝色的叫蓝宝石。工业氧化铝是各种氧化铝水合物经加热分解的脱水产物，按照它们的生成温度可以分为低温氧化铝和高温氧化铝两类。通常电解炼铝用的氧化铝是α-Al2O3和γ-Al2O3的混合物。α-Al2O3它属六角晶系，由于有完整坚固的晶格，所以它是所有氧化铝同质异晶体中化学性最稳定的一种，在酸或碱液中不溶解。γ-Al2O3属于立方晶系，具有很大的分散性，化学性质较为活泼，易与酸或碱溶液作用。氧化铝的化学纯度成品氧化铝除主要成分是Al2O3外，往往含有少量的SiO2、Fe2O3、Na2O和H2O等杂质。氧化铝中残存的结晶水以灼减表示，它也是有害杂质。因为水与电解质中的AlF3作用而生成HF，造成了氟盐的损失，并且污染了环境。此外，当灼减高或吸湿后的氧化铝与高温熔融的电解质接触时，则会引起电解质暴溅，危及操作人员的安全。氧化铝质量的分级根据YS/7274-1998分为4个等级，如表1-2所示。级别牌号Al2O3（%）SiO2（%）Fe2O3（%）Na2O（%）灼减（%）一级Al2O3-1≥98.6　　　　≤0.02≤0.02≤0.50≤1.0二级Al2O3-2≥98.4≤0.04≤0.03≤0.60≤1.0三级Al2O3-3≥98.3≤0.06≤0.04≤0.65≤1.0四级Al2O3-4≥98.2≤0.08≤0.05≤0.70≤1.0表1-2氧化铝质量等级标准氧化铝的物理性质用于表征氧化铝物理性质的指标有：安息角、α-Al2O3含量、容量、粒度和比表面积以及磨损指数等。二、铝土矿地壳中铝的平均含量为8.7%左右，折合成氧化铝为16.4%，仅次于氧和硅，居于第三位，在金属元素中位于第一位。由于铝的化学性质活泼，它在自然界中以化合物状态存在。地壳中的含铝矿物约有250种左右，其中约40%是各种铝硅酸盐，最重要的含铝矿物只有14-15种，而铝土矿就是目前氧化铝生产的主要矿石资源，世界上生产的氧化铝95%左右是从铝土矿中提炼出来的。铝土矿的质量不仅看它的化学成分、铝硅比的高低，而且还要看铝矿的类型。铝土矿中氧化铝的含量通常在45%-75%之间。铝土矿中的二氧化硅是碱法（尤其是拜耳法）生产氧化铝过程中最有害的杂质。我们通常把铝土矿中的氧化铝与二氧化硅的重量之比值称为铝土矿的铝硅比，以符号A/S表示。氧化铝生产要求铝土矿的铝硅比和氧化铝含量越高越好，因为铝硅比氧化铝含量对氧化铝厂的技术经济指标影响很大。处理铝硅比低的铝土矿较处理铝硅比高的铝土矿在工艺上要复杂得多，并且单位产品的投资及生产成本要高。铝土矿的外观和物理化学性质变化很大，因其矿物组成和化学成分不同而异，三水铝石型多呈松散碎屑状，而一水硬铝石主要为石质块状，矿石结构有土状、致密状与豆鲕状铝土矿可以具有从白色到赭色之间的很多颜色。一般含铁高的呈红色，含铁低的呈灰白色、黄褐色及褐色，硬度变动于1-9之间。我国铝土矿资源较为丰富，其特点是高铝、高硅、低铁，大部分为一水硬铝型铝土矿，铝硅比多数4.0-7.0之间，在10.0以上的优质铝土矿较少。第二节氧化铝生产方法一、氧化铝生产方面概述氧化铝生产过程就是从铝矿石中提取氧化铝使之与杂质分离的过程。自然界中的铝矿石及含铝原料的类型繁多，同一类型的铝土矿中各种杂质的含量又各有差异。为了最经济地生产氧化铝，对不同的铝矿必须采用不同的生产方法，已经提出的生产氧化铝的方法大致可分为碱法、酸法联合法、电热法、高压水化学法等几种。1、碱法生产氧化铝碱法生产氧化铝就是用碱（NaOH或Na2CO3）处理铝土矿，使矿石中的氧化铝和碱反应制成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣中。因为这种残渣被氧化铝铁染成砖红色，故称为赤泥。与赤泥分离后的铝酸钠溶液经净化处理后，可以分解析出氢氧化铝，即Al（OH）3，将Al(OH)3溶液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。分离Al(OH)3后的溶液称为母液，可以用来处理下一批矿石，因而也称为循环母液。碱法生产氧化铝按生产过程的特点，又分为拜耳法、烧结法和拜耳-烧结联合法（包括并联、串联、混联联合法等），目前工业上普遍采用碱法生产氧化铝。二、拜耳法生产氧化铝的原理和基本工艺流程采用拜耳法生产氧化铝已有100多年的历史，100多年来随着科学的发展、新技术的应用，这一方法已经有了很大的发展和改进。目前，它仍是世界上生产氧化铝的主要方法之一。拜耳法用在处理低硅铝土矿（一般要求A/S＞7.0），特别是用在处理三水铝石型铝土矿时有流程简单、作业方便、能量消耗低、产品质量好等优点。现在除了受原料条件限制的某些地区以外，大多数氧化铝厂都采用拜耳法生产氧化铝。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿时工艺条件要苛刻一些。拜耳法最主要的缺点是不能单独处理氧化硅含量太高的矿石，此外，拜耳法对赤泥的处理也很困难。1、拜耳法生产氧化铝的原理拜耳法生产氧化铝的原理简述如下：用苛性碱溶液在一定温度、一定压力条件下溶出铝土矿，氧化铝被溶出制得铝酸钠溶液，铝酸钠溶液净化后经过降温、添加晶种、搅拌分解析出氢氧化铝，析出的氢氧化铝经分离、洗涤、焙烧后得到氧化铝。分解后的母液（主要成分NaOH）经蒸发再重新溶出新的一批铝土矿，进入下一循环。氧化硅等杂质成为赤泥，经洗涤后外排或用于烧结法配料。拜耳法生产氧化铝的基本流程由于各地铝土矿的矿物成分和结构的不同以及采用的技术条件各有特点，各个工厂的具体工艺流程也常有差异。但作为拜耳法生产氧化铝其基本的流程主要由原矿浆制备、溶出、溶出矿浆稀释及赤泥分离和洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级和洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及苏打苛化等工序组成。拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿的基本流程如图1-1所示。第二章原料制备原料制备是氧化铝生产的第一道工序，它包括铝土矿的破碎、配矿、磨矿、料浆的制备和石灰煅烧等。它的主要任务是：（1）铝土矿破碎和均化。（2）为拜耳法系统和烧结法系统分别磨制出合格的原矿浆和生料浆。（3）供应配料用的石灰以及碳酸化分解用的CO2气及脱硅、苛化用石灰乳。铝土矿成分的稳定是均衡稳定生产的首要条件。因此，进入生产流程中铝土矿的铝硅比以及氧化铝、氧化铁等的含量都应达到一定的要求。配矿的作用就是把成分上的差别的几部分铝土矿根据生产要求按比例混合均匀。一般来说，配矿工作在矿山应该进行，矿山对各供矿点开采出的不同品位或成分上有差别的矿石按比例混合，混合后达到生产要求的铝土矿才能进厂，但在近年来的生产实践中很难做到这一点，由于供矿的渠道越来越复杂，几种不同品位的铝土矿有可能同时进厂，这就使得配矿难度加大。一般来说，粗碎的铝土矿进厂后在经过技术人员计算配矿数量，安排和确定堆料位置，以便使混合后的铝土矿成分能够达到生产技术的要求。在有的工厂，进厂后的铝土矿先送原矿堆场贮存，进厂铝土矿经中碎和细碎后按不同品位分开堆放，碎铝土矿进行一次调配，合格后才能送支配料。一、碎铝土矿的配矿方法目前主要的配矿方式是用堆料机进行配矿。在一些老厂还有抓斗吊车（门式或桥式）配矿和贮罐配矿等。1、堆料机配矿混合碎矿也可以分两堆堆存，每堆存量数天，一堆使用，一堆配矿，用堆料机和桥式斗轮取料机分别自动堆取，多层平铺配矿，端面截取。这种配矿方式适用于进矿成分复杂的工厂，技术操作上要求对进厂物料的成分和数量有充分的了解，每堆一次料要核算一次现有混矿的成分，同时仍要计算需要进厂铝土矿的品位和数量等。对于矿石品位差别较大的工厂可以采用这种方法进行配矿，但配矿后的成分可能会与要求的成分有些偏差。采用这种方法必须严格按照配矿计算方法进行，配出的混矿A/S才能达到混矿指标要求，否则混矿分会有较大的偏差。为了保证氧化铝生产中的化学反应能充分而快速地进行，参加化学反应的各种固体物料必须进行磨细与均匀混合。磨矿作业大多是在装有磨矿介质的磨机内进行的。目前氧化铝生产中磨矿多采用管磨机和格子型球磨机，并采用湿法磨矿作业。磨矿作业电耗很大，在氧化铝生产中每磨碎1吨矿石往往要耗电15-23度，钢球和衬板消耗量1.2kg-1.6kg，加上磨矿作业的设备维护和修理的工作量大，因此改善磨矿作业条件，降低消耗和提高磨机生产率对氧化铝生产有很大的意义。二、氧化铝生产中的磨矿1、原矿浆的磨制是将碎铝矿按配比要求配入石灰和循环母液磨制成合格的原矿浆的过程。磨矿作业可采用格子型球磨机（简称格子磨）或管磨机（格子磨和管磨统称为球磨机）与分级设备组成一段闭路磨矿流程。三、影响球磨机产能的因素影响球磨机产能的因素很多，除球磨机的型号与样式、直径大小、转速、衬板形式、多仓球磨机的他仓度及各仓的长度和筛篦板过料面积等本身的因素外，还有许多其他的外部影响因素。当球磨机选定后，影响球磨机产能的主要因素有：矿石的可磨度、给矿粒度、产品细度要求、球级配比、球荷填充率、磨矿液固比等。在铝土矿的高压溶出过程中，为了得到预期的溶出效果，应该通过配料计算确定矿浆中铝土矿、石灰和循环母液的配料比例。四、拜耳法原矿浆指标对氧化铝生产的影响1、固含固含高低变化显示铝土矿与循环碱液配比的变化，固含高即铝矿多，配碱量少，固含低即铝矿少，配碱量多，生产上通常会在矿浆进入高压溶出之前进行固含调整。否则固含高将会影响铝土矿溶出反应完全程度，降低溶出率，增大赤泥量，降低氧化铝回收率；固含低会使溶出αk升高，造成分解困难，降低分解率和循环效率。2、细度矿浆细度跑粗将会加速管道磨损，使预脱硅槽沉淀增多，影响铝土矿溶出反应完全成度。矿浆细度过细将使溶出赤泥变细，使赤泥沉降性能变差，影响拜耳法赤泥的沉降分离作业。3、矿浆CaO含量矿浆CaO配入量要适中，以保证溶出过程中消除TiO2的危害。加入量不足时，将会降低溶出率；游离的CaO会造成Al2O3的损失。第三章石灰烧制第一节石灰的种类及生产方法按石灰中硅酸钙、铝酸钙和铁铝酸钙等成分的多少，石灰分为气硬性石灰和水硬性石灰。硅酸钙、铝酸钙和铁铝酸钙赋予石灰以水硬性的特征。在气硬性石灰中，这些化合物的含量通常为4.0%-12.0%，个别也有达20%；当在石灰中这些化合物的含量为25%-40%时，则石灰呈弱水硬性，这种石灰称为弱水硬性石灰。强水硬性石灰的这些化合物含量为40%-90%。石灰的生产方法石灰煅烧一般都是在立窑和回转窑中进行。石灰是温度控制在900℃-1300℃下煅烧以碳酸钙为主要成分的石灰原料而制得的，在煅烧过程中碳酸钙原料分解为氧化钙和二氧化碳气体。1、生产石灰用的原料用于生产石灰的原料是碳酸盐类岩石（或矿物），其主要成分是碳酸钙（CaCO3）。碳酸钙以两种矿物存在于自然界：方解石和文石。它含有的杂质有AL2O3、MgO、SiO2、Fe2O3等。在煅烧过程中，杂质含量过多则往往会生成熔结物（即结瘤），破坏正常的煅烧，降低石灰的质量。石灰石含的水分对石灰质量没有影响，但会增加燃料的消耗和降低二氧化碳的浓度，石灰石的块度对煅烧过程也有一定影响，块度大，煅烧速度慢，且不易烧透；块度小，煅烧速度较快，煅烧易完全，但不能过小，过小则会使内通风不好。氧化铝生产中对石灰石的质量要求：CaO＞52.0%，MgO＞1.5%,SiO2＞2.0%。烧制石灰用的燃料烧制石灰用的燃料有焦炭、无烟煤和可燃性气体等，选用何种燃料取决于燃料的资源情况。以焦炉煤气为燃料的石灰回转窑的煅烧工艺石灰回转窑的主要设备包括竖式预热器、回转窑、竖式冷却器等。石灰窑一般生产工艺流程如图2-6所示。石灰石由石灰库经皮带运送到预热器上部贮料仓，再由贮料仓通过棒条阀进入竖式预热器。物料在预热器通道内缓慢下移，滑入预热器的环形带，开始与来自回转窑的热废气接触。热废气进入空心筒时的温度在900℃-1100℃，并由推杆上部的空心通气孔通过环形带向石灰石传热，预热石灰石。而废气在预热上部冷却到300℃左右，途经电收尘净化后，由排烟机排入大气。在预热器内被预热的石灰石由液压推杆送入回转窑。合格的石灰落到具有风帽的冷却器内，与来自二次风机鼓入的冷风进行逆向热交换，温度降至100℃以下后，经卸料器卸下，通过链斗输送机送往石灰库贮存的石灰供矿制、化灰工序使用。预热后的空气作为窑头的二次风参加煅烧。石灰窑的煅烧采取负压操作，可根据CaCO3分解吸热、焦炉煤气热值计算石灰石和焦炉煤气的配比，根据焦炉煤气的成分计算焦炉煤气燃烧所需要的空气量。根据物料在窑内的堆积角度、物料在窑内的填充系数和窑的有关参数来计算石灰石下料量和窑速的关系。石灰烧制主要技术指标对氧化铝生产的影响石灰分解率高低对氧化铝生产的影响石灰分解率高可提高原料的利用率和CO2产量，减少石灰中未分解的CaCO3含量。提高石灰质量，可以减少石灰用于拜耳法配料时带入的碳酸盐对拜耳法生产的危害，减轻石灰用于制备石灰乳时的残渣分离负担，有利于提高石灰乳浓度质量。石灰乳制备制备石灰乳的目的氧化铝生产中制备石灰乳主要是用于烧结法铝酸钠溶液的深度脱硅。其次，用作拜耳法精液过滤的助滤剂，有些纯拜耳法厂还用于碳酸钠的苛化。第四章溶出溶出是氧化铝生产的主要工艺之一，它是指铝土矿中的Al2O3；转入铝酸钠溶液的过程。根据生产工艺不同，分为烧结法熟料溶出和拜耳法铝土矿溶出。烧结法熟料溶出是铝土矿与碱经过高温烧结成为熟料以后，再用水或稀碱溶液溶解制取铝酸钠溶液的过程，拜耳法铝土矿溶出是在一定温度、压力的条件下用苛性碱溶液将铝土矿中的氧化铝溶出成为铝酸钠溶液的过程。第一节拜耳法铝土矿溶出铝土矿的溶出是拜耳法生产氧化铝的主要工序之一。溶出的目的是将铝土矿中的氧化铝水合物充分溶解而进入铝酸钠溶液。铝土矿中的氧化铝水合物存在状态的不同，要求的溶出条件也不相同。溶出工艺主要取决于铝土矿的化学成分以及矿物组成类型。通常，处理三水铝石型铝土矿的溶出温度一般为140℃-145℃，用苛性碱（Na2Ok）浓度为（120-140）g/1的母液去溶出。一水铝石型铝土矿的溶出通常是在温度为240℃-250℃，用Na2Ok浓度为（140-220）g/1的母液去溶出。我国用拜耳法处理的一水硬铝石铝土矿，溶出温度通常在240℃-265℃，母液的Na2Ok浓度为（230-260）g/1。一、铝土矿溶出工艺随着科学技术的发展，高压溶出工艺不断改进，设备装置水平不断提高，高压溶出的作业方式和设备装置类型很多，主要有直接加热高压溶出器组、间接加热高压溶出器组、双流法高压溶出器组、管道溶出装置等。我国早期建成的一些氧化铝厂，拜耳法溶出采用了直接高压出器组。近年来新建、扩建的氧化铝厂分别采用了单管预热压煮溶出器、管道化溶出装置和双流法高压溶出器组等新技术。拜耳法生产氧化铝已有100多年的历史。尽管拜耳法生产方法本身没有实质性的变化，但就溶出技术而言却发生了巨大的变化。溶出的方法能由单罐间断溶出作业发展为多罐串联连续溶出，进而发展为管道化溶出。溶出温度也得提高，最初溶出铝石的温度是105℃，溶出不软铝石为200℃，溶出一水硬铝石温度为240℃，而目前的管道化溶出，温度可达20℃-300℃。加热方式由蒸汽直接加热发展为蒸汽间接加热，乃至管道化溶出高温段的熔盐加热。随着技术的进步，溶出过程的技术经济指标得到显著的改善和提高，减轻了附属工序的负担，直接或间接降低了氧化铝生产成本，提高了效益，也加大了资源的利用率。二、、影响铝土矿溶出过程的因素1、铝土矿的矿物组成及结构的影响铝土矿的溶出性能是指用循环母液溶出其中Al2O3的难易程度。除了矿物组成外，铝土矿的结构形态、杂质含量和分布状况也影响其溶出性能。不同产地的一水硬铝石矿的溶出性能也不一致。广西平果矿为石质块状较致密，溶出性能就差，在240℃，溶出时间60分钟。表4-2我国各地矿石的溶出性能孝义修文新安平果赤泥铝硅比1.031.151.221.66相对溶出率（%）99.1298.6297.0492.33溶出液（αk）1.571.591.611.63从表中可看出，溶出性能以山西孝义矿最优，贵州修文矿次之，河南新安矿第三，广西平果矿最差。2.溶出温度的影响提高温度使矿石的矿物形态方面的差别所造成的影响趋于消失。3、循环母液苛性碱浓度的影响4、配料苛性比影响5、矿浆搅拌强度的影响6、铝土矿的磨细程度7、添加石灰的影响8、溶出时间的影响铝土矿溶出过程中，只要AL2O3的溶出率没有达到最大值，那么增加溶出时间，AL2O3的溶出率就会增加。对于一水硬铝石型矿来说，当溶出温度为250℃时，溶出时间对溶出率影响率很大。当溶出温度提高后，溶出时间对溶出率的影响相对减弱。三、溶出的控制1、溶出压力和温度的控制温度是影响溶出速度的主要因素，特别是当溶出一水硬铝石型铝土矿时更是居于主导地位。一个工厂在确定溶出温度时，除需要考虑经济效果外，还应考虑热源（蒸汽、高温载热体或别的热源）和高压设备制造等方面的技术条件。溶出温度和循环母液浓度确定之后，溶出压力也就是随之而定了。高压溶出器机组的机械强度就是根据这个溶出压力和温度的。为了保证安全，实际操作压力不允许超过设计压力，但操作压力应该保持在接近允许的最高压力和温度下工作，以发挥设备的能力，提高溶出过程的产量和质量。溶出温度和机组压力、母液碱浓度及通汽速度之间存在着一定的内在联系。铝酸钠溶液的饱和蒸汽随温度的升高而升高。当温度一定时，则其饱和蒸汽压随母液中Na2Ok浓度的升高而降低，而与氧化铝浓度几乎无关。2、溶出时间的控制具体的矿粒在溶出器内的停留时间和以上计算的平均时间是有差别的。矿粒不可能有秩序地在溶出器中循序前进，而是有的提前，有的滞后。颗粒最大的矿粒沉速最快，最先沉到罐底，最先被排出机组，因而溶出最不完全。沉速越慢，溶出越好，粒度越来越小的矿粒反而在溶出器内停留最久。溶出器的直径越大、个数越少，这种停留时间的差别也越严重。矿粒磨细粒度均匀，此差别就小。当满罐程度高，此差别对溶出率的影响也小。四、高压溶出过程中的结疤及防治1、高压溶出过程中的结疤在铝土矿的预热和溶出过程中，一些矿物与循环母液发生化学反应，生成溶解度很小的化合物从液相中结晶析出并沉积在容器表面上，形成结疤。在氧化铝生产过程中，各工序的结疤现象普遍存在。拜耳法过程结疤的矿物组成与铝土矿的组成、添加剂及各工序的工艺条件都有很大关系。较为常见的结疤成分有硅矿物、钛矿物、铝矿物、铁矿物及磷酸盐等。根据结疤的来源及其物理、化学性质不同，可将结疤的矿物成分分为四大类。（1）因溶液分解而产生，以Al（OH）3为主。主要在赤泥分离沉降槽、赤泥洗涤沉降槽、分解槽等设备的器壁上生成。视条件不同，可以是三水铝石、拜耳石、诺尔石、一水软铝石及胶体。（2）由溶液脱硅以及铝土矿与溶液间反应而产生。如钠硅渣、水化石榴石等，此类结疤主要是在矿浆预热、溶出过程及母液蒸发过程中出现，其结晶形态与温度、溶液组成、时间等多种因素有关。（3）因铝土矿中含钛矿物在拜耳法高温溶出过程中与添加剂及溶液反应而生成。主要成分为钛酸钙CaO·TiO2和羟基钛酸钙CaTi2O4（OH）2。这类结疤主要在高温区生成。（4）除上述三种以外的结疤成分，还有一水硬铝石、铁矿物（针铁矿、赤铁矿、磁铁矿等）、磷酸盐、含镁矿物、氟化物及草酸盐等。这类结疤相对较少。2、结疤的清理清除结疤的方法有机械清理、火烧清理、高压水清洗和酸洗等方法。对不同结疤应有不同的清洗方法。一般的结疤可用5.0%-15.0%的H2SO4清洗，在处理含钛酸钙的结疤时，硫酸中应添加1.5%-2.5%HF。为避免HF的毒性，可以用NaF来代替，此时应延长清洗时间。为防止设备被酸腐蚀，酸洗温度不宜过高，不超过70℃-75℃，并加入缓蚀剂。它的用量为酸液量的0.8%-1.0%。利用酸泵将酸在要清洗的设备和酸槽循环流动。经过90-300分钟，便可使结疤溶解脱落，然后再用清水冲洗，原矿浆由100℃升温到150℃时在预热器内生成的结疤用草酸加磷酸的混合酸清洗效果好。由180℃加热到220℃范围内有结疤用盐酸、草酸和氢氟酸的混合效果最好。对于致密的含钛酸钙的高温结疤，必须经酸洗再用高压水洗才能奏效。机械清理用风动硬质合金钻头进行，钻头中间可以通水同时冲洗；火烧清理是骤然如热管道，使结疤急剧爆裂脱落，从而达到清理目的。第五章液固分离氧化铝生产实质上是将铝土矿中的氧化铝溶入碱溶液中，与其他有害杂质相分离后，再从溶液中析出的变化过程，在这一作业过程中有许多工序要进行液固分离，如拜耳法或烧结法的赤泥与粗液的分离、氢氧化铝与分解母液的分离、烧结法精液与硅渣的分离、结晶碱与蒸发母液的分离等，因此液固分离是氧化铝生产中的重要作业工序。液固分离方法有沉降、过滤和离心分离，离心分离在氧化铝生产中用得较少，本章不予介绍。沉降分为重力沉降和离心沉降。氧化铝生产中的沉降大多采用较经济的重力沉降，重力沉降最适宜处理固液相密度差比较大、固体含量不太高而处理量比较大的悬浮液，但无法将液体中悬浮的固体微粒完全分离干净。赤泥的分离与洗涤是氧化铝生产中使用沉降槽最多的地方，最具代表性。过滤可分为真空过滤和加压过滤。真空过滤适于处理固体含量比较大的溶液，氧化铝生产中一般处理的对象是沉降分离所得底流和种分分解后的浆液，真空过滤设备有转鼓过滤机、立式圆盘过滤机、水平圆盘过滤机等。加压过滤一般适于处理固体含量比较少的悬浮液，它能将悬浮液中的固体颗粒基本分离干净，处理的对象是沉降分离所得溢流和真空过滤所得滤液，如烧结法和拜耳法清液的精制、母液浮沲物的回收等。加压过滤设备有立式叶滤机、卧式叶滤机、袋滤机、板框式压滤机等，氧化铝生产中一般用前三种，尤其是立式叶滤机，由于操作简便、产能高、指标好，在氧化铝生产中应用越来越广泛，有取代卧式叶滤机的趋势。板框式压滤机因操作复杂、产能低，一般不用于氧化铝大工业的生产。第一节过滤一、过滤基本原理过滤是悬浮液进行液固分离的一种有效方式，其基本原理是：在压力差的作用下，借助一种能将固体颗粒截留而让液体通过的多孔介质，将固体颗粒从悬浮液中分离出来的过程。通常将多孔介质称为过滤介质。二、过滤工艺氧化铝生产中有两种过滤工艺，即真空过滤和加压过滤。下面对两种过滤工艺分别介绍：1、加压过滤工艺加压过滤包括立式叶滤机、卧式叶滤机、袋滤机、板框压滤机等。立式叶滤机易于实现不用拉开机头即以高压水冲洗卸泥等操作，因而自动化程度化较高，运行周期也较长，使用在氧化铝生产中粗液的精滤。下面通过立式叶滤机来介绍加压过滤机的工艺，立式0f滤机工艺流程如图5—2所示。叶滤机是多组滤片按一定方式装入密闭的滤筒内，属于周期性作业过滤设备，一个叶滤循环由4个阶段构成：(1)滤液循环挂饼。利用泵将粗液由粗液槽打人叶滤机，在滤布上挂上一层滤饼，因为刚进料时滤液不是通过滤饼过滤，因此滤液浮游物高，进入高位槽后要通过浑精液槽返回粗液槽。此过程需1分钟～10分钟。(2)正常作业。滤布挂饼完成后，合格的滤液由高位槽进入精液槽，此过程根据生产情况可进行40分钟～120分钟。(3)叶滤机卸泥。长时间过滤后，滤饼增厚，过滤阻力增大，产能降低，需断料卸压，利用高位槽滤液反冲卸饼，此过程需0秒～10秒。(4)滤饼沉淀。卸泥后的混合物由滤筒流入滤饼槽，此过程需40秒～120秒。在叶滤机系统设备运行一段时间后，需用碱液进行泡洗，清除结疤，疏通管道，保证设备正常运行。叶滤机采用加压过滤，推动力较大，可适用于过滤溶液浓度较高、粘度较大而不易分离的悬浮液。2、真空过滤工艺工作中真空过滤机过滤面的两侧，受到不同压力的作用，其接触料浆一侧为大气压，而过滤面的背面则与真空源相通，真空源是利用真空设备提供负压。所以真空过滤机的推动力就是两面的压力差即真空度。在此压力差作用下，悬浮液中的固体颗粒被截留在滤布表面形成滤饼，滤液被真空吸力抽走，从而达到过滤目的。氧化铝生产真空过滤机工作时连续运转，过滤面可分为以下几个区：(1)布料区。需过滤的料浆分布到过滤面上，转鼓和立盘的过滤，布料区是过滤面浸在滤浆槽中；平盘是将料浆直接送人水平盘面的布料区。(2)吸滤区。‘在此区域通过真空作用将料浆母液吸入真空受液槽，滤饼被截留在滤布上，达到固液分离的目的。(3)洗涤区。通过固液分离区后滤饼仍然附着一定量的母液，在平盘、转鼓中还需要进行洗涤，洗涤要用热水，以充分洗净。(4)卸料区。过滤完成后滤饼要卸出，与过滤设备分离，卸料有多种方式，有刮刀、反吹、螺旋、折带等。(5)过滤介质再生区。卸料后，有的过滤机仍然存在残余滤饼，可进行反吹或水洗使过滤介质再生。目前应用最广泛的真空设备是水环式真空泵，它需要独立的循环降温供水系统。在氢氧化铝过滤与洗涤中，立盘、转鼓、平盘过滤机由于过滤物料温度不太高，因此没有水冷器、分水器设备。第二节赤泥分离洗涤在目前的氧化铝生产中，大多采用重力沉降或重力沉降与过滤联合的方法来实现赤泥分离与洗涤的作业过程。无论是拜耳法的铝土矿溶出浆液还是烧结法的熟料溶出浆液，都要进行赤泥和铝酸钠溶液的分离，以得到粗制的铝酸钠溶液——粗液。为使分离作业顺利进行，拜耳法铝土矿的溶出浆液在分离前必须进行稀释，而烧结法的熟料溶出浆液必须进行快速分离，以减少二次反应的化学损失；而分离后的赤泥要尽可能地用热水洗涤干净，以减少碱和氧化铝的机械损失(赤泥附液损失)。由于生产方法不同，赤泥分离洗涤的工艺流程不尽相同。现分述如下：一、拜耳法赤泥分离洗涤工艺流程拜耳法赤泥分离洗涤流程传统的拜耳法生产氧化铝，其赤泥分离洗涤流程如下图所示。此流程主要包括以下四个过程：1、赤泥浆液的稀释。高压溶出后的压煮矿浆，用一次赤泥洗液稀释，以便于赤泥沉降分离，并且可满足种分对溶液浓度和纯度(Si02)的要求。2、赤泥的沉降分离。稀释后的浆液送人沉降槽进行沉降分离。沉降槽溢流中的浮游物含量应小于0．25g／l，以减轻下一步叶滤机的负担。3、赤泥反向(逆流)洗涤。含有一定附液(铝酸钠溶液)的赤泥再经过4～6个沉降槽进行4～6次反向洗涤，回收附液中的A1203和Na20。4、赤泥脱钠及过滤。洗涤沉降槽的末次底流赤泥送入脱钠槽加入石灰乳进行脱钠，进一步回收赤泥中的Na20；经过滤洗涤后的赤泥送往赤泥堆场。第七章氢氧化铝焙烧第一节概述氢氧化铝焙烧是氧化铝生产工艺过程中最后一道工序，焙烧的目的就是把氢氧化铝中的附着水、结晶水脱除，并完成部分γ-Al2O3向α-Al2O3转变，生成物理和化学性质符合电解要求的氧化铝。氧化铝的许多物理性质，特别是比表面积、α-Al2O3含量、安息角以及灼减等主要决定于焙烧条件，氧化铝粒度与焙烧条件也有很大的关系。粉状氧化铝和砂状氧化铝，它们的物理特性有所区别，它们的焙烧条件也是不相同的，在生产过程中应严加控制。氢氧化铝焙烧装置的发展经历了回转窑和流态化焙烧炉两个阶段。氧化铝工业发展初期，一台回转窑设备便能完成烘干、脱水、预热、焙烧、冷却等全部工艺过程，但是它的热利用不足，系统散热损失大，焙烧热耗高，我国早期氢氧化铝焙烧均采用此设备。自20世纪80年代开始，流态化焙烧技术引进成功，有些技术已经消化吸收，流态化焙烧炉气固传热效率高、耗低，已经成为我国氢氧化铝焙烧不可缺少的设备。第二节氢氧化铝的焙烧原理及工艺氢氧化铝焙烧的基本原理焙烧是将前一工序送来的氢氧化铝在焙烧炉中高温脱水生成氧化铝的过程，反应式如下：2Al（OH）3==Al2O3+3H2O↑氢氧化铝在焙烧过程中要经过烘干、脱水、晶型转变三个过程。过程反应式及反应热：水分烘干H2O（液）→H2O（汽）2447.6KJ/kg结晶水脱除：2Al（OH）3→γAl2O3+3H2O（汽）2083.2KJ/kg晶形转变γ-Al2O3+3H2O→α-Al2O3-324.3KJ/kg反应热与附着水蒸发热之和加上废气不可避免的过热称之为理论热耗，氢氧化铝焙烧的理论热耗2428KJ/kg-2637KJ/kg.我国氧化铝厂，目前使用气态悬浮焙烧炉（CSC）较多。入炉湿氢氧化铝经过两级干燥预热后在主炉焙烧，再通过两段冷却排出，根据物料在系统内的变化也可以分四个部分。1、干燥湿氢氧化铝进入文丘里干燥器，被来自预热旋风分离器的热风吹起，并迅速干燥，再进入干燥旋风分离器进行气固分离，干燥后温充约为150℃了，附着水全部脱除。2、预热、预焙烧干燥的氢氧化铝遇见主炉排出的高温烟气，大部分结晶水被脱除掉，进入预热旋风分离器进行气固分离，温度在300℃-400℃之间。3、焙烧预热、预焙烧后的物料进入主炉进行焙烧，脱除剩余的结晶水，并进行部分γ-Al2O3向α-Al2O3的晶型转变，焙烧瞬间完成，焙烧温度在1000℃-1200℃之间，在此过程中通过焙烧温度来控制氧化铝的灼减指标。4、冷却焙烧后的高温氧化铝经四级旋风冷却器，由空气直接冷却，再进入流化床冷却器，通过冷却管束与冷却水间接换热，冷却至80℃以下排出。单位溶出性能