中國堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的主要技術(shù)成就是:在熟料燒成中采用低堿比配方,在熟料溶出工藝中采用二段磨料和低分子比溶液,以抑制溶出時的副反應(yīng)損失,使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分別達到94~96%和92~94%。Al2O3的總回收率約90%,每噸氧化鋁的Na2CO3的消耗量約95公斤。堿石灰燒結(jié)法可以處理拜耳法不能經(jīng)濟地利用的低品位礦石,其鋁硅比可低至3.5,且原料的綜合利用較好,有其特色。
堿石灰燒結(jié)法的常用流程見圖2
拜耳燒結(jié)聯(lián)合
可充分發(fā)揮兩法優(yōu)點,取長補短,利用鋁硅比較低的鋁土礦,求得更好的經(jīng)濟效果。聯(lián)合法有多種形式,均以拜耳法為主,而輔以燒結(jié)法。按聯(lián)合法的目的和流程連接方式不同,又可分為串聯(lián)法、并聯(lián)法和混聯(lián)法三種工藝流程。
① 串聯(lián)法是用燒結(jié)法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3,用于處理拜耳法不能經(jīng)濟利用的三水鋁石型鋁土礦。擴大了原料資源,減少堿耗,用較廉價的純堿替燒堿,而且Al2O3的回收率也較高。
② 并聯(lián)法是拜耳法與燒結(jié)法平行作業(yè),分別處理鋁土礦,但燒結(jié)法只占總生產(chǎn)能力的10~15%,用燒結(jié)法流程轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的NaOH補充拜耳法流程中NaOH的消耗。
③ 混聯(lián)法是前兩種聯(lián)合法的綜合。
氫氧化鋁
其原理是用苛性鈉(NaOH)溶液加溫溶出鋁土礦中的氧化鋁,得到鋁酸鈉溶液。溶液與殘渣(赤泥)分離后,降低溫度,加入氫氧化鋁作晶種,經(jīng)長時間攪拌,鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁,洗凈,并在950~1200℃溫度下煅燒,便得氧化鋁成品。析出氫氧化鋁后的溶液稱為母液,蒸發(fā)濃縮后循環(huán)使用。 由于三水鋁石、一水軟鋁石和一水硬鋁石的結(jié)晶構(gòu)造不同,它們在苛性鈉溶液中的溶解性能有很大差異,所以要提供不同的溶出條件,主要是不同的溶出溫度。三水鋁石型鋁土礦可在125~140℃下溶出,一水硬鋁石型鋁土礦則要在240~260℃并添加石灰(3~7%)的條件下溶出。現(xiàn)拜耳法的主要進展在于:①設(shè)備的大型化和連續(xù)操作;②生產(chǎn)過程的自動化;③節(jié)省能量,例如高壓強化溶出和流態(tài)化焙燒;④生產(chǎn)砂狀氧化鋁以滿足鋁電解和煙氣干式凈化的需要。拜耳法的工藝流程見圖1。
拜耳法的優(yōu)點主要是流程簡單、投資省和能耗較低,{zd1}者每噸氧化鋁的能耗僅3×106千卡左右,堿耗一般為100公斤左右(以Na2CO3計)。
氫氧化鋁碳酸氫銨法生產(chǎn)
碳酸氫銨法為在硫酸鋁溶液中,在攪拌下添加堿溶液,生成沉淀經(jīng)洗滌、過濾、低溫干燥后,經(jīng)粉碎制得成品。也可將脫水后的糊狀物直接作為產(chǎn)品。制備中溶液的濃度、溫度、反應(yīng)溫度控制,干燥溫度等影響產(chǎn)品質(zhì)量。碳酸氫銨法將硫酸與鋁粉或鋁灰作用生成硫酸鋁,再與碳酸氫銨進行復(fù)分解反應(yīng),制得氫氧化鋁。其2Al(OH)3+3H2SO4→A12(SO4)3+6H2O+A12(SO4)3+6NH4HCO3→2AI(OH)3+3(NH4)2SO4+6CO2↑鋁酸鈉法燒堿與鋁灰以2:1配比在100℃以上進行反應(yīng),制得鋁酸鈉溶液。硫酸與鋁灰以1.25:1配比在110℃下反應(yīng),制得硫酸鋁溶液。然后將鋁酸鈉溶液與硫酸鋁溶液中和至pH6.5,生成氫氧化鋁沉淀,經(jīng)水洗、壓濾,于70~80℃下干燥12h,再經(jīng)粉碎,制得氫氧化鋁成品。其A12O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O+Al2O3+3H2SO4→A12(SO4)3+3H2O+6NaAIO2+A12(SO4)3+12H2O→8Al(OH)3↓+3Na2SO4回收法將回收的三氯化鋁經(jīng)水溶解、活性炭脫色及過濾除雜后,與碳酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁,再經(jīng)過濾、洗滌、干燥,得氫氧化鋁產(chǎn)品。其2AlCl3+3Na2CO3+3H2O→2AI(OH)3↓+6NaCl+3CO2↑