广东省工业分析检测中心耐火材料,保定铝矾土铝土矿检测实验室

拜耳法是一种工业上广泛使用的从铝土矿生产氧化铝的化工过程。由K.J.Bayer于1889-1892年提出的，一百多年来它已经有了许多改进。它适用于处理低硅铝矿，尤其是在处理三水型铝土矿时，具有流程简单，作业方便，产品质量高，经济效益高等特点。拜耳法基本原理：用浓氢氧化钠溶液将铝土矿中的氧化铝水合物转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的铝酸钠溶液也叫母液重新用于处理下一批铝土矿，实现了连续化生产。下图为拜耳法生产氧化铝的基本工艺流程图，每个工厂由于条件不同，可能采用的工艺流程会稍有不同，但原则上它们没有本质的区别。图2拜耳法生产氧化铝的基本工艺流程从拜耳法生产的基本工艺流程，可以把整个生产过程大致分为如下主要的生产工序：原矿浆制备、高压溶出、溶出矿浆的稀释及赤泥的分离和洗涤、晶种分解、氢氧化铝分级与洗涤、氢氧化铝焙烧、母液蒸发及一水苏打苛化等，具体流程如下图所示。a、原矿浆制备原矿浆制备是氧化铝生产的道工序。所谓的原矿浆制备，就是把拜耳法生产氧化铝所用的原料，如铝土矿、石灰、铝酸钠溶液等按一定的比例配制研磨分散成符合溶出要求的原矿浆。b、高压溶出溶出是拜耳法生产氧化铝的两个主要工序之一。溶出的目的在于将铝土矿中的氧化铝水合物溶解成铝酸钠溶液。溶出效果好坏直接影响到拜耳法生产氧化铝的技术经济指标。c、溶出矿浆的稀释及赤泥的分离洗涤为了促进铝酸钠溶液发生分解，需对溶出矿浆的稀释，同时可降低铝酸钠溶液的黏度，以便于赤泥的沉降分离。由于分离后的赤泥附带有一部分铝酸钠溶液，为了减小Al2O3和Na2O的损失以及环保，所以要对赤泥进行洗涤。d、晶种分解晶种分解就是将铝酸钠溶液降温，增大其过饱和度，再加入氢氧化铝作晶种，并进行搅拌，使其析出氢氧化铝的过程。它是拜耳法生产氧化铝的另外一个关键工序。该工序对产品的产量、质量以及全厂的技术经济指标有着重大的影响。晶种分解除得到氢氧化铝外，同时得到苛性比较高的种分母液，作为溶出铝土矿的循环母液，从而构成拜耳法生产氧化铝的闭路循环。e、氢氧化铝的分离与洗涤经晶种分解后得到的氢氧化铝浆液，要进行分离才能得到所需要的氢氧化铝和种分母液。分离后得到的氢氧化铝部分不经洗涤返回流程作晶种，其余部分经洗涤回收氢氧化铝附带的氧化铝和氧化钠后成为氢氧化铝成品。种分母液则返回流程中重新使用。为了达到氢氧化铝和母液分离的目的，可采用不同的方法，如沉降或过滤等。料浆液固比大的可用沉降法，液固比小的可以过滤。由于料浆液固比影响过滤效率，因此，在一般情况下，都先将氢氧化铝料浆进行浓缩，然后再进行过滤分离。f、氢氧化铝煅烧煅烧就是将氢氧化铝在高温下脱去附着水和结晶水，并使其晶型转变，制得符合特定要求氧化铝的工艺过程。所以氧化铝的许多物理性质，特别是比表面积、α-Al2O3含量、安息角、密度等主要决定于煅烧条件。粒度和强度与煅烧条件也有很大关系。煅烧过程对氧化铝产品的杂质(主要是SiO2)含量也有影响。煅烧产品的质量指标有：化学纯度、灼减、α-Al2O3含量、粒度和安息角等。煅烧过程的技术及经济指标有：煅烧温度、燃料消耗量、产量等。g、种分母液的蒸发蒸发的主要目的是排除流程中多余的水分，保持循环系统中液量的平衡，使母液蒸发浓缩到符合拜耳法溶出铝土矿配制原矿浆的要求。除随赤泥带走以及在氢氧化铝煅烧等过程排除水分外，流程中多余的水分由蒸发工序排除。h、一水碳酸钠的苛化铝土矿中含有少量的碳酸盐(如石灰石、菱铁矿等)，铝土矿溶出时加入的石灰也因煅烧不完全而含有少量石灰石。碳酸盐与高浓度苛性碱溶液作用生成碳酸钠。铝酸钠溶液中的NaOH吸收空气中的CO2也会生成碳酸钠。这个反应称为反苛性化反应。2NaOH+CaCO3(水溶液)→Na2CO3+Ca(OH)2(水溶液)拜耳法生产过程中的苛性碱，由于在浸出过程中产生反苛化作用以及铝酸钠溶液吸收空气中的CO2，有约3%左右转变为碳酸碱，这些碳酸碱在蒸发过程中以固相一水碳酸钠析出。为减少苛性碱的消耗，将碳酸钠进行处理，以回收苛性碱。下面是一水苏打的苛化反应式。Na2CO3·H2O+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3+H2O用拜耳法生产1t氧化铝一般需用矿石1.7～3.4t，碱耗(NaOH)60～150kg，电耗200～350kW·H，总能耗7.4～32.6GJ。

联合法拜耳法和碱石灰烧结法是目前工业上生产氧化铝的主要方法，它们各有其优缺点和运用范围。而当生产规模较大时，采用拜耳法和烧结法的联合生产流程，可以兼有两种方法的优点，而消除其缺点，取得比单一的方法更好的经济效果，同时可以更充分利用铝矿资源。联合法可分为并联、串联和混联三种基本流程，它主要适用于A/S7～9的中低品位铝土矿。我国铝土矿资源特点是高铝高硅的中低品位的一水硬铝石矿，采用的生产方法是烧结法和联合法，联合法中的拜耳法(溶出温度高，苛性钠浓度大)也不同于国外处理三水铝石型铝土矿的拜耳法(溶出温度低，苛性钠浓度小)，所以，我国氧化铝生产与国外相比能耗高，成本高。

三、酸碱联合法先用酸法从高硅铝矿中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝，然后再用碱法(拜耳法)处理。其实质是用酸法除硅，碱法除铁。

东省工业分析检测中心凭借研发优势和技术实力，在绿色节能与低碳环保相关工作中，承担了铝合金建筑隔热型材产品节能认证和铝合金型材低碳产品认证项目实施工作，完成并取得阶段性成果的节能降耗科研项目有9项，参与制订的节能与低碳相关的标准或技术文件共10项。该中心在节能工作组织协调、政策法规制定、重大技术推广、能源统计和计量管理、节能监督检查等方面做出了贡献，获得广东省科技进步三等奖一项、广州市科技进步二等奖一项。

铝土矿（bauxite）是一种风化残余成因的特殊沉积物，是潮湿的热带及亚热带气候条件下近地表风化作用的终产物（图1）。从经济地质学的角度来说，铝土矿泛指所有可供工业开采并用于提炼单质铝（Al）的矿石；依据当前冶炼工艺标准，任意矿石中三氧化二铝（Al2O3）含量大于40%，并且铝元素与硅元素含量之比（Al:Si）在1.8-2.6范围内的矿石，均可划归为铝土矿石。1821年，法国地质学家PierreBerthier在法国南部普罗旺斯省莱博（LesBauxdeProvence）发现并以发现地命名铝土矿沉积。目前国际上通行认可的铝土矿矿床分类方案来源于Bardossy（1982）的建议方案，依照基岩类型将铝土矿分为岩溶型（覆盖于碳酸盐岩地层之上）与红土型（覆盖于硅铝酸盐岩地层之上），若矿层内出现显著搬运作用证据，则为沉积型。铝土矿层中的矿物以铝矿物（一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石）为主，兼有黏土矿物（如高岭石、伊利石、蒙脱石等）、铁矿物（赤铁矿、针铁矿、菱铁矿、黄铁矿等）、重矿物（金红石、锐钛矿、锆石等）（王庆飞等，2012）。

1.铝土矿沉积代表地层序列的沉积间断。根据D'ArgenioandMindszenty（1995）的统计，绝大多数铝土矿沉积代表着1-10Ma的沉积间断期，这些间断期持续时间远大于米兰科维奇旋回（Milankovichcycles）所引发的海平面变化周期，因此正常的海平面升降变化并不会导致铝土矿的形成。2.铝土矿沉积是一种气候敏感沉积物，可反映古气候条件。如现代红土沉积物多产出于温暖潮湿的气候环境，而现代铝土矿的产出位置严格受热带辐合带（ITCZ）控制（图2），铝土矿沉积被视为地质历史时期温暖潮湿古气候的记录（Bogatyrevetal.,2009）。3.铝土矿沉积（特别是大规模区域分布的）指示长期的（百万年尺度）垂向稳定构造背景，成矿区域内往往先期发生准平原化作用（Bardossy,1982）。性的铝土矿沉积均与地球系统演化存在很强的耦合性。Bardossy（1982）认为，自从大氧化事件（GreatOxygenationEvent，~24至25亿年）之后，地球大气层已含有足够的氧含量可产生富铝、富铁氧化物或矿物的红土型风化壳，但是这些风化产物很快被剥蚀再次进入旋回状态，并未保存在沉积记录中。此外，由于前寒武纪地层形成时间久远，历经漫长的地质历史，变质作用可能已地改变了原始矿物组成，使得铝矿物未能得以保存（Bogatyrevetal.,2009a）。目前已知早的铝土矿沉积记录来自于俄罗斯乌拉尔山Sayan地区寒武系矿床，矿物以一水硬铝石为主，部分铝矿物变质成为刚玉（Bogatyrevetal.,2009b）。奥陶纪至志留纪，未见大规模铝土矿沉积报道，而尺度的铝土矿大规模成矿期集中于中-晚泥盆世、晚三叠世至早侏罗世、晚白垩世、始新世至中新世、全新世（D'ArgenioandMindszenty,1995;Bogatyrevetal.,2009b）。结合板块运动历史、生物演化、火山活动、海平面变化及古气候演化等因素来看，铝土矿成矿作用的高峰期与陆地植被系统的出现、中生代温室气候等地质大事件存在关联。此外，范围内铝土矿成矿作用的衰退一般认为和冰期事件相关。例如，晚古生代冰期与范围内早石炭世至中二叠世铝土矿成矿作用的减弱一致。