拜耳法溶出中低品位矿降低碱耗的现状研究

唐运锋

摘要：在当前，铝土矿以高铝，高硅一水铝土矿为主，铝硅比例在5 ~ 8之间，大于百分之八十的中低品位矿。而拜耳法生产氧化铝难度很大。文章以拜耳法溶出中低品位矿降低碱耗的现状研究为目的，研究有关拜耳法降碱耗方法，并对溶出工艺加以研究，旨在降低碱耗，希望能给有关研究人员带来借鉴和参考。

关键词：低品位铝土矿；拜耳过程；碱的消耗；预脱硅作用；溶解过程

引言

当前，绝大部分的氧化铝企业采用拜耳工艺生产氧化铝。在铝土矿溶解流程中，含硅矿物容易与碱反应形成硅渣，造成碱流失，赤泥排出。所以，硅灰渣是导致碱损失的关键原因，赤泥硅灰比72(N/S）能够看出。境外好的矿石中二氧化硅比例小，溶解流程中几乎没有出现脱硅反应，碱耗化学损耗低。赤泥中氧化钠比例小，产生氧化铝的纯拜耳法耗碱量最少。当前铝土矿具有高铝高硅的优点，大部分是一水硬铝石型矿石。铝土矿的铝硅比（A/S）大概是4 ~ 7，纯拜耳法产生氧化铝的整体结果不佳。

最近这几年，伴随着当前铝工业的高速发展，氧化铝产能快速加大，造成铝土矿品位下降。拜耳铝土矿品位越低，二氧化硫含量越大，耗碱量越多。碱用量是影响拜耳法氧化铝生产成本的关键原因，特别是在解决高硅铝土矿时。为了提升当前氧化铝行业的竞争力，必须改善拜耳法产生氧化铝的生产工艺，降低碱的损耗。有效减少碱耗工厂减少生产成本、提升利润力具有关键意义。

1、拜耳法生产氧化铝的耗碱量

在拜耳法生产氧化铝的流程中，耗碱量是关键的技术经济标识，它直接关系着氧化铝单位的经济收入，在不同程度上是可以显示氧化铝厂的技术水准和管理水准。碱耗意思是每生产1吨氧化铝耗费的苏打或烧碱数，集中由化学损耗和机械损耗构成。拜耳法中的碱在生产流程中回收，一些碱与二氧化硫、二氧化锑等杂质组成赤泥，称为化学损失。机械损失主要包括：赤泥未彻底洗净时消耗的碱；从氢氧化铝晶体中获得的碱及其添加剂溶液；生产工艺里因为把控不严导致的运转、鼓泡、滴碱损失[1]。

所以，水玻璃渣是造成碱损失的关键因素，能够用赤泥的钠硅比来展现。外地优质矿石硅含量小，不会出现脱硅反应溶解。当前社会的铝土矿具有铝硅含量大的特征，大多数是单一水铝石型矿石，纯拜耳铝土矿的铝硅比大概在4-7。氧化铝生产综合结果欠佳。为了提升当前氧化铝行业的竞争力，必须要对拜耳法生产氧化铝的工艺加以改善创新，降低碱的消耗。

2、添加剂对降碱耗的作用

2.1加入氧化镁石灰拜耳法

有关研究人员经过研究硅酸钠溶液脱硅渣脱硫流程的构成和比例，分析了氧化镁在铝酸钠溶液中的反应过程，找到在常压脱硅基础上，镁以铝酸钠溶液的形式，溶液的脱硅结果不显著，氧化镁对石灰脱硅具备显著的推进作用，而且石灰损耗多。脱硅率随氧化镁比例的加大而增多。在高压脱硅前提下，氧化镁对石灰铝酸盐溶液脱硅没有显著的催化作用，不过，对减少会脱硅渣出现有显著的催化作用。

2.2加入水合铁酸钙和铁酸钙

拜耳增加硅酸钙铁氧体新工艺的意思是在原始的拜耳溶解工艺中加入一些水合铁酸钙。有关研究人员使用拜耳法分析了硅酸钙铁氧体为添加剂溶解介质氧化铝。数据表明，随着硅酸钙铁氧体量的加大，溶解度就会减少。剂量减少，溶出时间就会加大，赤泥溶出度减少。采用拜耳法对一些矿山矿石开展溶矿，还按照溶矿量添加水合铁酸钙[2]。在溶解温度和溶解市场的基础上，赤泥才能溶解，溶解后的赤泥沉降性能优良。

结合以上内容，拜耳水合铁酸钙新工艺对减少赤泥溶解结果明显，更适用当前低品位一水合蒙脱石的解决。水合铁酸钙和拜耳法都能明显减少碱的消耗，提升溶出速率，不过，水合铁酸钙和铁酸钙的制备工艺繁杂。另外，制备的添加剂产品品质不好把控，加入量高于单纯添加石灰，会占用一些碱液，减少生产速度。而新添加剂的研究为拜耳法减少碱的消耗带来了新的研究方向。

2.3石灰拜耳法降碱研究

石灰拜耳法的本质是在原始拜耳法的前提下加大石灰用量来提炼氧化铝。低品位铝土矿具有节省碱用量、减缓结皮、提升溶出速度的特征。缺点是：添加的石灰剂量是传统拜耳法的1.5到两倍，赤泥量显著增加，赤泥中氧化铝的损失加大，能耗比传统拜耳法大。工业生产中采用的石灰大多是由石灰石构成。一部分石灰石在燃烧时没有办法分解。这种没有分解的碳酸钙与石灰一起进入拜耳流程，并与碱反应。

在纯碱溶液中，水合石榴石能够分解为硅钠渣。所以，假如溶液中含有大量的纯碱，会让赤泥中的水玻璃渣含量加大，导致碱的流失。提升石灰中的钙比例是处理这一状况的有效方法。

有两种方法：(1）加大煅烧工艺，提升石灰的煅烧品质，提升活性石灰的比例。第一，挑选品位较高的石灰石矿石，确保粒度和焦炭含量正好合适；第二，对煅烧过程中的温度、风压、石高等有关数据加以控制。(2）消化石灰，剥离杂物，生产更纯的石灰乳。石灰消化方式有水灰法和碱液化灰法。在现实操作中，净化后的粉煤灰降低了循环碱液的浓度，进而加大了蒸发压力。循环母液的液化灰分含量不但没有减低循环碱液浓度，也没有加大原料浆的碱度。经过在工艺中加上石灰乳，能够减少碳酸钙的苛化作用，对拜耳工艺体系的不利作业，提升循环效率，加大氧化铝量，降低碱的消耗。

3、拜耳法溶出工艺的优化

3.1改变石灰加入点的研究

部分研究人员认为，在工业产生石灰拜耳法里，加石灰粉有两种方式：先加石灰后加石灰，指的是石灰和矿石以磨浆的方式再溶解；添加石灰后，经过变化石灰乳的加入点，把浆料烧热到溶出温度，添加钙化法制备的石灰乳开展拜耳溶出探究。结果显示，在溶出温度可控内添加石灰乳能够减少碱的消耗。由此可见，在预热温区添加石灰乳对减少碱的损耗有一定作业，不过减少量不多。在之后闪温区加入石灰乳对减少是碱用量没有作业，还会加大碱用量。

3.2二段浸出工艺

石灰拜耳法降低碱耗的核心在于铝土矿中的硅矿物没有产生水合的铝硅酸盐钠，而是产生水合的石榴石，没有出现碱损失。有关研究人员找到溶解前产生的水化石榴石渣在高温溶解之后没有生成水化铝硅酸盐钠，结果表明水化石榴石一般与高温碱性溶液无法相融。接入铝土矿中的硅矿物在溶解前尽可能生成为水合石榴石，就能够实现降低耗碱。为此，设计了二段法溶出工艺，经过生产低碱脱硅产品来减少赤泥的碱耗。

生产流程一般分为两个阶段。第一阶段是使用镀铝溶液对铝土矿加以保温预脱硅。第二阶段，添加高浓度碱溶液溶解氧化铝。第1段的条件：在160度、反应时间是两小时、碱的比例在百分之十五、ak是30.8、二段配矿碳硫占比1.3、溶解温度260度、反应时间一个小时的前提下，能够用铝土矿浸出赤泥N/S由0.42减少到0.23。二段溶出法是一种减少拜耳法赤泥浸出流程中化学结合碱含量的新方式。和赤泥烧结工艺，赤泥水热回收碱工艺比较，它降低了工艺工作量，具有一定的技术优点， 不过在工业普中还会出现一些问题。尤其是纯氧化铝生产企业难以实现高碱度的预脱硅溶液。还需要开展对应的研究探讨。

4、结束语

综上所述，使用拜耳法溶解中低品位铝土矿，还原红色泥碱的消耗主要做到以下几方面，第一要确保科学的矿石铝硅占比，可以经过挑选矿提升铝土矿品位；再者是使用拜耳溶出工艺的优化，优化溶出条件，借助分段浸出能够明显优化赤泥的化学结合碱。最后就是研究了石灰拜耳法中确保溶解的加入点，为了发现石灰的最优的加入方式和加入量，经过这种方法，企业持续研究开发新的附加作用，而没有加大他们的负担，这样不但可以降低碱用的损耗，还可以兼顾氧化铝溶出速度。

参考文献

[1] 幸艳，张雪凯，周康根，等．Cacl2回收液赤泥碱性调控[J]．化工进展，2021,40(5):2909-2916.

[2] 柳晓，韩跃新，何发钰，等.赤泥的危害及其综合利用研究现状[J]．金属矿山，2018,47（11）：7-12.