联合法:处理中等品位矿石的工艺

  碱法是生产氧化铝的基本工艺,拜耳法与烧结法都是碱法,它们各有优缺点与适用性。根据铝土矿化学成分、矿物组成及其他条件的不同,将拜耳法与烧结法联为一体的工艺流程称为联合法。此法又可分为并联法、串联法与混联法。究竟采用哪种工艺生产氧化铝,主要决定于铝土矿品位(矿石的铝硅比A/S)以及技术经济指标。从一般的技术经济观点看,低品位矿石(A/S为3~4)通常选用烧结法处理,中等品位的矿石(A/S为4~7)通常选用联合法处理,高品位矿石(A/S大于8)则用拜耳法。

  联合法为处理高硅铝土矿开创了一条新途径,两种工艺的有机结合不仅可以扬长避短,而且这种联合为流程中两个系统工艺和设备最佳化提供了新的可能。最近,在联合法基础上又出现了一些新的联合法工艺,如中国的选矿-拜耳法,国外的霞石拜耳水合法等。

  并联法生产氧化铝。此法由拜耳法和烧结法两个并行的生产线组成,以拜耳法处理低硅优质铝土矿为主,烧结法处理高硅铝土矿为辅,以补充拜耳法系统损失的苛性碱。因此,烧结熟料溶出的铝酸钠溶液脱硅后转入拜耳法系统处理,将两个系统的铝酸钠溶液混合进行种子搅拌分解,分离洗涤氢氧化铝,最后焙烧得到氧化铝产品。

  并联法优点:可以合理利用铝土矿资源,可以同时处理低硅和高硅铝土矿,得到相对较好的技术经济效果;生产过程中的碱耗可用碳酸钠补充,降低了生产成本;种分母液蒸发时析出的结晶碱(碳酸钠和硫酸钠复盐)可直接送烧结法配料,取消了拜耳法的碳酸钠苛化工序;烧结法系统中,低苛性化系数的铝酸钠溶液可降低拜耳法系统中溶液的苛性比,可提高种子分解速度,利于砂状氧化铝生产。

  并联法缺点:拜耳法系统苛性碱的损失用烧结法系统的铝酸钠溶液补充,由于烧结法系统的铝酸钠溶液中含有较高碳酸钠,使拜耳法系统各工序循环碱量增加,降低了经济效益;工艺流程也较为复杂。

  串联法氧化铝生产。先以较为简单的拜耳法处理矿石,提取其中大部分的氧化铝,然后再用烧结法回收拜耳法赤泥中的Al2O3和碱,烧结法系统生产的铝酸钠溶液补入拜耳法系统。用串联法处理低品位铝土矿生产氧化铝可以获得更好的技术经济指标。对于中等品位的铝土矿(A/S为5~7的一水矿石)或品位更低但较为易溶的三水铝石矿,采用串联法往往比烧结法好。哈萨克斯坦的帕夫洛达尔氧化铝厂,中国山西晋北氧化铝厂(用A/S为5.6的一水硬铝石铝土矿)和重庆市南川氧化铝厂都采用串联法生产氧化铝。

  串联法优点是:矿石中大部分氧化铝由加工费用及投资比较低的拜耳法提取,仅少量由烧结法得到,减少了回转窑数与燃料消耗,降低了生产成本;由于矿石中的氧化铝经过拜耳法与烧结法提取,总回收率高,碱耗低;由于全部氧化铝由晶种分解法得到,品质高。

  串联法的缺点是:拜耳法赤泥炉料的烧结往往较为困难,若矿石的Fe2O3含量低,在烧结法系统需要添加矿石才能解决补碱的问题,若Fe2O3含量过高,则赤泥炉料的烧结特性变差,整个生产的平衡稳定受两个系统相互影响程度比并联法的大,给生产控制带来一定的困难,赤泥熟料含Al2O3低,熟料折合比(生产1吨氧化铝所需熟料量)高。

  混联法氧化铝生产。该法已成为中国独特的氧化铝生产工艺,在串联法的烧结法系统不仅处理拜耳法赤泥,还配入部分较低品位的铝土矿,拜耳法系统生产的赤泥进入烧结法系统继续处理,烧结法系统产出的一部分铝酸钠溶液又加入到拜耳法系统,以补偿其苛性碱的损失,从而把两部分串联起来。因为它们同时具有串联法和并联法的工艺特点,而烧结法又有独立的循环系统,故把此法称为混联法,混联法为中国氧化铝工业的发展作出了重要贡献。

  混联法的创造性亮点在于其在工业上实现了拜耳法赤泥与低品位铝土矿一起烧结,是稳定拜耳法赤泥熟料烧结作业的好工艺。生产实践证明,混联法是处理国内高硅低铁铝土矿的有效工艺,氧化铝总回收率高,品质好,还解决了串联法中拜耳法与烧结法两个系统的相互制约、难以掌握生产平衡的问题,使整个生产更具灵活性,有利于最大限度发挥装备的生产能力。

  混联法的缺点是:烧结法系统的产能比例比串联法的大,单位产品的投资、能耗和成本也随着上升,产品品质也受到影响;流程长,设备庞大复杂,控制难。

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