拜耳法生產(chǎn)中經(jīng)常用到苛性比、硅量指數(shù)、循環(huán)效率、晶種系數(shù)等概念。拜耳法就是用堿溶出鋁土礦中的氧化鋁。工業(yè)上把溶液中以NaAlO2和NaOH形式存在的Na2O叫做苛性堿(記作Na2Ok),以Na2CO3形式存在的Na2O叫做碳酸堿(記作Na2Oc),以Na2CO4形式存在的Na2O叫做硫酸堿(記作Na2O),所有形態(tài)的堿的總和稱做全堿(記作Na2Ot)。
苛性比就是鋁酸鈉溶液中的Na2Ok與Al2O3的摩爾比,記作αko。美國習(xí)慣用鋁酸鈉溶液中的Al2O3與Na2Ok的質(zhì)量比表示,符號A/N。
硅量指數(shù)指鋁酸鈉溶液中的Al2O3與SiO2含量的比,符號A/S。
循環(huán)效率指鋁酸鈉溶液中的1t Na2O在一次拜耳法循環(huán)中產(chǎn)出的Al2O3的量(t),用E表示。它表明堿的利用率的高低。
晶種系數(shù)(種子比)指添加晶種氫氧化鋁中的Al2O3數(shù)量與分解原液中的Al2O3數(shù)量之比。
η=(1-αa/αm)×100%
式中 αa,αm-分別表示分解精液和分解母液的苛性比值。
拜耳法生產(chǎn)包括四個過程:(1)用αk=3.4的分解母液溶出鋁土礦中的氧化鋁,使溶出液的αk=1.6~1.5;(2)稀釋溶出液,洗滌分離出精制鋁酸溶液(精液);(3)精液加晶種分解;(4)分解母液蒸發(fā)濃縮至苛性堿的濃度達(dá)到溶出要求(230~280g/L)。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程如圖1所示。
在這四個過程中,鋁土礦的溶出是拜耳法的關(guān)鍵工序。鋁土礦中的三水鋁石在140℃就很快地溶入苛性堿液,一水軟鋁石在180℃也就很快地溶入苛性堿液,而一水硬鋁石在240℃以上才較快地溶入苛性堿液,剛玉根本就不溶。為了使苛性堿溶液的溫度達(dá)到溶出所需溫度,就要用壓力釜給苛性堿液加熱。溶出氧化鋁的漿液的溫度和壓力都很高,需要取出其所含的能量,采用自蒸法產(chǎn)出二次蒸汽來預(yù)熱進(jìn)入高壓釜前的漿液,同時降低了溶出液的溫度和壓力,流出高壓釜進(jìn)入敞開容器洗滌、分離出鋁酸鈉精液?,F(xiàn)代生產(chǎn)都是把一系列預(yù)熱器、高壓釜和自蒸發(fā)器串聯(lián)為溶出器組織進(jìn)行連續(xù)作業(yè)。漿液靠高壓泵打入奪力釜,對于一水硬鋁石需達(dá)到3.33MPa/cm2以上的壓力。所以把高壓溶出車間比喻為氧化鋁生產(chǎn)過程的心臟。
拜耳法溶出時,為了減少結(jié)疤結(jié)瘤通常要進(jìn)行脫硅,有在的原礦漿槽中于90℃以下的低溫脫硅和在150℃下進(jìn)行的中溫脫硅,后者的脫硅效果較好,溶出液的硅量指數(shù)也較高。拜耳法溶液中Al2O3和SiO2濃度變化如圖2所示。
拜耳法要求鋁土礦中的Al2O3含量達(dá)55%以上,A/S越大越好。A/S從11降至7,生產(chǎn)成本將增加14.5%。我國的鋁土礦大多為A/S=5~7(占所有礦的59.3%),拜耳法不能經(jīng)濟(jì)地處理。對這部分鋁土礦就要用堿石灰燒結(jié)法來處理。
由均化堆場送來的鋁土礦、石灰燒制工序送來的石灰,送入磨頭倉。鋁土礦、石灰和蒸發(fā)來的循環(huán)母液按一定配比進(jìn)入由棒、球二段磨和水力旋流器組成的磨礦分級系統(tǒng)。水力旋流器溢流為合格原礦漿進(jìn)入原礦漿槽。原礦漿經(jīng)單套管預(yù)熱器送入預(yù)脫硅槽經(jīng)8小時預(yù)脫硅后補(bǔ)入適當(dāng)?shù)难h(huán)堿液,達(dá)到正常堿配比由GEHO隔膜泵送入壓煮溶出多套管預(yù)熱系統(tǒng)。
礦漿經(jīng)GEHO隔膜泵送入四套管預(yù)熱器,在壓煮器內(nèi)加熱至250~260℃進(jìn)行1小時溶出,溶出后礦漿經(jīng)十一級自蒸發(fā)器閃蒸降溫,溶出礦漿用赤泥洗液稀釋。
稀釋礦漿在常壓脫硅槽進(jìn)行4小時的常壓脫硅。脫硅后的稀釋礦漿在沉降槽內(nèi)進(jìn)行液固分離,底流進(jìn)入洗滌沉降槽和深錐沉降槽組成的赤泥洗滌系統(tǒng)進(jìn)行四次赤泥反向洗滌。制備好的絮凝劑經(jīng)計(jì)量后分別加入分離和洗滌沉降槽,熱水加入末次洗滌槽。末次洗滌槽底流經(jīng)泵送到赤泥堆場進(jìn)行堆存,一次洗滌沉降槽溢流送至壓煮溶出稀釋槽。
分離沉降槽溢流經(jīng)泵送粗液槽,再用粗液泵送往立式葉濾機(jī)喂料槽,在槽中加入定量的石灰乳作為助濾劑。含助濾劑的粗液用泵送到立式葉濾機(jī)進(jìn)行控制過濾,濾餅送分離洗滌沉降槽,精液送板式熱交換器。
精液經(jīng)三級板式熱交換器與分解母液和冷卻水進(jìn)行熱交換冷卻到設(shè)定溫度。降溫后的精液與種子過濾濾餅(晶種)在晶種槽內(nèi)混合,然后用晶種泵送至分解系列的首槽(1#或2#槽),經(jīng)連續(xù)分解后從15#(或16#)槽頂用立式液下泵抽取分解漿液去進(jìn)行旋流分級,分級前加入部分過濾母液稀釋,分級溢流進(jìn)15#(或16#)分解槽,底流再用部分母液沖稀后自壓至產(chǎn)品過濾。分解末槽(14#或15#)的分解漿液從槽上部出料自流至立盤種子過濾機(jī),濾餅用精液沖入晶種槽,濾液入錐形母液槽。
經(jīng)分級底流的氫氧化鋁漿液經(jīng)飼料泵送入平盤過濾機(jī)進(jìn)行成品過濾并用蒸發(fā)送來的熱水進(jìn)行洗滌。洗滌合格后的氫氧化鋁送焙燒爐進(jìn)行焙燒,生產(chǎn)出合格氧化鋁。分離母液送種子過濾的錐形母液槽或分解槽末槽,氫氧化鋁洗液送赤泥沉降一次洗滌系統(tǒng)或分解錐形母液槽,溢流槽漿液經(jīng)泵送到分解末槽。母液槽內(nèi)的分解母液部分送氫氧化鋁分級用于稀釋水旋器進(jìn)料和底流,其余經(jīng)板式熱交換器與精液進(jìn)行熱交換后送蒸發(fā)原液槽。
蒸發(fā)原液除少部分不經(jīng)蒸發(fā)直接送母液調(diào)配槽外,其余絕大部分在蒸發(fā)器組內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)濃縮后送調(diào)配。蒸發(fā)原液首先經(jīng)Ⅰ閃蒸后分別進(jìn)入Ⅳ效和Ⅴ效,其中經(jīng)Ⅳ效-Ⅲ效-Ⅱ效-Ⅰ效-Ⅱ閃-強(qiáng)制效的形式進(jìn)行濃縮作業(yè)。鹽沉降槽溢流送到強(qiáng)堿槽(化清液),部分送各化學(xué)清洗用堿點(diǎn)和分解化學(xué)清洗槽,大部分返回與蒸發(fā)器Ⅴ效出料混合,通過出料泵送到母液槽;底流用過濾機(jī)進(jìn)行過濾分離,濾液進(jìn)鹽沉降槽溢流槽,然后進(jìn)強(qiáng)堿液槽。
生產(chǎn)過程中消耗的堿,用液體燒堿或者片堿補(bǔ)充。卸下的液堿或者片堿,先送補(bǔ)堿槽,再到母液調(diào)配槽與蒸發(fā)母液、部分不經(jīng)蒸發(fā)的原液及苛化稀液調(diào)配成符合濃度要求的循環(huán)母液