【正文】 資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 氧化鋁水合物是鋁土礦中的主要礦物 。 氧化鋁水合物實(shí)際上是由 OH、 O2 、 Al3+構(gòu)成的 ， 其中并不存在水分子 。 主要有三水鋁石 、 一水軟鋁石 、 一水硬鋁石和剛玉 。 其分子式為： 三水鋁石： Al（ OH） 3 一水軟鋁石： γ AlOOH 一水硬鋁石： α AlOOH 剛玉： Al2O3 氧化鋁水合物的化學(xué)性質(zhì)也由于其結(jié)構(gòu)不同而有很大差別 。 化學(xué)活性按下列次序遞減：三水鋁石化學(xué)活性最大 、 一水軟鋁石次之 、 一水硬鋁石較弱 、 剛玉則是非常穩(wěn)定的氧化鋁 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 氧化鋁生產(chǎn)方法 氧化鋁是兩性氧化物，故它既可以用堿性溶液也可以用酸性溶液使得鋁土礦中的氧化鋁溶出。 堿法：拜耳法、堿石灰燒結(jié)法和拜耳 燒結(jié)聯(lián)合法等。 酸法、酸堿聯(lián)合法、熱法 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 堿法生產(chǎn)氧化鋁 ， 就是用堿 (NaOH或 Na2CO3)處理鋁土礦 ， 使礦石中的氧化鋁水合物和堿反應(yīng)生成鋁酸鈉溶液 。 鋁土礦中的鐵 、 鈦等雜質(zhì)和絕大部分的二氧化硅則成為不溶性的化合物進(jìn)入固體殘?jiān)?。 這種殘?jiān)环Q(chēng)為赤泥 。 鋁酸鈉溶液與赤泥分離后 ， 經(jīng)凈化處理 ，分解析出 A1(OH)3， 將 A1(OH)3與堿液分離并經(jīng)過(guò)洗滌和焙燒后 ， 即獲得產(chǎn)品氧化鋁 。 目前工業(yè)上幾乎全部采用堿法生產(chǎn)氧化鋁 。 堿法生產(chǎn)氧化鋁 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 酸法生產(chǎn)氧化鋁就是用硫酸 、 鹽酸 、 硝酸等 無(wú)機(jī)酸 處理鋁礦石 ， 得到含鋁鹽溶液 ， 然后用堿中和這些鹽溶液 ，使鋁成氫氧化鋁析出 ， 焙燒氫氧化鋁或各種鋁鹽的水合物晶體 ， 便得到氧化鋁 。 酸法生產(chǎn)氧化鋁 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 用酸法處理鋁礦石時(shí) ， 存在于礦石中的鐵 、 鈦 、 釩 、 鉻等雜質(zhì)與酸作用進(jìn)入溶液中 ， 這不但引起酸的消耗 ， 而且它們與鋁鹽分離比較困難 。 氧化硅絕大部分成為不溶物進(jìn)入殘?jiān)c鋁鹽分離 ， 但有少量成為硅膠進(jìn)入溶液 ， 所以鋁鹽溶液還需要 脫硅 ， 而且需要昂貴的 耐酸設(shè)備 。 用酸法處理分布很廣的高硅低鋁礦 (如粘土 、 高嶺土 、 煤矸石和煤灰 )在原則上是合理的 ， 在鋁土礦資源缺乏的情況下可以采用此法 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 酸堿聯(lián)合法是先用酸法從高硅鋁礦石中制取含鐵 、 鈦等雜質(zhì)的不純氫氧化鋁 ， 然后再用堿法處理 。 這一流程的實(shí)質(zhì)是用 酸法除硅 ， 堿法除鐵 。 酸堿聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 熱法適合于處理高硅高鐵的鋁礦 ， 其實(shí)質(zhì)是在電爐中熔煉鋁礦石和碳的混合物 ， 使礦石中的氧化鐵 、 氧化硅 、氧化鈦等雜質(zhì)還原 ， 形成硅合金 。 而氧化鋁則呈熔融狀態(tài)的爐渣而上浮 ， 由于密度不同而分離 ， 所得氧化鋁渣再用堿法處理從中提取氧化鋁 。 熱法生產(chǎn)氧化鋁 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁土礦 鋁土礦組成 鋁土礦是一種以氧化鋁水合物為主要成分的復(fù)雜鋁硅酸鹽礦石 ， 鋁土礦的主要化學(xué)成分有： Al2O SiO Fe2OTiO2， 少量的 CaO、 MgO硫化物 、 微量的鎵 、 釩 、 磷 、 鉻等元素的化合物 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁土礦分類(lèi) 鋁土礦中 Al2O3含量大致為 50%～ 70%，其礦物成分有三水鋁石 Al(OH)一水軟鋁石 γ－ AlOOH和一水硬鋁石 α－ AlOOH。鋁土礦按其含有的氧化鋁水合物的類(lèi)型可分為： 三水鋁石型鋁土礦； 一水軟鋁石型鋁土礦； 一水硬鋁石型鋁土礦 ； 混合型鋁土礦。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 我國(guó)鋁土礦除了分布集中外 ， 以大 、 中型礦床居多 。 儲(chǔ)量大于 2023萬(wàn) t的大型礦床共有 31個(gè) ， 其擁有的儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的 49%；儲(chǔ)量在 2023～ 500萬(wàn) t之間的中型礦床共有 83個(gè) ， 其擁有的儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的 37%， 大 、 中型礦床合計(jì)占到了 86%。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁土礦中 SiO2主要以高嶺石 Al2O32SiO22H2O等硅酸鹽礦物存在，有的含少量石英 (晶質(zhì) SiO2)、蛋白石 (SiO2nH2O)及其他粘土礦物。 二氧化硅是鋁土礦的主要有害成分，它是氧化鋁生產(chǎn)中引起堿和氧化鋁損失的主要來(lái)源。在氧化鋁生產(chǎn)中評(píng)價(jià)鋁土礦的質(zhì)量即以鋁土礦中氧化鋁和氧化硅的重量比為標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為“鋁硅比” (A/S)。目前工業(yè)生產(chǎn)中要求鋁土礦的鋁硅比不低于7(用于拜耳法者 )，用燒結(jié)法處理者應(yīng)不低于 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 我國(guó)鋁土礦特點(diǎn) 我國(guó)鋁土礦資源豐富 ， 儲(chǔ)量大 ， 根據(jù)目前已探明的具有工業(yè)價(jià)值的鋁土礦床 ， 主要分布在河南 、 山西 、 廣西 、貴州及山東等省 。 我國(guó)鋁土礦的一般特點(diǎn)是 高鋁 、 高硅 、低鐵；鋁硅比較低 ， 中低品位鋁土礦居多；多數(shù)鋁土礦是一水硬鋁石型鋁土礦 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 其他鋁礦資源 除鋁土礦外，可用于生產(chǎn)氧化鋁的其他原料主要有： 明礬石礦 我國(guó)浙江、安徽有很大的明礬石礦床。蘇聯(lián)、美國(guó)等都擁有豐富的明礬石礦。 霞石礦 霞石常與長(zhǎng)石、磷灰石等礦物伴生，經(jīng)選礦后的霞石精礦可用于生產(chǎn)氧化鋁、堿和水泥。我國(guó)云南和四川有儲(chǔ)量很大的霞石礦。蘇聯(lián)有豐富的霞石資源，工業(yè)生產(chǎn)近 50年，但處理霞石的氧化鋁產(chǎn)量不到其氧化鋁總產(chǎn)量的 1/5。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 單元問(wèn)題 氧化鋁生產(chǎn)方法 我國(guó)鋁土礦特點(diǎn) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 第三講 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 回顧： 氧化鋁的主要生產(chǎn)方法： 堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法、熱法 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 堿處理 分解 煅 燒 鋁土礦 鋁酸鈉溶液 Al(OH)3 Al2O3 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 拜耳法原理和基本流程 拜耳法是澳大利亞化學(xué)家拜耳 （ Karl Josef Bayer） 在18891892年間所發(fā)明的 。 拜耳法用在處理 低硅鋁土礦 ，特別是處理 三水鋁石型鋁土礦 時(shí) ， 流程簡(jiǎn)單 、 產(chǎn)品質(zhì)量好 ，因而得到廣泛的應(yīng)用 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 1 拜耳法的基本原理 ? （ 1） 用 NaOH溶液溶出鋁土礦所得到的鋁酸鈉溶液 ,在添加晶種 ， 不斷攪拌的條件下 ， 溶液中的氧化鋁便呈氫氧化鋁析出 。 ? （ 2） 分解得到的母液 ， 經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來(lái)溶出新的一批鋁土礦 。 ? 交替使用這兩個(gè)過(guò)程就能夠每處理一批礦石 ， 便得到一批氫氧化鋁 ， 構(gòu)成所謂的拜耳法循環(huán) 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 拜耳法的實(shí)質(zhì)就是使下一反應(yīng)在不同的條件下朝不同的方向交替進(jìn)行： Al2O3(1或 3)H2O+2NaOH(aq)====2NaAl(OH)4(aq) 溶出 140 ℃ 分解 70℃ 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 首先是在高溫下在壓煮器中以 NaOH溶液溶出鋁土礦 ， 將其中氧化鋁水合物溶浸出來(lái)；使反應(yīng)向右進(jìn)行 ， 得到鋁酸鈉溶液 ， 雜質(zhì)則進(jìn)入殘?jiān)?。 往徹底分離赤泥后的鋁酸鈉溶液中添加晶種 ， 在不斷攪拌的條件下進(jìn)行晶種分解 ， 使反應(yīng)向左進(jìn)行析出氫氧化鋁 。 分解后的母液 （ 循環(huán)母液 ）再返回用以溶出下一批礦石 。 氫氧化鋁經(jīng)煅燒后便得到產(chǎn)品氧化鋁 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ? 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝有許多個(gè)工序組成 ， 其中主要有：鋁土礦的溶出 、 溶出漿液的稀釋 、 晶種分解和分解母液蒸發(fā)等四個(gè)工序 。 鋁土礦的溶出 溶出漿液的稀釋 分解母液蒸發(fā) 晶種分解 2 Na2OAl2O3H2O系中的拜耳法循環(huán)圖 鋁酸鈉溶液的溫度、 濃度、苛性比值等 各不相同 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 ．拜耳法的基本流程 步驟： 溶出：得到鋁酸鈉溶液，使氧化鋁與雜質(zhì)分離 稀釋?zhuān)航档弯X酸鈉溶液的濃度，便于晶種分解，便于赤泥分離 分解：使鋁酸鈉溶液中的氧化鋁以氫氧化鋁的形式析出 蒸發(fā)：排出多余的水分，保持水量平衡，使蒸發(fā)母液達(dá)到濃度要求 煅燒：除去氫氧化鋁的附著水和結(jié)晶水，并得到吸濕性較差的氧化鋁以滿(mǎn)足電解需求。 破碎 鋁土礦 濕磨 溶出 稀釋 沉降分離 葉濾 溶出礦漿 精液 粗液 稠濃赤泥漿 稀釋漿液 赤泥洗滌 洗液 赤泥 堆場(chǎng) 熱水 石灰 補(bǔ)充 苛性堿 晶種分解 晶種 氫氧化鋁漿液 氫氧化鋁 沉降分離 洗滌 氫氧化鋁 煅燒 氧化鋁 母液 洗液 蒸發(fā) 蒸發(fā)母液 石灰乳 分離 Na2CO3H 2O結(jié)晶 溶解 苛化 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 氧化鋁水合物在溶出過(guò)程中的行為 溶劑：循環(huán)母液中的主要成分有： NaOH、 NaAlO Na2CO Na2SO4等。 Al2O3(1或 3)H2O+2NaOH(aq)==2NaAlO2(aq) 鋁土礦溶出過(guò)程的化學(xué)反應(yīng) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 溶出的目的 ： 在于將其礦石中的氧化鋁充分溶解成為鋁酸鈉溶液而與其它雜質(zhì)分離 。 溶出條件與方式： 由于氧化鋁在鋁土礦中的存在形態(tài)不同所以要求的溶出條件也不相同 。 溶出方式通常是在加壓的情況下進(jìn)行的 ， 所以稱(chēng)為 “ 高壓溶出 ” 。 不同狀態(tài)的氧化鋁水合物的溶出順序 : 三水鋁石最易溶解 、 一水軟鋁石次之 、 一水硬鋁石難溶 ， 而剛玉在 300度以下實(shí)際是不溶的進(jìn)入赤