【文章內容簡介】 。 國外鋁土礦多為三水軟鋁石 ,容易浸出 ,而國內大多為一水硬鋁石 ,處理成本較高 。 。國外氧化鋁廠由于自動化程度高 ,操作較為簡單 ,所以人員較少 ,如美國在澳大利亞的昆士蘭氧化鋁廠年產 330 萬噸 ,只有 140 人 ,而國內氧化鋁廠如長鋁公司氧化鋁廠年產 80 多萬噸 ,職工 3000 多人。 1998 年國際冶金級氧化鋁的產量達到 3627萬噸 ,比上年增長 %,而消費量為 3226萬噸 ,僅比上年增加 %。扣除向亞洲國家凈出口 354 萬噸 ,國際市場氧化鋁的供應過剩 47 萬噸 ,加上上年的供應過剩 27 萬噸 ,國際氧化鋁庫存增加合計 74萬噸。由于國際市場的供應充分 ,而入關后 ,進口氧化鋁的數量將不再受限制 ,過剩的產量必然對國內整個氧化鋁的市場供應造成根本性的影響。隨著國內國民經濟 的迅速發(fā)展內氧化鋁供應缺口將進一步加劇 ,國內氧化鋁的大量缺必將導致國外迅速進行大規(guī)模的擴大再生產。這樣 ,由于供需關系的變化 ,導致氧化鋁銷售價格也將一降再降 ,國內六大氧化鋁廠必將難以在這場價格大戰(zhàn)中處于劣勢。國內企業(yè) 有可能出現(xiàn)大面積的虧損而可能瀕臨破產。 。國外大型氧化鋁廠的設備自動化程度高 ,設備比較先進 ,而國內設備大多比較陳舊 ,自動化程度較低 ,維修費用高。 。 國外為全拜爾法工藝 ,流程比較簡單 ,氧化鋁能耗低 ,而國內多為燒結法或聯(lián)合法 ,流程復雜 ,氧化鋁能耗高 。 氧化鋁供求關系見表 4。 表 4 氧化鋁供求關系 種類 /時間 20xx 20xx 20xx 20xx 20xx 氧化鋁產量（千噸） 58241 61289 74660 83205 85745 氧化鋁消費 58561 62627 71750 76876 80432 缺口 320 1338 2910 6329 5313 中國氧化鋁產量 6985 8609 13830 20500 24500 中國氧化鋁消費 13300 15612 18840 19400 21000 現(xiàn)貨價 404 452 445 270 270 相應對策： 。 使其盡早擺脫債務負擔 ,輕裝上陣 。 再加上后期的投入 ,幫助中州鋁廠達到規(guī)模 ,實現(xiàn)成本的大幅度下降 ,增強抵御市場風險的能力 。 ,和國際上的氧化鋁 競爭 ,必須實現(xiàn)強強聯(lián)合 ,加強氧化鋁廠統(tǒng)一協(xié)調和運作 。加強內部合作 ,減少內耗 ,相互交流生產經驗 ,共同進步 。 ,向內挖潛 ,減少消耗 ,降低成本 ,增加產量 。 。 科技是企業(yè)發(fā)展的根本動力 ,要把科技成果轉化為生產力放在科技工作的首要位置 ,重點抓好氧化鋁生產工藝的突破性研究 。 受鋁土礦特性的限制， 國內 的氧化鋁廠大都采用混聯(lián)法或燒結法生產，致使工藝流程長、能耗高、生產成本偏高 。 氧化鋁工業(yè)的主要原料供應日趨緊張，但目前的氧化鋁生產大都采用堿法工藝，不僅需要高壓設備，而且設備龐 大、工藝復雜、流程長、對生產原料鋁釩土的雜質要求十分苛刻 。 國內 的鋁土礦資源并不豐富，且多屬于低品位的高硅鋁釩土 。 此 類鋁土礦 在 國內 分布廣泛，遍布全國六大區(qū)21 個省 (市、區(qū) )， 目前 國內 高嶺土礦點有 700 多處，其中 200 處礦點探明儲量為 30 億噸，其中煤系高嶺土 億噸礦點分散較為均勻 。 因此，研究開發(fā)新的非堿法生產工藝，對提高 國內 礦產資源利用率，增加地方財政收入，促進國民經濟發(fā)展有著重要意義 。 2 主要反應物 與 產品性質 礦石資料 本設計處理的 樣本 礦石采自 國內 遼寧省丹東市， 屬低品位高嶺土類含鋁礦石 。 礦石 資料如表 5。 表 5 礦石資料 主要元素 AL Fe Mn Mg 質量百分數 % % % 1% 氧化鋁的性質 氧化鋁 ,俗稱剛玉，在自然界廣泛存在。 氧化鋁等級標準見表 6。 表 6 YS／ T 274－ 1998《氧化鋁等級標準》 牌 號 化學成分 % Al2O3 不小于 雜質含量 不大于 SiO2 Fe2O3 Na2O 灼減 AO1 AO2 AO3 AO4 物理性質：氧化鋁是一種白色的熔點較高的粉末狀物質，可用作耐火材料。 化學性質：氧化鋁是一種典型的兩性氧化物，既可以溶于強酸 ，又可以溶于強堿。 目前已知的晶型有六、七種，其中最穩(wěn)定的是 αAl2O3。純氧化鋁為無色或白色晶體，燒結致密的Al2O3 陶瓷硬度大、耐高溫、抗氧化，耐急冷急熱，可使用溫度高達 1980℃ ，機械強度高，化學穩(wěn)定性好，且有高絕緣性，因此，用途極廣。 鋁的性質 鋁是銀白色的輕金屬， 較軟，密度 ，熔點 ℃ ，沸點 2467℃ ，鋁和鋁的合金具有許多優(yōu)良的物理性質，得到了非常廣泛的應用。 鋁對光的反射性能良好，反射紫外線比銀還強，鋁越純，它的反射能力越好，常用真空鍍鋁膜的方法來制得高質量的反射鏡。真空鍍鋁膜和多晶硅薄膜結合，就成為便宜輕巧的太陽能電池材料。鋁粉能保持銀白色的光澤，常用來制作涂料，俗稱銀粉。 純鋁的導電性很好，僅次于銀、銅，在電力工業(yè)上它可以代替部分銅作導線和電纜。鋁是熱的良導體，在工業(yè)上可用鋁制造各種熱交換器、散熱材料和民用炊具等。 鋁有良好的延展性，能夠 抽成細絲，軋制成各種鋁制品，還可制成薄于 的鋁箔，廣泛地用于包裝香煙、糖果等。 鋁合金具有某些比純鋁更優(yōu)良的性能，從而大大拓寬了鋁的應用范圍。例如，純鋁較軟，當鋁中 加入一定量的銅、鎂、錳等金屬，強度可以大大提高，幾乎相當于鋼材，且密度較小，不易銹蝕，廣泛用于飛機、汽車、火車、船舶、人造衛(wèi)星、火箭的制造。當溫度降到 196℃ 時，有的鋼脆如玻璃，而有些鋁合金的強度和韌性反而有所提高，所以是便宜而輕巧的低溫材料，可用來貯存火箭燃料液氧和液氫。 鹽酸的性質 分子式： HCl 分子量： 性質： 本品為無色有刺激性臭的透明液體，屬揮發(fā)性酸，在空氣中發(fā)煙，觸及氨的蒸汽會生成白色煙霧。 鹽酸的質量標準見表 7 表 7 鹽酸的質量標準 檢驗項目 標準要求 鹽酸 (HCl)含量 ,% 3638 外觀 合格 灼燒殘渣 (以硫酸鹽計 ),% ≤ 游離氯 ,% ≤ 硫酸鹽 ,% ≤ 亞硫酸鹽 ,% ≤ 鐵 (Fe),% ≤ 銅 (Cu),% ≤ 砷 (As),% ≤ 錫 (Sn),% ≤ 鉛 (Pb),% ≤ 用途：該產品廣泛用于醫(yī)藥、生物制藥、電子、微電子等行業(yè)，在食品工業(yè)中用于味精、醬油、葡萄糖、汽水等 。 包裝：塑料桶包裝，凈重 25kg/桶、 33kg/桶、 250kg/桶， 1015 噸槽車運輸 鹽酸是氯化氫的水溶液，可看做是酸類化合物 。 純的濃鹽酸是無色液體，通常濃鹽酸約含 37％ HCl，密度約為 ，易揮發(fā)有氯化氫刺激氣味，逸出的氯化氫遇潮濕空氣形成白色酸霧 。 工業(yè)鹽酸因含鐵鹽雜質，因而呈黃色，有腐蝕性 。 鹽酸是強酸，具有酸類通性：可使石蕊、甲基橙變紅，可跟比氫活潑的金屬發(fā)生置換反應，可跟 金屬氧化物（堿性氧化物）、堿發(fā)生中和反應 。 氨水的性質 分子式： NH4OH 分子量： 表 8 工業(yè)氨水的標準 檢驗項目 標準要求 實測結果 色度，號， % ≤80 ≤80 氨（ NH3）， % ≥18 ＞ 20 殘渣 ,g/L,% ≤ ＜ 外觀 清晰透明 合格 性質：本品為無色液體，有刺激性臭味，密度隨濃度增加而減少，濃度 15%時，密度為 g/cm3。呈弱堿性，易揮發(fā)，有毒。有腐蝕性，特別對銅的腐蝕性更大，能和酸和酸性氧化物作用生成鹽和水。氨水碳化后揮發(fā)性減少，碳化度 越高，這種作用越明顯。 用途：該產品主要用于農業(yè)施肥。另外還用于化學、紡織印染等工業(yè)。醫(yī)藥上用稀釋氨水對呼吸和循環(huán)起反射性刺激，醫(yī)治暈倒和昏厥；還用作皮膚刺激藥和消毒藥。 包裝：塑料桶裝或槽車運輸。 3 生產工藝的選擇 [5] [15] [14] [13] 氧化鋁的生產方法 [4] 氧化鋁的生產方法有堿法、酸法，電熱法 。 國內 氧化鋁的生產方法是以堿法為主，這是因為 目前用于工業(yè)生產的鋁土礦資源系高品位含鋁礦石，平均品位在 50%以上 。 隨著資源的不斷開采，高品位礦藏日漸枯竭， 堿法生產氧化鋁的能耗不斷升高，且工藝 上存在很多問題， 因此研究應用于低品位鋁土礦的生產工藝勢在必行 。 經過許多專家學者的不懈努力，已 開發(fā)出適合于處理低品位鋁土礦的酸法工藝，尤其以鹽酸 法的 研究最為廣泛 。 酸法生產氧化鋁 酸法生產氧化鋁的原理是用適當的無機酸處理礦石，生產相應的 鋁鹽，礦石中的氧化硅不與酸作用而殘留于渣中；將鋁鹽進一步凈化除鐵后，使之分解得到氧化鋁 。 酸 法按照使用酸的不同可分為鹽酸法， 硫酸法 和硝酸法 。 其中尤以鹽酸法研究最為廣泛 。 堿法生產氧化鋁 堿法的基本原理是使礦石中的氧化鋁與堿在一定條件下生成鋁酸鈉，進入溶液 而與二氧化硅和氧化鐵等雜質分離，然后再使純凈的鋁酸鈉溶液分解出氫氧化鋁，氫氧化鋁經高溫鍛燒制得成品氧化鋁 。 堿法生產氧化鋁又可分為拜爾法、燒結法、聯(lián)合法 。 （ 1） 拜爾法原料制備過程包括：鋁礦石的破碎、磨礦和配料。拜爾法生產工藝對原料制備的要求：⑴ 參與化學反應的物料要有一定的細度； ⑵ 參與化學反應的物料之間要有一定的配比和均勻的混合。直接以苛性鈉溶液處理鋁土礦，使礦石中氧化鋁生成鋁酸鈉，而礦石中的二氧化硅則成為不溶性殘渣———赤泥，與鋁酸鈉溶液分離，將凈化后的鋁酸鈉溶液進行攪拌分解，再經過濾分離得到氫氧化鋁，經 洗滌后焙燒成氧化鋁，分離所得的大量苛性堿溶液稱為母液，母液經蒸發(fā)再用于處理下一批礦石 。 含有部分二氧化硅的溶液經脫硅后得到鋁酸鈉溶液精制液通入二氧化碳氣體使分解得到氫氧化鋁及母液 。 母液經蒸發(fā)后補充適當的堿粉與下批礦石及石灰配料燒結 。 洗滌后的氫氧化鋁經焙燒得到氧化鋁 。 一般來說，拜爾法具有流程簡單，投資較少，產品質量高，生產成本較低的優(yōu)點 。 但處理低品位礦石時其優(yōu)越性較差，而且還要消耗價格昂貴的苛性堿 。 [6] （ 2）燒結法的優(yōu)點是可以處理品位較低礦石，而且只消耗價格便宜的碳酸鈉，與拜爾法相比，在同樣的條件下處理低品 位礦時，燒結法的堿耗較低，氧化鋁總回收率較高，但流程復雜，投資較大，產品氧化鋁質量較差，成本較高 。 因此含硅很低的優(yōu)質鋁土礦就采用拜爾法，含硅高，鋁硅比較低的鋁礦石，一般采用燒結法 。 為了充分利用礦產資源，綜合兩種方法的優(yōu)點，以提高氧化鋁總回收率，提高產品質量，降低生產成本，將兩種方法聯(lián)合起來使用，這樣就產生了聯(lián)合法 。 （ 3）聯(lián)合法又分為串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)法 。 并聯(lián)法是用拜爾法處理高品位礦，燒結法處理低品位礦；串聯(lián)法中燒結法只處理拜爾法赤泥；將拜爾法赤泥同時配一些低品位礦石可改善大窯的操作，這種將串聯(lián)和并聯(lián)結合起來 的方法即為混聯(lián)法 。 電熱法生產氧化鋁 電熱法用來處理高鐵鋁礦，將礦與碳 還原劑 配成爐料在電弧爐內高溫下進行還原熔煉 。 礦石中的氧化硅和氧化鐵被還原成硅鐵合金，而氧化鋁則呈熔融狀態(tài)的鋁酸鈣渣上浮，由于比重不同而分層 。所得氧化鋁渣再用堿法處理，從中提取氧化鋁，所得硅鐵合金為成品 。 目前電熱法生產氧化鋁還處于研究階段 。 到目前為止，已經提出了很多從鋁礦石或其它含鋁原料中提煉氧化鋁的方法，但由于技術上和經濟上的種種原因，有的已被淘汰，有的屬于試驗階段， 由于現(xiàn)在處理的礦石均為高品位礦石，所以現(xiàn)在 工業(yè)上幾乎全部采 用堿法生產 氧化鋁 。 生產工藝的選擇 ——酸法工藝 1 選擇依據 國內 鋁土礦儲量約為 23 億噸 ,主要分布在山西、河南、貴州、廣西 4省 。 除廣西礦的鋁硅比為 10左右外，其它地區(qū)礦石的鋁硅比都比較低 。 隨著高品位鋁土礦儲量的日漸減少，氧化鋁企業(yè)的總供礦品位也在下降，引起產量減少、消耗增加、成本上升 。 由于受鋁土礦特性的限制， 國內 的氧化鋁廠大都采用混聯(lián)法或燒結法生產，致使工藝流程長、能耗高、生產成本偏高 。 氧化鋁工業(yè)的主要原料供應日趨緊張，但目前的氧化鋁生產大都采用堿法工藝，不僅需要高壓設備，而且設備龐大、工 藝復雜、流程長、對生產原料鋁釩土的雜質要求十分苛刻 。 國內 的鋁土礦資源并不豐富，且多屬于低品位的高硅鋁釩土 。 而 國內 高嶺土類鋁土礦分布廣泛，遍布全國六大區(qū) 21 個省 (市、區(qū) )， 目前 國內 已發(fā)現(xiàn)此類 礦點有 700 多處，其中 200 處礦點探明儲量為 30 億噸，其中煤系高嶺土 億噸礦點分散較為均勻 。 通過鹽酸，硫酸，硝酸分別浸取低品位鋁土礦的正交實驗研究，鹽酸法浸取率在三種酸中是最高的，且使用鹽酸法生產，價格低廉，甚至可以用廢鹽酸代替工業(yè)鹽酸以降低成本 。 綜上所述，使用鹽酸法處理低品位鋁土礦，對提高 國內 礦產資源利用率，促 進 國民經濟 的發(fā)展 有 著 重要意義 。 工藝的技術創(chuàng)新性 本工藝結合各種酸法工藝制備氧化鋁的研究，開發(fā)了粉碎 —浸出 —萃取 —反應 —煅燒的新工藝來生產氧化鋁 。 其優(yōu)點如下： （ 1）礦石采用儲量豐富的高嶺土類鋁土礦石，價格低廉， 鹽酸甚至可 用廢鹽酸 代替 ，可大大降低成本 。 （ 2）該工藝能夠在常壓下進行鋁土礦的酸分解，除硅簡單，工藝流程較堿法短，投資少 。