【正文】 （ 150℃） — 高壓釜溶出 （法國， 1982 年） 。主要特點有：①可以實現(xiàn)高溫低濃度溶出減輕蒸發(fā)作業(yè)，能耗顯著降低；②溫度高，溶出平衡分子比低，顯著提高循環(huán)效率，氧化 鋁的相對溶出率高；③設備面積小，熱損?。虎苋艹鏊俣葔K，時間短；⑤礦漿高度紊流，有利于傳熱；⑥設備容易制造，沒有機械攪拌裝置，維護費用低；⑦投資小的多。目前應用于生產(chǎn)的強化溶出技術主要有三種 [10,P166197]： （聯(lián)邦德國， 1966 年；匈牙利， 1982 年）。然而，我國鋁土礦大部分是一水硬鋁石型鋁土礦，與國外的相比具有先天不足。在溶出時間一定的前提下，氧化鋁的溶出速度越快，它的溶出率越高，設備的產(chǎn)能也越高，其它各項指標也有可能得到改善。 根據(jù) SiO2的 TiO2在不同礦物中的特點： SiO2(%) ：高嶺石 ；伊利 石 ； 綠泥石 ；石英 TiO2(%) ：銳鈦石 ；金紅石 ； 其它 本次設計預脫硅在 Ф 9 12m 槽中進行，溫度為 90～ 95℃ ，石灰添加量為 8%，所用循環(huán)母液 Na2O 230g/L， 8h，實現(xiàn)脫硅率 30%～ 40%，脫鈦率 20%～ 30%。河南礦含硅礦物主要是伊利石，而伊利石在 160℃ 下基本不反應，所以脫硅率才24％。 以下是各地的常壓預脫硅試驗，石灰添加量為 3％ ～ 8％，所用的循環(huán)母液Na2O200～ 230 g/L，結果如表 23： 表 2－ 3 常壓預脫硅試驗 礦石 溫度 /℃ 時間 /h 脫硅率 /% 脫鈦率 /% 貴州礦 95 4～ 8 ～ 31 平果礦 90～ 95 5～ 8 河南礦 90～ 95 4～ 6 山西礦 100 4～ 8 75～ 80 幾種礦石的預脫硅效果差別很大，這主要與礦物的組成及結晶狀態(tài)等因素有 20 關。礦漿中生成的鈉硅渣又是其他含硅礦物在更高溫度下反應生成鈉硅渣的晶種。 預脫硅 工業(yè)中為了防止和減輕結疤，將原礦漿進行預脫硅處理，預脫硅就是在高壓溶出前，通常將原礦漿在 90℃ 以上攪拌 6～ 10h，使硅礦物盡可能轉為硅渣，這個過程稱為預脫硅。考慮到 過程中的損失，以免影響效果， 本設計采用 8%。 圖 2－ 2 溶出赤泥 A/S 和 N/S與石灰添加量的關系 然而，過量的添加石灰，會使氧化鋁的回收率明顯下降，因此石灰添加量有一個最佳值，在 280℃下平果鋁土礦的最佳石灰添加量為 7﹪ [5]。 19 ⑤清除雜質。 ③促進針鐵礦轉化為赤鐵礦。 圖 2－ 1 一水硬鋁石在合成鋁酸鈉溶液中的溶解度 : 石灰對于一 水硬鋁石溶出性能的改善，在氧化鋁生產(chǎn)過程中具有十分重要的作用，主要表現(xiàn)在 [13,P174178]： ①消除鋁土礦中 TiO2 不良影響，避免鈦酸鈉的生成。在此參考平果鋁廠的技術指標 [8]氧化鋁的濃度定為 181g/l,Nc/NT＝ 。因此鋁酸鈉溶液的 а k＝ (а T=)比較合適。 本工藝欲采用高溫強化溶出，故將堿濃度定為 230g/l[10]。 當其他條件相同時，循環(huán)母液的堿濃度越高，也越有利于氧化鋁的溶出，溶出分子比也越小， 但從整個流程來看，種分時的鋁酸鈉溶液的Na2O 濃度不宜超過 140g/l， 如果要求循環(huán)溶液的堿濃度過高，蒸發(fā)過程的負擔和困難必然 增大。 表 22 平果鋁磨礦工藝及指標調查情況 項目 入磨粒度 磨內液固比 磨機排礦粒度 + 35 +155 +230 棒磨機 5～ 12mm ～ — — — 球磨機 1～ 2mm ～ 0 5% 40～ 50% 配料 配料是為溶出作充分的準備，以達到氧化鋁生產(chǎn)的總體要求，主要考慮的因素有： 循環(huán)母液成分、配料分子比、石灰添加 量 等因素。為了提高分級機效率，在兩段磨后，設計一套水利旋流器進行分級。格子磨排液面低，能及時排除合格產(chǎn)品，過粉碎現(xiàn)象較輕，裝球量多，處理能力比同規(guī)格的溢流型球磨機高 10%— 15%。因為棒磨機磨礦機理有一些破碎的成份在內，當粒度到一定細度就用其處理不再適合，所以第二段選磨礦細度更細的球磨 。綜上且參考廣西的鋁土礦溶出實踐（表 22） ,磨礦粒度定為 60%— 70%:230以上， 采用兩段磨礦。但是，如前所說磨礦粒度要有一個經(jīng)濟值，一來其溶出率提高，二來過細的粒度將使赤泥的沉降性能變壞。C，時間： 2h, Na2Ok濃度： 160g/l。我國的鋁土礦大多為一水硬鋁石型鋁土礦，特別是平果礦，其鐵含量較高，結構致密， 17 且堅硬，這就會表現(xiàn)出很差的溶出性能。但是，當破碎 粒度到達一定的尺寸時，過多的破碎就會不僅增加破碎車間的負擔，而且使整個工序來看能量利用率反而下降。 目前，就對粒度的加工來說，采取 多 破少磨的思路。對于本設計的礦物組成及結構來看，它是一水硬鋁石型礦物， Al2O3含量： %,Fe2O3含量： %， SiO2含量： %，為高鐵礦石，這就要求磨礦粒度細。鐵含量高的礦物致密，難于溶出，要求細磨。 礦石的磨礦細度大小的確定，取決于它的礦物組成，結構，物理特性及溶出條件。從而，由單個溶出來看，磨礦越細，溶出速度越快，單位時間溶出率越高。粒度越小，比表面積越大，溶出越快。 工藝流程與主體設備的選擇與論證 2． 2． 1 礦漿粒度 [10] 磨 礦的粒度對溶出速度，溶出率，赤泥的分離與洗滌都有影響。 16 綜合考慮以上因素，選擇拜爾法，因為礦石鋁硅比較高，達到 16。我國生產(chǎn)氧化鋁的一水硬鋁石型鋁土礦比國外的三水鋁石含硅高、鋁硅比低， 鋁的溶出性能差 ,雜質含量高 ,因而堿耗高 ,工藝復雜 ,生產(chǎn)經(jīng)營成本高。 (3)我國缺乏天然氣資源，以煤、焦炭或重油為燃料，能量交換率和余熱利用率較低。無論是直接能耗還是間接能耗，我國的燒結法和聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁與國外的拜耳法相比明顯過高，其主要原因有： (1)我國生產(chǎn)氧化鋁原料的特殊性，主要表現(xiàn)為鋁硅比小，鐵含量高，礦石難溶出。 世界上采用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁約 90%，燒結 法和聯(lián)合法只占 10%左右。串聯(lián)法氧化鋁回收率較高，堿耗低；拜爾法赤泥爐料的燒結比較困難，當處理低鐵礦石時，會出現(xiàn)燒結法系統(tǒng)供堿不足的問題，拜爾法和燒結法兩大系統(tǒng)的平衡難以控制。 聯(lián)合法可分為并聯(lián)法、串聯(lián)法、混聯(lián)法等三種，對于鋁硅比在 4～ 8的鋁礦石，聯(lián)合法可以兼收拜爾法和燒結法的優(yōu)點，三種聯(lián)合法各具優(yōu)缺點和它們各 自的適用范圍。處理鋁硅比在 4 以下的礦石，目前只有堿石灰燒結法有著良好的應用。 拜爾法是在國外開發(fā)和發(fā)展起來的，適用于鋁硅比較高的鋁土礦，如果鋁硅比偏低，拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的 經(jīng)濟效果就非常不明顯了。 拜爾法是直接用含有大量游離的 NaOH 的循環(huán)母液，處理鋁土礦，以溶出其中的 Al2O3 而獲得鋁酸鈉溶液，拜爾法生產(chǎn)氧化鋁具有流程簡單，作業(yè)方便，能耗低，成本低，污染小，產(chǎn)品質量好等優(yōu)點。它是用堿（ NaOH 或 Na2CO3）來處理鋁礦石。 由于鋁廠建立在廣西右江附近，因此，要考慮工業(yè)排水對右江水質及沿岸居民的生產(chǎn)生活帶來的影響，應該盡量降低工業(yè)排水的污染物含量。應該注意到，氧化鋁生產(chǎn)是一個長期的事業(yè)，應該做好跟附近居民的溝通。 升華用水應做到零污染排放 ,赤泥堆場應有防滲設施 ,不得污染土壤和水體。并且，在工廠內推行環(huán) 保測評 。 環(huán)境保護 在工藝的選擇中，應該考慮生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染，盡量選擇污染指數(shù)小的生產(chǎn)設備。因此應該能夠生產(chǎn)高等級的氧化鋁產(chǎn)品。起步規(guī)模在量力而行的前提之下，盡可能的提高投資的經(jīng)濟效益，因此擬訂初步建設規(guī)模 280kt 氧化鋁 /年，然后在進行追加投資擴建。 綜上所述，本設計中年產(chǎn) 65 萬噸氧化鋁廠可建在廣西平果縣右江南岸。電力方面，可以利用現(xiàn)有的紅水河龍灘 360萬 kw水電站，并考慮利用當?shù)厮娬窘鉀Q水電低峰問題。 從能源供應及交通方面 由于氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)能耗偏高，所以對水電的需求很大。這個市場的機遇，正式鋁土礦資源豐富，儲量為全國第二位的廣西發(fā)展鋁工業(yè)的良機。而另一些缺乏鋁資源的東部省份卻是鋁材或鋁產(chǎn)品深加工工業(yè)的大省，坐享下游加工工業(yè)的高增值利益，形成了極不合理的經(jīng)濟布局。然而，我國綠工業(yè)產(chǎn)業(yè)結構以及生產(chǎn)布局存在不合理的現(xiàn)象，形成了加工能力大于冶煉能力，冶煉能力又大于采選能力的一種極不合理的倒寶塔結構。但是由于我國的鋁土礦多為一水硬鋁石，用它來生產(chǎn) Al2O3能耗高，經(jīng)濟效益差，再加上我國氧化鋁生產(chǎn)能力不足，Al2O3的生產(chǎn)滿足不了電解鋁的需求，故每年需要大量的進口氧化鋁， 2021 年進口氧化鋁將超過 500 萬噸。原鋁產(chǎn)量由 1985 年的 萬噸猛增至 2021 年的 萬噸。經(jīng)探查，廣西平果縣附近有豐富的石灰石儲量，完全可以實現(xiàn)對年產(chǎn) 65萬噸氧化鋁工廠的供給。按成礦區(qū)可劃分為百色資源區(qū)（和田陽，靖西，德保，那坡，田東等縣）和平果資源區(qū)，前儲量為 億噸，占廣西的%，后者儲量為 億噸，占廣西的 %。截止 1998 年全區(qū)探明保有的石儲量鋁土礦儲量為 ，居全國第二位。本設計中采用的礦石為我國廣西地區(qū)的鋁土礦。即為 億噸。我國鋁土礦雖然資源豐富，但商品鋁土礦儲量少（國際上按鋁土礦中 Al2O3溶出性能，把 A/S 大于 7的鋁土礦稱為商品）。適合干露大 13 開采的占 30％，介干露采和坑采之間的占 30％，其余 40％只適合干坑內開采。我國鋁土礦類型以高嶺石 —— 一水硬鋁石型為主，約占總儲量的 98％以上，而三水鋁石型鋁土礦僅在海南、廣東、福建、臺灣等省區(qū)有分布，儲量不到 2％。我國鋁土礦資源儲量預測可達 50億 t，其中山西 25 億 t，河南 4億 t，貴州 5億 t，廣西 7億 t，云南 3 億 t，儲量 億噸，占全國總儲量的 %。其中 A＋ B＋ C級儲量為 億 t，占總儲量的 ％。 資源供應方面 目前，世界己探明鋁土礦資源儲量約 360 億 t。 廣西平果鋁土礦資源豐富且集中，分布范圍 1750 平方公里，總儲量達 3億噸，各礦區(qū)儲量如表 11： 表 11 平果礦區(qū)礦藏儲量表 礦床 類型 工作程度 儲量 鋁硅比 平均品位％ 儲量級品 萬噸 ％ Al2O3 Si02 Fe203 那豆 堆積 和少量 殘積 已審批 的報告 3820 54 B＋ C1 3241 46 C2 7061 100 B＋ C1＋ C2 8128 100 B＋ C1＋ C2 太平 堆積 加密升級 C1＋ C2 敖美 堆積 普查 5000 遠景 新安 堆積 普查 281 遠景 堆積 普查 405 遠景 平果鋁土礦主要是堆積礦，由上述五個礦區(qū)組成，總儲量約為 2億噸，已探明的鋁土礦為 億噸，礦體覆蓋層薄，屬低硅高鐵型。 廣西百色地區(qū)的鋁土礦質量好，儲量大，初步估算堆積礦儲礦量約三億噸，分布平果、德保、靖西、田東、田陽等縣，目前已探明的平 果那豆礦區(qū)儲量為七千萬噸，鋁硅比 10 以上。細粉和超細粉的過多存在，在 — 定程度上也影響電流效率。 經(jīng)焙燒后過細的氧化鋁產(chǎn)品將增大電收塵的負荷，降低電收塵效率，飛揚損失增大，最 終增加氧化鋁成本，降低氧化鋁總回收率。市場上普通氧化鋁明顯會受到砂狀氧化鋁的排擠。砂狀氧化鋁流動性好，適合各種給料輸送及 多 點下料槽。砂狀氧化鋁以其粒度、硬度 (磨損系數(shù)小 )和表面活性 (比表面積大 )的優(yōu)點，克服了粉狀氧化鋁的缺點。面對中國加入 W T 0 后氧化鋁市場通融，進口砂狀氧化鋁質好、價廉、成本低、環(huán)保的優(yōu)點，國產(chǎn)普通氧化侶難以與共抗爭，不利于占領市場爭取市場份額。國外發(fā)達國家已很少生產(chǎn)普通氧化鋁，普通氧化鋁將逐漸被淘汰。半工業(yè)試驗擬分三個階段進行：第一階段，以拜耳法精液為原料生產(chǎn)砂狀氧化鋁；第二階段，以燒結法種分精液為原料生產(chǎn)砂狀氧化鋁；第三階段，以燒結法碳分為原料生產(chǎn)砂狀氧化鋁。 山西鋁廠半工業(yè)試驗線的設計工藝技術條件及設備選擇，都按高濃度一段分解砂狀氧化鉛工藝確定 和計算，但都兼顧了兩段分解生產(chǎn)砂狀氧化鋁的工藝條件 11 和需要。在中鋁公司的組織下， 由山西鋁廠、鄭州輕研院、中南大學、沈陽鋁鎂院組成的生產(chǎn)、科研院校、設計單位科技攻關組迅速成立并開展工作。在小型試驗、擴大試驗的基礎上，于 l987 年完成了物料流量為 6． 5m3／ h 的半工業(yè)性試驗，做了大量的試驗研究工作，但沒有形成成熟可靠的生產(chǎn)工藝和技術裝備，最終未能得到滿意的砂狀氧化鋁產(chǎn)品。盡管研制工作取得了 —定的進展，但由于技術和設備上等方面的原因，在工業(yè)生產(chǎn)上沒有取 得成功。 3． 2 我國砂狀氧化鋁自主研發(fā)情況 我國科研院所、設計、生產(chǎn)單位多年來利用國內現(xiàn)有資源和設備，對砂狀氧化鋁生產(chǎn)進行了大量的試驗研究。目前國內六大氧化鋁廠中，山東鋁廠、中州鋁廠為純燒結法生產(chǎn)，鄭州 鋁廠、貴州鋁廠、山西鋁廠為混聯(lián)法生產(chǎn)，只有平果鋁廠為純拜耳法生產(chǎn)。 開展上述 工藝技術研究有利于規(guī)范 一水硬鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程，優(yōu)化生產(chǎn)的技術經(jīng)濟指標增強我國氧化鋁工業(yè)的競 爭力；有利于確定一水硬鋁石原料生產(chǎn)氧化鋁與三水鋁石原料的實際差異，統(tǒng)一對我國 鋁土礦資源的認識，明確我國氧