強(qiáng)化燒結(jié)法對(duì)氧化鋁新工藝的影響

孫 晶

（中國(guó)有色金屬建設(shè)股份有限公司，北京 100029）

現(xiàn)在世界上普遍通用的生產(chǎn)氧化鋁的方法為拜耳法和燒結(jié)法，我國(guó)由于鋁土礦的質(zhì)量原因，一直以來(lái)采取燒結(jié)法，這項(xiàng)傳統(tǒng)工藝是從前蘇聯(lián)引進(jìn)的，雖然經(jīng)過(guò)幾十年的理論實(shí)踐和生產(chǎn)實(shí)踐得到了改善，但是卻沒(méi)能突破理論框架，所以被稱為傳統(tǒng)的燒結(jié)法生產(chǎn)工藝。傳統(tǒng)的燒結(jié)法生產(chǎn)工藝加工困難、耗費(fèi)的能源多，因此設(shè)計(jì)一種高A/S礦石采取燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝一直是相關(guān)專業(yè)人員的目標(biāo)這種生產(chǎn)工藝被稱為強(qiáng)化燒結(jié)法，具有很好的經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)出率[1]。

1 燒結(jié)法的主要原理

將堿、石灰和鋁土礦一起進(jìn)行燒結(jié)，使得原料中的氧化鋁經(jīng)過(guò)反應(yīng)變?yōu)橐兹苡谒匿X酸鈉，氧化鐵反應(yīng)變?yōu)槿菀姿獾蔫F酸鈉，氧化硅反應(yīng)變?yōu)椴蝗苡谒脑杷徕}。鋁酸鈉、鐵酸鈉和硅酸鈉三種化合物組成熟料，將熟料加入稀堿溶液，鋁酸鈉溶于稀堿溶液，鐵酸鈉在稀堿溶液中水解為氧化鐵水合物并沉淀，極易除去，原硅酸鈣與稀堿溶液不發(fā)生反應(yīng)，沉淀除去。將這個(gè)過(guò)程稱為溶出過(guò)程，在此過(guò)程中，進(jìn)行的二次反應(yīng)會(huì)影響溶出率。

以下是二次反應(yīng)表達(dá)式：

在生產(chǎn)過(guò)程中，二次反應(yīng)還要受配方和反應(yīng)條件的影響。

1.1 配方的影響

配方對(duì)于二次反應(yīng)的影響主要是因?yàn)椋轰X硅比、堿比、鈣比以及生料加煤。

首先是鋁硅比，若熟料中鋁硅比較低，則原硅酸鈣的含量高，所以溶出過(guò)程與稀堿溶液中苛性堿反應(yīng)會(huì)比較強(qiáng)烈，這樣會(huì)導(dǎo)致二次反應(yīng)造成巨大損失，氧化鋁和氧化鈉的溶出率降低。

其次是堿比和，堿度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致氧化鈉的溶出率比較低，可能會(huì)使得溶出液苛性比例變高，二次反應(yīng)損失加大。而堿度過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致氧化鈉含量不足，不能把所有的氧化鋁和氧化鐵化學(xué)反應(yīng)成鋁酸鈉和鐵酸鈉[2-4]。

第三是鈣比，熟料中鈣含量過(guò)高，則相比生成鋁酸鈉，生成鋁酸鈣的可能性更大，這樣會(huì)對(duì)氧化鋁造成損失，而且溶出液苛性比值會(huì)升高，沉降效果不好，溶出率降低。若熟料中鈣含量過(guò)低，證明生料中氧化鈣的含量不足以將所以二氧化硅通過(guò)化學(xué)反應(yīng)變?yōu)樵杷徕}，就是說(shuō)一次化學(xué)反應(yīng)中氧化鋁和氧化鈉的損失率變大，標(biāo)準(zhǔn)溶出率降低。

最后，生料加煤也會(huì)改變配方，對(duì)二次反應(yīng)產(chǎn)生影響。生料加煤可以提高熟料窯的產(chǎn)能，熟料的質(zhì)量也會(huì)得到提升，改善赤泥沉降性，避免二次反應(yīng)的產(chǎn)生，提高溶出率。

1.2 溶出條件的影響

溶出條件對(duì)二次反應(yīng)的影響從溫度、溶出液濃度、碳酸鈉濃度、溶出液固比與赤泥含量、溶出時(shí)間以及熟料的磨細(xì)度這些因素體現(xiàn)。

其一，溫度。該化學(xué)反應(yīng)會(huì)在溫度比較高時(shí)反應(yīng)速度加快，溫度越高，產(chǎn)生的二次反應(yīng)越多，溶出率越低。溫度過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致溶出不完全，沉降效果不好，氧化鋁和氧化鈉損失增大。

其二，溶出液的濃度。溶出液濃度越高，產(chǎn)生的二次反應(yīng)越多，損失也就越大?？梢灾?，溶出液濃度是由氧化鋁濃度和苛性比值決定的，給定氧化鋁濃度不變，溶出液濃度會(huì)隨著苛性比值降低而降低，但是一旦溶出液濃度過(guò)低溶液又會(huì)發(fā)生分解。

其三，碳酸鈉濃度。碳酸鈉能與石灰乳反應(yīng)抑制二次反應(yīng)，也能分解二次反應(yīng)生成鋁硅酸鈣，彌補(bǔ)氧化鋁的損失。

第四是溶出液固比與赤泥含量，溶出的液體與固體比例越小，赤泥含量越高，固體的面積就越大，對(duì)二次反應(yīng)造成的損失就越大，生成的氧化鋁和氧化鈉就越少。

第五，溶出時(shí)間。溶出時(shí)間是指熟料從入磨到溶液和赤泥分離開(kāi)來(lái)所需要的時(shí)間，也就是溶液和赤泥接觸到的時(shí)間。溶出時(shí)間越長(zhǎng)造成的二次損失越大，所以要盡量縮短溶出時(shí)間。

最后，熟料的磨細(xì)度也能影響到二次反應(yīng)，固體的表面積過(guò)大會(huì)影響到溶出過(guò)程，對(duì)于氧化鋁的產(chǎn)出量有很大影響。

根據(jù)以上可以得出結(jié)論，氧化鋁溶出過(guò)程中，二次反應(yīng)損失會(huì)導(dǎo)致溶出率降低，降低二次反應(yīng)可以達(dá)到提高溶出率的目的。

2 強(qiáng)化燒結(jié)生產(chǎn)氧化鋁新工藝的技術(shù)特點(diǎn)

采用強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁和采用傳統(tǒng)的燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁相比，主要是在燒成熟料氧化鋁含量、熟料溶出液、精液氧化鋁濃度和精液脫硅指數(shù)這幾個(gè)方面的不同，這也是強(qiáng)化燒結(jié)法和傳統(tǒng)燒結(jié)法在技術(shù)層面上的主要差別。因?yàn)楦咪X硅比的燒結(jié)方式提高了熟料窯的生產(chǎn)效率，高氧化鋁濃度的燒結(jié)方法讓濕法系統(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)效率得到提升，深度脫硅技術(shù)使產(chǎn)品的質(zhì)量得到保障，因此，以上各類型的強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝，在相同條件、等量原料情況下，使得整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率得到很大程度的提升，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。

3 強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁新工藝的關(guān)鍵技術(shù)

強(qiáng)化燒結(jié)法的生產(chǎn)氧化鋁的新工藝采用了結(jié)合高鋁硅比和高氧化鋁含量的熟料燒結(jié)技術(shù)，以及高氧化鋁濃度鋁酸鈉溶液的深度脫硅技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)是強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)的核心。

3.1 高鋁硅比、高氧化鋁含量的熟料燒結(jié)技術(shù)

傳統(tǒng)的燒結(jié)法用的熟料的鋁硅比小于3.5，氧化鋁含量在33-36%之間，這樣的熟料燒結(jié)溫度低、容易燒結(jié)，熟料燒的越多，熟料窯耐火度越好。強(qiáng)化燒結(jié)法可以提高熟料中的鋁硅比，氧化鋁含量也會(huì)增加，熟料的燒結(jié)溫度隨之升高，這個(gè)溫度下的熟料窯如何能夠維持長(zhǎng)久的運(yùn)轉(zhuǎn)是重中之重，通過(guò)眾多實(shí)驗(yàn)研究，在高鋁硅比和高氧化鋁含量的熟料燒結(jié)過(guò)程中，使用獨(dú)特的工藝配方，能夠在燒結(jié)過(guò)程中過(guò)上窯皮，維持熟料窯的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)和產(chǎn)能。所以，高鋁硅比和高氧化鋁含量的熟料燒結(jié)技術(shù)是提升熟料窯的生產(chǎn)效率的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)降低熟料窯的單位能源消耗。因?yàn)楠?dú)特的工藝配方改變了溶出過(guò)程，減少了二次反應(yīng)，將熟料中的氧化鋁凈溶出率大大提升，同時(shí)減少了廢渣的排出量，對(duì)于環(huán)境保護(hù)也起到了很大作用[5]。

3.2 高氧化鋁濃度鋁酸鈉溶液的深度脫硅技術(shù)

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，可以知道，采用強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的新型工藝方法讓氧化鋁濃度獲得了大幅度的提升。更改工藝條件，并將高活性種子添加到深度脫硅技術(shù)中去的操作，使得高氧化鋁濃度條件下的深度脫硅技術(shù)得到很大改善，即保障了氧化鋁產(chǎn)品的質(zhì)量，又使生產(chǎn)效率得到提高。降低了生產(chǎn)成本，減少了能源與資源消耗。

4 強(qiáng)化燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)新工藝的優(yōu)點(diǎn)

首先，在相同原材料的情況下，對(duì)比傳統(tǒng)燒結(jié)法，強(qiáng)化燒結(jié)法可以增加我國(guó)氧化鋁的產(chǎn)量，減少氧化鋁的進(jìn)口量，緩解我國(guó)氧化鋁的供不應(yīng)求狀況。其次，強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁可以降低生產(chǎn)成本，減少資源消耗，節(jié)省資源，提高我國(guó)氧化鋁產(chǎn)業(yè)的實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力。第三，因?yàn)閺?qiáng)化燒結(jié)法采取的工藝配方比較獨(dú)特，減少了對(duì)于石灰石的消耗，節(jié)約了礦產(chǎn)資源，同時(shí)廢渣量也隨之降低，對(duì)于環(huán)境保護(hù)起到了很大作用。最后，強(qiáng)化燒結(jié)法打破了傳統(tǒng)的生產(chǎn)氧化鋁的工藝觀念，讓鋁硅比處于6.0-9.0的一水硬鋁石鋁土礦能夠得到有效利用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，不需要改動(dòng)設(shè)備就可以以傳統(tǒng)燒結(jié)法為基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的生產(chǎn)工藝。采用強(qiáng)化燒結(jié)法進(jìn)行生產(chǎn)氧化鋁的加工工藝，至今已經(jīng)獲得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。比如每年產(chǎn)量都可以達(dá)到20-30%的提高程度，如果全面推廣強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的生產(chǎn)工藝，即可以緩解我國(guó)氧化鋁的供不應(yīng)求狀況，不必再去國(guó)外進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)，支付海關(guān)等相關(guān)費(fèi)用，同時(shí)能使我國(guó)實(shí)力加強(qiáng)，增大競(jìng)爭(zhēng)力。其次，全面推廣實(shí)施強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁，可以達(dá)到節(jié)約能源的效果，緩解世界能源危機(jī)。最后，可以看到，強(qiáng)化燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的新型工藝減少了對(duì)于石灰石的消耗，節(jié)約了礦產(chǎn)資源，同時(shí)廢渣量也隨之降低，對(duì)于環(huán)境保護(hù)起到了很大作用。