拜耳法生產(chǎn)氧化鋁高壓溶出過程有機(jī)物研究

賴智敏

（中國鋁業(yè)股份有限公司廣西分公司，廣西 平果 531400）

拜耳法是堿法制備氧化鋁工藝的一種，也是目前應(yīng)用最為廣泛的，尤其是針對(duì)三水型鋁土以及低硅含量鋁土礦，拜耳法更是首選，能夠在簡便、快捷以及低能耗的情況下生產(chǎn)出更加高質(zhì)量的氧化鋁[1]。其制備原理以堿法為基礎(chǔ)，就是通過氫氧化鈉或碳酸鈉來對(duì)鋁土礦進(jìn)行處理，從而將鋁礦中的鋁元素通過溶解、轉(zhuǎn)換得到鋁酸鈉。而鋁礦中的含有的鐵元素、鈦元素以及大部分的硅元素等雜質(zhì)則會(huì)變?yōu)椴荒苋芙獾幕衔餁堅(jiān)?，因其中還有大量紅色的氧化鐵，這些殘?jiān)址Q為赤泥，將赤泥和鋁酸鈉溶液進(jìn)行分離，再進(jìn)行洗滌、回收，從過濾好殘?jiān)蟮匿X酸鈉溶液通過解析得到氫氧化鋁，最后再和母液分離、焙燒等，最終得到氧化鋁?？傮w來看，這是一種成本低、操作簡便、低污染等化工生產(chǎn)工藝。

1 拜耳法的工藝流程

目前拜耳法已成為制備氧化鋁的常用工藝手段，它是由著名化學(xué)家拜耳（奧地利）所發(fā)明，其工藝流程主要分為以下兩部分。

（1）常溫狀態(tài)下，使鋁酸鈉溶液中的氧化鈉及氧化鋁摩爾比控制在1.8，通過充分?jǐn)嚢?，使其張紅的氫氧化鋁轉(zhuǎn)化成晶種，這樣溶液的氧化鋁就能夠通過氫氧化鋁的方式析出，這也就是鋁酸鈉的晶種分解工藝。

（2）通過分解所得出的種分母液，以加熱蒸發(fā)以及濃縮的方式得到蒸發(fā)母液，這樣又可用進(jìn)行下一批的鋁礦土溶出操作，得到氧化鋁水合物，這一過程就是種分母液的高溫溶出處理[2]。交替循環(huán)這兩個(gè)過程來處理不同批次鋁礦圖，就能夠不斷獲取出新的氫氧化鋁，也就是拜耳法循環(huán)工藝。

由此可見，拜耳法實(shí)際就是在不同條件下通過的方向交替加工處理，先于高溫下通過壓煮等工藝，借助氫氧化鈉來溶出鋁土礦，這樣礦中的氧化鋁就能夠通過堿液所浸出，來獲取鋁酸鈉溶液，與此同時(shí)，大部分的雜質(zhì)會(huì)進(jìn)入到殘?jiān)簿褪浅嗄嘀?，之后通過不停攪拌，凈化分離得到鋁酸鈉溶液，加入氫氧化鋁晶種，再進(jìn)行晶種分解，就能夠得到氫氧化鋁。將氫氧化鋁析出之后，溶液蒸發(fā)濃縮再回到之前的工序，對(duì)下一批次的鋁礦土進(jìn)行溶出處理。

2 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁高壓溶出過程的有機(jī)物分析

2.1 有機(jī)物的主要來源

拜耳法溶出所產(chǎn)生的有機(jī)物會(huì)影響氧化鋁的生產(chǎn)效果，有機(jī)物的來源主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）鋁土礦。鋁土礦是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的主要原料，但其本身就含有一定了的有機(jī)物雜質(zhì)，在高壓溶出的操作中，有機(jī)物雜質(zhì)就會(huì)進(jìn)入到拜耳法循環(huán)中，并且有機(jī)物會(huì)從高分子形態(tài)被分解成低分子的形態(tài)，最終形成草酸、碳酸鈉以及各低分子鈉鹽。通常在三水鋁石以及一水鋁石中，所含有的有機(jī)碳大約為0.1%～0.3%左右，個(gè)別地區(qū)可達(dá)0.6%，也有一些地區(qū)低至0.03%左右。在熱帶地區(qū)的鋁土礦中，含有的碳含量會(huì)相對(duì)其他地區(qū)偏高、一水硬鋁礦中的有機(jī)物含量通常是最低的。在鋁土礦中所含有的有機(jī)物大致能夠分成以下幾種：①天然狀態(tài)未被處理的固體雜質(zhì)，比如礦土中的樹根等，這一部分比較容易被過濾出去。②其余是植物長期掩埋礦土中經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成的腐殖酸，以及植物經(jīng)微生物分解形成的瀝青[3]。腐殖酸在拜耳法高壓溶出過程中能夠和堿性的鋁酸鈉液發(fā)生反應(yīng)，成為腐殖酸鈉，再經(jīng)過下一道工序被氧化成結(jié)構(gòu)較為簡單的分子結(jié)構(gòu)，當(dāng)這些有機(jī)分子積累到一定程度后，溶液就會(huì)變?yōu)樯詈稚璧K氧化鋁和堿性溶液的反應(yīng)。瀝青雖然不能和堿液發(fā)生反應(yīng)，但能夠聚集成顆粒，也會(huì)影響到堿液的滲透。

（2）添加的輔助劑，如絮凝劑、防沫劑以及浮選劑等。為改進(jìn)高壓溶出過程中赤泥沉降，需要在其中加入絮凝劑或大量淀粉，這其中就含有一定量的有機(jī)物。此外為獲取高鋁硅比制品，會(huì)加入有機(jī)浮選藥劑，這也可能產(chǎn)生一定的有機(jī)物雜質(zhì)。

（3）過濾介質(zhì)。氧化鋁在拜耳法制備過程中會(huì)采用紙漿板或者濾布等用以過濾的裝置，在堿性溶液下會(huì)被少量溶解，分解成有機(jī)物。

（4）加工過程中，空氣中的二氧化碳能夠和堿發(fā)生反應(yīng)，從而形成了微量的有機(jī)物。

2.2 有機(jī)物的種類

高壓溶出過程中形成的有機(jī)碳超過95%都是源自鋁土礦，其余不到5%的有機(jī)碳則是來自上述其他來源。鈉元素相關(guān)的物質(zhì)中，有25%左右為碳酸鈉，接近20%為草酸鈉，其余均為各類有機(jī)鈉鹽。在有機(jī)鈉鹽中，大約44%是分子量相對(duì)較低的甲酸鹽、乙酸鹽以及草酸鹽。分子質(zhì)量超過500的高分子量腐殖酸鹽大約占25%左右。此外有22%為中間分解產(chǎn)物，包括對(duì)苯二甲酸鈉以及本酚等。

2.3 有機(jī)物的累積過程

在拜耳法高壓溶出過程中，母液每經(jīng)過一次循環(huán)都會(huì)帶入一批新的有機(jī)物雜質(zhì)流進(jìn)拜耳循環(huán)中。當(dāng)有機(jī)物大量積累到一定程度后，就能夠?qū)ιa(chǎn)的拜耳法生產(chǎn)造成影響，這就需要及時(shí)采取辦法將有機(jī)物去除。此外鋁酸鈉溶液的顏色也和有機(jī)物含量有一定關(guān)系，通過顏色的變化也可以大致看出有機(jī)物的積累程度。

拜耳法的加工過程中，有機(jī)物雜質(zhì)能夠和循環(huán)母液的氫氧化鈉成分發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}、腐殖酸鹽等。它們?cè)诎荻ㄑh(huán)流程中發(fā)生不斷反應(yīng)，分解成草酸鈉以及碳酸鈉等鈉鹽，這些有機(jī)會(huì)物不斷累積，會(huì)使溶液變?yōu)樯詈稚?/p>

隨著繼續(xù)循環(huán)，有機(jī)物雜質(zhì)能夠被氧化變?yōu)樘妓徕c，以及樹脂類物質(zhì)，這些物質(zhì)積累會(huì)呈現(xiàn)膠體的狀態(tài)，從而影響拜耳法循環(huán)的正常生產(chǎn)。

3 有機(jī)物的去除

3.1 鋁土礦焙燒

這種方式是從源頭起降低有機(jī)物的含量，因?yàn)閺挠袡C(jī)物的來源來看，大部分來自鋁土礦，因此可通過煅燒鋁土礦的方式，將礦中的有機(jī)碳煅燒成二氧化碳后排出[4]。但這種方式消耗大、成本較高，結(jié)合單位的經(jīng)濟(jì)情況進(jìn)行選擇。

3.2 溶液氧化法

在拜耳法制備氧化鋁的過程中，向其中加入氧化劑，如氧氣、臭氧、二氧化錳等，能夠把高分子額有機(jī)物雜質(zhì)被氧化為低分子的碳酸鈉及草酸鈉，再進(jìn)行蒸發(fā)排鹽處理。

3.3 苛化法

這種方法主要為在低堿性的溶液中，向其加入足夠的石灰乳，石灰乳能夠和溶液中含有的碳酸鈉、草酸鈉反應(yīng)而成不溶性的鈣化物質(zhì)，分離這些鈣化物質(zhì)能夠去除草酸鹽累的有機(jī)物雜質(zhì)。

3.4 母液焙燒法

將拜耳法的循環(huán)母液和氫氧化鋁相混合，混合后通過漿料的濃縮、干燥處理，再經(jīng)高溫煅燒分解雜質(zhì)，能夠分理出固態(tài)的鋁酸鈉，能夠去除草酸鹽、碳酸鹽以及各有機(jī)鈉鹽等物質(zhì)。

4 結(jié)語

綜上，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁雖然能夠滿足目前對(duì)氧化鋁產(chǎn)品的質(zhì)量要求。但是這種生產(chǎn)方式會(huì)產(chǎn)生有機(jī)物，在有機(jī)物不斷累積的情況下，對(duì)氧化鋁的產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。隨著拜耳法在我國的深入開展，有機(jī)物的影響問題日益突出。因此，十分有必要針對(duì)拜耳法高壓溶出過程中產(chǎn)生的有機(jī)物開展研究，明確其來源、種類以及累積行為，從而為幫助解決此類問題提供思路。