進(jìn)口鋁土礦的拜耳法溶出工藝研究

李春煥，曹阿林

（1.百色學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，百色 533000； 2.百色學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，百色 533000；3.廣西鋁基新材料工程研究中心，百色 533000）

隨著我國(guó)鋁工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)鋁土礦的需求急劇增加，造成鋁土礦過(guò)度開(kāi)采、無(wú)序開(kāi)采，致使我國(guó)鋁土礦資源日趨匱乏，資源保有儲(chǔ)量及礦石質(zhì)量的快速下滑，高鋁富礦供給矛盾突出[1-3]。

為確保我國(guó)氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，逐年加大了國(guó)外進(jìn)口鋁土礦的使用。2020年我國(guó)累計(jì)進(jìn)口鋁土礦1.115億余噸，占我國(guó)鋁土礦消耗總量的65%左右，主要來(lái)自幾內(nèi)亞、澳洲、印尼等國(guó)，物流成本高。由于進(jìn)口鋁土礦大部分屬三水鋁石型，與我國(guó)一水硬鋁石型鋁土礦生產(chǎn)工藝不盡完全相同[4]。

國(guó)內(nèi)某企業(yè)在現(xiàn)有拜耳法系統(tǒng)中對(duì)國(guó)外進(jìn)口鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，本文通過(guò)試驗(yàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析進(jìn)口鋁土礦在現(xiàn)有拜耳法系統(tǒng)中的溶出工藝技術(shù)參數(shù)，總結(jié)其規(guī)律性，為進(jìn)口鋁土礦的有效使用積累經(jīng)驗(yàn)。

1 進(jìn)口鋁土礦的成分

如上文中所述，國(guó)外進(jìn)口鋁土礦以三水鋁石型為主，管道化溶出礦漿固相中氧化鋁絕對(duì)含量平均在45%左右，低于國(guó)內(nèi)一水硬鋁石中氧化鋁含量，但是國(guó)外進(jìn)口鋁土礦管道化溶出礦漿固相中氧化硅含量平均在3.00%左右，遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)一水硬鋁石中氧化鋁含量。因此，進(jìn)口鋁土礦管道化溶出礦漿固相中鋁硅比平均在15左右，遠(yuǎn)高于拜耳法氧化鋁廠工藝設(shè)計(jì)規(guī)范中大于7的要求，如圖1所示。

圖1 進(jìn)口鋁土礦的氧化硅、氧化鋁含量及鋁硅比

2 進(jìn)口鋁土礦的溶出工藝參數(shù)

2.1 溶出苛性堿濃度

鋁土礦的礦物類(lèi)型對(duì)氧化鋁的溶出性能影響很大，三水鋁石型鋁土礦中氧化鋁最易被苛性堿溶液溶出，苛性堿濃度一般為120～140g/L，一水軟鋁石次之，苛性堿濃度一般為180～240g/L，而一水硬鋁石的溶出則較難，需要較高濃度的苛性堿方可使其溶出，苛性堿濃度一般為240～280g/L[5]。

由圖2可知，此進(jìn)口鋁土礦的溶出苛性堿濃度平均在196g/L左右，最高在203g/L左右，最低在188g/L左右，高于三水鋁石型鋁土礦溶出苛性堿濃度，與一水軟鋁石型鋁土礦要求的溶出苛性堿濃度相符。主要是因?yàn)?，此進(jìn)口鋁土礦含有部分一水軟鋁石型鋁土礦，而溶出苛性堿的濃度是由所需高溶出苛性堿鋁土礦礦物類(lèi)型決定的。

圖2 進(jìn)口鋁土礦溶出苛性堿濃度（g/L）

2.2 溶出礦漿分子比

在相同苛性堿濃度下，溶出礦漿分子比越低，說(shuō)明其溶出能力越強(qiáng)。在循環(huán)母液分子比恒定的情況下，溶出礦漿分子比越低，在后續(xù)晶種分解過(guò)程中的分解率越高。圖3可知，此進(jìn)口鋁土礦溶出礦漿分子比在1.38～1.41之間，溶出效果較好。

圖3 進(jìn)口鋁土礦溶出礦漿分子比

2.3 赤泥鋁硅比

鋁土礦在溶出過(guò)程中，硅礦物與鋁酸鈉溶液反應(yīng)生產(chǎn)水合鋁硅酸鈉沉淀物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)鋁土礦中硅礦物的分離。理論上生成水和鋁硅酸鈉中氧化鋁與氧化硅的質(zhì)量比即赤泥鋁硅比為1，但實(shí)際溶出過(guò)程中，鋁土礦中氧化鋁溶解未完全，導(dǎo)致赤泥的鋁硅比大于1。由4可知，不管是此進(jìn)口鋁土礦溶出赤泥鋁硅比，還是末次赤泥鋁硅比，平均鋁硅比均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，末次赤泥鋁硅比最大達(dá)到了3.25，溶出赤泥鋁硅比最大達(dá)到了2.80。說(shuō)明，此進(jìn)口鋁土礦在此溶出條件下尚有部分氧化鋁未發(fā)生溶解反應(yīng)，導(dǎo)致氧化鋁流失。

圖4 進(jìn)口鋁土礦溶出赤泥與末次赤泥鋁硅比（A/S）

圖5 進(jìn)口鋁土礦溶出率

圖6 進(jìn)口鋁土礦相對(duì)溶出率

2.4 溶出率

由5可知，此進(jìn)口鋁土礦的初溶出率最高在88.50%左右，最低在81%左右，相對(duì)溶出率平均在92%左右；凈溶出率最高在86%左右，最低只有74%左右，相對(duì)溶出率在90%左右?？傮w而言，不管是初溶出率、凈溶出率，還是相對(duì)溶出率均處于低位。主要是因?yàn)殇X土礦中氧化鋁溶解未完全。

2.5 礦耗

由于此進(jìn)口鋁土礦的氧化鋁絕對(duì)含量較低，且在溶出過(guò)程中氧化鋁未完全溶解。因此，導(dǎo)致此進(jìn)口鋁土礦的噸氧化鋁礦耗較高，平均在2.57噸左右。

圖7 進(jìn)口鋁土礦礦耗

2.6 赤泥產(chǎn)出率

鋁土礦的赤泥產(chǎn)出率主要指每處理1噸鋁土礦而產(chǎn)生的赤泥量。由圖8可知，此進(jìn)口鋁土礦平均赤泥產(chǎn)出率為0.40噸/噸，并隨著鋁土礦鋁硅比的增加而降低。

圖8 進(jìn)口鋁土礦赤泥產(chǎn)出率

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某進(jìn)口鋁土礦拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中溶出苛性堿濃度、溶出礦漿分子比、赤泥鋁硅比、溶出率、礦耗及赤泥產(chǎn)出率等工藝參數(shù)分析?？芍诉M(jìn)口鋁土礦在拜耳法溶出過(guò)程中苛性堿濃度一般控制在188～203g/L之間；溶出礦漿分子比在1.38～1.41之間；溶出赤泥鋁硅比較高，末次赤泥鋁硅比最大達(dá)到了3.25，溶出赤泥鋁硅比最大達(dá)到了2.80；氧化鋁的溶出率不高，初相對(duì)溶出率平均在92%左右；凈相對(duì)溶出率在90%左右；平均礦耗在2.57噸左右；平均赤泥產(chǎn)出率為0.40噸/噸。