國(guó)內(nèi)外鋁土礦拜耳法氧化鋁溶出對(duì)比分析

池清泉，金星，戎慧

（1 中鋁礦業(yè)有限公司，河南 鄭州450041；2 河南長(zhǎng)城信息技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450041）

鋁土礦的溶出是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)的兩個(gè)主要工序之一，不同類型鋁土礦的溶出性能差別很大，需采用不同的溶出工藝[1]。

隨著國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)鋁土礦儲(chǔ)量日益降低，鋁土礦品位逐年降低，國(guó)外進(jìn)口鋁土礦的使用占比越來越大。2019年我國(guó)進(jìn)口鋁土礦首次突破億噸，達(dá)到1.007億噸，占我國(guó)鋁土礦消耗總量的60%左右，主要來自幾內(nèi)亞、澳洲、印尼等國(guó)[2]。進(jìn)口鋁土礦以三水鋁石型鋁土礦為主，高鋁、低硅、高鐵、高鋁硅比，與我國(guó)高鋁、高硅、低鐵、中低鋁硅比的一水硬鋁石型鋁土礦存在一定差異，其溶出工藝亦有一定差距[3]。

本文通過大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，分析國(guó)內(nèi)外不同鋁土礦拜耳法氧化鋁溶出工藝的區(qū)別，為我國(guó)如何立足現(xiàn)有一水硬鋁石型鋁土礦溶出生產(chǎn)系統(tǒng)，改造生產(chǎn)設(shè)備，優(yōu)化工藝技術(shù)參數(shù)，更好利用國(guó)外進(jìn)口鋁土礦，提供技術(shù)支撐。

1 鋁土礦平均化學(xué)成分對(duì)比分析

國(guó)內(nèi)鋁土礦以一水硬鋁石型鋁土礦為主，其平均化學(xué)成分如表1所示；國(guó)外進(jìn)口鋁土礦以三水鋁石型鋁土礦為主，其平均化學(xué)成分如表2所示。從國(guó)內(nèi)外鋁土礦的平均化學(xué)成分對(duì)比分析可知，國(guó)內(nèi)鋁土礦氧化鋁的平均絕對(duì)含量明顯高于國(guó)外進(jìn)口鋁土礦，但氧化硅的平均含量遠(yuǎn)高于國(guó)外進(jìn)口鋁土礦，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)鋁土礦的平均鋁硅比遠(yuǎn)低于國(guó)外進(jìn)口鋁土礦，只有進(jìn)口鋁土礦鋁硅比的44%，氧化鐵、氧化鈣等成分亦有一定差異。因此，國(guó)內(nèi)外鋁土礦礦物類型及化學(xué)成分的差異，會(huì)造成其具體溶出工藝的不同。

表1 國(guó)內(nèi)鋁土礦平均化學(xué)成分（%）

表2 國(guó)外進(jìn)口鋁土礦平均化學(xué)成分（%）

2 鋁土礦管道化礦漿固相A/S對(duì)比分析

由于國(guó)內(nèi)外鋁土礦化學(xué)成分的差異，特別是鋁土礦鋁硅比（A/S）國(guó)產(chǎn)鋁土礦只有進(jìn)口鋁土礦的一半不到，導(dǎo)致鋁土礦的管道化礦漿固相A/S存在較大差異。如圖1所示，國(guó)產(chǎn)鋁土礦的管道化礦漿固相A/S平均在4.30左右，而進(jìn)口鋁土礦的管道化礦漿固相A/S平均在11.60左右，有明顯差距。

圖1 鋁土礦管道化礦漿固相A/S示意圖

3 鋁土礦管道化溶出礦漿Na2Ok濃度對(duì)比分析

鋁土礦的礦物類型對(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，一水軟鋁石型次之，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。

由圖2可知，在試驗(yàn)生產(chǎn)中，以三水鋁石為主的進(jìn)口鋁土礦管道化溶出礦漿苛性堿濃度平均在195g/L左右，最高濃度達(dá)到200g/L左右；而以一水硬鋁石為主的國(guó)產(chǎn)鋁土礦管道化溶出礦漿苛性堿濃度平均在260g/L左右，最高濃度達(dá)到近280g/L，最低濃度亦在240g/L左右。

圖2 鋁土礦管道化溶出礦漿Na2Ok濃度示意圖

4 鋁土礦管道化溶出礦漿αk對(duì)比分析

在相同苛性堿濃度下，溶出礦漿分子比αk越低，說明其溶出能力越強(qiáng)，鋁土礦中氧化鋁溶出越多。由圖3可知，國(guó)產(chǎn)鋁土礦的管道化溶出礦漿分子比均高于進(jìn)口鋁土礦溶出礦漿分子比，平均高0.03左右。但因國(guó)產(chǎn)鋁土礦管道化溶出礦漿苛性堿濃度遠(yuǎn)高于進(jìn)口鋁土礦溶出礦漿苛性堿濃度，另因國(guó)產(chǎn)鋁土礦氧化鋁絕對(duì)含量遠(yuǎn)高于進(jìn)口鋁土礦，因此，在實(shí)際溶出過程國(guó)產(chǎn)鋁土礦氧化鋁的絕對(duì)溶出量應(yīng)高于進(jìn)口鋁土礦。

圖3 鋁土礦管道化溶出礦漿αk示意圖

5 鋁土礦管道化溶出赤泥A/S對(duì)比分析

鋁土礦在溶出過程中，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A/S為1，但實(shí)際溶出過程中，赤泥的鋁硅比一般均大于1。如圖4所示，國(guó)產(chǎn)鋁土礦溶出赤泥的鋁硅比整體波動(dòng)不大，均在1.12左右；而進(jìn)口鋁土礦溶出赤泥的鋁硅比波動(dòng)較大，且整體均高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦的溶出赤泥鋁硅比，最大的達(dá)到了2.90左右，遠(yuǎn)高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦，說明單位進(jìn)口礦溶出過程中損失的氧化鋁高于國(guó)產(chǎn)礦。個(gè)中原因主要為，在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝中為降低堿耗，提高溶出效率，需添加石灰，石灰中氧化鈣通過置換水和鋁硅酸鈉中氧化鈉形成在鋁酸鈉溶液中溶解度比水和鋁硅酸鈉更低的水化石榴石，隨著反應(yīng)溫度的降低，水化石榴石中二氧化硅占比會(huì)逐漸降低，而進(jìn)口鋁土礦一般是需要較低的溶出溫度。因此，反應(yīng)相同份額的二氧化硅則需要結(jié)合更多的氧化鋁，造成氧化鋁的損失，導(dǎo)致進(jìn)口鋁土礦溶出赤泥分子比偏高。

圖4 鋁土礦管道化溶出赤泥A/S示意圖

6 鋁土礦管道化溶出效率對(duì)比分析

拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝中，鋁土礦中氧化鋁的實(shí)際溶出效率主要與礦漿固相鋁硅比和溶出赤泥鋁硅比有關(guān)，相對(duì)溶出效率是實(shí)際溶出效率與理論溶出效率的比值。

國(guó)產(chǎn)鋁土礦的管道化礦漿固相鋁硅比平均在4.30左右，溶出赤泥的鋁硅比在1.12左右，而進(jìn)口鋁土礦的管道化礦漿固相鋁硅比平均在11.60左右，溶出赤泥的鋁硅比波動(dòng)較大，平均在1.68左右，最大的達(dá)到了2.90左右。通過國(guó)產(chǎn)鋁土礦與進(jìn)口鋁土礦的礦漿固相和溶出赤泥平均鋁硅比分析，進(jìn)口鋁土礦的平均實(shí)際溶出率應(yīng)高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦，在實(shí)際生產(chǎn)過程亦如此。由圖5可知，進(jìn)口鋁土礦實(shí)際溶出率均高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦，但部分進(jìn)口鋁土礦的相對(duì)溶出率低于國(guó)產(chǎn)鋁土礦，主要是因?yàn)椴糠诌M(jìn)口鋁土礦溶出赤泥鋁硅比過大造成的。

圖5 鋁土礦管道化溶出效率示意圖

7 鋁土礦管道化溶出單耗對(duì)比分析

由圖6可知，在鋁土礦管道化溶出過程中，進(jìn)口鋁土礦的單耗高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦單耗。主要是因?yàn)?，通過鋁土礦平均化學(xué)成分分析可知，國(guó)產(chǎn)鋁土礦的氧化鋁絕對(duì)含量高于進(jìn)口鋁土礦，且進(jìn)口礦溶出赤泥的鋁硅比較高，導(dǎo)致在相同氧化硅含量的情況下，造成的氧化鋁損失較大等，最終導(dǎo)致進(jìn)口鋁土礦單耗高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦。

圖6 鋁土礦管道化溶出單耗示意圖

8 結(jié)論

鋁土礦的溶出是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)的最重要工序之一，不同類型鋁土礦需采用不同的溶出工藝。隨著國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)鋁土礦儲(chǔ)量日益降低，國(guó)外進(jìn)口鋁土礦的使用占比越來越大。而進(jìn)口鋁土礦以三水鋁石型鋁土礦為主，高鋁、低硅、高鐵、高鋁硅比，與國(guó)內(nèi)高鋁、高硅、低鐵、中低鋁硅比的一水硬鋁石型鋁土礦有一定差異，其溶出工藝亦有一定差異。

通過對(duì)平均化學(xué)成分及鋁土礦管道化礦漿固相鋁硅比、苛性堿濃度、溶出分子比、溶出赤泥鋁硅比、溶出效率及氧化鋁單耗的對(duì)比分析，可知進(jìn)口鋁土礦的管道化礦漿固相鋁硅比遠(yuǎn)高于國(guó)產(chǎn)礦、進(jìn)口鋁土礦管道化溶出礦漿苛性堿濃度遠(yuǎn)低于國(guó)產(chǎn)礦、進(jìn)口鋁土礦溶出礦漿分子比低于國(guó)產(chǎn)礦、進(jìn)口鋁土礦溶出赤泥的鋁硅比高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦、進(jìn)口鋁土礦實(shí)際溶出率均高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦、進(jìn)口鋁土礦的單耗高于國(guó)產(chǎn)鋁土礦單耗。