拜耳-烧结串联法氧化铝生产工艺简析

刘子宁

（国家电投山西铝业有限公司，山西 原平 034100）

我国铝土矿多属高铝高硅低铁的中品位一水硬铝石矿，宜采用联合法生产氧化铝，目前国内的主要氧化铝生产厂家均采用混联法。但混联法与串联法相比，存在着如下的诸多缺点：流程复杂、拜耳法部分的比例较低、能耗高、碱耗高、投资大、成本高等[1]。随着国内外市场进一步融通和市场竞争日趋激烈，串联法已成为提高我国氧化铝生产技术水平和经济效益的发展方向[2]。

1 串联法工艺简介

串联法是一种以拜耳法为主体的生产方法，它将拜耳系统与烧结系统进行有效串联，拜耳系统的尾矿---赤泥又进入烧结系统进行氧化铝生产，这样可以最大可能的提取氧化铝，并将拜耳赤泥中的碱回收利用，因此国外又称串联法为改良的拜耳法[3]。对于低铁含量的铝土矿（中国绝大多数矿石如此），“串联法生产氧化铝新工艺全流程试验”的结果表明，当采用适宜的碱比和钙比的熟料配方时，A/S为1.3～1.5的熟料其烧结温度范围可达60℃。大窑运行平稳，烧制的熟料质量稳定。熟料中的Al2O3的标准溶出率大于85%，Na2O的标准溶出率大于95%，赤泥沉降性能良好可以满足工业生产要求。

2 串联法工艺的优势

串联法同混联法、石灰拜耳法、选矿拜耳法相比有如下特点：

2.1 氧化铝回收率高

串联法先以较简单的拜耳法系统处理铝土矿，最大限度地提取铝土矿中的氧化铝，然后再用烧结法系统回收拜耳法赤泥中的氧化铝和碱。其氧化铝回收率可比其他工艺高出20个百分点左右。

2.2 铝土矿消耗低

在相同品位铝土矿供矿条件下，串联法每吨氧化铝消耗铝土矿为1.75吨，石灰拜耳法消耗铝土矿为2.49吨，选矿拜耳法消耗铝土矿为2.27吨。以串联法为基准，石灰拜耳法高42.3%，选矿拜耳法高29.7%。铝土矿消耗高不仅浪费资源，增大矿山的投资，而且缩短矿山服务年限。

2.3 碱耗低

在串联法氧化铝生产中，烧成系统不仅回收了氧化铝和碱，而且还可以将生产过程中损失的苛性碱由价廉的碳酸钠补充。

2.4 赤泥排放量低

以串联法赤泥排放量为100%计，则混联法赤泥为182%，选矿拜耳法赤泥及尾矿为116%。赤泥排放量的增加将导致赤泥堆场面积的增大，加大了赤泥堆场的购地投资和运行成本。采用选矿拜耳法还将分别建设尾矿堆场和赤泥堆场二个堆场。

2.5 有利于生产砂状氧化铝

由于αk低的烧结法粗液与拜耳法溶出液合流，从而降低了串联法分解原液的αk，这不仅可以加快分解速度，提高产出率，而且为生产砂状氧化铝提供了良好的条件。

2.6 经济效益优

串联法建设投资相对较少，单位制造成本最低。

2.7 能耗居中

以串联法综合能耗为100%计，混联法为120%，选矿拜耳法为70%。其主要原因是串联法中有高能耗的烧结过程。但是晋北铝厂位于煤炭资源丰富的晋北地区，能耗不应是制约发展的问题。

2.8 工艺流程复杂

串联法比混联法、石灰拜耳法、选矿拜耳法增加了拜耳法赤泥烧结和熟料溶出过程，使得工艺流程加长，相应的要比其他工艺流程复杂一些。

综上所述，串联法虽在综合能耗上处于劣势，但是氧化铝整体运行成本较低，产品质量有保障，并对于发展循环经济和资源的充分利用方面有独特的优势，可以实现铝工业的长期可持续发展。

3 目前串联法系统存在的技术难题

目前串联法虽然在技术上有很多优势可循，但是其仍然存在很多弊端。

我国现有的烧结法和混联法烧结窑处理的生料，其铝硅比一般在2.5～3.5，而对于低铝硅比(A/S≤2.0)拜耳法赤泥生料的烧结，工业生产尚无成熟的经验。由于拜耳赤泥生料具有A/S低和[F/A]高的特点，因而熟料的烧结温度低和烧成温度范围窄，容易造成熟料窑烧成带结圈及“滚大蛋”，给熟料窑的操作带来困难。因此，确定拜耳赤泥生料烧结的最佳熟料配方和创新烧结工艺是串联法成功运行的技术关键。

熟料溶出过程的主要反应有铝酸钠的溶解和铁酸钠的水解反应，原硅酸钙基本上不溶于水转入固相赤泥中。但是，实际生产中原硅酸钙与溶液之间会发生一系列的副反应，将使已进入溶液中的有用成分Al2O3与Na2O进入赤泥而损失掉，使Al2O3与Na2O净溶出率比标准溶出率低很多。

4 串联法系统的技术改进方案

在串联法中烧结法部分的作用仅限于处理回收拜耳法赤泥中的Al2O3、Na2O和补碱，所以烧结法部分的比例较小，更由于串联法全部是种子分解，对精液的A/S要求不高，而混联法有碳酸化分解，这部分精液需要较高的A/S，因而串联法更宜于采用合流脱硅。

结合氧化铝生产实际，对低A/S拜耳法赤泥按不同配比进行烧结、溶出及赤泥沉降性能试验，根据实验结果调整各项技术指标，满足工业生产的需求，为晋北铝将来走效益型的低烧结比例“串联法”氧化铝生产道路提供重要依据。

在熟料溶出过程，怎样抑制原硅酸钙的分解，减慢二次反应的速度，对于改善熟料溶出过程，提高溶出效果都是十分重要的。

5 总结

由我司投产的100万吨串联法氧化铝生产项目2010年4月建成投用，经过几年坚持不懈的努力，在2015年终于达产达标，这也标志着中国的第一条串联法氧化铝生产线成功了。该工艺大大提高了铝土矿石的利用率，降低赤泥排放量。该生产工艺为低铝硅比一水硬铝石生产氧化铝开辟了一条光明大道，值得在我国中西部地区推广。