强化烧结法对氧化铝新工艺的影响

孙 晶

（中国有色金属建设股份有限公司，北京 100029）

现在世界上普遍通用的生产氧化铝的方法为拜耳法和烧结法，我国由于铝土矿的质量原因，一直以来采取烧结法，这项传统工艺是从前苏联引进的，虽然经过几十年的理论实践和生产实践得到了改善，但是却没能突破理论框架，所以被称为传统的烧结法生产工艺。传统的烧结法生产工艺加工困难、耗费的能源多，因此设计一种高A/S矿石采取烧结法生产氧化铝工艺一直是相关专业人员的目标这种生产工艺被称为强化烧结法，具有很好的经济性和产出率[1]。

1 烧结法的主要原理

将碱、石灰和铝土矿一起进行烧结，使得原料中的氧化铝经过反应变为易溶于水的铝酸钠，氧化铁反应变为容易水解的铁酸钠，氧化硅反应变为不溶于水的原硅酸钙。铝酸钠、铁酸钠和硅酸钠三种化合物组成熟料，将熟料加入稀碱溶液，铝酸钠溶于稀碱溶液，铁酸钠在稀碱溶液中水解为氧化铁水合物并沉淀，极易除去，原硅酸钙与稀碱溶液不发生反应，沉淀除去。将这个过程称为溶出过程，在此过程中，进行的二次反应会影响溶出率。

以下是二次反应表达式：

在生产过程中，二次反应还要受配方和反应条件的影响。

1.1 配方的影响

配方对于二次反应的影响主要是因为：铝硅比、碱比、钙比以及生料加煤。

首先是铝硅比，若熟料中铝硅比较低，则原硅酸钙的含量高，所以溶出过程与稀碱溶液中苛性碱反应会比较强烈，这样会导致二次反应造成巨大损失，氧化铝和氧化钠的溶出率降低。

其次是碱比和，碱度过高会导致氧化钠的溶出率比较低，可能会使得溶出液苛性比例变高，二次反应损失加大。而碱度过低又会导致氧化钠含量不足，不能把所有的氧化铝和氧化铁化学反应成铝酸钠和铁酸钠[2-4]。

第三是钙比，熟料中钙含量过高，则相比生成铝酸钠，生成铝酸钙的可能性更大，这样会对氧化铝造成损失，而且溶出液苛性比值会升高，沉降效果不好，溶出率降低。若熟料中钙含量过低，证明生料中氧化钙的含量不足以将所以二氧化硅通过化学反应变为原硅酸钙，就是说一次化学反应中氧化铝和氧化钠的损失率变大，标准溶出率降低。

最后，生料加煤也会改变配方，对二次反应产生影响。生料加煤可以提高熟料窑的产能，熟料的质量也会得到提升，改善赤泥沉降性，避免二次反应的产生，提高溶出率。

1.2 溶出条件的影响

溶出条件对二次反应的影响从温度、溶出液浓度、碳酸钠浓度、溶出液固比与赤泥含量、溶出时间以及熟料的磨细度这些因素体现。

其一，温度。该化学反应会在温度比较高时反应速度加快，温度越高，产生的二次反应越多，溶出率越低。温度过低又会导致溶出不完全，沉降效果不好，氧化铝和氧化钠损失增大。

其二，溶出液的浓度。溶出液浓度越高，产生的二次反应越多，损失也就越大。可以知道，溶出液浓度是由氧化铝浓度和苛性比值决定的，给定氧化铝浓度不变，溶出液浓度会随着苛性比值降低而降低，但是一旦溶出液浓度过低溶液又会发生分解。

其三，碳酸钠浓度。碳酸钠能与石灰乳反应抑制二次反应，也能分解二次反应生成铝硅酸钙，弥补氧化铝的损失。

第四是溶出液固比与赤泥含量，溶出的液体与固体比例越小，赤泥含量越高，固体的面积就越大，对二次反应造成的损失就越大，生成的氧化铝和氧化钠就越少。

第五，溶出时间。溶出时间是指熟料从入磨到溶液和赤泥分离开来所需要的时间，也就是溶液和赤泥接触到的时间。溶出时间越长造成的二次损失越大，所以要尽量缩短溶出时间。

最后，熟料的磨细度也能影响到二次反应，固体的表面积过大会影响到溶出过程，对于氧化铝的产出量有很大影响。

根据以上可以得出结论，氧化铝溶出过程中，二次反应损失会导致溶出率降低，降低二次反应可以达到提高溶出率的目的。

2 强化烧结生产氧化铝新工艺的技术特点

采用强化烧结法生产氧化铝和采用传统的烧结法生产氧化铝相比，主要是在烧成熟料氧化铝含量、熟料溶出液、精液氧化铝浓度和精液脱硅指数这几个方面的不同，这也是强化烧结法和传统烧结法在技术层面上的主要差别。因为高铝硅比的烧结方式提高了熟料窑的生产效率，高氧化铝浓度的烧结方法让湿法系统设备的生产效率得到提升，深度脱硅技术使产品的质量得到保障，因此，以上各类型的强化烧结法生产氧化铝工艺，在相同条件、等量原料情况下，使得整个系统的生产效率得到很大程度的提升，同时降低了生产成本。

3 强化烧结法生产氧化铝新工艺的关键技术

强化烧结法的生产氧化铝的新工艺采用了结合高铝硅比和高氧化铝含量的熟料烧结技术，以及高氧化铝浓度铝酸钠溶液的深度脱硅技术，这两项技术是强化烧结法生产氧化铝技术的核心。

3.1 高铝硅比、高氧化铝含量的熟料烧结技术

传统的烧结法用的熟料的铝硅比小于3.5，氧化铝含量在33-36%之间，这样的熟料烧结温度低、容易烧结，熟料烧的越多，熟料窑耐火度越好。强化烧结法可以提高熟料中的铝硅比，氧化铝含量也会增加，熟料的烧结温度随之升高，这个温度下的熟料窑如何能够维持长久的运转是重中之重，通过众多实验研究，在高铝硅比和高氧化铝含量的熟料烧结过程中，使用独特的工艺配方，能够在烧结过程中过上窑皮，维持熟料窑的长时间运转和产能。所以，高铝硅比和高氧化铝含量的熟料烧结技术是提升熟料窑的生产效率的关键技术，同时降低熟料窑的单位能源消耗。因为独特的工艺配方改变了溶出过程，减少了二次反应，将熟料中的氧化铝净溶出率大大提升，同时减少了废渣的排出量，对于环境保护也起到了很大作用[5]。

3.2 高氧化铝浓度铝酸钠溶液的深度脱硅技术

通过大量实验室试验和工业生产实践，可以知道，采用强化烧结法生产氧化铝的新型工艺方法让氧化铝浓度获得了大幅度的提升。更改工艺条件，并将高活性种子添加到深度脱硅技术中去的操作，使得高氧化铝浓度条件下的深度脱硅技术得到很大改善，即保障了氧化铝产品的质量，又使生产效率得到提高。降低了生产成本，减少了能源与资源消耗。

4 强化烧结法氧化铝生产新工艺的优点

首先，在相同原材料的情况下，对比传统烧结法，强化烧结法可以增加我国氧化铝的产量，减少氧化铝的进口量，缓解我国氧化铝的供不应求状况。其次，强化烧结法生产氧化铝可以降低生产成本，减少资源消耗，节省资源，提高我国氧化铝产业的实力和竞争力。第三，因为强化烧结法采取的工艺配方比较独特，减少了对于石灰石的消耗，节约了矿产资源，同时废渣量也随之降低，对于环境保护起到了很大作用。最后，强化烧结法打破了传统的生产氧化铝的工艺观念，让铝硅比处于6.0-9.0的一水硬铝石铝土矿能够得到有效利用。

5 结语

综上所述，不需要改动设备就可以以传统烧结法为基础进行强化烧结法生产氧化铝的生产工艺。采用强化烧结法进行生产氧化铝的加工工艺，至今已经获得了很大的经济效益和社会效益。比如每年产量都可以达到20-30%的提高程度，如果全面推广强化烧结法生产氧化铝的生产工艺，即可以缓解我国氧化铝的供不应求状况，不必再去国外进行购买，支付海关等相关费用，同时能使我国实力加强，增大竞争力。其次，全面推广实施强化烧结法生产氧化铝，可以达到节约能源的效果，缓解世界能源危机。最后，可以看到，强化烧结法生产氧化铝的新型工艺减少了对于石灰石的消耗，节约了矿产资源，同时废渣量也随之降低，对于环境保护起到了很大作用。