拜耳法生产氧化铝高压溶出过程有机物研究

赖智敏

（中国铝业股份有限公司广西分公司，广西 平果 531400）

拜耳法是碱法制备氧化铝工艺的一种，也是目前应用最为广泛的，尤其是针对三水型铝土以及低硅含量铝土矿，拜耳法更是首选，能够在简便、快捷以及低能耗的情况下生产出更加高质量的氧化铝[1]。其制备原理以碱法为基础，就是通过氢氧化钠或碳酸钠来对铝土矿进行处理，从而将铝矿中的铝元素通过溶解、转换得到铝酸钠。而铝矿中的含有的铁元素、钛元素以及大部分的硅元素等杂质则会变为不能溶解的化合物残渣，因其中还有大量红色的氧化铁，这些残渣又称为赤泥，将赤泥和铝酸钠溶液进行分离，再进行洗涤、回收，从过滤好残渣后的铝酸钠溶液通过解析得到氢氧化铝，最后再和母液分离、焙烧等，最终得到氧化铝。总体来看，这是一种成本低、操作简便、低污染等化工生产工艺。

1 拜耳法的工艺流程

目前拜耳法已成为制备氧化铝的常用工艺手段，它是由著名化学家拜耳（奥地利）所发明，其工艺流程主要分为以下两部分。

（1）常温状态下，使铝酸钠溶液中的氧化钠及氧化铝摩尔比控制在1.8，通过充分搅拌，使其张红的氢氧化铝转化成晶种，这样溶液的氧化铝就能够通过氢氧化铝的方式析出，这也就是铝酸钠的晶种分解工艺。

（2）通过分解所得出的种分母液，以加热蒸发以及浓缩的方式得到蒸发母液，这样又可用进行下一批的铝矿土溶出操作，得到氧化铝水合物，这一过程就是种分母液的高温溶出处理[2]。交替循环这两个过程来处理不同批次铝矿图，就能够不断获取出新的氢氧化铝，也就是拜耳法循环工艺。

由此可见，拜耳法实际就是在不同条件下通过的方向交替加工处理，先于高温下通过压煮等工艺，借助氢氧化钠来溶出铝土矿，这样矿中的氧化铝就能够通过碱液所浸出，来获取铝酸钠溶液，与此同时，大部分的杂质会进入到残渣也就是赤泥中，之后通过不停搅拌，净化分离得到铝酸钠溶液，加入氢氧化铝晶种，再进行晶种分解，就能够得到氢氧化铝。将氢氧化铝析出之后，溶液蒸发浓缩再回到之前的工序，对下一批次的铝矿土进行溶出处理。

2 拜耳法生产氧化铝高压溶出过程的有机物分析

2.1 有机物的主要来源

拜耳法溶出所产生的有机物会影响氧化铝的生产效果，有机物的来源主要包括以下几个方面：

（1）铝土矿。铝土矿是拜耳法生产氧化铝的主要原料，但其本身就含有一定了的有机物杂质，在高压溶出的操作中，有机物杂质就会进入到拜耳法循环中，并且有机物会从高分子形态被分解成低分子的形态，最终形成草酸、碳酸钠以及各低分子钠盐。通常在三水铝石以及一水铝石中，所含有的有机碳大约为0.1%～0.3%左右，个别地区可达0.6%，也有一些地区低至0.03%左右。在热带地区的铝土矿中，含有的碳含量会相对其他地区偏高、一水硬铝矿中的有机物含量通常是最低的。在铝土矿中所含有的有机物大致能够分成以下几种：①天然状态未被处理的固体杂质，比如矿土中的树根等，这一部分比较容易被过滤出去。②其余是植物长期掩埋矿土中经过化学反应形成的腐殖酸，以及植物经微生物分解形成的沥青[3]。腐殖酸在拜耳法高压溶出过程中能够和碱性的铝酸钠液发生反应，成为腐殖酸钠，再经过下一道工序被氧化成结构较为简单的分子结构，当这些有机分子积累到一定程度后，溶液就会变为深褐色，阻碍氧化铝和碱性溶液的反应。沥青虽然不能和碱液发生反应，但能够聚集成颗粒，也会影响到碱液的渗透。

（2）添加的辅助剂，如絮凝剂、防沫剂以及浮选剂等。为改进高压溶出过程中赤泥沉降，需要在其中加入絮凝剂或大量淀粉，这其中就含有一定量的有机物。此外为获取高铝硅比制品，会加入有机浮选药剂，这也可能产生一定的有机物杂质。

（3）过滤介质。氧化铝在拜耳法制备过程中会采用纸浆板或者滤布等用以过滤的装置，在碱性溶液下会被少量溶解，分解成有机物。

（4）加工过程中，空气中的二氧化碳能够和碱发生反应，从而形成了微量的有机物。

2.2 有机物的种类

高压溶出过程中形成的有机碳超过95%都是源自铝土矿，其余不到5%的有机碳则是来自上述其他来源。钠元素相关的物质中，有25%左右为碳酸钠，接近20%为草酸钠，其余均为各类有机钠盐。在有机钠盐中，大约44%是分子量相对较低的甲酸盐、乙酸盐以及草酸盐。分子质量超过500的高分子量腐殖酸盐大约占25%左右。此外有22%为中间分解产物，包括对苯二甲酸钠以及本酚等。

2.3 有机物的累积过程

在拜耳法高压溶出过程中，母液每经过一次循环都会带入一批新的有机物杂质流进拜耳循环中。当有机物大量积累到一定程度后，就能够对生产的拜耳法生产造成影响，这就需要及时采取办法将有机物去除。此外铝酸钠溶液的颜色也和有机物含量有一定关系，通过颜色的变化也可以大致看出有机物的积累程度。

拜耳法的加工过程中，有机物杂质能够和循环母液的氢氧化钠成分发生反应，转变为碳酸盐、腐殖酸盐等。它们在拜耳法循环流程中发生不断反应，分解成草酸钠以及碳酸钠等钠盐，这些有机会物不断累积，会使溶液变为深褐色。

随着继续循环，有机物杂质能够被氧化变为碳酸钠，以及树脂类物质，这些物质积累会呈现胶体的状态，从而影响拜耳法循环的正常生产。

3 有机物的去除

3.1 铝土矿焙烧

这种方式是从源头起降低有机物的含量，因为从有机物的来源来看，大部分来自铝土矿，因此可通过煅烧铝土矿的方式，将矿中的有机碳煅烧成二氧化碳后排出[4]。但这种方式消耗大、成本较高，结合单位的经济情况进行选择。

3.2 溶液氧化法

在拜耳法制备氧化铝的过程中，向其中加入氧化剂，如氧气、臭氧、二氧化锰等，能够把高分子额有机物杂质被氧化为低分子的碳酸钠及草酸钠，再进行蒸发排盐处理。

3.3 苛化法

这种方法主要为在低碱性的溶液中，向其加入足够的石灰乳，石灰乳能够和溶液中含有的碳酸钠、草酸钠反应而成不溶性的钙化物质，分离这些钙化物质能够去除草酸盐累的有机物杂质。

3.4 母液焙烧法

将拜耳法的循环母液和氢氧化铝相混合，混合后通过浆料的浓缩、干燥处理，再经高温煅烧分解杂质，能够分理出固态的铝酸钠，能够去除草酸盐、碳酸盐以及各有机钠盐等物质。

4 结语

综上，拜耳法生产氧化铝虽然能够满足目前对氧化铝产品的质量要求。但是这种生产方式会产生有机物，在有机物不断累积的情况下，对氧化铝的产品质量造成影响。随着拜耳法在我国的深入开展，有机物的影响问题日益突出。因此，十分有必要针对拜耳法高压溶出过程中产生的有机物开展研究，明确其来源、种类以及累积行为，从而为帮助解决此类问题提供思路。