拜耳-燒結串聯法氧化鋁生產工藝簡析

劉子寧

（國家電投山西鋁業有限公司，山西 原平 034100）

我國鋁土礦多屬高鋁高硅低鐵的中品位一水硬鋁石礦，宜采用聯合法生產氧化鋁，目前國內的主要氧化鋁生產廠家均采用混聯法。但混聯法與串聯法相比，存在著如下的諸多缺點：流程復雜、拜耳法部分的比例較低、能耗高、堿耗高、投資大、成本高等[1]。隨著國內外市場進一步融通和市場競爭日趨激烈，串聯法已成為提高我國氧化鋁生產技術水平和經濟效益的發展方向[2]。

1 串聯法工藝簡介

串聯法是一種以拜耳法為主體的生產方法，它將拜耳系統與燒結系統進行有效串聯，拜耳系統的尾礦---赤泥又進入燒結系統進行氧化鋁生產，這樣可以最大可能的提取氧化鋁，并將拜耳赤泥中的堿回收利用，因此國外又稱串聯法為改良的拜耳法[3]。對于低鐵含量的鋁土礦（中國絕大多數礦石如此），“串聯法生產氧化鋁新工藝全流程試驗”的結果表明，當采用適宜的堿比和鈣比的熟料配方時，A/S為1.3～1.5的熟料其燒結溫度范圍可達60℃。大窯運行平穩，燒制的熟料質量穩定。熟料中的Al2O3的標準溶出率大于85%，Na2O的標準溶出率大于95%，赤泥沉降性能良好可以滿足工業生產要求。

2 串聯法工藝的優勢

串聯法同混聯法、石灰拜耳法、選礦拜耳法相比有如下特點：

2.1 氧化鋁回收率高

串聯法先以較簡單的拜耳法系統處理鋁土礦，最大限度地提取鋁土礦中的氧化鋁，然后再用燒結法系統回收拜耳法赤泥中的氧化鋁和堿。其氧化鋁回收率可比其他工藝高出20個百分點左右。

2.2 鋁土礦消耗低

在相同品位鋁土礦供礦條件下，串聯法每噸氧化鋁消耗鋁土礦為1.75噸，石灰拜耳法消耗鋁土礦為2.49噸，選礦拜耳法消耗鋁土礦為2.27噸。以串聯法為基準，石灰拜耳法高42.3%，選礦拜耳法高29.7%。鋁土礦消耗高不僅浪費資源，增大礦山的投資，而且縮短礦山服務年限。

2.3 堿耗低

在串聯法氧化鋁生產中，燒成系統不僅回收了氧化鋁和堿，而且還可以將生產過程中損失的苛性堿由價廉的碳酸鈉補充。

2.4 赤泥排放量低

以串聯法赤泥排放量為100%計，則混聯法赤泥為182%，選礦拜耳法赤泥及尾礦為116%。赤泥排放量的增加將導致赤泥堆場面積的增大，加大了赤泥堆場的購地投資和運行成本。采用選礦拜耳法還將分別建設尾礦堆場和赤泥堆場二個堆場。

2.5 有利于生產砂狀氧化鋁

由于αk低的燒結法粗液與拜耳法溶出液合流，從而降低了串聯法分解原液的αk，這不僅可以加快分解速度，提高產出率，而且為生產砂狀氧化鋁提供了良好的條件。

2.6 經濟效益優

串聯法建設投資相對較少，單位制造成本最低。

2.7 能耗居中

以串聯法綜合能耗為100%計，混聯法為120%，選礦拜耳法為70%。其主要原因是串聯法中有高能耗的燒結過程。但是晉北鋁廠位于煤炭資源豐富的晉北地區，能耗不應是制約發展的問題。

2.8 工藝流程復雜

串聯法比混聯法、石灰拜耳法、選礦拜耳法增加了拜耳法赤泥燒結和熟料溶出過程，使得工藝流程加長，相應的要比其他工藝流程復雜一些。

綜上所述，串聯法雖在綜合能耗上處于劣勢，但是氧化鋁整體運行成本較低，產品質量有保障，并對于發展循環經濟和資源的充分利用方面有獨特的優勢，可以實現鋁工業的長期可持續發展。

3 目前串聯法系統存在的技術難題

目前串聯法雖然在技術上有很多優勢可循，但是其仍然存在很多弊端。

我國現有的燒結法和混聯法燒結窯處理的生料，其鋁硅比一般在2.5～3.5，而對于低鋁硅比(A/S≤2.0)拜耳法赤泥生料的燒結，工業生產尚無成熟的經驗。由于拜耳赤泥生料具有A/S低和[F/A]高的特點，因而熟料的燒結溫度低和燒成溫度范圍窄，容易造成熟料窯燒成帶結圈及“滾大蛋”，給熟料窯的操作帶來困難。因此，確定拜耳赤泥生料燒結的最佳熟料配方和創新燒結工藝是串聯法成功運行的技術關鍵。

熟料溶出過程的主要反應有鋁酸鈉的溶解和鐵酸鈉的水解反應，原硅酸鈣基本上不溶于水轉入固相赤泥中。但是，實際生產中原硅酸鈣與溶液之間會發生一系列的副反應，將使已進入溶液中的有用成分Al2O3與Na2O進入赤泥而損失掉，使Al2O3與Na2O凈溶出率比標準溶出率低很多。

4 串聯法系統的技術改進方案

在串聯法中燒結法部分的作用僅限于處理回收拜耳法赤泥中的Al2O3、Na2O和補堿，所以燒結法部分的比例較小，更由于串聯法全部是種子分解，對精液的A/S要求不高，而混聯法有碳酸化分解，這部分精液需要較高的A/S，因而串聯法更宜于采用合流脫硅。

結合氧化鋁生產實際，對低A/S拜耳法赤泥按不同配比進行燒結、溶出及赤泥沉降性能試驗，根據實驗結果調整各項技術指標，滿足工業生產的需求，為晉北鋁將來走效益型的低燒結比例“串聯法”氧化鋁生產道路提供重要依據。

在熟料溶出過程，怎樣抑制原硅酸鈣的分解，減慢二次反應的速度，對于改善熟料溶出過程，提高溶出效果都是十分重要的。

5 總結

由我司投產的100萬噸串聯法氧化鋁生產項目2010年4月建成投用，經過幾年堅持不懈的努力，在2015年終于達產達標，這也標志著中國的第一條串聯法氧化鋁生產線成功了。該工藝大大提高了鋁土礦石的利用率，降低赤泥排放量。該生產工藝為低鋁硅比一水硬鋁石生產氧化鋁開辟了一條光明大道，值得在我國中西部地區推廣。