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氧化铝焙烧过程分析综述

目录

TOC\o1-2\h\u17881氧化铝焙烧过程分析综述 1

22571.1氧化铝生产基本原理 1

272051.2焙烧温度对氧化铝产品质量的影响 3

240681.3焙烧过程对温度的控制要求 4

拜耳法生产氧化铝是一个规模大、流程多、耗时长且参数关联性强的复杂工业过程，要对焙烧温度进行有效调控，首先要掌握其生产流程、温度对焙烧产物的作用及焙烧过程中各工序的温度需求。

氧化铝生产基本原理

氧化铝的制备有多种工艺，按工业化的不同可将其分为酸法、碱法、酸碱联合法和热法四种。然而，在国内，几乎没有任何一家公司在生产氧化铝时采用酸法，而在世界范围内，大多数公司采用的是拜耳法。拜耳法是由奥地利的一位工程师卡尔·约瑟夫·拜耳发明的，通过将铝土矿中的铝元素溶于碱水中，从而达到使产量增加的目的，这一方法为实现氧化铝的工业化高产提供了可能。

拜耳法的基本生产工艺分为溶出、分解以及焙烧三个步骤。其具体工艺可分为以下几个步骤：原料浆的制备、高压溶出、溶出矿浆的稀释和分离洗涤赤泥、晶种分解、氢氧化铝的分级和洗涤、氧化铝焙烧、种分母液的蒸发和烧碱的苛化REF_Ref101691613\r\h[1]。

原料浆的制备：从矿山运来的铝土矿矿石经由机械破碎后，与石灰和种分蒸发母液一起被湿磨制备成原料浆。

高压溶出：采用高温高压的方法，将铝土矿中的氧化铝水化物溶解出来，得到了铝酸钠溶液与不溶性物质所生成的赤泥残留物。

溶出矿浆的稀释和分离洗涤赤泥：用赤泥洗涤液对溶出浆料进行稀释，然后经过沉降槽将铝酸钠溶液与赤泥分离，分离出来的赤泥经过洗涤液洗涤回收后被运往赤泥堆场。

晶种的分解：向处理后的铝酸钠溶液中加入细颗粒的氢氧化铝作为晶种，促进溶液的分解，使氢氧化铝从铝酸钠溶液中析出。

氢氧化铝的分级和洗涤：将经过晶种分解后的氢氧化铝溶液进行浓缩，通过沉降过滤处理等操作得到氢氧化铝固体及种分母液。细颗粒的氢氧化铝可作为晶种加入到上一步的晶种分解过程中去，剩余的氢氧化铝则经过洗涤液洗涤后送入下一过程，种分母液经蒸发分离后被返送回原矿浆制备过程，重新进入循环使用。

氧化铝的焙烧：洗涤过后的氢氧化铝在高温条件下被除去附着水和结晶水，得到满足工业生产要求的砂状氧化铝。

种分母液的蒸发和烧碱的苛化：通过蒸发，排除种分母液中多余的水分，保持循环体系中的水系平衡，并提高溶液中的碱浓度，使溶液达到满足拜耳法溶出生料浆配料的要求。

拜耳法生产的具体工艺流程如下图2.1所示：

图STYLEREF1\s2.SEQ图\*ARABIC\s11拜耳法制取氧化铝的工艺路线图

焙烧温度对氧化铝产品质量的影响

焙烧过程的温度对于氧化铝产品质量的影响程度是最大的。其主要作用是将吸附在氢氧化铝表面上的水分及晶体水分除去，从而实现晶体形态的转化。在氢氧化铝转化为α-Al?O?的整个过程中，因为温度的不同，存在着不同性质的氧化铝，但如果温度过高超过1200℃后，氢氧化铝最终将全部转化为α-Al?O?。尽管α-Al?O?含量越多，说明氧化铝焙烧率越高，其吸湿性能也会随之下降，但α-Al?O?的比表面积较小，熔点和沸点较高，所以它几乎不具备催化活性，是一种耐高温的惰性金属氧化物。因为在实际生产中，焙烧所得的大部分氧化铝都是作为电解铝的原料，而α-Al?O?含量高的氧化铝不利于铝电解生产，所以，我们还是希望在焙烧过程中能够尽量减少α-Al?O?的生成。

同时，随着脱水的开始，氧化铝的比表面积会因为结晶的破碎和完善出现先增大后减低的现象。此外，焙烧过程中的升温速度不同对于氧化铝的相性及粒度也有着较大影响，减缓焙烧时的加热速率会导致氧化铝的硬度下降、粉化率增加、氧化铝颗粒尺寸变小，这样的结果并不是我们所希望看到的。在铝电解上，相较于粉状氧化，砂状氧化铝具有良好的流动性，较高的比表面积和较强的吸附力。因此，在焙烧前对氢氧化铝进行充分的干燥和与脱水，有助于降低氧化铝粉化率，生产出工业所需的砂状氧化铝。大量的研究表明，在1000~1100℃下对氢氧化铝进行焙烧，所制备的氧化铝质量优良，能满足产品的生产需求，且其安息角小、比表面积大、流动性好、α-Al?O?含量较低。

焙烧过程对温度的控制要求

稀相流态化的气态悬浮焙烧技术是目前氧化铝生产企业使用的最为广泛的焙烧技术，其原理是经过平盘过滤机过滤后的氢氧化铝物料在通过焙烧炉时与炉内的气体不断的进行冷-热交换和气-固分离。因此，氢氧化铝物料中的附着水和结晶水在高温下被去除。

气态悬浮焙烧炉包括以下组成部分：给料仓(LO1)、传送带(F01、F02)、喂料螺旋机(A01)、文丘里闪速干燥器(A02)、放料阀(AO4、A05)、焙烧主炉(P04)、辅助燃烧器（V08）、主燃烧器(V1