铝的电解是以
氧化铝为
原料、冰晶石为熔剂的电解过程。所以,
氧化铝是
电解铝生产中必不可少的主
原料。由于
铝土矿资源的
特点不同,致使各
氧化铝生产企业的
生产工艺不同。目前
世界上
氧化铝的
生产方法主要有拜耳法、碱石灰
烧结法和拜尔一
烧结联合法三种。通常高
品位铝上矿采用拜耳法
生产,中低
品位铝土矿采用联合法或
烧结法
生产。
拜尔法由奥地利人拜耳(K·J·Bayer)于1888年发明。拜尔法的生产原理是用苛性钠(NaOH)溶液加工溶出铝土矿中的氧化铝,得到铝酸钠溶液,溶液与残渣分离后,通过降低温度,加入氢氧化铝作晶种,经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝,洗净并在950-l200℃温度下煅烧成氧化铝成品。由于铝矿石中三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石的结晶构造不同,它们在苛性钠溶液中的溶解性能有很大差异,所以一般要根据不同的铝矿石采取不同的溶出条件,即不同的溶出温度。三水铝石型铝土矿通常在125-140℃/溶出,一水硬铝石型铝土矿则要在240-260℃下并添加石灰(3%-7%)的条件下溶出。拜尔法问世之后,由于其流程简单,能耗低,成为当前氧化铝生产中应用最为主要的一种方法。目前这种氧化铝的生产产量约占全球氧化铝生产总量的95%左右。
碱石灰烧结法通常处理拜尔法不能处理的低品位铝矿石。其原理是将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料,在回转窑内烧结成由铝酸钠、铁酸钠、原硅酸钙和钛酸钙组成的熟料,然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠,此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液。如果溶出条件控制得当,原硅酸钙就不会大量与铝酸钠溶液发生反应,而与钛酸钙等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程,二氧化硅形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石沉淀,把二氧化碳气体通入精制铝酸钠溶液,加入晶体搅拌,得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液,氢氧化铝经煅烧成为氧化铝。采用烧结法的氧化铝生产厂,其碱耗平均值约为拜耳法生产的1.5倍左右。
拜尔一烧结联合法充分发挥以上两种氧化铝生产方法的优点,以争取获得更好的经济效益。联合法有多种形式,但基本以拜尔法为主,烧结法为辅。按联合法的流程连接方式不同,又可分为串联法、并联法和混联法三种。