工业加工技术对铝土矿石的质量要求_

1、从铝土矿矿石中提取氧化铝的方法

工业上提取金属铝是先从铝土矿中提取氧化铝，然后用氧化铝电解成金属铝。氧化铝的生产方法有碱法、酸法、电热法。目前我国均使用碱法生产氧化铝。根据氧化铝生产的流程不同，碱法又分为烧结法、拜尔法和联合法。

(1)烧结法：一般把铝土矿、碱粉、石灰(或石灰石)按一定比例混合磨细之后，在高温(1200℃～1300℃)下烧结，各组分互相作用后生成铝酸钠(Na₂O·A1₂O₃)、铁酸钠(Na₂O·Fe₂O₃)、硅酸二钙(2CaO·SiO₂)和钛酸钙(CaO·TiO₂)。因铝酸钠溶于水或稀碱液，铁酸钠水解为NaOH和Fe₂O₃·H₂O沉淀，而硅酸二钙和钛酸钙则不溶于水或稀碱液，故用稀碱液(赤泥洗液)溶出烧结熟料时，可以使其中有用成分Al₂O₃和Na₂O进入溶液，而有害杂质硅酸二钙、钛酸钙和Fe₂O₃·H₂O等不溶性残渣则进入赤泥，从而达到了分离的目的。得到的铝酸钠溶液(粗液)中，还含有一定量的SiO₂，经脱硅处理后成为料浆，通过碳酸分解，可得Al(OH)₃，焙烧后成为无水的氧化铝产品。烧结法能合理地处理铝硅比值较低的矿石。

(2)拜尔法：在压煮器内，用苛性碱溶液，采用高温压煮法制得铝酸钠溶液，加上新制的氢氧化铝晶种，在降温和搅拌的条件下进行分解，可获得氢氧化铝沉淀，经洗涤、过滤后进行焙烧而得无水的氧化铝成品。此法多用于处理铝硅比值较高的矿石。

(3)联合法：为了使用价格便宜的苏打补偿拜尔法苛性碱的损失，以降低成本，而在采用拜尔法处理高品级铝土矿的同时，采用烧结法处理中低品级铝土矿和拜尔法赤泥的方法。此法对不同品级矿石皆能处理。

2、铝土矿物质组分在氧化铝生产中的作用和要求

(1) 铝硅比值(A/S)：矿石A／S值在碱法生产氧化铝中是一项十分重要的技术经济指标，它决定了氧化铝的生产方法。在生产方法已定型的工厂中，矿石A／S值直接影响工厂的生产能力、总回收率、原料、燃料消耗及产品的直接费用。对拜尔法来说，A／S值直接影响矿石中Al₂O₃的溶出率和碱耗。对烧结法而言，熟料烧结是关键，熟料的生产费用和热耗均各占氧化铝生产费用和热耗的50％以上，而矿石A／S值又直接决定熟料质量和生产每吨氧化铝的熟料需要量。就烧结法而言，在一定范围内矿石A／S值高，烧结温度范围就宽，热耗低；反之，烧结温度范围窄，熟料质量不稳定，熟料窑易结厚窑皮并形成“结瘤”，操作困难，而且熟料烧结过程的中间产物硅铝酸钠(Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂)不能完全分解，造成Al₂O₃和Na₂O的标准溶出率降低，赤泥率、碱耗、熟料折合比、原料、燃料及成本增加，熟料窑生产能力及运转率下降。

(2)氧化铁：对烧结法而言，Fe₂O₃是具有双重性的杂质，其含量过低过高都有害。Fe₂O₃主要与Na₂O作用生成Na₂O·Fe₂O₃，该化合物有降低烧结温度的作用，烧结温度在1200℃～1300℃时，所得的熟料粒度均匀，易于湿磨溶出，在1300℃以上则熟料质硬，难于湿磨溶出。研究证明，矿石中Fe₂O₃含量过低，则熟料不能成球，操作困难；但Fe₂O₃含量过高，烧结时会出现大量液相，在降低烧结温度的同时降低了烧结温度范围，导致熟料窑结圈，操作困难。熟料中Fe₂O₃与碱作用生成铁酸钠，水解为苛性钠与Fe₂O₃·H₂O沉淀，后者以固相进入残渣成为赤泥。Fe₂O₃含量越高，则赤泥量越大，使赤泥分离与洗涤作业复杂，由于赤泥吸附，洗涤不净，造成碱与Na₂O损失。综合上述，烧结法一般要求矿石中Fe₂O₃含量以7％～10％为宜。

(3)硫(S)：硫是烧结法生产氧化铝中十分有害的杂质。原料、燃料及生产用水等带入的硫，在烧结法过程中将和碱作用，生成Na₂S及FeS，而Na₂S氧化为Na₂SO₄，每1 kg硫将损失3.3 kg碱，在溶出时Na₂SO₄含量超过7％时，使料窑结圈严重，不能正常运转，蒸发碳分母液时，Na₂SO₄以碳钠矾(2Na₂SO₄·Na₂CO₃)析出，使蒸发器表面结垢，传热效率下降，管道容器堵塞，影响生产的正常进行。矿石含硫量高，烧结时易结圈，碱耗、煤耗增加，熟料折合比增加，Al₂O₃溶出率及产能下降，成本增加。在拜尔法熔出过程中，硫含量高将使碱耗增加。

(4)氧化钛(TiO₂)：少量氧化钛可以提高熟料中Na₂O的溶出率，降低烧结温度，提高赤泥水泥的强度。然而在溶出过程中，因为矿石中氧化铝水合物往往被TiO₂薄膜包围，阻碍碱液与氧化铝水合物接触，又阻碍Al₂O₃溶出。为了保证熟料烧结中间化合物Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂能完全分解，在配料中CaO和TiO₂含量相同，使熟料中TiO₂全部形成CaO·TiO₂，保证熟料中的Al₂O₃和Na₂O的溶出率。氧化钛含量增加，熟料中Al₂O₃含量相对减少，熟料折合比增加。因为一般矿石中氧化钛含量较低(2％～4％)，所以不对氧化钛含量提出具体要求。

(5)氧化镁(MgO)：矿石中氧化镁含量高时，将使熟料中氧化铝产率相对降低，从而影响技术经济指标。由于铝土矿矿石中MgO含量较低，一般为1％左右，所以不对MgO含量提出具体要求。

(6) 氧化钠(Na₂O)和氧化钾(K₂O)：实践证明，Na₂O和K₂O的存在，对降低碱耗是有益的，其含量不限。

(7)镓(Ga)：矿石Ga的质量分数一般为0.005％～0.01％，在生产过程中以Na₂O·Ga₂O₃形式在溶液中积累，抽取溶液用石灰乳法除去杂质氧化铝，富集后制得NaGaO₂溶液，电解得金属镓。

3、矿石中杂质在电熔刚玉生产中的作用和要求

(1)氧化硅(SiO₂)：SiO₂含量高时，炉内熔体粘度增加，流动性变差，扩散能力低，电极端部易被粘住，易形成悬料，影响熔化和电能输送。同时熔料熔化层易结壳，阻碍CO逸出，当CO在熔体内大量积聚，可能造成喷炉事故。SiO₂含量高，炉料配铁量增加，使炉温降低，影响硅铁沉降。如果加铁不足，还原后的硅铁比重小和感磁性弱，造成部分硅铁颗粒分散于刚玉结晶中。上述两种情况所得到的刚玉，均能产生铁斑，降低产品质量。

(2)氧化铁(Fe₂O₃)：Fe₂O₃能和还原出的硅与钛结成铁合金沉到炉底，使刚玉与硅铁杂质分离，同时硅与钛还原更容易进行。如果铁的含量低，在生产过程中可加铁屑。当铁的含量超过一定限度时，还原氧化铁将增加电耗。

(3)氧化钛(TiO₂)：产品中含少量TiO₂可增加磨琢性能，但TiO₂超过一定数量将增加刚玉的脆性。

(4)氧化钙(CaO)：产品中含少量CaO将增加刚玉脆性，当W (CaO)>2.0％～2.5 ％时，将会降低刚玉的磨琢性能。

(5)氧化镁(MgO)：产品中含W (MgO)为1％，将降低刚玉磨琢性能10％，增加刚玉脆性15％。

表2—69 铝土矿用作电熔刚玉原料时的质量要求(企业标准)