国内外铝土矿拜耳法氧化铝溶出对比分析

池清泉，金星，戎慧

（1 中铝矿业有限公司，河南 郑州450041；2 河南长城信息技术有限公司，河南 郑州 450041）

铝土矿的溶出是拜耳法氧化铝生产的两个主要工序之一，不同类型铝土矿的溶出性能差别很大，需采用不同的溶出工艺[1]。

随着国内优质铝土矿储量日益降低，铝土矿品位逐年降低，国外进口铝土矿的使用占比越来越大。2019年我国进口铝土矿首次突破亿吨，达到1.007亿吨，占我国铝土矿消耗总量的60%左右，主要来自几内亚、澳洲、印尼等国[2]。进口铝土矿以三水铝石型铝土矿为主，高铝、低硅、高铁、高铝硅比，与我国高铝、高硅、低铁、中低铝硅比的一水硬铝石型铝土矿存在一定差异，其溶出工艺亦有一定差距[3]。

本文通过大量生产数据，分析国内外不同铝土矿拜耳法氧化铝溶出工艺的区别，为我国如何立足现有一水硬铝石型铝土矿溶出生产系统，改造生产设备，优化工艺技术参数，更好利用国外进口铝土矿，提供技术支撑。

1 铝土矿平均化学成分对比分析

国内铝土矿以一水硬铝石型铝土矿为主，其平均化学成分如表1所示；国外进口铝土矿以三水铝石型铝土矿为主，其平均化学成分如表2所示。从国内外铝土矿的平均化学成分对比分析可知，国内铝土矿氧化铝的平均绝对含量明显高于国外进口铝土矿，但氧化硅的平均含量远高于国外进口铝土矿，导致国内铝土矿的平均铝硅比远低于国外进口铝土矿，只有进口铝土矿铝硅比的44%，氧化铁、氧化钙等成分亦有一定差异。因此，国内外铝土矿矿物类型及化学成分的差异，会造成其具体溶出工艺的不同。

表1 国内铝土矿平均化学成分（%）

表2 国外进口铝土矿平均化学成分（%）

2 铝土矿管道化矿浆固相A/S对比分析

由于国内外铝土矿化学成分的差异，特别是铝土矿铝硅比（A/S）国产铝土矿只有进口铝土矿的一半不到，导致铝土矿的管道化矿浆固相A/S存在较大差异。如图1所示，国产铝土矿的管道化矿浆固相A/S平均在4.30左右，而进口铝土矿的管道化矿浆固相A/S平均在11.60左右，有明显差距。

图1 铝土矿管道化矿浆固相A/S示意图

3 铝土矿管道化溶出矿浆Na2Ok浓度对比分析

铝土矿的矿物类型对氧化铝的溶出性能影响很大，三水铝石型铝土矿中氧化铝最易被苛性碱溶液溶出，一水软铝石型次之，而一水硬铝石的溶出则较难，需要较高浓度的苛性碱方可使其溶出。

由图2可知，在试验生产中，以三水铝石为主的进口铝土矿管道化溶出矿浆苛性碱浓度平均在195g/L左右，最高浓度达到200g/L左右；而以一水硬铝石为主的国产铝土矿管道化溶出矿浆苛性碱浓度平均在260g/L左右，最高浓度达到近280g/L，最低浓度亦在240g/L左右。

图2 铝土矿管道化溶出矿浆Na2Ok浓度示意图

4 铝土矿管道化溶出矿浆αk对比分析

在相同苛性碱浓度下，溶出矿浆分子比αk越低，说明其溶出能力越强，铝土矿中氧化铝溶出越多。由图3可知，国产铝土矿的管道化溶出矿浆分子比均高于进口铝土矿溶出矿浆分子比，平均高0.03左右。但因国产铝土矿管道化溶出矿浆苛性碱浓度远高于进口铝土矿溶出矿浆苛性碱浓度，另因国产铝土矿氧化铝绝对含量远高于进口铝土矿，因此，在实际溶出过程国产铝土矿氧化铝的绝对溶出量应高于进口铝土矿。

图3 铝土矿管道化溶出矿浆αk示意图

5 铝土矿管道化溶出赤泥A/S对比分析

铝土矿在溶出过程中，硅矿物与铝酸钠溶液反应生产水合铝硅酸钠沉淀物质，实现铝土矿中硅矿物的分离。理论上生成水和铝硅酸钠中氧化铝与氧化硅的质量比即赤泥A/S为1，但实际溶出过程中，赤泥的铝硅比一般均大于1。如图4所示，国产铝土矿溶出赤泥的铝硅比整体波动不大，均在1.12左右；而进口铝土矿溶出赤泥的铝硅比波动较大，且整体均高于国产铝土矿的溶出赤泥铝硅比，最大的达到了2.90左右，远高于国产铝土矿，说明单位进口矿溶出过程中损失的氧化铝高于国产矿。个中原因主要为，在拜耳法氧化铝生产工艺中为降低碱耗，提高溶出效率，需添加石灰，石灰中氧化钙通过置换水和铝硅酸钠中氧化钠形成在铝酸钠溶液中溶解度比水和铝硅酸钠更低的水化石榴石，随着反应温度的降低，水化石榴石中二氧化硅占比会逐渐降低，而进口铝土矿一般是需要较低的溶出温度。因此，反应相同份额的二氧化硅则需要结合更多的氧化铝，造成氧化铝的损失，导致进口铝土矿溶出赤泥分子比偏高。

图4 铝土矿管道化溶出赤泥A/S示意图

6 铝土矿管道化溶出效率对比分析

拜耳法氧化铝生产工艺中，铝土矿中氧化铝的实际溶出效率主要与矿浆固相铝硅比和溶出赤泥铝硅比有关，相对溶出效率是实际溶出效率与理论溶出效率的比值。

国产铝土矿的管道化矿浆固相铝硅比平均在4.30左右，溶出赤泥的铝硅比在1.12左右，而进口铝土矿的管道化矿浆固相铝硅比平均在11.60左右，溶出赤泥的铝硅比波动较大，平均在1.68左右，最大的达到了2.90左右。通过国产铝土矿与进口铝土矿的矿浆固相和溶出赤泥平均铝硅比分析，进口铝土矿的平均实际溶出率应高于国产铝土矿，在实际生产过程亦如此。由图5可知，进口铝土矿实际溶出率均高于国产铝土矿，但部分进口铝土矿的相对溶出率低于国产铝土矿，主要是因为部分进口铝土矿溶出赤泥铝硅比过大造成的。

图5 铝土矿管道化溶出效率示意图

7 铝土矿管道化溶出单耗对比分析

由图6可知，在铝土矿管道化溶出过程中，进口铝土矿的单耗高于国产铝土矿单耗。主要是因为，通过铝土矿平均化学成分分析可知，国产铝土矿的氧化铝绝对含量高于进口铝土矿，且进口矿溶出赤泥的铝硅比较高，导致在相同氧化硅含量的情况下，造成的氧化铝损失较大等，最终导致进口铝土矿单耗高于国产铝土矿。

图6 铝土矿管道化溶出单耗示意图

8 结论

铝土矿的溶出是拜耳法氧化铝生产的最重要工序之一，不同类型铝土矿需采用不同的溶出工艺。随着国内优质铝土矿储量日益降低，国外进口铝土矿的使用占比越来越大。而进口铝土矿以三水铝石型铝土矿为主，高铝、低硅、高铁、高铝硅比，与国内高铝、高硅、低铁、中低铝硅比的一水硬铝石型铝土矿有一定差异，其溶出工艺亦有一定差异。

通过对平均化学成分及铝土矿管道化矿浆固相铝硅比、苛性碱浓度、溶出分子比、溶出赤泥铝硅比、溶出效率及氧化铝单耗的对比分析，可知进口铝土矿的管道化矿浆固相铝硅比远高于国产矿、进口铝土矿管道化溶出矿浆苛性碱浓度远低于国产矿、进口铝土矿溶出矿浆分子比低于国产矿、进口铝土矿溶出赤泥的铝硅比高于国产铝土矿、进口铝土矿实际溶出率均高于国产铝土矿、进口铝土矿的单耗高于国产铝土矿单耗。