铝土矿成分对拜耳法氧化铝生产的影响
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[摘 要]随着高品位铝土矿储量日渐减少，供矿品位不得不下降，结果引起产量减少，碱耗和矿耗指标明显升高，导致成本升高。因此，需要合理选择供矿品位，深入研究不同铝土矿的性质特点及杂质对氧化铝生产的影响，最大程度地发挥不同品位铝土矿生产氧化铝的效益，有效利用有限的铝土矿资源，成为氧化铝生产企业的迫切任务。
[关键词]铝土矿；成分；拜耳法
中图分类号：TF821 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0007-01
1 铝土矿资源概况
近年来，我国氧化铝企业为提高产量，降低成本，尽量提高供矿品位，而我国80%以上的铝土矿为中低品位，平均铝硅比仅为5.56，随着高品位铝土矿储量日渐减少，供矿品位不得不下降，结果引起产量减少，碱耗和矿耗指标明显升高，导致成本升高。
2 铝土矿化学成分及矿物组成
铝土矿是一种组成复杂，化学成分变化很大的矿石。铝土矿的化学成分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O，次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、等，微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等，铝土矿的化学组成及矿物组成取决于铝土矿矿床的成因。目前较大多数氧化铝企业所用铝土矿属一水硬铝石型，总体特征是高铝、高硅、低硫低铁、中低铝硅比，矿石质量差，加工难度大。
3 铝土矿类型决定氧化铝的生产方法
氧化铝生产过程就是从铝矿石中提取氧化铝使之与杂质分离的过程。自然界中的铝矿石类型很多，同一类型的铝土矿中各种杂质的含量各有差异。为了最经济地生产氧化铝，不同的铝矿需采用不同的生产方法。
拜耳法只适宜处理高铝硅比矿石，处理低铝硅比铝土矿是不经济的，这是由于矿石中的SiO2在溶出时转变为含水铝硅酸钠，需要消耗昂贵的苛性碱。
4.1 矿石类型的影响
我国一水硬铝石型铝土矿比三水铝石和一水软铝石的氧化铝生产能耗高，主要因为一水硬铝石矿结构致密，一水硬铝石与脉石矿物嵌布紧密，包裹程度较大，与溶液的接触条件较差，很难溶出。
4.2 矿石中Al2O3含量的影响
Al2O3含量越高，对降低铝土矿消耗越有利，我国铝土矿以一水硬铝石居多，但氧化铝含量较高，一般在60-70%，较国外三水铝石矿的消耗小。对拜耳法来说，矿石Al2O3含量提高1%，铝土矿消耗将降低0.02t/t-AO，流程中的杂质含量相对降低，赤泥量降低，碱耗、能耗降低，对生产的正常运行，指标的优化，起到良好的作用。
4.3 铝土矿中杂质SiO2的影响
在拜耳法法生产氧化铝的过程中，硅是铝土矿中最有害的杂质，溶出时生成铝硅酸钠，引起铝的损失，增加了碱耗。资料表明：用拜耳法生产氧化铝，矿石中SiO2 每增加1%，每吨矿石多消耗氢氧化钠6.6公斤，氧化铝8.5公斤。SiO2主要以高岭石状态存在与碱液在70 -95℃下就可反应，作用的速度大于一水硬铝石，生成钠硅渣（Na2O・Al2O3・1.7SiO2.2H2O）进入赤泥中，SiO2含量越高，造成Na2OK和Al2O3的损失越大，拜尔法末次洗涤赤泥的N/S约为0.4-0.5，A/S达到1.3以上，即1kg SiO2消耗0.4-0.5 kgNa2O，1kg SiO2消耗1.3kg以上的氧化铝，使氧化铝的回收率降低，产生的赤泥量也相应增大，对赤泥分离洗涤造成不良影响，并在管道和设备器壁上产生结疤，降低传热效果，妨碍生产正常进行，残留在铝酸钠溶液中的SiO2在分解时会随同氢氧化铝一起析出，影响产品质量。因此，生产过程中要控制和减少SiO2的有害作用
4.4 铝土矿中杂质TiO2的影响
铝土矿中的含钛矿物多以金红石（TiO2）和锐钛矿（TiO2）存在。锐钛矿在180℃时开始反应，而金红石在210℃以上才反应，氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠Na2O・3TiO2・2H2O。铝土矿中的含钛矿物使一水硬铝石在铝酸钠溶液中的溶解过程显著恶化，使氧化铝溶出率降低，这是因为生成的钛酸钠在一水硬铝石表面形成一层致密的保护膜，阻止碱液渗透到矿石内使Al2O3不能被溶出。这种钛酸钠在铝酸钠溶液中形成膨胀的胶体。即有极大的自由面，恶化了赤泥沉降和洗涤性能。因此，在拜耳法生产中TiO2是有害杂质，它引起Na2O损失，Al2O3溶出率下降和赤泥沉降性能变坏。
在铝土矿溶出时添加石灰是消除TiO2危害的有效措施。此时生成结晶状钛酸钙CaO・TiO2，羟基钛酸钙和含钛水化石榴石，使一水硬铝石表面上不再生成钛酸钠保护层。钛酸钙质松脆多孔，极易脱落，故使Al2O3溶出过程不再受到阻碍，也降低了Na2O的消耗，但钛酸钙将在高温预热器上沉积出一层相当硬而难以脱除的钛结疤，影响设备传热效果给清理工作带来困难。
4.5 铝土矿中杂质Fe2O3的影响
铝土矿中铁主要以赤铁矿形式存在，有时有少量的针铁矿，在拜耳法溶出过程中，赤铁矿不与苛性碱反应，在300℃下仍是稳定的，针铁矿具有高分散性，不稳定，与一水硬铝石发生同晶置换，针铁矿中Fe被Al取代，形成铝针铁矿，其中的Al2O3很难被溶出，造成氧化铝和碱的损失，使赤泥的沉降和压缩性能变坏，提高温度和添加石灰可以促使针铁矿转变为赤铁矿，赤铁矿被看作是一种有利的铁矿物，而针铁矿则是一种不利的化合物。
4.6 铝土矿中含硫矿物的影响
铝土矿中主要的含硫矿物是黄铁矿、白铁矿和胶黄铁矿，山西铝土矿硫含量较低。黄铁矿在180℃开始被碱液分解，并随温度和碱液浓度的提高而加剧，造成Na2O的损失，当溶液中硫含量由0.5g/l提高4.0g/l后，会使钢材受到严重腐蚀，增加溶液中铁含量，尤其是以Na2CO3.2Na2SO4复盐析出，在蒸发器和溶出器内结疤，降低传热系数。溶液中硫含量增加还能使矿浆的磨制和分级受到影响，赤泥沉降性能变差。铝土矿中硫含量超过0.7%-0.8%，就能导致氧化铝品位因铁的污染而下降，因此拜耳法要求矿石中的硫含量低于0.7%。
5 结语
通过对铝土矿成分的分析，氧化铝生产需要合理选择供矿品位，深入研究不同铝土矿的性质特点及杂质的影响，最大程度地发挥不同品位铝土矿生产氧化铝的效益，有效利用有限的铝土矿资源，成为氧化铝生产企业的迫切任务。