拜耳法中H.I.D是什么意思?

所谓拜尔法,因K.J .拜尔在1889-1892提出而得名。它在过去的100年里做了许多改进,但它仍然习惯性地使用拜耳法的另一个名称。

拜尔法处理低硅铝土矿,特别是三水铝石型铝土矿,工艺简单,操作方便,产品质量高,经济效果远非其他方法可比。目前全世界生产的氧化铝和氢氧化铝90%以上是拜耳法生产的。

拜耳法包括两个主要工艺,即拜耳提出的两个专利。一个是他发现,只要加入氢氧化铝作为晶种,不断搅拌,直到氧化钠和氧化铝的摩尔比增加到6,大部分氢氧化铝溶液已经析出,在室温下,氧化钠和氧化铝的摩尔比为1.8的铝酸钠溶液中的氧化铝就可以慢慢析出为氢氧化铝。加热时,氧化铝水和铝土矿中的物质也能溶解,即种分母液能溶解铝土矿。交替使用这两种工艺,可以分批处理铝土矿,从中可以得到纯净的氢氧化铝产品,这就构成了所谓的拜耳法循环。

当加热到一定温度时,苛性碱溶液溶解铝土矿中的氧化铝;

al2o 3·H2O+2 NaOH+(3-n)H2O→2 naal(OH)4

得到的铝酸钠溶液在稀释和冷却条件下分解析出氢氧化铝;

氢氧化铝4 ===氢氧化铝3+氢氧化钠

前一个过程称为溶解,后一个过程称为分解。含烧碱的分解母液返回溶出新的铝土矿。

拜尔法的第一道工序是用粉碎机将铝土矿矿石粉碎成直径约30 mm的颗粒,然后用水洗掉颗粒表面的粘土等杂质。这些洗涤后的颗粒与回收的氢氧化钠浓度为30%-40%的拜耳法残液混合,通过球磨形成固体粒径在300微米以下的悬浮液。随着粒度的减小,铝土矿的比表面积大大增加,有助于加速后续的化学反应。铝土矿与高浓度氢氧化钠溶液形成的悬浮液再进入反应釜,通过提高温度和压力,使铝土矿中的氢氧化铝与氢氧化钠反应生成可溶性铝酸钠(NaAl(OH)4),称为溶解,其方程式如下:[1]。

根据铝土矿的组成确定了Al2O3+2 NaOH+3 H2O → 2 NaAl(OH)4反应器的温度和压力。对于三水铝石较多的铝土矿,反应可在150度常压下进行,而对于一水硬铝石和勃姆石较多的铝土矿,反应需要在压力下进行,常见的条件为200 ~ 250度,30 ~ 40个大气压。当与氢氧化钠反应时,铝土矿中所含的铁的各种氧化物、氧化钙、二氧化钛基本上不与氢氧化钠反应,形成固体沉淀,留在反应器底部,它们会被滤出,形成的滤渣呈红色,称为赤泥,而铝土矿中所含的二氧化硅杂质会与氢氧化钠反应生成硅酸钠,硅酸钠也溶于水。

SiO _ 2+2 NaOH → 2Na2SiO3+H2O拜耳法为了除去硅酸钠,是将溶液缓慢加热,促使二氧化硅、氧化铝、氢氧化钠生成方钠石结构的水合铝硅酸钠,然后沉淀,再过滤掉,使上清液中只剩下铝酸钠。

热溶液进入冷却装置,用水稀释后逐渐冷却。铝酸钠将水解生成氢氧化铝。此时加入纯氧化铝粉末会沉淀出白色氢氧化铝固体。

NaAl(OH)4 → Al(OH)3+NaOH一些制造商通过引入过量的二氧化碳来帮助生产氢氧化铝,从而改进了这一步骤。

NaAl(OH)4+CO2→ Al(OH)3+NaHCO3过滤出生成的氢氧化铝后,剩余的高浓度氢氧化钠溶液将循环用于处理另一批铝土矿,溶出氢氧化铝。产生的氢氧化铝可以通过在1000℃煅烧分解成氧化铝;

2Al(OH)3 → Al2O3+3 H2O的具体煅烧温度取决于氧化铝所需的晶型和粒度。生产的氧化铝然后可以通过霍尔-阿罗法电解生产金属铝。

拜耳法主要分为溶出、分解和煅烧三个阶段,主要由破碎和湿磨、铝土矿溶出、赤泥分离洗涤、铝酸钠溶液加晶种分解、铝分解母液蒸发、氧化铝生产中碳酸钠碱回收、氢氧化铝煅烧等工序组成。

拜耳法生产1t氧化铝,一般需要1.7 ~ 3.4t矿石,60 ~ 150kg NaOH,200 ~ 350 kw·H电,总能耗7.4~32.6GJ。根据铝土矿中硅矿物的产物(水合铝硅酸钠Na2O Al2O3 1.7SiO2 H2O)的组成,每溶解1份SiO2,将损失1份Al2O3和0.6份Na2O。工业生产要求氧化铝的总回收率必须在80%以上,如果处理过程中氧化铝的机械损失按3% ~ 5%计算,氧化铝的理论溶出率应大于83% ~ 85%。因此,拜耳法适合处理一水硬铝石型铝土矿或铝硅比大于6 ~ 7的一水硬铝石型铝土矿。对于三水铝石铝土矿,应仅考虑活性二氧化硅含量。对于中品位铝土矿,拜耳-烧结联合工艺更为经济。

1855年,法国化学家路易·勒·查特莱首先提出了一种将铝土矿和碳酸钠的Na2CO3混合物加热到1200℃生成铝酸钠,然后向铝酸钠溶液中通入二氧化碳生成氢氧化铝的方法。在1880年代,俄罗斯纤维工业需要大量氧化铝作为媒染剂。在圣彼得堡工作的德国化学家卡尔·约瑟夫·拜耳提出了拜耳法并申请了专利。最重要的改进是:第一,发现只要加入氢氧化铝晶种,氢氧化铝就会从稀碱液中慢慢沉淀出来;二是剩余碱液可以回收,新的铝土矿可以通过提高浓度进行再加工,实现连续生产。拜耳法提出后不久就取代了勒夏特莱法,与霍尔-阿罗法一起使用,大大提高了铝的产量。拜耳法的经济效益是由几个点决定的。第一,铝土矿中三水铝石的比例,三水铝石的石悦越多,能耗越少;二是铝土矿中铝硅比。拜耳法将二氧化硅转化为水合铝硅酸钠,氧化铝和氢氧化钠在此过程中损失。随着高铝高硅铝土矿的逐渐短缺,这一过程中损失的氧化铝和氢氧化钠也在逐渐增加。一些研究人员和公司提出了拜耳法结合烧结法的改进方案。此外,拜耳法会使部分氢氧化钠进入赤泥中,给赤泥带来强腐蚀性,其PH值高达11-12,带来严重的环境问题,如匈牙利爱歌铝厂赤泥堆场2010决堤,酿成惨剧。