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1.1.2 铝土矿资源概况
铝在地壳中的平均含量为8.8％，但目前铝的可利用矿产资源仅为铝土矿、霞石和明矾石，而95％以上的氧化铝是从高品位的铝土矿提取的。就全球范围来看，铝土矿资源丰富，人类并不缺少铝土矿资源，目前全球可用来生产氧化铝的铝土矿储量有240亿t，储量基础350亿t，按现有生产规模计算可保证近200年。但中国铝土矿资源不丰富，保障程度只有十几年，远不能满足发展需要。全球铝土矿资源量估计约550亿～750亿t，其中，南美33％、非洲27％、亚洲17％、大洋洲13％、其他地区10％。
国内外铝土矿的组成特点:世界铝土矿大多是三水铝石型或三水铝石-一水软铝石混合型，仅中国、俄罗斯、希腊等少数国家有一水硬 铝石型铝土矿，因此大多都采用拜耳法生产氧化铝。
我国铝土矿矿区矿石的主要化学成分见表1-1.
表1-1 我国铝土矿矿区矿石的主要化学成分
省份 广西 贵州 河南 山东 山西
矿石类型
Al2O3
铁-一水硬铝石 高岭石-一水硬铝石 高岭石-一水硬铝石 高岭石-一水硬铝石 高岭石-一水硬铝石
58-60 67-68 64-71 54-61 63-65
化学成分/％ Si2O3 5.0-6.0 8.8-11.1 7.5-13.7 15.0-22.0 2.0-3.0
Fe2O3 15.0-17.0 2.2-3.0 3.0-5.1 5.0-9.0 11.0-13.0
铝硅比 A/S 9.9 6.1-7.8 4.7-9.4 3.7-3.9 5.0-5.6
占全国铝土矿量
比例/％
12.2 18.1 16.4 3.8 16.0
1.2 我国氧化铝生产所取得的主要技术成就
我国氧化铝工业从1954年起始，在不到50年得时间里，不仅产量增加了近150倍，在技术方面取得了卓有成效的进步，其主要技术成就为：
1.首创了适合我国国情的混联发工艺； 2.烧结法熟料烧成强化技术；
3.烧结法熟料低苛性分子比溶出技术、高碳酸钠浓度二段磨溶出技术；
4.粗液脱硅间接加热连续脱硅技术、管道化间接加热连续脱硅技术、深度脱硅技术；5.强化烧结技术； 6.拜耳法强化溶出技术； 7.赤泥絮凝沉降分离技术；
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8.分解技术； 9.氧化铝焙烧技术。
1.3 氧化铝的性质
1.氧化铝的物理化学性质：氧化铝分子式为Al2O3,相对分子质量为102，熔点2050℃熔化热21318J/mol,密度3.3～4.0g/cm3,沸点为2980℃，气化热49282 J/mol，为两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，由于Al2O3的结晶形式不同，其在无机酸和碱性溶液中的溶解度有所不同。
2.氧化铝的同素异形体：存在于自然界中的氧化铝称为刚玉（α- Al2O3）,它在岩石中呈五色结晶，也可与其他氧化物杂质染成带色的结晶体，红色的结晶体为红宝石，蓝色的结晶体为蓝宝石。氧化铝的同素异形体又可以看着是α- Al2O3的中间过渡态，按照它们的生成温度可分为两大类：①低温氧化铝，其化学组成为Al2O3·nH2O,式中0 1.4 氧化铝的质量标准和氧化铝的用途 1.4.1 氧化铝的质量标准 氧化铝的质量标准见表1-2 表1-2 氧化铝的质量标准 产品级别 一级 二级 三级 四级 五级 六级 代号 Al2O3－1 Al2O3－2 Al2O3－3 Al2O3－4 Al2O3－5 Al2O3－6 化学成分／％ Al2O3 .＞ 98.6 98.5 98.4 98.3 98.2 97.8 SiO2 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.15 杂质含量 ＜ Fe2O3 Na2O 0.03 0.50 0.04 0.55 0.04 0.60 0.05 0.60 0.05 0.60 0.06 0.70 灼碱 0.8 0.8 0.8 0.8 1.0 1.2 对于砂状氧化铝各国有自己的标准，我国提出如下指标：粒度小于44μm≤15％；比表面积≥35m2/g; α- Al2O3含量20％～35％. 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第4页 1.4.2 氧化铝的用途 氧化铝主要是供电解炼铝用，但是电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、磨料、防火剂及制药等许多部门也需要各种特殊性能的氧化铝和氢氧化铝。国内外不少氧化铝厂都注意发展多品种氧化铝生产，例如活性氧化铝、低钠氧化铝、喷涂氧化铝等，这些供电解炼铝外其他用途的多品种氧化铝约占整个氧化铝产量的8％，而品种已达150种以上。 1.5 氧化铝生产方法和工艺流程 生产氧化铝的方法大致可分为四类：碱法、酸法、酸碱联合法与热法。目前工业上几乎全部是采用碱法生产。减法有拜耳法、烧结法及拜耳-烧结联合法等多种流程。本次设计采用拜耳法。 1.5.1拜耳法 拜耳法是由奥地利化学家拜耳（K.J.Bayer）于1889～1892年提出的，它适用与处理低硅铝土矿，尤其是在处理三水铝石型铝土矿时，具有其他方法无可比拟的优点。目前全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有90％以上是采用拜耳法生产的。适于处理高品位铝土矿，这是苛性碱溶液加温溶出铝土矿中氧化铝的生产方法，具有工艺简单、产品纯度高、经济效益好等优点。拜耳法的生产工艺主要由溶出、分解和焙烧三个阶段组成。全程主要加工工序为：矿石的破碎及湿磨、高温高压溶出、赤泥分离洗涤、种子分解、母液蒸发及氢氧化铝焙烧。拜耳法生产氧化铝的工艺流程如图1-1所示。 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第5页 图1-1 拜耳法生产氧化铝的基本流程 拜耳法主要包括两大过程，即分解和溶出。（1）铝酸钠溶液的晶种分解过程。较低摩尔比的铝酸钠溶液在常温下，添加Al(OH)3作为晶种，不断搅拌，溶液中的氧化铝便以Al(OH)3形态逐渐析出，同时溶液的摩尔比不断增高。(2)铝土矿的溶出。析出大部分氢氧化铝后的铝酸钠溶液在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这就是利用种分母液溶出铝土矿的过程。 交替使用以上两个过程就可以一批批处理铝土矿，得到纯的氢氧化铝产品，构成所谓拜耳法循环。其实质是如下反应在不同条件下的交替进行： 辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第6页 Al2O3·H2O+2NaOH+aq＝2NaAl(OH)4+aq (1-1) 拜耳法生产氧化铝包括四个主要过程： 1) 用高摩尔比（即铝酸钠溶液中的Na2O与Al2O3摩尔比为3.4左右）的分解母液溶 出铝土矿的氧化铝，使溶出液的摩尔比达到1.5～1.6； 2) 稀释溶出矿浆，分离出精制铝酸钠溶液； 3) 精液加晶种分解（种分）； 4) 分解母液蒸发至苛性碱的浓度达到溶出要求（Na2O为230～280g/L）。 在这四个过程中，铝土矿的溶出是拜耳法的关键工序。铝土矿中不同的含铝矿物在苛性碱液中要求不同的溶出温度：三水铝石为140℃，一水软铝石为180℃，而一水硬铝石需在240℃以上，刚玉则不溶于碱液。拜耳法溶出时，为了减少设备结疤，通常要将原矿浆脱硅，使溶液的硅量指数增高。 1.5.2拜耳法主要生产车间工艺流程 1.5.2.1 原矿浆制备 A． 原矿浆制备的地位和特点 原矿浆的制备工艺，就是把拜耳法生产氧化铝所用的原料一铝土矿、石灰、循环母液，按一定比例配制出化学成分、物理性能都符合要求的原矿浆。因此其在氧化铝生产中具有以下重要地位和特点： 1. 原矿浆制备是氧化铝生产第一道工序； 2. 将氧化铝生产所用的各种原料按规定的数量比例进行配合混匀； 3. 原矿浆制备主要包括原料储存、输送、破碎、细磨等过程，是以物理加工为主 的工序 B． 原矿浆制备影响因素 原矿浆制备的主要影响因素： 1) 矿石A/S和Al2O3的稳定和均匀。这是确保氧化铝溶出率和产量的重要因素。一 般工厂规定矿石均化技术指标：A/S波动小于0.5％，Al2O3含量波动小于1％. 2) 矿石磨细程度。溶出过程是多相反应，溶出反应及扩散过程均在相界面进行， 溶出速度与相界面面积成正比，矿石磨的越细，溶出速速越快。 3) 石灰添加量。工厂实践表明，对一水硬铝石型铝土矿来说，添加石灰不仅可使