复杂有机物对拜耳法生产氧化铝过程的影响分析

复杂有机物对拜耳法生产氧化铝过程的影响分析

黎龙飞

中国铝业广西分公司  广西  平果  531400

摘要：在使用拜耳法制备氧化铝时，复杂有机物会在氧化铝生产过程中逐渐析出，并在生产系统中持续积累，达到一定量后会严重影响氧化铝的制备效果。本文先罗列复杂有机物对拜耳法生产氧化铝过程造成的影响，再分别提出拜耳法生产氧化铝中复杂有机物的几类去除方法。

关键词：复杂有机物；拜耳法；氧化铝；分解工序

引言：氧化铝被广泛应用于制药、建材、陶瓷复合材料等行业，我国对氧化铝的需求与日俱增，拜耳法是目前生产氧化铝的最有效技术之一。但在氧化铝的生产过程中拜耳液中会存在有多种有机物，其中的几种会对拜耳法制备氧化铝的效果产生较为严重的影响，即使去除有机物的成本较高，但为保证氧化铝的生产质量，研究者仍应该积极研究复杂有机物的产生原因和去除方法。

一、复杂有机物对拜耳法生产氧化铝造成的影响

（一）溶出工序

在使用拜耳法生产氧化铝的过程中，复杂有机物会对一水硬铝石型铝土矿溶出和赤泥分离洗涤等工序造成如下几方面影响[1]。

首先，研究者应该明确并非所有拜耳液中存在的有机物都会对铝土矿的析出速率造成影响，能够提升铝土矿溶出速率的有机物只有醇基类有机物。醇基类有机物能将溶液中额外加入的生石灰转化为醇基钙[2]。这种醇基钙的活性较大且十分易溶解，最终达到缩短一水硬铝石型铝土矿溶出时间的目的。但在这一操作过程中应该集中关注生石灰的添加量，一旦添加过量就难以达到加速目的。除此之外，包括草酸钠与醋酸钠在内的几类还原剂的添加都会对铝土矿的析出速度造成直接影响。

其次，沥青同样是会影响铝土矿溶出速度的有机物，这是因为沥青不溶于碱但溶于苯[3]。拜耳液中的沥青成分会在铝土矿颗粒表面形成保护膜阻止碱溶液的渗入，导致铝土矿颗粒无法及时析出。为了抑制沥青含量过高造成对铝土矿颗粒析出速度的影响，一般情况下会将固体氧化钙添加进溶液中[4]。

最后，在铝土矿的析出工序中，若复杂有机物的整体含量过大，也会对拜耳法赤泥分离洗涤造成干扰。大量复杂有机物的存在会使得拜耳液的黏度提升，在这一溶液条件下，赤泥无法及时沉降，沉降槽内将会出现大量的浮游物，最终导致赤泥分离洗涤的速率受阻。

（二）晶种分解工序

在氧化铝分解工序中，晶种分解工序是受到有机物影响最大的环节。复杂有机物主要会从如下几方面对晶种分解这一工序造成影响。

首先，复杂有机物的大量堆积循环会抑制晶种分解的速度，拉低氢氧化铝的析出速度[5]。其次，复杂有机物的大量堆积与循环会导致氢氧化铝颗粒和强度变小，进而对氢氧化铝的沉降、过滤以及分级等工序造成阻碍。然后，复杂有机物的循环堆积会生成大量的氧化钠与其他杂质的含量，影响析出物质的纯净性。最后，分解槽中可能会存在高分子和中分子，并在料浆流淌运动的过程中产生大量泡沫。此外，氢氧化铝作为分解产物为白色，但往往会被铝酸钠溶液染色，降低白度。

（三）母液蒸发工序

复杂有机物会在母液蒸发时与碱性溶液发生反应生成草酸盐。草酸盐会在蒸发器中蒸发并在器皿内壁上固化生垢，影响蒸发器的蒸发效率。此外，草酸盐还会影响一水碳酸钠的粒度直径，且复杂有机物的含量越高，这一问题就会越严重。

三、拜耳法生产氧化铝中复杂有机物的去除方法

（一）铝土矿焙烧氧化法

    这一手段去除复杂无机物的原理是从源头入手控制无机物含量，避免过量的复杂物流参与氧化铝的生产工序。德国研究者提出先对铝土矿进高温煅烧以破坏原料中的有机物，使无机物在高温加热后被分解为二氧化碳并排放到空气中，但选择这一技术会生成大量的热量，耗费大量的能源，且生成过多的二氧化碳也会对空气造成污染。还可以在铝土矿原矿内适量添加是氧化钙、水、氢氧化钠（以及氢氧化钾的混合物即钠石灰再高温煅烧，使铝酸钠溶液中的有机物氧化成碳酸钠。这一方法无需产生大量热能，也就不会耗费过多能量，但碳酸钠的浓度也会随之提升。此外，日本研究者也曾提出，使用回转窑和沸腾炉焙烧铝土矿的方法。

（二）母液法

    母液法主要包括溶液氧化法和焙烧法两种。其中溶液氧化法主要指将空气、氧气、臭氧等氧化性气体通入铝酸钠溶液中，将其中的高分子有机物氧化为草酸盐，再通过蒸发排出系统。有研究表明，使用这一技术时可在溶液中加入适量铜化合物加速氧化反应，但这一手段会使铜化合物与碳酸钠生成反应导致析出氢氧化铝的固态化合物，加大了复杂化合物处理的工作总量。且铜化合物的去除对专业技术的要求过高，并不适用于大批量的工业生产。而焙烧法则主要指将配置好的循环溶液中提取出一部分同铝土矿混合。经过高温处理后，高温铝土矿和高温母液中的有机碳会变为二氧化碳，并达到减少复杂有机物的目的。

（三）结晶法

针对拜耳液中草酸盐类复杂有机物的处理，可使用结晶法这一处理形式。这一处理形式的处理原理为控制分解母液的温度，使其析出固态化合物即草酸钠，控制其在拜耳溶液中的含量。由于草酸盐析出会产生大量结晶，所以被称为结晶法。为了加速晶体额度析出速率，可以适量添加草酸钠晶种。晶体析出后要及时分离草酸盐，控制拜耳液中的复杂有机物含量。

（四）离子交换法

    离子交换法主要指在拜耳液中添加适量的树脂，置换出其中的阳离子，使包括铁、硅、钛、锌等元素的阳离子加上拜耳液中的复杂有机物被置换出来。这一技术去除阳离子的成效较为卓著，但树脂资源不可再生，且购买成本较高，使用这一技术会付出大量的经济成本，难以适用于大规模的工业化生产。

（五）沉淀法

沉淀法主要指将含有镁元素的化合物与拜耳液相融合，产生反应生成胶状氢氧化镁以及氢氧化铝沉淀。二者的沉淀物分离度较低，且会吸附拜耳液中的复杂有机物以减小拜耳液中的有机物浓度。但胶状化合物中的铝含量较大，导致这一方法会造成铝元素的消耗。可在沉淀法的使用中添加适量的钡对沉淀法进行优化，但钡元素毒性较大且成本较为高昂，所以要反复回收碳酸钡与草酸钡以节约制备成本，但在实际的工业生产过程中回收钡盐无论是操作条件还是回收成本均较大，且钡元素的毒性较强，导致在沉淀法中加入钡的形式并不适用于规模化的氧化铝生产过程中。

（六）洗涤法

把铝土矿中的有机物去除。用一定浓度的Al2O3、苛性碱的赤泥洗液与铝土矿混合，混合后用赤泥洗涤液，在特定条件下洗涤铝土矿，使铝土矿中有机物分离开，洗涤铝土矿后的碱液，可以用湿式氧化法把其中的有机物去除，当反应结束后将碱液过滤，过滤的滤液再次返回到铝土矿洗涤工序。经过滤得到的滤饼，在1000℃环境下进行煅烧，变成氧化钙和二氧化碳，此方法要求条件比较复杂，操作较为困难。

结束语：随着生化技术水平的逐渐攀升，氧化铝的合成技术也有了更多的选择，拜耳法在使用中虽然存在着诸多不便，甚至有机物的合成对系统整体会产生一定危害，但仍然是目前使用范围最广的氧化铝合成方法。基于此，如何高效经济的生成高质量的氧化铝，仍是行业研究者目前的研究重心。

参考文献：

[1]陆海飞.几内亚某铝土矿拜耳法溶出氧化铝试验研究[J].湖南有色金属,2022,38(06):29-31+43.

[2]田野,康泽双,刘中凯等.低温等离子体耦合生物滴滤处理拜耳法生产氧化铝溶出过程中VOCs的研究[J].轻金属,2022(09):59-62.

[3]刘中凯,刘万超,闫琨等.拜耳法生产氧化铝溶出过程挥发性有机物排放特征及臭氧生成潜势[J].环境污染与防治,2020,42(11):1375-1379.

[4]曾宪飞,张天星,张顺飞.拜耳法氧化铝生产中水合铝酸钙的应用研究[J].轻金属,2021(11):26-29.

[5]高慧,赵东亮.石灰质量对拜耳法氧化铝生产过程的影响[J].轻金属,2020(08):24-26.

作者简介：黎龙飞（1995-），男，汉族，江西赣州人，本科，助理工程师，主要从事氧化铝生产管控与优化工作。