（有色金属冶金专业论文）氧化铝生产中熟料溶出二次反应与高浓度粗液制备技术.pdf

摘要 氧化铝是世界经济中最重要的基础原材料之一。随着国民经济的发展，2 0 0 7 年我国氧化铝产量已近2 0 0 0 万吨，成为仅次于钢铁产量的特大型冶炼行业。我 国铝土矿大多属高铝、高硅、低铁一水硬铝石型铝土矿，铝硅比为4 - 7 之间， 因此我国氧化铝企业大多采用烧结法或拜尔一烧结联合法生产氧化铝。目前，虽 然一些氧化铝生产强化技术不断涌现，但是烧结法生产氧化铝中能耗高、成本 高的问题并没有得到根本解决，这严重制约了烧结法生产氧化铝企业的经济效 益。提高湿法系统中氧化铝浓度，是降低烧结法生产氧化铝能耗的一条重要技 术路线，其关键是熟料的高浓度溶出与固液分离过程，而这两者的难点在于熟 料高浓度溶出过程二次反应的控制和适宜絮凝剂的确定。因此，对熟料高浓度 溶出与溶出后浆液的快速分离工艺以及相关过程的机理进行研究，对提高烧结 法氧化铝生产技术经济指标具有重要意义。为此，本文就以下一些方面进行了 系统研究： 1 熟料溶出过程相关反应的热力学 对熟料溶出过程相关的各种反应进行了详尽的归纳，并就其热力学性质进 行了系统而详细的计算和分析。明确了溶出过程中原硅酸钙( p 2 c a o s i 0 2 ) 在三 种不同碱性溶液中的稳定性次序由强到弱为n a o h n a a i ( o h ) 4 n a 2 c 0 3 ；明晰 了各种二次反应发生的可能性；明确了不同类型的硅酸钙在铝酸钠溶液中的稳 定性次序由强到弱为：c a o s i 0 2 3 c a o 2 s i 0 2 2 c a o s i 0 2 ；就不同饱和系数的水 化石榴石在氢氧化钠和碳酸钠溶液中的稳定性进行了热力学计算和分析，得出 了n a o h 难于分解水化石榴石而n a 2 c 0 3 则易于分解水化石榴石的结论；对原 硅酸钙在溶出过程中可能发生的一系列水化反应、硅酸钙水化物与铝酸钠溶液 各成分之间的反应进行了系统的热力学计算，结果表明，原硅酸钙最有可能水 化成2 c a o s i 0 2 1 17 h 2 0 、2 c a o s i 0 2 0 5 h 2 0 和4 c a o 3 s 1 0 2 1 5 h 2 0 ；热力学上， 硅酸钙水化物不跟n a o h 反应，而与n a 2 c 0 3 和n a a i ( o h ) 4 的反应趋势较大。 这些结果为熟料溶出工艺研究提供了理论指导。 2 熟料溶出过程二次反应的动力学 熟料溶出过程二次反应动力学的研究结果表明，根据动力学过程的特征， 将该过程分为溶出时s i 0 2 进入铝酸钠溶液和a 1 2 0 3 损失的两个动力学过程；对 各实验条件下的动力学数据进行处理后可获得两个过程的动力学方程分别为： 1 一孕_ ( 1 训；：k ( 马孵 n c 0 2 6 e ( - 掣以 j， l v 七j 二孕吨( 马o o ：孵吲o o ，p ( - 华) a z， l v 女j 通过动力学方程，可以认为熟料溶出过程，因二次反应而导致s i 0 2 进入铝酸钠 溶液和造成a 1 2 0 3 损失的原因主要是n a a i ( o h ) 4 与硅酸钙作用的结果。 3 硅酸钙在不同碱性溶液中的行为 为了更进一步探讨二次反应的机理，对硅酸钙在不同碱性溶液中的反应行 为进行了系统的研究，其结果表明：相同条件下，硅酸钙在n a o h 溶液中反应 最弱，在n a 2 c 0 3 溶液中反应最强，而在铝酸钠溶液中的稳定性介于二者之间， 这与热力学分析结果相吻合；在铝酸钠溶液体系中，时间的延长、温度的提高 都会使得硅酸钙的分解加剧，而碳酸钠对硅酸钙分解的影响远比在纯n a 2 c 0 3 溶液中小，这是由于n a a i ( o h ) 4 和n a 2 c 0 3 的交互作用所致( n a 2 c 0 3 分解硅酸钙 的能力受到削弱而n a a i ( o h ) 4 对硅酸钙的分解作用得以加强，导致n a a i ( o h ) 4 成为在铝酸钠溶液中促使硅酸钙分解的主要因素) ；由于p - 2 c a o s i 0 2 是介稳的 高温型物质，其结构具有热力学不稳定性，同时该物质中钙离子具有不规则配 位，使其具有较高的活性。而当硅酸钙中c a o s i 0 2 分子比下降以后，其在铝酸 钠溶液中的反应活性降低，所以以3 c a o 2 s i 0 2 和c a o - s i 0 2 形式存在的硅酸钙 要比2 c a o s i 0 2 稳定。 4 熟料高浓度溶出工艺 在理论研究的基础上，对工业熟料高浓度溶出过程进行了系统的实验研究。 由实验结果得出的主要结论是，在保证溶出液a 1 2 0 3 浓度 1 8 0g l 。的条件下， 增大液固比可使得溶出液s i 0 2 的浓度有所降低，但对a 1 2 0 3 溶出率没有明显的 影响；较低的溶出温度( 7 5 。c 左右) 和较短的溶出时间( 5 1 0m i n ) 有利于减小熟料 高浓度溶出过程的二次反应程度，即有利于溶出液s i 0 2 浓度的降低和保持较高 的a 1 2 0 3 溶出率；游离n a 2 0 k 浓度和n a 2 0 。浓度对熟料高浓度溶出过程的影响 较小，而n a a i ( o h ) 4 的影响则较大；n a 2 0 s 浓度对熟料高浓度溶出过程s i 0 2 和 a 1 2 0 3 行为的影响很小；调整液中含适量s i 0 2 有利于熟料高浓度溶出过程提高 a 1 2 0 3 溶出率和降低s i 0 2 溶出率；控制适当溶出过程工艺条件，可以降低熟料 高浓度溶出过程二次反应的程度。就添加剂对熟料高浓度溶出过程的影响进行 的大量实验研究后，发现其中以主要官能团为c o o c a 的a 一1 可在一定程度上 抑n - 次反应的进行。 5 熟料高浓度溶出浆液的沉降分离工艺 对工业熟料高浓度溶出后浆液沉降性能进行的详细实验结果表明，在保证 溶出浆液沉降以后上清液中a 1 2 0 3 浓度 1 8 0g l 。1 的前提下，通过大量实验研究 发现添加絮凝剂a 1 5 可以实现赤泥的快速沉降，其适宜的添加量为1 2 5 - 一2 5 0 9 t 干赤泥；而随着熟料粒度的减小，沉降速度变慢，赤泥压缩性变差；碳酸钠浓 度对熟料高浓度溶出浆液的固液分离过程影响比较明显，随着碳酸钠浓度的提 高，溶出浆液的沉降性能逐渐变差，但n a 2 0 c 浓度1 0 - - 一2 0 9 l 之间对沉降过程 无显著影响；在调整液循环溶出过程中，循环次数越多，对沉降越不利，直至 发生赤泥膨胀现象，熟料越细这一现象越明显；但通过絮凝剂a 3 和a 1 5 按 l ：7 1 ：9 的体积比复配则可大大缓解调整液循环对浆液沉降性能的恶化作用。 关键词热力学，动力学，二次反应，熟料，高浓度溶出，沉降 i i i a b s t r a c t a l u m i n ai so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr a wm a t e r i a l si nt h ew o r l de c o n o m i c s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y , t h ea l u m i n ai n d u s t r yo fc h i n ah a s d e v e l o p e dw i t hh i g hs p e e ds i n c e 2 0 0 0 si nt h e21mc e n t u r y t h et o t a lo u t p u to f a l u m i n aa n n u a l l yw a sn e a r l yu pt o2 0m e g a t o n i ny e a r2 0 0 7 i ti so n l yi n f e r i o rt ot h e i r o n & s t e e ly i e l d si nm e t a l l u r g i c a li n d u s t r y d u et ot h eh i g hc o n t e n to fs i l i c a i n b a u x i t e ，s i n t e r i n gp r o c e s sa n db a y e r - s i n t e r i n gc o m b i n a t i o np r o c e s sa c ts p e c i a lr o l e s i no u rc o u n t r y sa l u m i n ap r o d u c t i o n n o w a d a y s ，s o m en e wi n t e n s i f y i n gt e c h n o l o g i e s o fa l u m i n ap r o d u c t i o nw e r ec o m ef o r t h ，b u tt h ep r o b l e m s o fh i g he n e r g y c o n s u m p t i o na n dc o s ti ss t i l lu n d e rs o l v e d ，t h i sg r e a t l yd e c r e a s e s t h eb e n e f i t so ft h e a l u m i n ac o m p a n yb ys i n t e r i n gp r o c e s s a ne f f i c i e n tm e a n sf o rr e d u c i n ge n e r g y c o n s u m p t i o ni st oi n c r e a s ea 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o no fw e tm e t h o ds y s t e m ，i t sp i v o t a l t e c h n i q u ei n v o l v et h ep r o c e s s e so fc l i n k e r - l e a c h i n gw i t hh i g ha 1 2 0 3 c o n c e n t r a t i o n a n dt h es e p a r a t i o no fs o l i da n dl i q u i d ，h o w e v e r ，t h ed i f f i c u l t i e s o ft h e s et w o p r o c e s s e sa r er e s p e c t i v e l yt h ec o n t r o lo fs e c o n d a r yr e a c t i o nd u r i n gc l i n k e r - l e a c h i n g a n dt h ed e t e r m i n a t i o no fs u i t e df l o c c u l e n t t h e r e f o r e ，i th a sg r e a tm e a n i n g s t ow o r k o v e rt h es e c o n d a r yr e a c t i o nm e c h a n i s m ，t h et e c h n o l o g i e so fc l i n k e r - l e a c h i n gw i t h h i g ha 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o na n dt h es e d i m e n t a t i o no fl e a c h e ds l u r r yf o ri n c r e a s i n gt h e t e c h n o l o g ye c o n o m i ci n d e xo f a l u m i n ap r o d u c t i o nb ys i n t e r i n gp r o c e s s i nt h i sc a s e ， t h ef o l l o w i n ga s p e c t sh a v eb e e ns t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yi nt h ed i s s e r t a t i o n ： j t h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o na n da n a l y s i so f c l i n k e r - l e a c h i n gp r o c e s s t h e r m o d ，r n a m i cc o m p u t a t i o na n dd i s c u s s i o n o fr e a c t i o n si n v o l v e di nt h e c l i n k e r - 1 e a c h i n gp r o c e s sa r ed e s c r i b e di nd e t a i l t h es t a b i l i t y o f1 3 - 2 c a o s i 0 2i n t h r e ea l k a l i n el i q u o r sa n dd i f f e r e n tt y p e so fc a l c i u ms i l i c a t e i ns o d i u ma l u m i n a t e l i q u o rh a v eb e e nc o n f i r m e di nt h e r m o d y n a m i ct e r m s ，r e s u l t s a r er e s p e c t i v e l ya s f o i l o w s ：n a o h n a a i ( o h ) 4 n a z c 0 3 a n dc a o s i 0 2 3 c a o 2 s i 0 2 2 c a o s i 0 2 m e a n w h i l e ，t h er e s u l t so fi n v e s t i g a t i o no nt h er e a c t i o n sb e t w e e nh y d r o g a r n e tw i t h d i 侬：r e n ts a t u r a t i o nc o e 衔c i e n ta n dn a o ho rn a 2 c o ss h o wt h a tn a 2 c 0 3 ，i n s t e a do f i v d o c t o r sd i s s e r t a t i o no fc s u a b s t r a c t n a o h ，c a ne a s i l yd e c o m p o s eh y d r o g a r n e ta n dh y d r o g a r n e ti nn a o hs o l u t i o ni s m o r es t a b l et h a ni nn a 2 c 0 3s o l u t i o n f i n a l l y , t h eh y d r a t i o no f1 3 - 2 c a o s i 0 2a n d r e a c t i o n sb e t w e e nc a l c i u ms i l i c a t eh y d r a t ea n dt h r e ea l k a l i n el i q u o r sh a v ea l lb e e n a n a l y z e d i t s r e s u l t s i n d i c a t et h a t h y d r a t i o n o f 1 3 - 2 c a o s i 0 2 t oa f f o r d 2 c a o s i 0 2 1 17 h 2 0 ，2 c a o s i 0 2 0 5 h 2 0 a n d 4 c a o 3 s 1 0 2 1 5 h 2 0 i s t h e r m o d r n a m i c a l l ym o s tf a v o r a b l e n a o hc o n t r i b u t e sl e s sd e p e n d e n c eo nt h e d e c o m p o s i t i o no fc a l c i u ms i l i c a t eh y d r a t e ，i nc o n t r a s t ，n a 2 c 0 3a n dn a a i ( o h ) 4 r e m a r k a b l yi n f l u e n c eo nt h ed e c o m p o s i t i o no fc a l c i u ms i l i c a t eh y d r a t e a ut h e s e r e s u l t sl a yat h e o r e t i cb a s i sf o rt h ei n v e s t i g a t i o no fn e wc l i n k e r - l e a c h i n gt e c h n o l o g y 2 砌ek i n e t i c so f s e c o n d a r yr e a c t i o nd u r i n gc l i n k e r - l e a c h i n g t h ek i n e t i c so fs e c o n d a r yr e a c t i o nd u r i n gc l i n k e r - l e a c h i n gw a sr e s e a r c h e di n t h i sp a r t r e s u l t sd e m o n s t r a t et h a ts e c o n d a r yr e a c t i o np r o c e s si sd i v i d e di n t ot w o s e c t i o n sa c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fd y n a m i cp r o c e s s ，n a m e l y , o n ei st h e p r o c e s st h a ts i o ，d i s s o l v e s i n t os o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o na n dt h eo t h e ri st h e p r o c e s s a b o u tl o s so fa 1 2 0 3 a f t e rc o m p r e h e n s i v e l yt r e a t e d ，t h et w ok i n e t i c e q u a t i o n sc a nb ee x p r e s s e da sf o l l o w s ： 卜2 3 r - ( 1 - r ) ；吲 器 c 0 2 6 e ( 一掣 一警刮2 萨 a o 0 - 9 4 c 】0 0 3 p ( 一半) i tc a nb ei n f e f r e df r o mk i n e t i ce q u a t i o nt h a tr e a c t i o nb e t w e e nc a l c i u ms i l i c a t ea n d n a a i ( o h ) 4i st h em a i nr e a s o nt or e s u l ti ns i 0 2e n t e r i n gi n t os o d i u ma l u m i n a t e s o l u t i o na n dl o s so f a l 2 0 1 3 b e h a v i o r so f c a l c i u ms i l i c a t ei nd i f f e r e n ta l k a l i n es o l u t i o n s i nt h i sp a r t t h eb e h a v i o r so fc a l c i u ms i l i c a t ei nd i f f e r e n ta l k a l i n es o l u t i o n sw e r e s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di no r d e rt o f u r t h e rd i s c o v e rt h em e c h a n i s mo fs e c o n d a r y r e a c t i o n t h er e s u l t si l l u s t r a t et h a tt h es t a b i l i t ys e q u e n c eo fc a l c i u ms i l i c a t ei nt h r e e a l k a l i n es o l u t i o n si sn a o h n a a i ( o h ) 4 n a 2 c 0 3 ，w h i c hi sc o i n c i d e n tw i t ht h e t h e r m o d y n a m i cr e s u l t s o ft h i sd i s s e r t a t i o nu n d e rt h es a m el e a c h i n gc o n d i t i o n l e a c h i n gi ns o d i u m a l u m i n a t es o l u t i o n ，t h ep r o l o n g a t i o no fr e a c t i n gt i m ea n d e l e v a t i o no fr e a c t i n gt e m p e r a t u r ew i l l i n c r e a s et h ed e c o m p o s i t i o no fc a l c i u ms i l i c a t e v d o c t o r sd i s s e r t a t i o no fc s u a b s t r a c t t h ei n f l u e n c eo fn a 2 c 0 3o nt h ed e c o m p o s i t i o no fc a l c i u ms i l i c a t ei ns o d i u m a l u m i n a t es o l u t i o ni sl e s st h a ni nn a 2 c 0 3s o l u t i o n ，w h i c hd u et om u t u a la c t i o n b e t w e e nn a a i ( o h ) 4a n dn a 2 c 0 3 a t t r i b u t i n gt od e c l i n eo fc a l c i u ms i l i c a t e s r e a c t i v ea c t i v i t ya f t e rd e c r e a s eo fc a o s i 0 2o fc a l c i u ms i l i c a t e ，3 c a o 2 s i 0 2a n d c a o s i 0 2i ns o d i u ma l u m i n a t es o l u t i o na r em o r es t a b l et h a n2 c a o s i 0 2 4t e c h n o l o g yo f c l i n k e r - l e a c h i n gw i t hh i g ha b 0 3c o n c e n t r a t i o n b a s e do l lt h em e n t i o n s a b o v e ，p a r t i c u l a rr e s e a r c h o nt h e t e c h n o l o g yo f c l i n k e r - l e a c h i n gw i t hh i g ha 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o nh a sb e e nc a r r i e do u t e x p e r i m e n t a l r e s u l t s d i s p l a yt h a ts i 0 2c o n c e n t r a t i o ni nl e a c h e ds l u r r yc l i m b sd o w nw i t ht h e i n c r e a s eo fl i q u o r - s o l i dr a t i ot oac e r t a i ne x t e n tu n d e ra s s u r i n gt h ea 1 2 0 3 c o n c e n t r a t i o n 18 0g l ，h o w e v e r , l i q u o r - s o l i dr a t i oe x e r t sl i t t l ei n f l u e n c eo nt h e l e a c h i n gr a t eo fa 1 2 0 3 l o w e rr e a c t i n gt e m p e r a t u r e ( a b o u t7 5 。c ) a n dl e s sr e a c t i n g t i m e ( 5 - 10m i n ) a v a i lt or e d u c et h ee x t e n to fs e c o n d a r yr e a c t i o n n a 2 0 s ，a sw e l la s n a 2 0 ca n df r e en a 2 0 kc o n c e n t r a t i o n ，h a v ei n s i g n i f i c a n ti m p a c to nt h ep r o c e s so f c l i n k e r - l e a c h i n gw i t hh i g ha 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o n ，b u tn a a i ( o h ) 4h a sp r o f o u n de f f e c t o nt h eb e h a v i o r so f s i 0 2a n da 1 2 0 3d u r i n gc l i n k e r - l e a c h i n g o r i g i n a ll i q u o rc o n t a i n s p r o p e ra m o u n to fs i 0 2i sp r o p i t i o u st ot h ee l e v a t i o no fl e a c h i n gr a t eo fa 1 2 0 3a n dt h e r e d u c t i o no fl e a c h i n gr a t eo fs i 0 2 c l i n k e r - l e a c h i n gw i t hh i g ha 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o n u n d e rs u i t a b l el e a c h i n gc o n d i t i o n sc a nm a k et h ee x t e n to fs e c o n d a r yr e a c t i o no nt h e d e c l i n e i tw a sa l s of o u n dt h a ta d d i t i v et y p ea l ( “一c o o c a ”a sm a i nf u n c t i o n a l g r o u p ) c a nr e s t r a i ns e c o n d a r yr e a c t i o nf r o mh a p p e n i n gt os o m ee x t e n ti nt h i sp a r t 5 t e c h n o l o g yo f s e d i m e n t a t i o no f l e a c h e ds l u r 唧w i t hh i g hc o n c e n t r a t i o n i nt h el a s tp a r t ，t h ed e t a i l e di n v e s t i g a t i o no ns e d i m e n t a t i o no fs l u r r yo b t a i n e d a f t e rc l i n k e rl e a c h e dw i t hh i g ha 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o nw a sc o m p l e t e d a ss e e nf r o m r e s u l t s ，i tw a sf o u n dt h a ta d d i n gf l o c c u l e n tt y p ea - 15c a nm a k er a p i ds e t t l e m e n to f r e dm u dc o m et r u eu n d e ra s s u r i n gt h ea 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o n 18 0g l 一，i t sp r o p e r a d d i t i v ea m o u n ti s12 5 2 5 0 9 td r yr e dm u d t h es e d i m e n t a t i o nr a t er e d u c e sa n dt h e c o m p r e s s i b i l i t yo fr e dm u dd e t e r i o r a t e sw i t ht h ef a l lo fc l i n k e rs i z e n a c 0 3 c o n c e n t r a t i o ne x e r t sr e m a r k a b l ei n f l u e n c eo nt h es e p a r a t i o np r o c e s so fs o l i da n d l i q u o r , s e d i m e n t a t i o np e r f o r m a n c eo fl e a c h e ds l u r r yb e c o m e sb a dg r a d u a l l yw i t ht h e v i d o c t i o r sd i s s e r t a t i o no fc s u a b s t r a c t e l e v a t i o no fn a 2 c 0 3c o n c e n t r a t i o n ，b u tn a 2 0 cc o n c e n t r a t i o ni nt h er a n g eo f10 - 一 2 0 9 le x p o s e si n a p p a r e n ti m p a c to nt h i sp r o c e s s d u r i n gc i r c u l a t i o nl e a c h i n gw i t h t h eu s eo fl i q u o rw h i c hi su s e dt oe x t r a c tc l i n k e r , t h ei n c r e a s eo f c i r c u l a t i o n 1 e a c h i n g a m o u n tm a k ea g a i n s tt h es e t t l e m e n tp r o c e s s ，e s p e c i a l l yw h e nc l i n k e rs i z ec h a n g e s i n t om o r ef i n e h o w e v e r , t h ed e t e r i o r a t i o no f s l u r r y ss e d i m e n t a t i o np e r f o r m a n c ec a n b eg r e a t l ya l l e v i a t e dt h r o u g hc o m b i n i n gf l o c c u l e n tt y p ea - 3a n da - 15a c c o r d i n gt o t h er a t i ob yv o l u m eo f1 ：7 1 ：9 k e yw o r d s t h e r m o d y n a m i c s ，k i n e t i c s ，s e c o n d a r yr e a c t i o n ，c l i n k e r ，l e a c h i n g w i t hh i g ha 1 2 0 3c o n c e n t r a t i o n ，s e d i m e n t a t i o n v i i 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单 位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均 己在论文中作了明确的说明。 作者签名： 嗍罐月尘日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学 位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅 和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其 它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 。- ， 导师签名：主!日期：垃年生月j 生日 第一章文献综述 由于铝( a l u m i n i u m ) 及其合金( a l l o y ) 具有许多优良性能，而且铝资源又很丰富，因此铝 工业自问世以来发展就十分迅速。1 8 9 0 年至1 9 0 0 年，全世界金属铝的总产量约为2 8 万吨， 而到2 0 世纪5 0 年代中叶，铝的产量就已经超过铜而居有色金属之首位，产量仅次于钢铁， 2 0 0 6 年世界原铝总产量达到3 3 9 7 万吨【l 】。随着科技的快速发展，铝被越来越多的用于高新 技术产业。铝工业在国民经济发展中占有越来越重要的位置，发挥着越来越大的作用。 冰晶石氧化铝熔盐电解法( h a l l h e r o u l tp r o c e s s ) 仍然是目前工业生产金属铝的唯一方 法，所以铝生产包括从铝矿石生产氧化铝以及电解铝两个主要过程。每生产1 吨金属铝消耗 近2 吨氧化铝。因此，电解炼铝的迅速增长对氧化铝工业的发展提出了更高的要求，因而氧 化铝生产也迅速发展起来。 1 1 氧化铝工业的发展与现状 1 1 1 世界氧化铝工业的发展与现状 世界上第一个用拜耳法( b a y e r p r o c e s s ) 生产氧化铝的工厂投产于1 8 9 4 年，日产仅1 吨多。 一百多年来，随着世界铝需求量的增加，氧化铝工业发展很快，其产量迅速增长，1 9 0 4 年 世界氧化铝的产量仅为1 0 0 0 吨，1 9 4 1 年则达到1 0 0 万吨，2 0 0 0 年世界氧化铝产量已达到 4 8 8 8 万吨。据英国商品研究所( c r u ) 统计2 1 ，2 0 0 6 年全球氧化铝总产量达到6 8 5 1 6 万吨， 其中9 0 以上用于电解炼铝，但电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、磨料、防火剂、造纸 以及制药等许多部门也需要各种特殊性能的氧化铝( 称之为非冶金用氧化铝或多品种氧化 铝1 。 世界氧化铝产量以及市场需求见表1 1 ，可以看出，近年来世界氧化铝总产量和需求量 在大幅度增加，同时需求量和产量是平衡的。 中南大学博士学位论文第一章文献综述 表1 - 1世界氧化铝产量和消费量状况( 单位：万吨) t a b l e1 - 1w o r l d st o t a la l u m i n ao u t p u ta n dc o n s u m p t i o n ( u n i t ：t e nk i l o t o n ) 目前世界氧化铝的生产主要集中在澳大利亚、美国、中国、巴西、加拿大和俄罗斯等国 家。其中澳大利亚依靠其得天独厚的铝土矿资源优势( 约占世界保有总储量的五分之一) ，是 世界上最大的氧化铝生产国。世界上几乎所有跨国铝业公司都将其视为理想的氧化铝供应基 地。2 0 0 6 年澳大利亚的氧化铝产量为1 6 6 5 万吨，位居世界第一【3 j 。 氧化铝工业的发展促使其生产技术和装备水平不断提高。首先是工厂的生产规模不断扩 大。生产规模的扩大，生产工艺的改进，使得生产设备日趋大型化和高效化；另外，在流程 和工艺上也有许多变化和提高，其技术的进步集中体现在能耗和劳动力消耗大幅度降低，使 生产成本下降。以拜耳法氧化铝生产为例，在2 0 世纪5 0 年代，每吨氧化铝的综合能耗为 3 0 g j ，人工消耗在1 0 个工时以上，到了8 0 年代，这两个数据降为1 3 g j 和0 9 1 6 工时， 而到了近几年，每吨氧化铝的综合能耗已经降到9 - - 1 2 g j 。 1 1 2 我国氧化铝工业的发展与现状 建国以来，我国氧化铝工业从无到有，从小到大，取得了很大成绩，先后建立了山东、 郑州、贵州三个氧化铝厂。特别是在国家优先发展铝的方针指导下，陆续建成了山西、中州、 平果等重点氧化铝企业，形成了六大氧化铝生产基地，是2 0 0 3 年前6 0 万吨生产规模以上仅 有的6 个氧化铝厂，其基本状况见表1 2 。 2 中南大学博士学位论文第一章文献综述 表1 - 2 我国六大氧化铝厂主要情况 t a b l e1 - 2t h ep r o d u c t i o ns t a t u so ft h es i xa l u m i n ar e f i n e r i e si nc h i n a p l a n t n 砌ei n i t i a t 0 ny e a r p r o d u c i n g p r o c e s s ，翟u u t i p 篇u t o量l篙爰警芦c。o；n温sum掣pti03no f 一- 一 s o d a 1 0 t a ie n e r g y 1 9 6 5 1 9 7 8 1 9 8 7 1 9 9 2 1 9 9 5 m i x e dc o m b i n a t i o np r o c e s s m i x e dc o m b i n a t i o np r o c e s s m i x e dc o m b i n a t i o np r o c e s s p a r a l l e dc o m b i n a t i o np r o c e s s b a y e rp r o c e s s 2 3 2 7 1 0 2 4 2 1 9 7 1 7 2 7 9 4 3 6 3 0 6 8 1 5 8 2 6 2 3 6 4 5 2 9 3 8 3 8 1 6 3 3 7 2 4 0 1 2 1 2 6 l 近年来，由于氧化铝价格居高不下，我国氧化铝厂的建设进入白热化，与前5 年相对平 稳的增长相比，2 0 0 6 年氧化铝生产规模和产量均迅猛增长，由2 0 0 5 年的8 6 0 万吨猛增至1 3 7 0 万吨，增长高达5 9 3 ，氧化铝生产企业达1 8 家，生产能力达到1 8 5 5 万吨左右1 3 j 。但由于 我国电解铝产能过大，每年仍有大量氧化铝依靠进口。近几年我国氧化铝产量和消费量见表 1 3 。从表中不难发现，我国氧化铝工业的发展迅速，近几年的产量和需求量在大幅度增加， 但需求量增加的速度远大于产量增加的速度，可见实际产量与需求量还存在较大差距，因此 我国氧化铝工业市场广阔，大力发展氧化铝工业是我国有色金属工业的既定方针，从国家经 济和工业战略上来考虑，应当尽快打破这种不平衡的局面。目前在建、拟建的氧化铝厂仍较 多，预计到2 0 1 0 年，我国氧化铝产量将有更大增长。 表1 - 3 我国氧化铝产量和消费量状况( 单位：万吨) t a b l e1 - 3al u m i n ao u t p u ta n dc o n s u m p t i o ni nc h i n a ( u n i t ：t e nk i l o t o n ) 2 0 0 1 年2 月成立的中国铝业股份有限公司( 简称“中国铝业 ，英文缩写为“c h a l c o ”) ， 拥有2 9 家二级企业。2