铝土矿溶出的目的是将其中的氧化铝充分溶解而进入铝酸钠溶液,研究铝土矿中的氧化铝在溶出过程的行为,是提高氧化铝生产效率、降低成本的关键。 拜耳法生产氧化铝
铝土矿的溶出过程是铝土矿与铝酸钠溶液反应的过程。不同类型的铝土矿由于氧化铝的结晶状态不同,与铝酸钠溶液的反应能力也不同。即使是同一类型的铝土矿,由于产地不同,结晶完整性和溶出性能也不同。
在铝土矿溶出过程中,整个过程是一个复杂的多相反应,因此影响溶出过程的因素很多,大致可以分为铝土矿本身的溶出性能和溶出过程的工作条件。
下面主要讨论溶解过程中工作条件的影响。
1、溶解温度的影响
温度是溶解过程中最重要的因素。无论反应过程是由化学反应控制还是由扩散控制,温度都是影响反应过程的重要因素。

从图中可以看出,升高温度后,铝土矿在碱溶液中的溶解度明显增加,溶液的平衡分子比明显降低。使用低浓度母液可以得到低分子比的浸出液。由于降低了浸出液和循环母液中氧化钠的浓度差,减轻了蒸发负担,提高了碱的循环效率。
与溶解纯一水硬铝石相比,温度在溶解天然一水硬铝石铝土矿中起着更重要的作用。由于铝矾土溶解时会形成钛酸盐和铝硅酸盐保护膜,这些保护膜在温度升高时会因重结晶而破裂,即使不加石灰,溶解效果也是好的。
2.搅拌强度的影响
众所周知,对于非均相反应,整个反应过程由几个步骤组成。矿石颗粒与溶液之间的相对运动是通过矿浆在管道蒸煮器高压蒸煮器组中的流动和蒸汽直接加热来实现的。浆速越高,湍流越强,传质效果越好。在蒸汽直接加热的高压蒸煮器组中,纸浆流速只有0.0015~0.02m/s,湍流度差,传质效果不是很好。
管道消化器内的浆液速度为1.5~5m/s,雷诺系数为105,具有高度湍流性质,这是强化消化过程的重要原因。在间接加热和机械搅拌的高压蒸煮器组中,纸浆不仅沿流动方向运动,而且在机械搅拌下运动强烈,湍流程度也强。
3.循环母液中碱浓度的影响。

图为溶解温度为220℃时,碱溶液浓度对澳大利亚Wepa矿溶解速率的影响。可以看出,提高碱浓度对氧化铝的溶解速率有一定的影响。
4.成分的分子比的影响。

由于生产中的铝酸钠溶液含有多种杂质,其平衡分子需要通过实验来确定。实验是用小型高压溶解器按规定条件溶解矿石,并保证足够的溶解时间,使溶解过程不受动力学条件的限制。试验中循环母液量固定,逐步增加配矿量。当配矿量较小时,氧化铝溶出后浸出液仍不饱和。
在这种条件下能溶解在外来矿石中的氧化铝称为有效氧化铝。据此计算氧化铝的相对溶出率,配矿量逐渐增加。只要组分的分子比高于平衡分子比,这种情况仍然可以维持,只是溶解溶液的分子比逐渐接近平衡分子比。
5.矿石细磨程度的影响。
对于某一种矿石,粒度越小,比表面积越大。这样,矿石与溶液的接触面积越大,反应面积越大,在其他溶解条件相同的情况下,溶解速度也会加快。此外,矿石的细磨会使原本被杂质包裹的氧化铝水合物暴露出来,增加氧化铝的溶出率。溶出三水铝石铝土矿时,一般不要求磨得很细,有时碎至16mm时也可渗滤溶出。致密且不可溶的一水硬铝石矿石需要细磨。但过度细磨增加了生产成本,无助于进一步提高溶出率,还可能使溶出的赤泥变稀,使赤泥难以分离和洗涤。

在铝土矿溶出过程中,只要氧化铝的浸出率没有达到最大值,氧化铝的浸出率就会随着浸出时间的增加而增加。

