氧化铝生产工艺与技术（金会心）

《氧化铝生产工艺与技术》围绕氧化铝的生产工艺过程，系统阐述了拜耳法和碱石灰烧结法生产氧化铝的基础理论、基本工艺以及各生产环节的新技术、新方法、新设备及研究发展趋势。同时针对当前研究热点，讲述了生产氧化铝的其他方法、镓和钒的回收以及赤泥的综合利用。本书内容丰富，理论、工艺与技术相结合，适用于冶金工程专业本科生和研究生学习参考，也可作为有色金属冶金和轻金属冶金行业科研人员和工程技术人员的参考书籍。

无

第1章 氧化铝生产概况 001
1.1 氧化铝工业的发展 001
1.1.1 世界氧化铝工业的发展 001
1.1.2 我国氧化铝工业的发展 003
1.2 我国氧化铝生产技术大型化发展现状与趋势 006
1.2.1 我国氧化铝生产技术大型化 006
1.2.2 我国氧化铝生产技术大型化发展存在的主要问题 008
1.2.3 我国氧化铝生产技术大型化的发展趋势 009
1.3 氧化铝及其水合物的分类与性质 009
1.3.1 氧化铝及其水合物分类 009
1.3.2 氧化铝及其水合物的物理化学性质 010
1.4 电解炼铝对氧化铝的质量要求 011
1.4.1 氧化铝的纯度 011
1.4.2 氧化铝的物理性质 012
1.5 生产氧化铝的资源 013
1.5.1 铝土矿 013
1.5.2 高铝粉煤灰 018
1.5.3 其他炼铝资源 020
1.6 生产氧化铝的基本方法 021
1.6.1 碱法生产氧化铝 021
1.6.2 酸法生产氧化铝 022
1.6.3 酸碱联合法生产氧化铝 023
1.6.4 热法生产氧化铝 023
思考题 023

第2章 铝酸钠溶液 024
2.1 铝酸钠溶液特性参数 024
2.1.1 铝酸钠溶液的浓度 024
2.1.2 铝酸钠溶液的摩尔比 025
2.1.3 硅量指数 025
2.2 Na2O-Al2O3-H2O 系 025
2.2.1 Na2O-Al2O3-H2O 系平衡状态图的绘制 025
2.2.2 30℃下的Na2O-Al2O3-H2O 系平衡状态图 026
2.2.3 其他温度下的Na2O-Al2O3-H2O 系平衡状态图 028
2.2.4 Na2O-Al2O3-H2O 系平衡固相 028
2.3 铝酸钠溶液的性质及结构 031
2.3.1 铝酸钠溶液的稳定性 031
2.3.2 铝酸钠溶液的其他物理化学性质 032
2.3.3 铝酸钠溶液的结构 034
思考题 035

第3章 铝土矿的拜耳法溶出与赤泥的分离洗涤 036
3.1 拜耳法的原理和基本工艺流程 036
3.1.1 拜耳法的原理 036
3.1.2 拜耳法的基本工艺流程 038
3.2 原矿浆的制备 039
3.2.1 原矿浆制备的特点 039
3.2.2 原矿浆制备的影响因素 040
3.2.3 原矿浆的配料计算 041
3.2.4 原矿浆制备的基本工艺和设备 043
3.3 铝土矿的溶出 045
3.3.1 铝土矿溶出过程的化学反应 045
3.3.2 铝土矿溶出过程的计算 053
3.3.3 铝土矿溶出过程的影响因素 054
3.3.4 铝土矿溶出过程的工艺及设备 058
3.3.5 铝土矿溶出过程中结疤的生成与防治 067
3.4 赤泥的分离与洗涤 069
3.4.1 赤泥分离洗涤的步骤 069
3.4.2 赤泥浆液稀释的作用 070
3.4.3 赤泥浆液的特性 071
3.4.4 赤泥沉降分离的影响因素 072
3.4.5 赤泥沉降与分离设备 075
3.4.6 赤泥洗涤效率的计算 077
3.4.7 粗液控制过滤的工艺及设备 078
思考题 080

第4章 铝酸钠溶液的晶种分解和氢氧化铝的煅烧 081
4.1 铝酸钠溶液的晶种分解 081
4.1.1 晶种分解过程的机理 081
4.1.2 晶种分解过程的主要技术经济指标 083
4.1.3 晶种分解过程的影响因素 084
4.1.4 晶种分解工艺与设备 088
4.2 氢氧化铝的煅烧 096
4.2.1 氢氧化铝煅烧过程的相变 096
4.2.2 氢氧化铝煅烧过程中结构与性能的变化 097
4.2.3 氢氧化铝煅烧工艺与技术 098
思考题 103

第5章 分解母液的蒸发与一水碳酸钠的苛化 104
5.1 分解母液的蒸发 104
5.1.1 分解母液蒸发的目的 104
5.1.2 母液中的杂质在蒸发过程中的行为 104
5.1.3 蒸发设备及蒸发流程 106
5.1.4 多级蒸发装置的热工计算 110
5.1.5 蒸发过程的阻垢措施 116
5.2 一水碳酸钠的苛化 117
5.2.1 苛化的目的 117
5.2.2 苛化的方法 117
5.2.3 苛化的工艺流程 119
思考题 120

第6章 碱石灰烧结法生产氧化铝 121
6.1 碱石灰烧结法的原理和基本工艺流程 121
6.1.1 碱石灰烧结法的原理 121
6.1.2 碱石灰烧结法的基本工艺流程 122
6.2 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应 123
6.2.1 烧结过程的目的与要求 123
6.2.2 固相反应 124
6.2.3 烧结过程中的物理化学反应 125
6.2.4 铝酸盐炉料配方 128
6.2.5 生料加煤 129
6.3 铝酸盐炉料烧结工艺 130
6.3.1 熟料烧结的设备系统 130
6.3.2 熟料烧结窑内的阶段反应 131
6.3.3 影响熟料质量的主要因素 132
6.3.4 熟料烧结窑的结圈问题 133
6.3.5 提高熟料烧结窑产能和降低热耗的途径 134
6.4 铝酸盐熟料的溶出 135
6.4.1 熟料溶出的目的和要求 135
6.4.2 熟料溶出过程的主要反应 136
6.4.3 溶出时原硅酸钙的行为和二次反应 137
6.4.4 减少二次反应损失的措施 139
6.4.5 熟料溶出工艺 140
6.5 铝酸钠溶液的脱硅 141
6.5.1 脱硅过程的目的和要求 141
6.5.2 不加石灰的脱硅过程 141
6.5.3 添加石灰的脱硅过程 144
6.5.4 脱硅工艺 146
6.6 铝酸钠溶液的碳酸化分解 147
6.6.1 碳酸化分解的目的和要求 147
6.6.2 碳酸化分解的原理 147
6.6.3 碳酸化分解过程中SiO2 的行为 148
6.6.4 影响碳酸化分解过程的主要因素 149
6.6.5 碳酸化分解过程工艺 151
思考题 152

第7章 生产氧化铝的其他方法 153
7.1 拜耳-烧结联合法生产氧化铝 153
7.1.1 并联法 153
7.1.2 串联法 154
7.1.3 混联法 155
7.2 高铝粉煤灰生产氧化铝 156
7.2.1 碱石灰烧结法 157
7.2.2 盐酸法 158
7.2.3 酸碱联合法 159
7.2.4 亚熔盐法 159
7.2.5 硫酸铵法 160
7.3 其他方法生产氧化铝 161
7.3.1 选矿拜耳法生产氧化铝 161
7.3.2 石灰拜耳法生产氧化铝 162
7.3.3 富矿烧结法生产氧化铝 163
7.3.4 高压水化学法生产氧化铝 164
思考题 166

第8章 氧化铝生产过程中镓和钒的回收 167
8.1 镓的回收 167
8.1.1 氧化铝生产过程中回收镓的意义 167
8.1.2 从拜耳法溶液中回收镓 168
8.1.3 从烧结法溶液中回收镓 172
8.2 钒的回收 175
8.2.1 氧化铝生产过程中回收钒的意义 175
8.2.2 从拜耳法母液中回收钒 175
思考题 177

第9章 赤泥的综合利用 178
9.1 赤泥的概况 178
9.1.1 赤泥的产生和排放 178
9.1.2 赤泥的组成特性 179
9.1.3 赤泥的物理特性 180
9.1.4 赤泥的污染特性 181
9.2 赤泥的脱碱处理 181
9.2.1 物理法脱碱 182
9.2.2 化学法脱碱 182
9.2.3 生物法脱碱 185
9.3 赤泥中有价金属的回收 186
9.3.1 铁的回收 186
9.3.2 铝的回收 187
9.3.3 稀有金属的回收 188
9.3.4 稀土元素的回收 189
9.4 赤泥的其他应用领域 190
9.4.1 建筑领域 190
9.4.2 材料领域 191
9.4.3 化工领域 192
9.4.4 环境领域 192
9.4.5 农业领域 193
9.5 赤泥综合利用展望 194
思考题 194

参考文献 195

党的二十大从“实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”的高度，把高质量发展确定为全面建设社会主义现代化国家的首要任务，而铝工业作为我国集资源、能源、资金、技术密集型特点的重要基础原材料产业，其高质量发展对创新型人才的需求更加迫切。氧化铝的生产是铝工业的重要组成部分，进入21 世纪以来，我国氧化铝工业始终保持高速发展态势，氧化铝产量连续多年处于国际首位，生产工艺技术不断进步，对相关人才所具备的知识和水平提出了更高的要求。特别是在国家积极推动“新工科”“双一流”建设的背景下，编写《氧化铝生产工艺与技术》教材对促进冶金工程一流专业和一流学科的建设具有重要意义。本书在氧化铝生产基础理论、基本工艺的基础上，进一步论述了各生产环节的新技术、新方法、新设备及研究发展趋势等相关知识，以适应新工科人才培养的需求。
本书主要介绍氧化铝生产概况，生产氧化铝的主要原料铝酸钠溶液的性质，拜耳法生产氧化铝和碱石灰烧结法生产氧化铝的基础理论、基本工艺等，同时讲解了生产氧化铝的其他方法、氧化铝生产过程中镓和钒的回收、赤泥的综合利用等现有氧化铝生产新技术及研究热点。
本书为贵州大学冶金工程专业国家级一流本科专业的建设成果教材，由金会心主编，陈朝轶、吴复忠副主编。王眉龙编写第1章，陈朝轶编写第2 章，金会心编写第3～6章，张峰编写第7章、第9章，吴复忠编写第8章，金会心负责本书整体思路、结构与章节的规划和统稿。本书在编写过程中得到了贵州大学冶金工程教研室全体老师的大力支持，在此一并表示感谢！
由于编者水平有限，书中难免有不足或不当之处，敬请读者批评指正。

编者
2022 年9 月