氧化鋁生產工藝與技術（簡體書）

《氧化鋁生產工藝與技術》圍繞氧化鋁的生產工藝過程，系統闡述了拜耳法和堿石灰燒結法生產氧化鋁的基礎理論、基本工藝以及各生產環節的新技術、新方法、新設備及研究發展趨勢。同時針對當前研究熱點，講述了生產氧化鋁的其他方法、鎵和釩的回收以及赤泥的綜合利用。本書內容豐富，理論、工藝與技術相結合，適用於冶金工程專業本科生和研究生學習參考，也可作為有色金屬冶金和輕金屬冶金行業科研人員和工程技術人員的參考書籍。

黨的二十大從“實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，開辟發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢”的高度，把高質量發展確定為全面建設社會主義現代化國家的首要任務，而鋁工業作為我國集資源、能源、資金、技術密集型特點的重要基礎原材料產業，其高質量發展對創新型人才的需求更加迫切。氧化鋁的生產是鋁工業的重要組成部分，進入21 世紀以來，我國氧化鋁工業始終保持高速發展態勢，氧化鋁產量連續多年處於國際首位，生產工藝技術不斷進步，對相關人才所具備的知識和水平提出了更高的要求。特別是在國家積極推動“新工科”“雙一流”建設的背景下，編寫《氧化鋁生產工藝與技術》教材對促進冶金工程一流專業和一流學科的建設具有重要意義。本書在氧化鋁生產基礎理論、基本工藝的基礎上，進一步論述了各生產環節的新技術、新方法、新設備及研究發展趨勢等相關知識，以適應新工科人才培養的需求。
本書主要介紹氧化鋁生產概況，生產氧化鋁的主要原料鋁酸鈉溶液的性質，拜耳法生產氧化鋁和堿石灰燒結法生產氧化鋁的基礎理論、基本工藝等，同時講解了生產氧化鋁的其他方法、氧化鋁生產過程中鎵和釩的回收、赤泥的綜合利用等現有氧化鋁生產新技術及研究熱點。
本書為貴州大學冶金工程專業國家級一流本科專業的建設成果教材，由金會心主編，陳朝軼、吳復忠副主編。王眉龍編寫第1章，陳朝軼編寫第2 章，金會心編寫第3～6章，張峰編寫第7章、第9章，吳復忠編寫第8章，金會心負責本書整體思路、結構與章節的規劃和統稿。本書在編寫過程中得到了貴州大學冶金工程教研室全體老師的大力支持，在此一並表示感謝！
由於編者水平有限，書中難免有不足或不當之處，敬請讀者批評指正。

編者
2022 年9 月

第1章 氧化鋁生產概況 001
1.1 氧化鋁工業的發展 001
1.1.1 世界氧化鋁工業的發展 001
1.1.2 我國氧化鋁工業的發展 003
1.2 我國氧化鋁生產技術大型化發展現狀與趨勢 006
1.2.1 我國氧化鋁生產技術大型化 006
1.2.2 我國氧化鋁生產技術大型化發展存在的主要問題 008
1.2.3 我國氧化鋁生產技術大型化的發展趨勢 009
1.3 氧化鋁及其水合物的分類與性質 009
1.3.1 氧化鋁及其水合物分類 009
1.3.2 氧化鋁及其水合物的物理化學性質 010
1.4 電解煉鋁對氧化鋁的質量要求 011
1.4.1 氧化鋁的純度 011
1.4.2 氧化鋁的物理性質 012
1.5 生產氧化鋁的資源 013
1.5.1 鋁土礦 013
1.5.2 高鋁粉煤灰 018
1.5.3 其他煉鋁資源 020
1.6 生產氧化鋁的基本方法 021
1.6.1 堿法生產氧化鋁 021
1.6.2 酸法生產氧化鋁 022
1.6.3 酸堿聯合法生產氧化鋁 023
1.6.4 熱法生產氧化鋁 023
思考題 023

第2章 鋁酸鈉溶液 024
2.1 鋁酸鈉溶液特性參數 024
2.1.1 鋁酸鈉溶液的濃度 024
2.1.2 鋁酸鈉溶液的摩爾比 025
2.1.3 硅量指數 025
2.2 Na2O-Al2O3-H2O 系 025
2.2.1 Na2O-Al2O3-H2O 系平衡狀態圖的繪製 025
2.2.2 30℃下的Na2O-Al2O3-H2O 系平衡狀態圖 026
2.2.3 其他溫度下的Na2O-Al2O3-H2O 系平衡狀態圖 028
2.2.4 Na2O-Al2O3-H2O 系平衡固相 028
2.3 鋁酸鈉溶液的性質及結構 031
2.3.1 鋁酸鈉溶液的穩定性 031
2.3.2 鋁酸鈉溶液的其他物理化學性質 032
2.3.3 鋁酸鈉溶液的結構 034
思考題 035

第3章 鋁土礦的拜耳法溶出與赤泥的分離洗滌 036
3.1 拜耳法的原理和基本工藝流程 036
3.1.1 拜耳法的原理 036
3.1.2 拜耳法的基本工藝流程 038
3.2 原礦漿的制備 039
3.2.1 原礦漿制備的特點 039
3.2.2 原礦漿制備的影響因素 040
3.2.3 原礦漿的配料計算 041
3.2.4 原礦漿制備的基本工藝和設備 043
3.3 鋁土礦的溶出 045
3.3.1 鋁土礦溶出過程的化學反應 045
3.3.2 鋁土礦溶出過程的計算 053
3.3.3 鋁土礦溶出過程的影響因素 054
3.3.4 鋁土礦溶出過程的工藝及設備 058
3.3.5 鋁土礦溶出過程中結疤的生成與防治 067
3.4 赤泥的分離與洗滌 069
3.4.1 赤泥分離洗滌的步驟 069
3.4.2 赤泥漿液稀釋的作用 070
3.4.3 赤泥漿液的特性 071
3.4.4 赤泥沉降分離的影響因素 072
3.4.5 赤泥沉降與分離設備 075
3.4.6 赤泥洗滌效率的計算 077
3.4.7 粗液控制過濾的工藝及設備 078
思考題 080

第4章 鋁酸鈉溶液的晶種分解和氫氧化鋁的煅燒 081
4.1 鋁酸鈉溶液的晶種分解 081
4.1.1 晶種分解過程的機理 081
4.1.2 晶種分解過程的主要技術經濟指標 083
4.1.3 晶種分解過程的影響因素 084
4.1.4 晶種分解工藝與設備 088
4.2 氫氧化鋁的煅燒 096
4.2.1 氫氧化鋁煅燒過程的相變 096
4.2.2 氫氧化鋁煅燒過程中結構與性能的變化 097
4.2.3 氫氧化鋁煅燒工藝與技術 098
思考題 103

第5章 分解母液的蒸發與一水碳酸鈉的苛化 104
5.1 分解母液的蒸發 104
5.1.1 分解母液蒸發的目的 104
5.1.2 母液中的雜質在蒸發過程中的行為 104
5.1.3 蒸發設備及蒸發流程 106
5.1.4 多級蒸發裝置的熱工計算 110
5.1.5 蒸發過程的阻垢措施 116
5.2 一水碳酸鈉的苛化 117
5.2.1 苛化的目的 117
5.2.2 苛化的方法 117
5.2.3 苛化的工藝流程 119
思考題 120

第6章 堿石灰燒結法生產氧化鋁 121
6.1 堿石灰燒結法的原理和基本工藝流程 121
6.1.1 堿石灰燒結法的原理 121
6.1.2 堿石灰燒結法的基本工藝流程 122
6.2 鋁酸鹽爐料燒結過程的物理化學反應 123
6.2.1 燒結過程的目的與要求 123
6.2.2 固相反應 124
6.2.3 燒結過程中的物理化學反應 125
6.2.4 鋁酸鹽爐料配方 128
6.2.5 生料加煤 129
6.3 鋁酸鹽爐料燒結工藝 130
6.3.1 熟料燒結的設備系統 130
6.3.2 熟料燒結窯內的階段反應 131
6.3.3 影響熟料質量的主要因素 132
6.3.4 熟料燒結窯的結圈問題 133
6.3.5 提高熟料燒結窯產能和降低熱耗的途徑 134
6.4 鋁酸鹽熟料的溶出 135
6.4.1 熟料溶出的目的和要求 135
6.4.2 熟料溶出過程的主要反應 136
6.4.3 溶出時原硅酸鈣的行為和二次反應 137
6.4.4 減少二次反應損失的措施 139
6.4.5 熟料溶出工藝 140
6.5 鋁酸鈉溶液的脫硅 141
6.5.1 脫硅過程的目的和要求 141
6.5.2 不加石灰的脫硅過程 141
6.5.3 添加石灰的脫硅過程 144
6.5.4 脫硅工藝 146
6.6 鋁酸鈉溶液的碳酸化分解 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 碳酸化分解過程中SiO2 的行為 148
6.6.4 影響碳酸化分解過程的主要因素 149
6.6.5 碳酸化分解過程工藝 151
思考題 152

第7章 生產氧化鋁的其他方法 153
7.1 拜耳-燒結聯合法生產氧化鋁 153
7.1.1 並聯法 153
7.1.2 串聯法 154
7.1.3 混聯法 155
7.2 高鋁粉煤灰生產氧化鋁 156
7.2.1 堿石灰燒結法 157
7.2.2 鹽酸法 158
7.2.3 酸堿聯合法 159
7.2.4 亞熔鹽法 159
7.2.5 硫酸銨法 160
7.3 其他方法生產氧化鋁 161
7.3.1 選礦拜耳法生產氧化鋁 161
7.3.2 石灰拜耳法生產氧化鋁 162
7.3.3 富礦燒結法生產氧化鋁 163
7.3.4 高壓水化學法生產氧化鋁 164
思考題 166

第8章 氧化鋁生產過程中鎵和釩的回收 167
8.1 鎵的回收 167
8.1.1 氧化鋁生產過程中回收鎵的意義 167
8.1.2 從拜耳法溶液中回收鎵 168
8.1.3 從燒結法溶液中回收鎵 172
8.2 釩的回收 175
8.2.1 氧化鋁生產過程中回收釩的意義 175
8.2.2 從拜耳法母液中回收釩 175
思考題 177

第9章 赤泥的綜合利用 178
9.1 赤泥的概況 178
9.1.1 赤泥的產生和排放 178
9.1.2 赤泥的組成特性 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 赤泥的脫堿處理 181
9.2.1 物理法脫堿 182
9.2.2 化學法脫堿 182
9.2.3 生物法脫堿 185
9.3 赤泥中有價金屬的回收 186
9.3.1 鐵的回收 186
9.3.2 鋁的回收 187
9.3.3 稀有金屬的回收 188
9.3.4 稀土元素的回收 189
9.4 赤泥的其他應用領域 190
9.4.1 建築領域 190
9.4.2 材料領域 191
9.4.3 化工領域 192
9.4.4 環境領域 192
9.4.5 農業領域 193
9.5 赤泥綜合利用展望 194
思考題 194

參考文獻 195