高压水化学法(hydrothermal process for alumina production)

一种苛性碱湿法处理高硅含铝原料的氧化铝生产方法。苏联在20世纪50年代末所提出，一直在不断改进，但仍未用于工业生产。

原理   高硅含铝原料、石灰和苛性碱溶液混合后在533～573K温度下加压溶出原料中的Al₂O₃，使溶液的摩尔比降至12左右。此时原料中的SiO₂，在苛性碱溶液含Na₂O250～500g／L时，变成Na₂O•2CaO•2SiO₂•H₂O，进一步处理变为CaO•SiO₂•H₂O渣；而在苛性碱溶液含Na₂O120～150g／L时，石灰多则变成2CaO•SiO₂•0.5H₂O渣，石灰少则变成CaO•SiO₂•H₂O渣。理论上SiO₂不造成Na₂O和Al₂O₃损失。

工艺   主要由溶出(见铝土矿溶出)、脱硅(见铝酸钠溶液脱硅)、蒸发(见铝分解母液蒸发)、溶解、加种子分解(见铝酸钠溶液加种子分解)、煅烧(见氢氧化铝煅烧)等过程组成(图)。

将高硅铝矿，石灰和苛性比α_K为35～38、苛性氧化钠浓度为400～500g／L的循环苛性碱液按CaO：SiO₂=1.1(摩尔比)、Na₂O：Al₂O₃=9～10(摩尔比)配成原矿浆，在3～4MPa压力下溶出10min，得到含Al₂O₃70～80g／L，和含SiO₂3～4g／L的铝酸钠溶液和主要成分为Na₂O•2CaO•2SiO₂•H₂O的易于分离洗涤的泥渣。氧化铝溶出率达90％～92％。

因泥渣还含有Na₂O需予以回收。回收氧化钠是将洗涤后的泥渣与石灰乳混合，在1.8MPa压力下溶出1h，得到致密的2CaO•SiO₂•nH₂O沉淀和含Na₂O70～75g／L的溶液，氧化钠回收率达97％～98％。或在3MPa压力下，用水或稀碱溶液溶出泥渣4h，得到含Na₂O20～25g／L的溶液及CaO•SiO₂•H₂O沉淀。氧化钠回收率为85％～90％。

蒸发所得铝酸钠溶液至含Na₂O500～510g／L，然后将其由353K逐步降温至303～293K，此时有80％以上的Al₂O₃以夹带母液的水合铝酸钠(Na₂O•Al₂O₃•2.5H₂O)晶体析出，同时得到苛性比α_K为35～38、用于返回配制原矿浆的循环苛性碱。加种子分解用水溶解水合铝酸钠得到的苛性比α_K1.4～1.6的铝酸钠溶液，得到Al(OH)₃。Al(OH)₃经煅烧获得Al₂O₃成品。由于铝酸钠溶液中的SiO₂会使水合铝酸钠的结晶析出速度大为降低，并使晶体细小，难以分离洗涤。所以在蒸发结晶前，溶液需在常压下煮沸1h，使其中大部分的SiO₂变成Na₂O•Al₂O₃•1.7SiO₂•H₂O沉淀而与铝酸钠溶液分离，得到含SiO₂1.5g／L以下的铝酸钠溶液。

本法的物料不需经过高温烧结(见碱石灰烧结法)处理，因而能耗较低，并且得到价格高于碳酸钠的苛性碱产品。但由于溶出液的苛性比α_K高达9～10，而Al₂O₃浓度仅为70～80g／L因而单位产品物料流量和蒸发量都很大；再加上溶液的Na₂O浓度高达40()～500g／L，蒸发、分离和脱硅都较困难，因而仍未获得工业应用。

20世纪50年代以来，前苏联一直在研究用这种方法处理霞石。西方一些国家也在大力研究用这种方法来从越积越多的拜耳法赤泥中回收Al₂O₃和Na₂O。80年代以后这种方法在工艺上又进行了三方面的改进。(1)将溶出高硅铝矿中Al₂O₃与回收泥渣中的Na₂O两道作业合并成一道作业，而在533～573K下，用100～250g／L Na₂O的溶液溶出按CaO／SiO₂=2.0～2.2(摩尔比)配制的原矿浆0.5～2.0h，得到苛性比α_K为4.8～6.4的铝酸钠溶液及含2CaO•SiO₂•nH₂O的渣，从而大大减少物料的流量。(2)用碳酸化分解母液(Na₂CO₃)溶解用CaO从脱硅后的溶液中沉淀出的3CaO•Al₂O₃•6H₂O，再经碳酸化分解得Al(OH)₃，以此代替高浓度蒸发结晶作业。(3)用此法同时处理霞石和高岭土，利用霞石中的碱溶出高岭土，从而简化了各自的流程。还进行过此法与拜耳法联合用于处理高硅铝矿的研究。