拜耳法     (Bayer process)

用苛性碱溶液加压溶出铝土矿的氧化铝生产方法。此法以其发明者拜耳(K．J．Bayer)命名。拜耳法处理高品位铝土矿具有工艺简单、产品纯度高的特点，在当代世界氧化铝产量中，95％以上是用这种方法生产的。

原理        在加热到一定温度下，苛性碱溶液溶出铝土矿中的氧化铝：

Al₂O₃ •n H₂O+2NaOH+(3 - n)H₂O → 2NaAl(OH)₄

所得的铝酸钠溶液在稀释和冷却的情况下分解并析出氢氧化铝：

NaAl(OH)₄  ===   Al(OH)₃+NaOH

前一过程叫溶出，后一过程叫分解。分解后含苛性碱的母液再返回溶出新的铝土矿。

简史        19世纪90年代，奥地利化学家拜耳有两项发明，一是往铝酸钠溶液中加入新的氢氧化铝种子产出氢氧化铝(1889年)，二是用苛性碱溶液直接溶出处理铝土矿产出铝酸钠溶液(1892年)。这两项发明构成了拜耳法的基础，并很快用于生产，取代了当时工业上采用的碱石灰烧结法。拜耳法最初是用于处理欧洲的一水软铝石型铝土矿，用高浓度苛性碱液在压煮器中进行溶出。溶出温度为443K和苛性碱液含Na₂O 260g／L。从20世纪初到50年代末，由于所处理铝土矿类型、能源价格及所用电解槽的不同，发展成欧洲拜耳法和美国拜耳法两种不同的拜耳法型式。欧洲拜耳法在用高温(473～523K)、高苛性碱浓度(含Na₂O 170～260g／L)溶出和高分解产出率(溶出液中Al₂O₃ 超过60g／L)的条件下，生产细粒、高温煅烧的面粉状氧化铝。美国拜耳法处理易溶的三水铝石型铝土矿，是在低温(约413K)、低苛性碱浓度(90～100g／L)溶出和分解产出率仅约45g／L的条件下，生产粗粒、中等温度煅烧的砂状氧化铝。另外，20世纪30年代苏联已成功地发展了拜耳法处理一水硬铝石型铝土矿的加少量石灰的高温溶出技术，并在50年代用于工业生产。

20世纪50年代和60年代，在加勒比海地区、非洲和澳大利亚发现三水铝石 - 一水软铝石型铝土矿，促使美国也发展高温(503K)溶出技术。欧洲拜耳法处理这类铝土矿无须改变条件。这一时期内，欧洲和美国所采用的分解方法没有变化。20世纪70年代以来，由于能源价格上涨、对铝电解环境保护要求更严和新型电解槽的出现等等，促使两种型式的拜耳法修改其工艺条件，以便达到既有高的分解产出率又能制得符合要求的砂状氧化铝。高产出率、砂状氧化铝生产方法的开发成为20世纪70年代以来处理不同类型铝土矿的拜耳法的共同课题。于是，世界所有氧化铝厂的拜耳法型式的生产工艺便趋向一致。

生产工艺       拜耳法主要分为溶出、分解和煅烧三个阶段，主要由破碎和湿磨、铝土矿溶出、赤泥分离与洗涤、铝酸钠溶液加种子分解、铝分解母液蒸发、氧化铝生产中碳酸钠苛化回收、氢氧化铝煅烧等过程组成，其原则流程如图。

铝土矿先行破碎、湿磨。湿磨时加入循环苛性碱液配制矿浆。在生产中不是用纯苛性钠溶液，而是用含有大量铝酸钠的返回苛性碱液。氧化铝厂用苛性比值来说明这种碱液的特征。苛性比(α _K )即碱液中所含苛性碱Na₂O与所含Al₂O₃的摩尔比。循环苛性碱液的苛性比为3．1～3．4。铝土矿的配入量按溶出溶液的苛性比1．5～1．7计算。

配制好的矿浆在矿浆槽中于373K温度下进行预脱硅，以防止生成的水合铝硅酸钠在溶出器组的加热管管壁上产生结垢。预脱硅后的矿浆在热交换器组中利用加压溶出浆液自蒸发的蒸气预热，再在加压溶出器(即压煮器)中进一步加热到溶出温度(413～573K)，并停留至规定的时间。然后，用洗液将自蒸发冷却到373K温度的溶出浆液稀释到含Na₂O 120～150g／L，在沉降槽中再脱硅和沉降分离、洗涤赤泥。赤泥送至堆场。将铝酸钠溶液冷却到343～328K温度进行分解。所得氢氧化铝经分离、洗涤，而后煅烧成氧化铝。母液进行蒸发，使其中部分碳酸钠和硫酸钠结晶析出，循环溶液返回湿磨。

用拜耳法生产1t 氧化铝一般需用1．7～3．4t矿石，碱耗(NaOH)60～150kg，电耗200～350kW •h，总能耗7．4～32．6GJ。

适用性     根据铝土矿中硅矿物在溶出过程中的产物(水合铝硅酸钠Na₂O•Al₂O₃ •1．7SiO₂ •xH₂O)的组成，每溶出1份(质量)SiO₂ ，便会损失1份Al₂O₃和0．6份：Na₂O。工业生产要求氧化铝的总回收率必须在80％以上，处理过程中氧化铝的机械损失按3％～5％计，则氧化铝的理论溶出率应大于83％～85％。因此，拜耳法适用于处理铝硅比大于6～7的一水软铝石型铝土矿或一水硬铝石型铝土矿。对三水铝石型铝土矿只需考虑其可反应的氧化硅量。对中等品位的铝土矿则以采用拜耳一烧结联合法较为经济。