铝酸盐炉料烧结(sintering of bauxite feed)

将铝酸盐(铝土矿)炉料加热到一定温度，使其中的铝、铁和硅分别转变成铝酸钠、铁酸钠和硅酸二钙的过程。为烧结法氧化铝生产过程的核心作业。烧结产物称为熟料。

炉料配制炉料由铝土矿、纯碱(Na₂CO₃)、石灰石配制而成，又称生料。在炉料中，当Na₂CO₃和CaCO₃的配入量按Na₂O：(A1₂0₃+Fe₂O₃)=1(碱比)、Ca0：SiO₂=2(钙比)计算时(均为摩尔比)，称这种配料为标准配料或饱和配料。标准配料可保证炉料中的铝、铁、硅最大限度地转变成Na₂O•AL₂O₃、Na₂O•Fe₂O₃和2CaO•SiO₂，并具有最好的烧结效果。当烧结所用原料为霞石精矿(霞石烧结法)或拜耳-烧结联合法赤泥时，亦可根据这种配料原则进行配料。

铝酸盐炉料烧结都是采用湿法烧结，即将铝酸钠溶液碳酸化分解母液蒸发到一定浓度后，与铝土矿、石灰石和补加的碳酸钠按标准配料配方的比例配合，送入球磨机中混合细磨，再经调整成分，制成合格的生浆料，供烧结用。

主要反应炉料中的主要成分为AL₂O₃、Na₂CO₃、Fe₂O₃、SiO₂和CaCO₃，在烧结过程中各成分之间发生的反应是很复杂的，其中有三种是主要反应。一种是生成Na₂O•AL₂O₃的反应：

Na₂CO₃+A1₂O₃==Na₂O•AL₂O₃+CO₂

第二种是生成Na₂O•Fe₂O₃的反应：

Na₂CO₃+Fe₂O₃==Na₂O•Fe₂O₃+CO₂

第三种是生成2CaO•SiO₂的反应：

2Ca₂CO₃+SiO₂==2CaO•SiO₂+2CO₂

铝酸盐炉料烧结是要使铝酸盐中的铝尽可能转化生成可溶性的Na₂O•Al₂O₃，硅和铁则尽可能转化成不溶的：Na₂O•Fe₂O₃和2CaO•SiO₂，在后续的铝酸盐熟料溶出中达到铝和铁、硅分离的目的。

工艺与设备自20世纪50年代以来，世界上的烧结法氧化铝生产，都采用湿法回转窑烧结。铝土矿和拜耳法赤泥生料浆含水分35%～40%，霞石生料浆含水分27%～29%。铝土矿熟料的最终烧成温度为1423～1523K，霞石熟料为1523～1573K。

回转窑烧结系统还包括有供料、窑灰收集、燃料燃烧与熟料冷却等设施(图)。回转窑一般用粉煤作烧结用的燃料。调整好成分的生料浆，用泥浆泵通过喷浆器从窑的冷端喷入窑内。料浆在喷出时雾化成很小的细滴，与窑气充分接触，强烈进行热交换，水分迅速蒸发，干生料落在炉衬上，逐渐地受热并向炉的高温带移动而得到烧结。根据生料浆在加热过程中发生的变化，可沿窑长划为五个作业带：(1)烘干带(生料浆水分蒸发)；(2)预热带(水合物脱水)；(3)分解带(石灰石分解，排出CO2)；(4)烧成带(生料各组分完成转变为熟料组分的化学反应)；(5)冷却带(熟料冷却到1273～1373K温度后，进入冷却机)。铝酸盐炉料烧结的回转窑又称熟料窑。

在中国，铝酸盐炉料湿法烧结每吨熟料能耗约为7．54～8．36GJ。熟料烧结反应所耗热量为燃料燃烧热量的12%～18%，生料浆水分蒸发耗热约占30%。其余热量主要为废气和熟料带走。回转窑的热效率不到50%。

熟料质量高质量的熟料是提高碱石灰烧结法生产氧化铝的生产能力，降低能耗和降低成本的关键因素。根据氧化铝和氧化钠的标准溶出率和熟料的物理性质评价熟料质量。

标准溶出率是为使熟料中可溶性Al₂O₃和Na₂O能全部溶出，而且不再进入赤泥的规定条件下，测定的Al₂O₃和Na₂O的溶出率。中国的碱石灰烧结法氧化铝生产厂要求熟料中氧化铝的标准溶出率大于96%，氧化钠标准溶出率大于97%。拜耳-烧结联合法氧化铝生产厂相应为93．5%和95．5%。

熟料物理性质主要指熟料的体积密度和块度。熟料体积密度反映烧结强度和气孔率。体积密度值一般要达到1．2～1．4g/cm3。块度要均匀，正常烧结的熟料块度直径大部分为30～50mm。中国的碱石灰烧结法氧化铝生产厂采用生料加煤的脱硫措施，使铝土矿中的部分硫转化为二价硫化物，从赤泥排走。特别规定了熟料质量标准中有一项为二价硫含量。S2-含量大于0.25%的熟料，黑心多孔，质量良好。

展望采用水泥工业生产开发的各类型高效能旋风热交换器组，来预处理生料浆，实现“窑外烘干”、“窑外预热”或“窑外分解”，然后在短回转窑内完成高温烧成反应的工艺，可望能大幅度降低能耗。霞石炉料则采用干法烧结、“窑外分解”的工艺比较合理。铝土矿生料浆的窑外烘干、窑外预热工艺试验已于90年代初在中国获得成功。