현재 전 세계적으로 알루미나를 생산하는 세 가지 주요 공정은 바이엘 공정, 소결 공정, 바이엘{0}}결합 공정입니다. 바이엘 공정은 전 세계 알루미나 생산량의 95% 이상을 차지하며 지배적인 위치를 차지하고 있습니다. 우리나라에서도 바이엘 공정을 이용해 생산되는 알루미나의 비율이 90%를 넘고, 이 비율도 점차 늘어나고 있다.
1.1 바이엘 프로세스 흐름
바이엘 공정을 이용한 알루미나 생산의 기본 공정에는 원광석 슬러리 준비, 고압 침출, 침출된 광석 슬러리 희석 및 적니 분리 및 세척, 종자 결정 분해, 수산화알루미늄 분리 및 세척, 수산화알루미늄 소성, 모액 증발 및 탄산나트륨 일수화물을 이용한 가성화 과정이 포함됩니다.
분쇄 후, 보크사이트는 석회 및 종자 증발 모액(순환 모액)으로 분쇄되어 원광석 슬러리를 형성합니다. 그런 다음, 고온에서 광석으로부터 Al2O3가 침출되어 알루민산나트륨 용액과 불용성 잔류물(적니)로 구성된 침출된 광석 슬러리가 생성됩니다. 슬러리를 레드머드 세척액으로 희석한 후 침전조에서 알루민산나트륨 용액과 레드머드를 분리한다. 레드머드는 세척되어 레드머드 비축지로 배출됩니다. 정제된 알루민산나트륨 용액은 수산화알루미늄 종자결정을 첨가하여 분해되어 수산화알루미늄을 침전시킨다. 모액에서 분리한 후 수산화알루미늄을 세척하고 하소하여 최종 알루미나를 얻습니다. 모액과 세척액은 증발 및 농축되고 보크사이트의 다음 배치를 용해시키기 위해 반환됩니다. 모액이 증발하는 동안 일정량의 Na2CO₃·H2O가 모액에서 결정화되어 침전됩니다. 이를 분리하고 Ca(OH)2로 가성화하여 NaOH 용액을 만든 다음 증발된 모액과 함께 배치를 위해 습식 분쇄기로 보냅니다.
1.2 소다-석회 소결 공정 흐름
바이엘 공정 이전에는 주로 소결을 통해 알루미나를 얻었습니다. 그러나 소결을 통해 생산된 알루미나 완성품의 품질이 좋지 않고, 공정이 복잡하며, 열 소모가 높기 때문에 바이엘 공정이 등장한 이후 소결 방식은 점차 폐지되었습니다.
우리나라의 보크사이트는 상대적으로 등급이 낮은 일수화물 깁사이트 유형입니다. 따라서 초기에는 알루미나 생산이 주로 소다{1}}소결법이나 바이엘{2}}복합공정을 통해 이루어졌다. 기술이 향상되면서 바이엘 프로세스가 점차 지배적이 되었습니다.
알루미나 생산을 위한 소다석회 소결 공정은 주로 원료 준비, 소결, 클링커 침출, 탈수, 탄산화 분해, 하소 및 분해 모액 증발을 포함합니다.
원료 준비 단계: 보크사이트 원료분은 보크사이트, 석회석(또는 석회), 새로운 소다회(공정 중 알칼리 손실을 보상하기 위해 사용됨), 재활용 모액 및 기타 재활용 재료로 구성됩니다.
소결 단계: 알루민산나트륨, 페라이트나트륨, 오르토규산칼슘을 주로 포함하는 클링커를 생성하기 위해 원료를 고온에서 소결하는- 단계입니다.
클링커 침출: 클링커에서 알루민산나트륨을 용액으로 옮기고 불용성 잔류물(적니)을 분리 및 세척합니다.
건조: 용액에 유입되는 실리카에서 불용성 화합물을 분리하여 고-실리카-지수 알루민산 나트륨 농축물을 생성합니다.
탄산화 분해: 알루민산나트륨 용액은 CO2로 분해됩니다. 침전된 수산화알루미늄을 탄산나트륨 모액으로부터 분리하고, 수산화알루미늄을 세척한다. 용액의 일부는 종자 결정 분해를 거쳐 특정 공정 조건에 필요한 가성 알칼리 용액을 얻습니다.
하소: 수산화알루미늄은 알루미나로 하소됩니다.
분해모액 증발 : 증발과정에서 과잉 수분이 제거됩니다. 증발 후 얻은 재활용 모액은 원료 슬러리를 제조하는 데 사용됩니다.
1.3 바이엘-소결 복합 공정 흐름
바이엘 공정과 소결 공정 외에도 바이엘-결합 공정도 우리나라의 알루미나 생산에 중요한 역할을 해왔습니다. 보크사이트의 화학적 조성, 광물 조성 및 기타 조건에 따라 결합 공정은 병렬, 직렬 및 하이브리드의 세 가지 기본 공정으로 더 나뉩니다. 그 중 중국 알루미나 기업은 주로 하이브리드 공정을 사용하고 있다.
하이브리드 공정은 직렬 공정과 병렬 공정을 결합한 방식이다. 하이브리드 공정에서는 레드머드 클링커의 알루미늄{1}}실리콘 비율이 2.3 이상이어야 합니다. 하이브리드 공정 공장은 직렬 공정 공장과 소결 공정 공장의 조합으로 간주될 수 있습니다. 탄소 분별을 통해 수산화알루미늄의 일부를 생산함으로써 바이엘 공정과 소결 공정의 생산 능력을 유연하게 조정할 수 있습니다.