常壓連續(xù)脫硅新工藝

陳浩瀚

（河南神火新材料有限公司，河南 汝州467500）

0 前言

在純燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中，傳統(tǒng)粗液脫硅技術(shù)是采用高壓或者中壓脫硅，汽耗量往往在1.4t/t-Al2O3以上，粗液脫硅的能耗占燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)總能耗的17%左右。 降低粗液脫硅的汽耗，一直時氧化鋁工作者的努力方向。

常壓連續(xù)脫硅被眾多氧化鋁工作者認為是替代高壓或者中壓脫的一種新方法，但在國內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)中應(yīng)用并不多。 某氧化鋁廠在初期設(shè)計時采用常壓連續(xù)脫硅，但在試生產(chǎn)過程中并沒有成功，不得不重新采用中壓脫硅。 神火新材料公司通過不斷的技術(shù)改造和創(chuàng)新，現(xiàn)已經(jīng)成熟的應(yīng)用了常壓連續(xù)脫硅，并取得了良好的效果。

1 常壓連續(xù)脫硅的技術(shù)控制條件

神火新材料公司常壓連續(xù)脫硅采用的技術(shù)控制條件如下：

（1）一段連續(xù)脫硅溶液溫度控制在95～105℃。

（2）脫硅原液的ak 控制在1.43～1.50，若ak 太低將造成Al2O3水解，ak 過高將造成精液的分解時間過長。

（3）一段連續(xù)脫硅的脫硅時間為4～5 小時。

（4）二段連續(xù)脫硅的溫度控制在90～95℃。

（5）二段連續(xù)脫硅的脫硅時間為2～3 小時。

2 常壓連續(xù)脫硅的工藝流程

二段脫硅采用向鋁酸鈉溶液中加入石灰乳進行脫硅，二段脫硅產(chǎn)生的硅渣（主要成分為水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O）全部作為一段脫硅的晶種。將一段脫硅2# 槽內(nèi)的部分料漿，經(jīng)水力旋流器分離，將部分硅渣返回一脫硅1# 槽，以此來提高一脫硅1# 槽和2# 槽的固含，增加脫硅晶種量，縮短一段脫硅時間。

在一段脫硅槽和二段脫硅槽內(nèi)安裝由蒸汽盤管，通過蒸汽盤管的間接加熱來提高溶液的溫度。

3 常壓連續(xù)脫硅的工藝原理

3.1 石灰乳的制備

利用種分氫氧化鋁洗液和生石灰來制備石灰乳，石灰乳的主要成分是鋁酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O。 將生石灰中和種分氫氧化鋁洗液加入到化灰機中， 生石灰的主要成分氧化鈣CaO 首先與水H2O 反應(yīng)生成氫氧化鈣Ca(OH)2，氫氧化鈣Ca(OH)2與洗液中的Al2O3反應(yīng)生成鋁酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O。

利用種分氫氧化鋁洗液化石灰乳， 不但有利于二段脫硅的進行，而且減少了進入生產(chǎn)流程的水量，根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計：生產(chǎn)1 噸氧化鋁需用0.46m3水制備石灰乳。

3.2 二段脫硅原理

二段脫硅原液中SiO2的含量為0.4～0.6g/l，向其中加入石灰乳后，原液中的硅酸離子與石灰乳中的3CaO·Al2O3·6H2O 反應(yīng)生成水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

實驗表明：用氫氧化鋁洗液化石灰乳的脫硅速度比用水化石灰乳的脫硅速度快，所以用氫氧化鋁洗液化石灰乳可以縮短脫硅時間。 由于脫硅硅渣生成水化石榴石（3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O ）中SiO2的飽和系數(shù)x=0.1～0.2，所以隨著水化石榴石的生成，將有大量的Al2O3進入到硅渣里面，但這些進入硅渣的Al2O3主要來源于石灰乳，對鋁酸鈉溶液的Al2O3濃度降低不大。

3.3 一段脫硅原理

一段脫硅采用的脫硅晶種是二段脫硅生成的鈣硅渣（主要成分為水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O ）和水力旋流器返回的混合硅渣，在一段脫硅過程中主要有以下兩個反應(yīng)發(fā)生：

（1）水化石榴石繼續(xù)結(jié)合SiO2，生成SiO2飽和系數(shù)較大的水化石榴石。

由于水化石榴石中SiO2的飽和系數(shù)隨著溶液中SiO2的濃度增大而增大，將鈣硅渣加入粗液中，經(jīng)攪拌混合后，水化石榴石繼續(xù)結(jié)合SiO2，生成SiO2飽和系數(shù)較大的水化石榴石。

（2）水合鋁硅酸鈉的生成

生成水合鋁酸鈉的反應(yīng)為液相中離子反應(yīng)。此過程可用下列反應(yīng)方程式表示：

此反應(yīng)的進行在不加種子的條件下，即使高溫高壓下，其反應(yīng)也較慢，加入硅渣晶種能大大提高其反應(yīng)速度，縮短脫硅時間。

將一段脫硅2# 槽的部分硅渣返回到一段脫硅1# 槽， 這樣可將1# 槽和2# 槽溶液固含提高到80g/l， 一段脫硅3# 槽溶液的固含控制在40g/l 左右， 這樣不但可以彌補由于二段脫硅產(chǎn)生的鈣硅渣量不足（將造成脫硅速度慢，脫硅時間長）的缺點，而且可以降低一段脫硅硅渣分離的負擔(dān)。

4 常壓連續(xù)脫硅硅渣的Al2O3 返回量

常壓連續(xù)脫硅的硅渣外排形式是：將一段脫硅產(chǎn)生的混合硅渣送生料調(diào)配工序重新回收利用。 混合硅渣中的Al2O3主要來源于氫氧化鋁洗液和粗液， 雖然混合硅渣的Al2O3含量比水合鋁酸鈉中的Al2O3含量高，但常壓連續(xù)脫硅鋁酸鈉溶液Al2O3的濃度降低幅度并不大。

5 經(jīng)濟效益分析

5.1 氫氧化鋁洗液化生石灰的節(jié)能

據(jù)統(tǒng)計：用氫氧化鋁洗液制備石灰乳，生產(chǎn)1 噸氧化鋁可以少加生產(chǎn)用水0.46m3，蒸發(fā)0.46m3水的汽耗為0.184 噸。 神火新材料公司年產(chǎn)16 萬噸氫氧化鋁（折合10 萬噸氧化鋁），一年石灰乳制備可節(jié)約蒸汽1.84 萬噸（蒸汽成本90 元/噸），折合資金約為：

1.84 ×90=165.6（萬元）

5.2 常壓連續(xù)脫硅汽耗的降低

某氧化鋁廠高壓脫硅的平均汽耗為1.41t/t- Al2O3，神火新材料公司的常壓連續(xù)脫硅的平均汽耗為1.16 t/t-Al2O3，湘江佛光公司常壓脫硅一年可節(jié)約蒸汽2.5 萬噸（蒸汽成本90 元/噸），折合資金約為：

2.5 ×90=225（萬元）

5.3 常壓連續(xù)脫硅的設(shè)備投資較少， 避免了壓力設(shè)備的維護和清理所帶來的后期費用。

6 結(jié)論

6.1 神火新材料公司利用常壓脫硅生產(chǎn)的一次精制液A/S 為250～350，二次精制液A/S 為600～800，完全能滿足產(chǎn)品Al(OH)3一級品質(zhì)量要求。

6.2 利用氫氧化鋁洗液制備石灰乳和常壓連續(xù)脫硅一年可為神火新材料公司節(jié)約約390 萬元，對純燒結(jié)法氧化鋁廠降低生產(chǎn)成本效果顯著。

6.3 常壓連續(xù)脫硅應(yīng)控制好脫硅溫度， 防止因溫度過低造成鋁酸鈉溶液水解。

6.4 常壓脫硅效果的影響因素比較多，有待于進一步研究。

［1］河南神火新材料有限公司生產(chǎn)技術(shù)月報[R].2013.

［2］孫建峰.應(yīng)用常壓脫硅工藝降低粗液脫硅汽耗[J].輕金屬，2003.

［3］楊重愚，主編.氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué)[M].中南工業(yè)大學(xué)：冶金工業(yè)出版社，1992.