鋁土礦的溶出過程影響因素分析

王善濤，湯志彩

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

拜耳法生產(chǎn)工藝是生產(chǎn)氧化鋁最主要的的方法，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁主要有五個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)其中又以溶出工序?yàn)橹刂兄?，溶出工序的影響因素很多，分析溶出的影響因素?duì)于把握生產(chǎn)流程優(yōu)化控制指標(biāo)降低總體的成本有很重要的意義。

1 拜耳法溶出工藝介紹

溶出工序?qū)碜栽V將制備工序的礦漿送入到進(jìn)行脫硅反應(yīng)的脫硅槽中，礦漿在脫硅槽內(nèi)逐級(jí)溢流確保礦漿有足夠的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)在礦漿中適量添加一定濃度的液堿，經(jīng)過液堿調(diào)配的礦漿由高壓喂料泵輸送至套管換熱器中進(jìn)行加熱促使礦漿進(jìn)行溶出反應(yīng)，套管中加熱后的礦漿再被送到保溫罐做停留反應(yīng)確保溶出反應(yīng)有足夠的時(shí)間，完成溶出反應(yīng)后礦漿進(jìn)入料漿自蒸發(fā)器中將其中的熱量以二次蒸汽的形式閃蒸出來，做套管換熱器預(yù)熱段的蒸汽熱源，經(jīng)過閃蒸后礦漿完成溶出反應(yīng)，礦漿的溫度和壓力下降進(jìn)入常壓的槽罐送至下一生產(chǎn)車間。

拜耳法雖然經(jīng)過不斷的優(yōu)化發(fā)展但并沒有實(shí)質(zhì)性的變化，只是工藝設(shè)備有所進(jìn)步，溶出工序的反應(yīng)過程設(shè)備也從單個(gè)槽罐的間斷溶出反應(yīng)發(fā)展到多槽罐串聯(lián)的連續(xù)性作業(yè)過程，后期又發(fā)展處管道化溶出設(shè)備，管道化溶出裝置也因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資小、換熱效率高的優(yōu)勢(shì)而得到廣泛的應(yīng)用。

2 溶出反應(yīng)過程的溫度影響分析

溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速度的重要因素，也是影響礦漿進(jìn)行溶出反應(yīng)的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性的因素，一般情況下溫度決定了礦漿溶出反應(yīng)的速度和擴(kuò)散常數(shù)，隨著化學(xué)反應(yīng)溫度的不斷升高，礦漿的化學(xué)反應(yīng)及其擴(kuò)散的速度都會(huì)隨之加快，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的這一性質(zhì)說明當(dāng)提高礦漿溶出時(shí)的溫度非常有利于礦漿的溶出速度，通常情況下礦漿溫度超過300℃時(shí)即便最難溶出的一水硬鋁石也會(huì)在十幾分鐘內(nèi)完成溶出過程，而溶出反應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示當(dāng)?shù)V漿的溫度升高10℃時(shí)礦漿的溶出反應(yīng)速度會(huì)加快1.5倍，礦漿溫度提高后苛性堿的溶解度也會(huì)迅速的升高而平衡分子比則會(huì)迅速的降低，循環(huán)母液的濃度較低時(shí)可以得到分子比較低的溶液，有利于提高堿液的循環(huán)效率，同時(shí)溶出溫度高也能改善礦漿的沉降性能以及赤泥的結(jié)構(gòu)，降低分子比有利于制取砂狀氧化鋁，雖然提高溶出反應(yīng)的溫度有利于方面居多但也導(dǎo)致設(shè)備更容易發(fā)生故障。

3 堿液濃度對(duì)溶出反應(yīng)的影響

堿液濃度與礦漿溶出時(shí)的溫度有非常密切的關(guān)系，能夠提高溶出反應(yīng)的速度，提高了循環(huán)母液中的苛堿濃度溶液的未飽和度也就會(huì)增加，礦漿中的氧化鋁溶出反應(yīng)速度也就得到加快，而且溶液的分子比也會(huì)很低，生產(chǎn)設(shè)備所承擔(dān)的蒸汽壓力就會(huì)降低很多，循環(huán)母液的濃度升高雖然對(duì)溶出反應(yīng)的速度有很大的促進(jìn)作用，但是生產(chǎn)實(shí)踐證明如果循環(huán)母液中的苛堿濃度過高后續(xù)的蒸發(fā)工序所需的蒸汽用量就會(huì)大幅度升高，因此提高苛堿濃度對(duì)生產(chǎn)成本的控制有一定的負(fù)面影響，要整體控制好生產(chǎn)成本，需要從管理角度做好綜合性的分析和平衡，以避免產(chǎn)生不良影響。

4 溶出過程中攪拌強(qiáng)度的影響分析

攪拌溶出礦漿能夠加快溶液中不同成分的混合，促使礦漿均勻的受熱加快礦漿溶出反應(yīng)速度，因而礦漿的溶出反應(yīng)過程中攪拌強(qiáng)度對(duì)反應(yīng)的影響作用也很大，強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌能夠使礦漿快速擴(kuò)散也使得礦漿中的各個(gè)成分趨于均勻的分布，良好的攪拌效果也能夠在一定程度上彌補(bǔ)礦漿的溫度和母液的濃度調(diào)整的不利影響，而且溫度不變的情況下擴(kuò)散的速度決定了溶出的反應(yīng)速度，對(duì)礦漿進(jìn)行攪拌可以在促進(jìn)溶出反應(yīng)的同時(shí)提高礦漿流動(dòng)時(shí)的湍流這在一定程度上也延緩了槽罐內(nèi)的結(jié)疤生成速度，所以在溶出反應(yīng)時(shí)對(duì)礦漿進(jìn)行機(jī)械攪拌能夠加快反應(yīng)的速度。

5 礦石研磨粒度對(duì)溶出反應(yīng)的影響分析

礦漿的溶出反應(yīng)速度與礦石的粒度也有很大的關(guān)系，這是會(huì)因?yàn)榈V石的粒度越細(xì)其比表面積越大與堿液接觸的面積也就越大，溶出條件相同的情況下，其接觸面積越大越有利于加快反應(yīng)的速率，同時(shí)充分的研磨礦石也能夠?qū)⒌V石中的雜質(zhì)充分的暴露出來，這也在一定的程度上加快了溶出反應(yīng)速度。礦石種類不同其溶出的難易程度也不相同，三水鋁石容易溶出，一水硬鋁石的溶出難度最大要求研磨的粒度也就更細(xì)，但是礦石的粒度過細(xì)也有一定的負(fù)面影響，不僅造成后續(xù)的赤泥分離洗滌工序產(chǎn)出的赤泥變細(xì)，也使得分離洗滌難度增加，不利于生產(chǎn)順利進(jìn)行。

6 礦漿停留反應(yīng)時(shí)間對(duì)溶出的影響分析

礦漿在溶出工序的的停留時(shí)間與保溫罐的容積有直接關(guān)系，理論上只要礦漿中的氧化鋁還沒有完全溶出那么溶出反應(yīng)就依然在繼續(xù)，因此只要有足夠的反應(yīng)時(shí)間溶出率就會(huì)增加，但是相關(guān)的溶出試驗(yàn)數(shù)據(jù)則表明當(dāng)?shù)V漿的溶出溫度達(dá)到130℃、配料分子比為1.32時(shí)，延長(zhǎng)礦漿的溶出反應(yīng)時(shí)間后礦漿中的二氧化硅濃度會(huì)經(jīng)歷一段先升高再逐漸降低的周期，化學(xué)反應(yīng)中存在的這一周期表明與氧化鋁溶出的同時(shí)礦石中含有的硅礦物也產(chǎn)生了析出并同時(shí)進(jìn)入到礦漿中，反應(yīng)的時(shí)間延長(zhǎng)導(dǎo)致硅礦物開始大量反應(yīng)析出，這對(duì)氧化鋁的溶出反應(yīng)是不利的，因此礦漿的停留反應(yīng)時(shí)間并非越長(zhǎng)越好，應(yīng)根據(jù)礦漿中硅礦物的情況確定最佳的停留反應(yīng)時(shí)間。

7 鋁土礦礦石結(jié)構(gòu)對(duì)溶出的影響分析

根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)以及其中含有的結(jié)晶水?dāng)?shù)量可以將鋁土礦分為一水硬鋁石和一水軟鋁石以及三水軟鋁石。礦石結(jié)構(gòu)對(duì)溶出反應(yīng)也有很大的影響，其中一水硬鋁石的溶出難度最大，一水軟鋁石的溶出難度則相對(duì)較低，三水軟鋁石的溶出難度最小，三種結(jié)構(gòu)的礦石對(duì)溶出工藝的要求也各有差異，一水硬鋁石結(jié)構(gòu)致密要充分溶出其中的氧化鋁需要更高的溫度和苛性堿濃度，一水軟鋁石的溶出要求則相對(duì)低一些，三水軟鋁石的溶出要求最低。三種礦石結(jié)構(gòu)不同含有的雜質(zhì)也有所差異，主要以氧化鋁水合物為主，并含有一定數(shù)量的氧化硅、氧化鐵、氧化鈦和碳酸鹽等有害雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)在溶出時(shí)生成結(jié)疤阻止氧化鋁的溶出反應(yīng)。

8 礦石中氧化鋁含量對(duì)溶出反應(yīng)的影響

氧化鋁含量越高則單位數(shù)量的礦石產(chǎn)出的氧化鋁越多，產(chǎn)生的赤泥和其他雜質(zhì)的數(shù)量也就越少，生產(chǎn)實(shí)踐表明拜耳法生產(chǎn)氧化鋁所用的礦石氧化鋁含量每升高1%則礦石的消耗則降低0.02t/t- AO。所需要的苛堿、蒸汽消耗也會(huì)降低很多，這對(duì)生產(chǎn)的過程控制和指標(biāo)優(yōu)化是很有幫助的。

9 結(jié)語

氧化鋁的溶出工序是拜耳法生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)溶出反應(yīng)本身具有一定的復(fù)雜性，氧化鋁的溶出過程受到礦石本身和一系列的作業(yè)條件的影響，要確保生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度的溶出礦石中的氧化鋁，就要充分的總結(jié)溶出反應(yīng)過程中的種種因素以及調(diào)整這些影響因素所產(chǎn)生的生產(chǎn)成本和收益，根據(jù)公司的總體經(jīng)營(yíng)計(jì)劃編制合理的高效的調(diào)整方案，確保做的生產(chǎn)投入與產(chǎn)出效益的經(jīng)濟(jì)性和可行性。