蒸發(fā)排鹽苛化實驗研究

宋麗莉

(東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265713)

0 前言

拜爾法氧化鋁生產(chǎn)流程中，苛性堿與碳酸鹽及空氣中的CO2作用，每循環(huán)一次,大約3%的苛性堿會變成碳酸鈉[1]。由于長時間的積累，當(dāng)循環(huán)母液中的鹽濃度超過其飽和溶解度時就會析出形成結(jié)疤，不僅會降低設(shè)備產(chǎn)能和傳熱效率，甚至?xí)构艿篱y件堵塞，發(fā)生事故[2]。另外，大量的鹽增加了物料的質(zhì)量流量及黏度，影響分解工序Al(OH)3的結(jié)晶生長，從而降低分解產(chǎn)能。

某公司循環(huán)母液的碳酸鈉含量已經(jīng)積累到一定的濃度，影響了分解工序和蒸發(fā)工序的產(chǎn)能。為了保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行，公司決定啟動排鹽苛化流程。由于生產(chǎn)原因，蒸發(fā)強(qiáng)制效暫時無法達(dá)到析出鹽的濃度，加上排鹽苛化第一次運(yùn)行，需要在實驗室模擬生產(chǎn)進(jìn)行排鹽苛化實驗，以便為生產(chǎn)提供可靠數(shù)據(jù)。

1 實驗內(nèi)容

實驗分兩部分進(jìn)行：

1)研究達(dá)到臨界析鹽點時，母液的可析鹽量、添加晶種后的析鹽量及鹽餅的含水率變化。

2)用析出的鹽配成溶液并加入碳酸鈉固體，調(diào)配成不同濃度的碳酸鈉溶液，用不同的石灰添加量進(jìn)行苛化，比較苛化率。蘇打熱解后若溶液濃度高,則未被苛化的蘇打數(shù)量也隨之增加；相反,如果采用稀溶液操作時,蘇打可較完全的變?yōu)榭列遭c,但濃度較稀。蘇打的苛化率隨溶液中蘇打含量的增加而降低，工業(yè)上采用苛化原液的濃度一般為100～160 g/L[3]。

2 析鹽實驗

1)實驗?zāi)康模貉芯课鳆}的濃度、添加種子對鹽析出量及鹽濾餅水分的影響。

2)實驗儀器：抽濾裝置、電爐。

3)實驗步驟：取蒸發(fā)工序結(jié)晶沉降槽底流800 mL溶液，在電爐上加熱濃縮；當(dāng)有鹽析出時抽濾，對溶液進(jìn)行化學(xué)分析，析出鹽稱重；取一定量濾餅稱重，在烘箱里烘干1 h后，再稱重計算含水率。

4)實驗結(jié)論：實驗結(jié)果見表1。由表1可知，加入種子的濾餅含水率低，而且鹽析出量明顯多于未加種子的析出量。

表1 析鹽實驗數(shù)據(jù)

注：NT表示全堿，NK表示苛堿，AO表示氧化鋁。

3 苛化實驗

實驗研究氧化鋁濃度、石灰添加量和配置溶液中碳酸鈉濃度對苛化效率的影響。實驗儀器有電爐、恒溫水浴鍋、高頻攪拌機(jī)、抽濾裝置。

3.1 未加晶種的析出鹽苛化實驗

取800 mL結(jié)晶沉降槽底流在電爐上加熱濃縮至570 mL；抽濾溶液，化驗溶液成份；將濾餅加入到濾液中溶解，化驗溶液成份；在96.9 ℃水浴中預(yù)熱，按CaO∶Na2O=1.2∶1加入石灰乳進(jìn)行苛化；保溫1 h后，取樣抽濾，分析濾液成份，計算苛化率。實驗結(jié)果見表2。

表2 未加晶種析出鹽苛化數(shù)據(jù)

由表2可知，未加晶種析出鹽苛化效率低，僅為16.0%，而且氧化鋁損失嚴(yán)重。原因是不加種子析出的鹽附水過高，導(dǎo)致溶液中所含的氧化鋁較高，以致加入石灰乳后，氧化鋁損失嚴(yán)重，沒有起到苛化的效果。

3.2 氧化鋁濃度對苛化效果的影響

為了提高苛化效率，模擬生產(chǎn)條件在實驗室用蒸發(fā)母液添加碳酸鈉，調(diào)整溶液中的氧化鋁含量和碳酸鈉含量。

1)實驗步驟：取結(jié)晶沉降槽底流，稀釋至AO大約20 g/L，化驗溶液成份；添加固體碳酸鈉，調(diào)配至碳堿濃度約60 g/L，化驗溶液成份；在96.9 ℃水浴中預(yù)熱，按 CaO∶Na2O=1∶1加入石灰乳進(jìn)行苛化；保溫1 h后，取樣抽濾分析濾液成份，計算苛化率。

2)實驗結(jié)論：實驗結(jié)果見表3。實驗室條件下調(diào)配后，將苛化液中氧化鋁濃度降低到20 g/L，苛化率從16.0%提升到64.0%，苛化效果有明顯改善。

表3 調(diào)配苛化液苛化數(shù)據(jù)

3.3 石灰添加量對苛化效果的影響

實驗條件和實驗步驟同3.2，僅改變石灰添加量，按CaO∶Na2O=1.2∶1添加，研究苛化效果的變化，實驗結(jié)果見表4。對比表3和表4發(fā)現(xiàn)，增加石灰乳量，苛化效率明顯提高，由64.0%提高至82.3%，而且也沒有增加溶液中氧化鋁的損失。

表4 改變石灰添加量的苛化液苛化數(shù)據(jù)

3.4 碳堿濃度對苛化效果的影響

實驗條件和實驗步驟同3.3，僅改變碳堿濃度，調(diào)配至約100 g/L，研究苛化效果的變化，實驗結(jié)果見表5。根據(jù)苛化原理，苛化前碳酸鈉濃度越高，苛化率越低[4]。對比表4和表5發(fā)現(xiàn)，碳酸鈉濃度提高至100 g/L時,苛化率并沒有明顯降低，保持在82%左右，而且也沒有增加溶液中氧化鋁的損失。

表5 改變碳堿濃度的苛化液苛化數(shù)據(jù)

3.5 添加晶種析出鹽苛化實驗

由表1可知，添加晶種后，析出鹽的含水率明顯降低。用加晶種析出鹽調(diào)配苛化液，苛化液中氧化鋁濃度也可以控制到比較低的水平。同時，適當(dāng)加大苛化液中的碳酸鈉濃度，研究苛化效率的變化。

1)實驗步驟：取800 mL結(jié)晶沉降槽底流濃縮至650 mL，加5 g固體碳酸鈉種子；抽濾后的濾餅再加到800 mL底流溶液中濃縮，再抽濾；將所得濾餅溶解到100 mL水中，大約調(diào)配成碳堿量160 g/L，化驗溶液成份；在96.9 ℃水浴中預(yù)熱，按CaO∶Na2O=1.2∶1加入石灰乳進(jìn)行苛化；保溫1 h后，取樣抽濾，分析濾液成份，計算苛化率。

2)實驗結(jié)論：實驗結(jié)果見表6。當(dāng)苛化液中碳酸鈉濃度提高至160 g/L時，添加同樣的石灰，苛化效率有所降低。

表6 添加晶種析出鹽苛化數(shù)據(jù)

4 結(jié)論與建議

1)蒸發(fā)析鹽時，添加碳酸鈉晶種，可以降低鹽濾餅的水分，增加鹽的析出量，母液蒸發(fā)析鹽濃度宜控制在320 g/L左右。

2)苛化過程中應(yīng)該盡可能降低溶液中的氧化鋁含量，否則，不僅苛化效率低，而且氧化鋁損失嚴(yán)重。

3)苛化效率隨苛化液中碳酸鈉濃度的增大而有所降低，結(jié)合生產(chǎn)考慮，適宜的碳酸鈉濃度應(yīng)控制在100 g/L左右。

4)石灰添加量的多少是影響苛化效率的主要因素，添加量過多，會增加氧化鋁損失；添加量過少，會降低苛化效率。按CaO∶Na2O=1.2∶1加入石灰乳進(jìn)行苛化，效果較好。

5)苛化時間長，苛化效率也可以相應(yīng)增加。通過實驗，苛化1 h基本可以使苛化效率達(dá)到80%以上。

綜上所述，建議生產(chǎn)上采用的苛化條件：碳酸鈉100～160 g/L，氧化鋁20 g/L，CaO∶Na2O=1.2∶1，苛化溫度96 ℃，苛化時間1 h。