一種新型泥層界面儀在氧化鋁赤泥沉降中的應(yīng)用

韓 威，梁 艷

（龍口東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265713）

拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的過程中，鋁礬土經(jīng)高溫高壓溶出后得到含赤泥和鋁酸鈉溶液的赤泥漿液。將赤泥和鋁酸鈉溶液分離，獲得符合晶種分解要求的溶液進(jìn)行下一步分解，分離赤泥經(jīng)洗滌回收附著的氧化鋁和氧化鈉后，赤泥送往壓濾工序進(jìn)行下一步處理后堆存。其中赤泥與鋁酸鈉溶液的分離是關(guān)鍵，此過程在赤泥沉降槽中進(jìn)行，目前國內(nèi)外大多數(shù)的氧化鋁廠采用深錐高效沉降槽（如圖1）。深錐高效沉降槽具有一個(gè)高而陡的錐體，這個(gè)特點(diǎn)便于赤泥顆粒絮凝成團(tuán)而沉到錐底部分[1]，因?yàn)榈讓恿黧w靜壓強(qiáng)大，深錐沉降槽末次底流固含可達(dá)50%左右，便于后續(xù)工藝的進(jìn)行。

圖1 我國某氧化鋁廠深錐沉降槽結(jié)構(gòu)示意圖

1 赤泥沉降分離槽的控制要點(diǎn)

對(duì)于持續(xù)作業(yè)的赤泥沉降槽，沿槽高度從上至下可以大致分成三個(gè)層：清液層、沉降層和濃縮層，實(shí)際上這三個(gè)層的分界線是不明顯的。赤泥漿液進(jìn)入沉降槽后由于重力等因素，赤泥固體顆粒開始下沉而清液上升，在任意時(shí)間液體上升的速度都應(yīng)小于顆粒下沉的速度，否則沉降槽就會(huì)出現(xiàn)跑渾現(xiàn)象；同時(shí)底部濃縮層的赤泥也需穩(wěn)定排出，否則長時(shí)間的赤泥固體沉降可能造成赤泥無法排出，產(chǎn)生積泥現(xiàn)象。為了最終獲得沉降槽的溢流液中浮游物含量小于0.2g/L的高質(zhì)量溢流鋁酸鈉溶液和底部液固比不大于5的合格底流，必須保證沉降槽處于平衡狀態(tài)下工作。

因此能夠準(zhǔn)確掌握每一液層料位的高低、每層的固體含量，對(duì)于生產(chǎn)調(diào)度和指標(biāo)調(diào)控都非常重要；各料漿層的厚度需得到良好的控制生產(chǎn)才能正常進(jìn)行，控制不好容易跑渾，影響鋁酸鈉溶液精制，嚴(yán)重的情況下可能造成垮槽，對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

2 新型泥層界面儀的介紹

近年來一種新型泥層界面儀在國內(nèi)外的氧化鋁廠不斷應(yīng)用，該泥層界面儀采用先進(jìn)的探頭技術(shù)，成熟的軟件設(shè)計(jì)分析，能夠在線監(jiān)測赤泥沉降槽的運(yùn)行狀態(tài)。這種新型泥層界面儀可以準(zhǔn)確測量沉降槽的多個(gè)運(yùn)行參數(shù)，其中包括清液層、沉降層和濃縮層各層的液位高度，清液層固體浮游物的濃度，濃縮層固體的含量以及清液層溶液的苛性堿濃度。通過上述六個(gè)運(yùn)行參數(shù)的準(zhǔn)確測量，能夠?yàn)樯a(chǎn)操作人員控制赤泥沉降作業(yè)提供很大的幫助支持。

3 新型泥層界面儀優(yōu)勢的分析

這種新型的泥層界面儀是一個(gè)集多種測量功能于一體的智能化測量系統(tǒng)，目前在國內(nèi)外多個(gè)氧化鋁工廠不斷推廣并投入使用。通過對(duì)拜耳法赤泥沉降工作原理及沉降槽控制要點(diǎn)的分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中多項(xiàng)生產(chǎn)控制指標(biāo)數(shù)據(jù)的對(duì)比，闡明新型泥層界面儀在生產(chǎn)使用中所帶來的好處。

3.1 準(zhǔn)確測量沉降槽各層液位防止跑渾

氧化鋁生產(chǎn)中，當(dāng)分離沉降槽的溢流浮游物＞0.5g/L，溢流就會(huì)變得渾濁，這種現(xiàn)象稱之為沉降槽跑渾[2]。此時(shí)漿液在后續(xù)工藝的葉濾機(jī)上無法正常通過，大量的泥漿堵塞濾布，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。短時(shí)間的跑渾，可以通過操作進(jìn)行扭轉(zhuǎn)；若長時(shí)間跑渾，則很難扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響后續(xù)工藝的進(jìn)行。

分析沉降槽跑渾的原因主要有：①料漿的性質(zhì)，其中包括鋁土礦中各種化學(xué)成分、鋁土礦的溶出效果和礦漿的稀釋濃度。②操作條件的控制，主要包括沉降槽的進(jìn)料方式、平衡操作、絮凝劑的質(zhì)量及添加量、沉降槽的溫度控制。在無法控制前面工序來料性質(zhì)的情況下，如何做好沉降槽的操作條件的控制就至關(guān)重要，這其中沉降槽的平衡操作更是重中之重。

通過泥層界面儀不斷多次地測量沉降槽中從上到下各液面中固體的含量，從而判斷出各層的液位高度，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測到沉降槽各層的高度變化情況，及時(shí)調(diào)整保證沉降槽的平穩(wěn)運(yùn)行，防止跑渾等不利于生產(chǎn)的現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 測量分離槽溢流苛性堿濃度

赤泥沉降槽的一個(gè)重要目的就是獲得合適濃度指標(biāo)的鋁酸鈉溶液；降低鋁酸鈉溶液濃度，便于晶種分解，高壓溶出后的鋁酸鈉溶液一般濃度較高，高濃度的鋁酸鈉溶液是很穩(wěn)定的，不能直接進(jìn)行分解，必須加以稀釋而使鋁酸鈉溶液的氧化鋁處于中等濃度，使溶液的穩(wěn)定性下降，為后續(xù)的分解工序提供高分解速度和分解率、提高分解槽的產(chǎn)能以及拜耳法的循環(huán)效率提供條件。

目前大多數(shù)的氧化鋁廠的溶液分析都在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，通過化學(xué)方法進(jìn)行分析，分析所得結(jié)果較實(shí)際生產(chǎn)有滯后且分析數(shù)量有限，對(duì)生產(chǎn)調(diào)度調(diào)控產(chǎn)生一定影響。此界面分析儀能夠?qū)崟r(shí)測量溶液中苛性堿的濃度，且經(jīng)與實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)（圖2），測量數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確。

圖2 測量數(shù)據(jù)對(duì)比

3.3 加強(qiáng)清液層浮游物的控制

由于從拜耳法赤泥分離沉降槽出來的鋁酸鈉溶液還有一定濃度的固體浮游物，不能直接送往種子分解工序進(jìn)行分解。如果不清除這些浮游物，在晶種分解時(shí)這些浮游物會(huì)隨氫氧化鋁一起析出，從而影響氫氧化鋁產(chǎn)品的化學(xué)質(zhì)量。清除這些浮游物的過程叫做拜耳法粗液的精制，目前工業(yè)生產(chǎn)上粗液精制的設(shè)備主要是立式葉濾機(jī)，葉濾機(jī)是固液分離設(shè)備，適用于低固含溶液。沉降槽溢流的低浮游物是能夠使其更好地發(fā)揮自身的處理能力的必要條件。

泥層界面儀通過周期測量，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控清液層浮游物的情況，根據(jù)浮游物的情況對(duì)赤泥沉降槽的進(jìn)料量、洗水量及底流出料量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，時(shí)刻保持沉降槽的溢流浮游物處于較低的水平，為后續(xù)工藝創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件。

3.4 顯著減少絮凝劑添加量

當(dāng)前各氧化鋁公司都往沉降槽中添加絮凝劑，這種添加劑已經(jīng)被證明對(duì)提高赤泥沉降速度有很大幫助。絮凝劑都是包括極性和非極性兩種基團(tuán)的表面活性劑，能夠降低固液界面的界面張力，增大固液界面的接觸角，促進(jìn)表面活化劑在界面上的聚集[3]。

所以在添加絮凝劑后，赤泥沉降槽料漿中微小的赤泥固體顆粒在絮凝劑的幫助下能夠相互吸附絮凝成為大顆粒，加速了赤泥沉降過程。

大多數(shù)氧化鋁廠使用的是合成的高分子絮凝劑，絮凝劑的售價(jià)普遍不低，大量的使用會(huì)造成生產(chǎn)成本增加。在使用泥層界面儀后，由于能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測沉降槽的運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化控制泥層的液位，進(jìn)一步優(yōu)化底流密度，使沉降槽可以一直處于比較穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，能夠通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)的累計(jì)分析，得出絮凝劑的最佳添加量，降低其單耗，降低成本。

3.5 有效抑制探頭結(jié)垢，保證測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工序中，由于鋁礬土組分的差異，添加劑和各工序條件的影響，一部分液相中的化合物會(huì)因?yàn)槿芙舛刃《鴱娜芤褐形龀?，形成附在設(shè)備本體的結(jié)疤。結(jié)疤的形成對(duì)很多的計(jì)量儀表等設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大影響，影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而會(huì)誤導(dǎo)操作人員，對(duì)正常生產(chǎn)造成影響。赤泥分離沉降槽中以Al(OH)3的結(jié)疤為主[4]。

該泥層界面儀在完成每次測量之后，設(shè)備自帶的清洗平臺(tái)會(huì)對(duì)纜繩及測量探頭進(jìn)行一定壓力的水力清洗，清洗的水量和時(shí)間根據(jù)清洗的效果進(jìn)行設(shè)置，正常設(shè)置時(shí)間為5s～20s，水量約為50mL/s。這樣可以有效地抑制探頭結(jié)疤，消除因結(jié)疤對(duì)測量結(jié)果的影響，同時(shí)減少工人日常維護(hù)的工作量。

3.6 提高赤泥沉降槽自動(dòng)化控制水平

目前隨著人工成本的日漸升高，國內(nèi)外的氧化鋁工廠紛紛提高自動(dòng)化程度，減員增效。通過泥層界面儀的測量數(shù)據(jù)結(jié)果與沉降槽底流泵進(jìn)行關(guān)聯(lián)，根據(jù)泥層的高度自動(dòng)調(diào)整底流泵的運(yùn)行頻率，能夠有效地進(jìn)行排泥，始終保證沉降槽底部赤泥處于合適的密度。

4 結(jié)語

近年來國內(nèi)氧化鋁的產(chǎn)能逐年增加，行業(yè)競爭日漸激烈，如何降本增效是各個(gè)公司都在鉆研的課題，提高工廠的自動(dòng)化水平，減員增效，優(yōu)化生產(chǎn)指標(biāo)，穩(wěn)定生產(chǎn)控制都是各公司采用的方法。此新型泥層界面儀的應(yīng)用，由于擁有以上的優(yōu)勢特點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)控制提供很大幫助，非常值得在氧化鋁行業(yè)進(jìn)行推廣使用。