草酸鹽對拜耳法種子分解過程的影響及去除方法綜述

宋大偉

摘要：隨著拜耳法氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)中有機(jī)物含量的逐步升高，對生產(chǎn)系統(tǒng)造成了一系列的影響。本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，重點(diǎn)分析了草酸鹽對拜耳法種子分解過程的影響，并對草酸鹽去除方法進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：草酸鹽、種子分解、影響、方法

在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程中，有機(jī)物主要來源于鋁土礦自身攜帶，除此之外，工藝過程中加入的絮凝劑、消泡劑、脫水劑等藥劑也帶入有機(jī)物[1]。隨著溶液的不斷循環(huán)，有機(jī)物在溶液中不斷積累，當(dāng)有機(jī)物的總量在溶液中達(dá)到一定濃度之后就對拜耳法生產(chǎn)造成一系列影響：溶液的比重、粘度、沸點(diǎn)和比熱增加，界面張力降低[2];使蒸發(fā)過程中析出的一水碳酸鈉顆粒變細(xì)，造成沉降和過濾分離困難;溶液中的腐殖酸鹽等高分子量有機(jī)物含量較高時(shí)，溶液或漿液中往往產(chǎn)生大量泡沫而減少設(shè)備容積;由于有機(jī)物與堿反應(yīng)生成各種有機(jī)鈉鹽，造成堿的損失。特別是草酸鹽的結(jié)晶析出對種子分解的影響最為嚴(yán)重，降低分解率、加快種分設(shè)備內(nèi)結(jié)疤的生成速度、使種分得到的氫氧化鋁帶色。因此研究拜耳法流程中有機(jī)物的行為及去除方法具有重要的意義。

1 草酸鹽對拜耳法種子分解過程的影響

1.1 對氫氧化鋁粒度的影響

隨著分解過程的進(jìn)行，分解條件發(fā)生變化，草酸鹽會(huì)快速飽和，以至于高于其溶液中的臨界濃度。草酸鹽以5～12μm細(xì)長針狀析出，附著于氫氧化鋁晶體表面，影響氫氧化鋁的附聚和長大;游離在溶液中的草酸鹽晶體成為新的晶核，氫氧化鋁進(jìn)一步結(jié)晶析出形成強(qiáng)度較差的細(xì)小顆粒，造成大量破損;同時(shí)，有研究表明，存有草酸鹽的鋁酸鈉溶液的活化能要比純的鋁酸鈉溶液降低12～18%[3]，加速了鋁酸鈉溶液的快速析出，形成大量細(xì)小晶體，造成大量二次成核，氫氧化鋁粒度快速細(xì)化。

某氧化鋁企業(yè)粒度指標(biāo)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生爆發(fā)性細(xì)化，通過分析相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的變化，可以看出，在草酸鈉以一定濃度存在的條件下，當(dāng)某些分解條件發(fā)生變化時(shí)，從而誘導(dǎo)氫氧化鋁粒度發(fā)生了爆發(fā)性的極端細(xì)化，并且伴隨產(chǎn)生了較大數(shù)量級(jí)的超細(xì)顆粒，特別是-10μm顆粒在短時(shí)間內(nèi)成倍增長，-45μm在短短20天左右時(shí)間，由12%左右快速增加到40%以上。

1.2 對分解率的影響

有機(jī)物中的腐殖酸在堿和高溫作用下生成各種腐殖酸鈉，然后轉(zhuǎn)變成為易溶的草酸鈉和碳酸鈉。隨著生產(chǎn)循環(huán)，兩者含量逐步升高。

相關(guān)研究表明，碳酸鈉進(jìn)入溶液后，首先增加了鋁酸鈉溶液的表面張力，使溶液在晶種表面的潤濕性變差，從而使鋁酸根聚合離子群向晶種表面擴(kuò)散、吸附變的困難;其次由于鋁酸根聚合離子群形態(tài)復(fù)雜，離子群較大，當(dāng)碳酸鈉等無機(jī)鹽進(jìn)入溶液后，會(huì)優(yōu)先被氫氧化鋁顆粒吸附，當(dāng)其表面吸附的無機(jī)鹽離子較多后，將阻礙鋁酸根離子群向氫氧化鋁表面擴(kuò)散與被吸附，從而對晶種分解產(chǎn)生抑制作用[3]。當(dāng)溶液中，碳酸鈉濃度超過25g/l時(shí)，晶種分解隨其濃度的升高，分解率出現(xiàn)明顯下降[4]。

據(jù)某試驗(yàn)室試驗(yàn)表明，隨著分解原液中有機(jī)物的逐步升高，分解率呈現(xiàn)逐步下降的趨勢[5]，有機(jī)碳含量高，造成溶液粘度高，分解產(chǎn)生的氫氧化鋁細(xì)，分解產(chǎn)率下降。

1.3 對種子過濾設(shè)備的影響

有機(jī)物對漿液性質(zhì)的改變，草酸鹽細(xì)小結(jié)晶的析出，氫氧化鋁超細(xì)粒子的爆發(fā)性產(chǎn)生等多因素的疊加作用，對種子過濾設(shè)備的運(yùn)行造成了嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致過濾機(jī)濾布孔隙堵塞，真空管結(jié)疤，真空系統(tǒng)負(fù)荷增大，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率急劇下降。草酸鈉使氫氧化鋁細(xì)化后，大量的細(xì)顆粒使分級(jí)機(jī)分級(jí)效率下降，去往立盤過濾機(jī)的料漿增加，單位時(shí)間立盤過濾機(jī)的處理量增加。而立盤過濾機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)能是一定的，處理能力是有限的。當(dāng)要求過濾的料漿量大大超過過濾機(jī)的設(shè)計(jì)能力，就不得不減產(chǎn)。同時(shí)由于設(shè)備過濾效果變差，濾餅附液及濾液浮游物指標(biāo)嚴(yán)重偏離控制范圍。

1.4 對分解槽結(jié)疤的影響

隨著草酸鹽的增多，分解槽的泡沫增多，粒度出現(xiàn)爆發(fā)性波動(dòng)，相應(yīng)的控制藥劑的添加量也大幅增加，所以導(dǎo)致分解槽結(jié)疤增多。由于結(jié)疤中含有草酸鹽，導(dǎo)致結(jié)疤與槽壁結(jié)合不緊密，當(dāng)達(dá)到一定厚度時(shí)，發(fā)生結(jié)疤脫落的現(xiàn)象，造成分解槽機(jī)械攪拌跳停，沉槽事故發(fā)生的頻次增多，對分解過程的控制造成嚴(yán)重影響。

1.5 對種分其他設(shè)備及指標(biāo)的影響

種分系統(tǒng)中有機(jī)物的富集，導(dǎo)致分解槽泡沫急劇增多，換熱設(shè)備運(yùn)行極不穩(wěn)定，換熱效率出現(xiàn)明顯下降;分解槽的有效容積減少，在一定程度上減少了分解時(shí)間，造成分解率下降;分級(jí)設(shè)備供料不穩(wěn)定，旋流器內(nèi)漿液流場發(fā)生改變，分級(jí)效率出現(xiàn)明顯的波動(dòng)和下滑;氫氧化鋁顆粒中附著有機(jī)物晶體時(shí)，在焙燒過程中，顆粒強(qiáng)度較差，出現(xiàn)破損現(xiàn)象，同時(shí)造成氧化鋁成品中鈉含量的升高。

2 草酸鹽去除方法綜述

有機(jī)物隨著生產(chǎn)的循環(huán)而積累，含量逐步增加，如何去除這些有機(jī)物，降低其對生產(chǎn)的負(fù)面影響，一直以來都是困擾拜耳法氧化鋁生產(chǎn)的難題。國內(nèi)外許多學(xué)者對有機(jī)物去除的方法進(jìn)行了大量研究。主要有：焙燒氧化法、濕式氧化法、鹽析法、離子交換法等。焙燒氧化法存在能耗高，工藝復(fù)雜等缺陷。濕法氧化法要求條件苛刻，而且具有爆炸的危險(xiǎn)，限制了該方法的普及[6]。

2.1 細(xì)晶種富集洗滌苛化法

分解氫氧化鋁漿液經(jīng)兩次分級(jí)，第二次分級(jí)后溢流進(jìn)入錐形沉降槽進(jìn)行有機(jī)物富集，沉降槽溢流經(jīng)板式換熱器去蒸發(fā)，底流經(jīng)立盤過濾進(jìn)行固液分離，固體氫氧化鋁進(jìn)入熱水槽進(jìn)行洗滌，洗滌后的物料經(jīng)立盤進(jìn)行液固分離，濾餅配精液去分解槽首槽，濾液去苛化槽進(jìn)行苛化。

這種方法在拜耳二段法生產(chǎn)氧化鋁系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，特別是利用國外進(jìn)口三水鋁石礦但是礦石有機(jī)物含量較高的情況下，這種方法能夠有效、經(jīng)濟(jì)地處理流程中的草酸鹽有機(jī)物，同時(shí)盡可能減少氧化鋁和苛性堿的損失。

2.2 母液降溫排渣燒結(jié)法

分解母液經(jīng)降溫后，析出有機(jī)物（初期以浮游物做晶種循環(huán)達(dá)到處理濃度），然后經(jīng)壓濾機(jī)過濾，濾液經(jīng)板式換熱后去蒸發(fā)，濾餅在濾餅槽中與降溫后母液混合后循環(huán)過濾，濾餅槽中的固含到一定程度后，送往燒結(jié)法進(jìn)行煅燒，去除有機(jī)物。

該方法能夠有效的處理流程中草酸鹽偏高的問題，在山東某氧化鋁廠得到工業(yè)應(yīng)用。

2.3 振動(dòng)篩物理篩分法

由于草酸鹽結(jié)晶析出，在晶種分解過程中將氫氧化鋁包裹形成褐色球狀顆粒，大顆粒的草酸鹽沉淀在分解末槽，利用分解槽的高差，從分解槽底部自壓出料加母液稀釋送至振動(dòng)篩篩分，篩后料漿返回分解槽，篩上的粗顆粒氫氧化鋁結(jié)疤和草酸鹽混合料收集堆存。

這種方法簡單、實(shí)用，在國內(nèi)很多一段法的氧化鋁廠得到應(yīng)用，這也是維持草酸鹽在鋁酸鈉溶液中平衡的一種手段，但該方法去除草酸鹽的同時(shí)也帶走部分氫氧化鋁，造成氧化鋁和堿的損失。

3 結(jié)論

在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)有機(jī)物的富集使系統(tǒng)物料性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化，特別是草酸鹽對拜耳法種子分解過程造成了一系列嚴(yán)重的影響，不僅破壞了分解過程中主要技術(shù)指標(biāo)，而且對相關(guān)分解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率和運(yùn)行安全性造成了嚴(yán)重影響。在國內(nèi)鋁土礦品位逐年下降的大背景下，進(jìn)口鋁土礦的使用已成為國內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)的大勢所趨，但是進(jìn)口礦有機(jī)物含量普遍偏高，所以解決流程中草酸鹽問題已刻不容緩，找到一種更加經(jīng)濟(jì)、高效的方法處理系統(tǒng)中的草酸鹽是我國氧化鋁行業(yè)從業(yè)人員的努力方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉國紅.有機(jī)物對拜耳晶種分解和產(chǎn)品質(zhì)量的影響及其去除方法

[2] 陳文汨、冷學(xué)坤.拜耳法氧化鋁生產(chǎn)流程溶液中有機(jī)物累積研究，輕金屬2011（9）：11～15

[3] 倪良玉、李國乾.草酸鹽對拜耳法氧化鋁生產(chǎn)的影響，第十屆全國氧化鋁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[M]，2004：94-96

[4] 彭志宏、鄧永春、周秋生、劉桂華等.無機(jī)鹽雜質(zhì)對鋁酸鈉溶液晶種分解率的影響，湖南長沙，刊名：礦冶工程，2012，30（1）

[5] 李小堅(jiān)、于江、付曉濤.碳酸鈉對種分分解的影響及其對策，《中國科技博覽》2013年第22期

[6] 陳文汨、陳學(xué)剛.濕式氧化法在拜耳法中的應(yīng)用及解決問題，輕金屬2008（6）：11～14