降低拜耳法氧化鋁生產(chǎn)中精液浮游物的工藝技術(shù)改進(jìn)

黃恩杰 郭秀爽

(中鋁山東有限公司， 山東 淄博 255052)

0 前言

精濾工序是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程中，壓煮溶出的溶出料漿通過沉降分離，底流進(jìn)入洗滌系統(tǒng)回收部分附堿后外排至赤泥堆場，溢流(粗液)去葉濾系統(tǒng)過濾為精液，即為粗液精濾。沉降分離后的粗液中存在少量浮游物，若浮游物進(jìn)入分解系統(tǒng)會造成氫氧化鋁中二氧化硅含量升高，導(dǎo)致氫氧化鋁品質(zhì)下降，生產(chǎn)出不合格產(chǎn)品[1]。粗液經(jīng)葉濾機(jī)精濾后，可大大降低浮游物含量，從而保證氫氧化鋁質(zhì)量。某鋁業(yè)公司使用進(jìn)口澳礦，采用低溫拜耳法工藝，針對低濃度、低苛性比、高有機(jī)物含量的鋁酸鈉溶液特性，對沉降和精濾工藝進(jìn)行改進(jìn)，降低了精液浮游物含量，提高了氫氧化鋁的產(chǎn)品質(zhì)量。

1 影響精液浮游物含量的因素分析

某鋁業(yè)公司使用澳礦前，精液浮游物含量穩(wěn)定在0.02 g/L左右。使用澳礦后，精液浮游物迅速提升至0.03 g/L以上，出現(xiàn)了較大波動。造成精液浮游物升高的主要原因是澳礦溶出后容易泥化，在分離過程中赤泥難以沉降，易形成懸浮物，粗液在精濾過程中容易穿濾[2]，浮游物進(jìn)入分解系統(tǒng)中，造成氫鋁中二氧化硅含量升高，使氫鋁品質(zhì)下降。影響精液浮游物的因素主要有沉降和精濾兩個工序[3]，其中沉降工序包括沉降槽液位控制、絮凝劑添加方式，精濾工序包括葉濾機(jī)高位槽結(jié)構(gòu)、控制條件以及石灰乳添加方式。

2 降低精液浮游物含量的改進(jìn)措施

2.1 改造葉濾機(jī)高位槽結(jié)構(gòu)

葉濾機(jī)正常過濾時，粗液槽中浮游物被隔離在濾布表面形成濾餅，濾液打到葉濾機(jī)頂部的高位槽中，由此進(jìn)入精液槽。葉濾機(jī)卸壓排泥時，濾餅被高位槽內(nèi)的濾液自上而下反沖后脫落于懸浮液中，從而完成濾布卸餅。某鋁業(yè)公司高位槽內(nèi)原先采用加隔板設(shè)計，由于反沖濾液的液量少，導(dǎo)致反沖效果差，濾布排泥效果不佳，從而過濾效果變差。對此，公司對高位槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將下面進(jìn)料、下面出料的模式轉(zhuǎn)變?yōu)橄逻呥M(jìn)料、側(cè)面出料的模式。將高位槽內(nèi)隔板去掉，并拓寬出料管道，從而增大反沖濾液的體積與流量，提高濾液對濾布的沖擊力，使得濾布卸餅更加徹底，增加濾布排泥效果。高位槽改造前后內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 某鋁業(yè)公司改進(jìn)前后的葉濾機(jī)高位槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 調(diào)整精濾控制參數(shù)

通過控制物料溫度穩(wěn)定在95±2 ℃、精液苛性比穩(wěn)定在1.38～1.40，避免溶液穩(wěn)定性變差導(dǎo)致氧化鋁水解，從液相中析出附著在濾布表面，使濾布結(jié)硬，降低過濾效率。使用壽命長、經(jīng)緯變化最小的10 μm孔徑單絲布作為葉濾機(jī)濾布，既能充分過濾浮游物，又能保證過濾效率。葉濾機(jī)的掛泥時間由150 s改為200 s，過濾時間控制在2 300 s，濾餅厚度達(dá)到5 mm前及時卸壓排泥，避免過濾阻力太大影響過濾效果。

2.3 改進(jìn)助濾劑添加方式

加密濾布造成了葉濾機(jī)產(chǎn)能降低。為了提高葉濾機(jī)的過濾效率，國內(nèi)氧化鋁廠普遍采用石灰乳作為助濾劑添加到粗液中[4]。石灰乳加入粗液中與鋁酸鈉發(fā)生反應(yīng)，主要生成六水合鋁酸三鈣，反應(yīng)式為：

(1)

3CaO·Al2O3·6H2O性狀穩(wěn)定，且硬度高、顆粒大，附著在濾布上形成預(yù)涂層，充當(dāng)過濾介質(zhì)，既可改善濾餅的疏松程度、減少過濾過程中的阻力，也可使卸泥過程中濾餅的脫落變得容易，最終提高葉濾機(jī)的生產(chǎn)能力[5]。某鋁業(yè)公司原來將石灰乳直接添加進(jìn)粗液槽，石灰乳與物料混合不充分且反應(yīng)時間短，產(chǎn)生的3CaO·Al2O3·6H2O數(shù)量不足、顆粒不飽滿、粒度不均勻，過濾能力得不到保障，如果要提高葉濾機(jī)產(chǎn)能，就要加大石灰乳的加入量，造成精液浮游物升高，氧化鋁損失增加。因此，為了提高葉濾機(jī)產(chǎn)能，延長濾布的使用周期，需要在石灰乳槽與粗液槽之間增加1臺活化槽，對石灰乳進(jìn)行活化處理，通過延長石灰乳的反應(yīng)時間，使石灰乳與鋁酸鈉充分反應(yīng)生成水合鋁酸鈣，進(jìn)而提高精濾效果，減少石灰乳加入量。改進(jìn)前、后的石灰乳添加工藝如圖2所示。

圖2 某鋁業(yè)公司改進(jìn)前后的石灰乳添加流程

2.4 優(yōu)化沉降工藝

對于連續(xù)運(yùn)行的沉降槽，沿槽體高度從上至下可以大致分成三層 ：清液層、沉降層和泥層，實際上這三層的分界線是不明顯的[6]。赤泥料漿進(jìn)入沉降槽后由于重力等因素，固體顆粒開始下沉而清液上升，在任意時間液體上升的速度都應(yīng)小于顆粒下沉的速度，否則沉降槽就會出現(xiàn)跑渾現(xiàn)象 ；同時底部泥層也需穩(wěn)定排出，如果底部泥層不能及時排出，產(chǎn)生積泥現(xiàn)象嚴(yán)重時沉降槽甚至?xí)宀?。為了獲得穩(wěn)定粗液和液固比符合要求的合格底流，必須保證沉降槽在平衡狀態(tài)下工作。因此，如果要優(yōu)化沉降工藝，從源頭上降低浮游物，需要考慮以下兩個方面：一方面要加快赤泥顆粒沉降速度，另一方面要準(zhǔn)確掌握清液層和泥層的液位。

2.4.1 改進(jìn)絮凝劑添加方式，加快沉降速度

在拜耳法赤泥分離洗滌過程中，氧化鋁行業(yè)普遍采用添加絮凝劑的方法來調(diào)節(jié)赤泥沉降速度。絮凝劑的作用是使溶出液中的赤泥顆粒團(tuán)聚粒度增大，從而大大提高沉降速度，便于赤泥的分離和粗液的澄清；并且赤泥沉速加快使得赤泥在沉降槽中的有效壓縮時間縮短，增大了沉降槽的底流固含，提高了赤泥洗滌效率，降低了分離槽跑渾的概率，從而降低粗液浮游物含量。

目前，各氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)由于絮凝劑的添加方式單一，絮凝劑與赤泥顆?；旌喜痪?，經(jīng)常造成沉降槽跑渾，導(dǎo)致精液浮游物含量劇增。為了穩(wěn)定沉降，必須增大絮凝劑添加量，導(dǎo)致絮凝劑消耗升高，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且溶液中殘留的絮凝劑會吸附在葉濾機(jī)濾布上，從而使葉濾機(jī)的運(yùn)行壓力升高、效率下降 。

對此，某鋁業(yè)公司先將絮凝劑用60 ℃的熱水稀釋至0.5%再添加進(jìn)沉降槽，并且采用4點(diǎn)加入方式，在沉降槽中添加1個懸筒，在進(jìn)料管1點(diǎn)加入的基礎(chǔ)上，又分別在懸筒內(nèi)3個不同高度的位置設(shè)置添加點(diǎn)，并且絮凝劑添加點(diǎn)可以根據(jù)懸筒高度的調(diào)整而改變，使絮凝劑與物料充分混合均勻。沉降槽轉(zhuǎn)速控制在0.2 r/min，既促進(jìn)絮凝劑與物料混合，又不會導(dǎo)致槽子跑混。通過以上改造，不僅沉降槽運(yùn)行趨于穩(wěn)定、粗液浮游物含量下降，還保證了絮凝劑的高效利用，絮凝劑消耗從6 m3/h降低到3 m3/h，大大降低了生產(chǎn)成本。

2.4.2 使用泥層界面儀，精確控制各層液位

準(zhǔn)確掌握泥層和清液層的液位對于氧化鋁生產(chǎn)非常重要。各層的厚度需得到準(zhǔn)確控制生產(chǎn)才能正常進(jìn)行，控制不好容易造成沉降槽跑渾，影響粗液精制，甚至可能造成垮槽，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。近年來，泥層界面儀在國內(nèi)外的氧化鋁廠廣泛投用，將儀器安裝于沉降槽上，操作人員在控制系統(tǒng)屏幕上可以看到沉降槽實時的泥層、清液層液位等數(shù)據(jù)，并可隨時查看生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)。某鋁業(yè)公司在沉降槽上安裝泥層界面儀后，實現(xiàn)了對泥層、清液層的精準(zhǔn)控制，從而進(jìn)一步優(yōu)化工藝指標(biāo)，有效防止沉降槽跑混，降低絮凝劑消耗，同時減輕了崗位人員勞動強(qiáng)度，節(jié)省人力，提高了自動化控制水平。泥層界面儀投用后，絮凝劑消耗從3 m3/h降低到2.4 m3/h，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。

3 應(yīng)用情況

某鋁業(yè)公司使用澳礦后，精液浮游物含量出現(xiàn)較大波動，從0.02 g/L上升至0.03 g/L以上。采用上述優(yōu)化措施應(yīng)用到生產(chǎn)中，精液浮游物降低至0.013 g/L左右，達(dá)到精液控制要求，比使用澳礦初期的0.025 g/L降低了0.012 g/L，如圖3所示。

圖3 某鋁業(yè)公司工藝優(yōu)化前后精液浮游物變化

精液浮游物升高導(dǎo)致氫氧化鋁中二氧化硅含量由0.01%增加到0.08%以上，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。精液浮游物降低后，氫氧化鋁中二氧化硅含量也隨之下降至0.01%，如圖4所示。

圖4 某鋁業(yè)公司工藝優(yōu)化前后氫氧化鋁中二氧化硅含量變化

4 結(jié)束語

精液浮游物含量升高會導(dǎo)致氫氧化鋁中硅含量升高，影響氫氧化鋁質(zhì)量。某鋁業(yè)公司通過一系列優(yōu)化改進(jìn)措施，浮游物含量由使用澳礦初期的

0.025 g/L降低至0.013 g/L，氫氧化鋁中二氧化硅含量也從0.08%下降至0.01%，產(chǎn)品質(zhì)量顯著提升，同時還降低了石灰乳、絮凝劑等添加劑的用量，降低了生產(chǎn)成本。目前有色金屬產(chǎn)能過剩的問題尚未得到根本解決，國內(nèi)供給側(cè)改革也未到位，疊加疫情沖擊、中美貿(mào)易摩擦、反傾銷和潛在經(jīng)濟(jì)危機(jī)，有色金屬行業(yè)將再次進(jìn)入低迷期，鋁行業(yè)尤為嚴(yán)重。因此未來的氧化鋁行業(yè)必然要朝著低能耗、低污染以及低成本的方向發(fā)展，才能在當(dāng)前的嚴(yán)峻形勢下存活下去。