粉煤灰鹽酸法生產(chǎn)氧化鋁液固沉降分離與洗滌性能研究

姬學良，王小青

（神華準能資源綜合開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

準格爾煤田探明地質(zhì)儲量267億噸，含有鋁、鎵、鋰、稀土等煤炭伴生資源，其煤炭燃燒后的粉煤灰中含氧化鋁50%，鎵82g/t，鋰290g/t，極具利用價值。如果填埋排棄，會造成極大的資源浪費。我國鋁土礦超過一半依賴進口，高品位鋁土礦短缺，尋找鋁土礦替代資源與開發(fā)高效利用技術(shù)勢在必行。神華準能集團為此研發(fā)了粉煤灰鹽酸法提取氧化鋁技術(shù)并于2011年建成了4000噸/年氧化鋁中試裝置，至今已順利完成7次試驗運行。2013年，該工藝技術(shù)通過了中國有色協(xié)會和煤炭協(xié)會的鑒定，具有減量化、能耗低、成本低、資源利用率高、工藝流程短、產(chǎn)品種類多、環(huán)保的技術(shù)特點，可生產(chǎn)氧化鋁、金屬鎵（4N）、鐵紅、凈水劑、碳酸鋰、橡塑填料等白泥基產(chǎn)品[1]。

“一步酸溶法”粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)中，粉煤灰與鹽酸反應后的料漿需要進行液固分離，并對固體白泥進行洗滌以回收氯化鋁，白泥無害化處理后外排。中試裝置2011年進行了沉降分離與洗滌實驗，沉降效果差，無法滿足實驗要求。經(jīng)過論證與實驗，改為板框過濾工藝，雖能滿足中試廠試驗要求，但大型工業(yè)化后，存在流程復雜、投資高、占地面積大的缺點。連續(xù)沉降分離洗滌工藝在冶金、化工有成熟應用，應當開展沉降分離洗滌方案研究，優(yōu)化與完善液固分離工藝，為工業(yè)化示范廠設(shè)計提供支撐，同時為示范廠項目的日常運行提供理論依據(jù)與生產(chǎn)指導。

1 實驗室研究

主要目的是研究新型絮凝劑對溶出料漿沉降分離、沉降洗滌性能的影響、洗滌效果及溫度對分離效果及絮凝劑添加量的影響。絮凝劑濃度為0.1%wt。絮凝劑最佳添加量：以15min的沉降速率、上清液浮游物、底泥固含量為選取標準。沉降速率以利用一定時間（≤15min）內(nèi)清液層占料漿體積的百分比表示。

1.1 不同固含料漿的絮凝劑添加量實驗

溶液成分：氯化鋁300g/L，氧化鐵：5.5g/L，游離酸度（以HCl計）：0.4%；料漿固含：150g/L、120g/L、105g/L、90g/L、60g/L。料漿溫度：85℃。

固含對絮凝劑的添加量的影響很大，隨著原料固含逐漸越大，料漿的沉降速率變慢，絮凝劑最佳添加量增大。固含從60g/L至150g/L時，絮凝劑用量為0.1kg/t-干白泥至0.37kg//t-干白泥。清液層的浮游物含量范圍為0.027g/L～0.08g/L。底泥固含范圍267.86g/L～292.97g/L。其中，在料漿溫度為85℃，氯化鋁濃度為300g/L的條件下，料漿固含為120g/L時，絮凝劑最佳添加量為0.3kg/t-干白泥；料漿固含為105g/L時，絮凝劑最佳添加量為0.23kg/t-干白泥；料漿固含為90g/L時，絮凝劑最佳添加量為0.18kg/t-干白泥。

1.2 不同氯化鋁濃度對沉降速率的影響

料液氯化鋁含量：300g/L、274g/L、240g/L；游離酸度（以HCl計）：0.35%；固含：120g/L；溫度：85℃；絮凝劑添加量0.3kg/t-干白泥。

隨著料漿氯化鋁濃度的降低，料漿的沉降速率變快，底泥的固含量變大，絮凝劑最佳添加量降低。

1.3 沉降底泥的洗滌實驗

實驗條件：沉降料漿固含：150g/L、105g/L、90g/L、60g/L，洗滌液濃度：240g/L、160g/L、90g/L、40g/L、10g/L，溫度85℃的料漿進行洗滌添加絮凝劑實驗，結(jié)果如下：

洗滌過程中，不添加絮凝劑白泥也能正常沉降。隨著洗滌液氯化鋁濃度越低，沉降速度加快，底泥固含量變大。通過后序洗滌不加絮凝劑和加絮凝劑的實驗對比，得出兩者的沉降速率接近。

從圖4可以看出，不加絮凝劑的清液層浮游物含量較高，加入絮凝劑后可降低浮游物含量。實際生產(chǎn)中可根據(jù)清液層浮游物含量來確定是否需要在洗滌時添加絮凝劑。

1.4 不同溫度條件下的沉降實驗

溶液成分：氯化鋁300g/L，氧化鐵5.5g/L，游離酸度（以HCl計）0.4%；原料固含105g/L；料液溫度：85℃、75℃、65℃、40℃。

隨著料漿溫度的降低，料漿的沉降效果變差，沉降速率變慢。通過增加絮凝劑添加量可以改善絮凝沉降效果，其中75℃、65℃下的絮凝劑添加量增大至0.37kg/t干白泥時，沉降效果較好。當料漿溫度降至40℃時，雖絮凝劑添加量已增至0.6kg/t干白泥，但其沉降效果依然較差。

2 中試裝置系統(tǒng)試驗

氧化鋁中試裝置第七次全系統(tǒng)試驗運行139天，液固分離洗滌系統(tǒng)工藝流程為：溶出車間產(chǎn)生的稀釋礦漿與高效絮凝劑在分離沉降槽混合，加快液固分離，上層清液進入深層過濾，沉降槽底流依次進入一洗槽至六洗槽，與六洗槽來的洗滌水進行逆向洗滌。該工序中主要考察的指標是外排白泥的附氯（目標9kg/t-干白泥），影響該指標的主要因素為第六級洗滌槽的氯化鋁濃度。試驗結(jié)果總結(jié)如下：分離沉降槽溢流液中AlCl3平均濃度246.18g/L；浮游物平均含量0.15g/L。白泥分離洗滌系統(tǒng)運行效果良好，洗滌槽方面：一洗～六洗槽溢流AlCl3濃度分別為：129.64g/L、78.07g/L、56.46g/L、37.64g/L、20.86g/L、12.11g/L，溢流浮游物分別為：0.10g/L、0.12g/L、0.09g/L、0.12g/L、0.11g/L、0.13g/L。一洗～六洗底流AlCl3濃度略高于溢流溶液中AlCl3濃度，底流固含分 別 為：393.59g/L、372.31g/L、376.62g/L、356.93g/L、356.15g/L、336.02g/L。各級沉降槽固含并未出現(xiàn)梯度差，底流AlCl3濃度梯度變化明顯，有利于提高洗滌效果。絮凝劑添加量方面，總體平穩(wěn)，絮凝劑添加量為0.36kg/t-干白泥。外排白泥指標方面，外排白泥附氯為8.67kg/t-干白泥，白泥附鋁2.67kg/t-干白泥，平均白泥附液率43.72%[2]。

3 結(jié)論

采用新型絮凝劑對粉煤灰酸法生產(chǎn)氧化鋁工藝溶出料漿開展實驗室系統(tǒng)研究，掌握了新型絮凝劑對溶出料漿液固沉降分離性能的影響及具體參數(shù)。將實驗室研究成果進行工業(yè)化中試后，液固沉降分離各項指標全部達到預期目標，說明采用“沉降分離+六次洗滌”的連續(xù)沉降分離洗滌工藝具有可行性。同時，該工藝技術(shù)可為30萬噸/年高鋁粉煤灰工業(yè)化示范項目液固分離工藝設(shè)計及運行提供依據(jù)和支撐。