吸附法高效脫除有機(jī)物技術(shù)在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝中的應(yīng)用

桑海波，任 菲

（東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），遼寧 沈陽(yáng) 110166）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球共計(jì)生產(chǎn)氧化鋁13443.2萬(wàn)噸，其中中國(guó)氧化鋁產(chǎn)量7101.0萬(wàn)噸。2020年中國(guó)鋁土礦進(jìn)口量達(dá)到1.12億噸，國(guó)內(nèi)以進(jìn)口鋁土礦作為原料生產(chǎn)氧化鋁的產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)總產(chǎn)能一半以上。與國(guó)產(chǎn)鋁土礦相比，進(jìn)口鋁土礦中的有機(jī)物含量普遍偏高。目前世界范圍內(nèi)絕大部分氧化鋁廠均采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，但拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程中的有機(jī)物不斷累積，對(duì)沉降系統(tǒng)、分解系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、溶出系統(tǒng)以及礦漿輸送系統(tǒng)等的生產(chǎn)操作、設(shè)備及產(chǎn)品質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生較大的危害[1]。如何簡(jiǎn)單、高效、經(jīng)濟(jì)、徹底的脫除拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的有機(jī)物雜質(zhì)，是世界各國(guó)氧化鋁企業(yè)必須面對(duì)和亟待解決的嚴(yán)峻問(wèn)題。

在此背景下，東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司）與杭州錦江集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了吸附法高效脫除有機(jī)物技術(shù)，并得到了快速的推廣和應(yīng)用，在較低投資和較低運(yùn)行成本的情況下，有效的控制了生產(chǎn)流程中的有機(jī)物水平，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程中有機(jī)物的主要來(lái)源及主要危害

1.1 有機(jī)物主要來(lái)源

拜耳法使用進(jìn)口鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁工藝流程中有機(jī)物的主要來(lái)源是鋁土礦帶入，占比可達(dá)95%以上。其他有機(jī)物來(lái)自于生產(chǎn)過(guò)程中添加的有機(jī)溶劑，如絮凝劑、消泡劑、脫水劑、助濾劑、結(jié)晶助劑等。

鋁土礦中的有機(jī)物在溶出時(shí)約60%（以有機(jī)碳計(jì)）進(jìn)入溶液。進(jìn)入氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)中的有機(jī)物除了極少量隨成品Al(OH)3、赤泥排出外，絕大部分會(huì)在循環(huán)母液中積累而無(wú)法自動(dòng)排出。有機(jī)物在循環(huán)母液中的存在形式如下圖。

圖1 礦石中有機(jī)物的主要來(lái)源

1.2 有機(jī)物的主要危害

研究表明，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程中的有機(jī)物累積到一定程度后，會(huì)導(dǎo)致鋁酸鈉溶液的粘度、比重、沸點(diǎn)和比熱升高，對(duì)沉降系統(tǒng)、分解系統(tǒng)和蒸發(fā)系統(tǒng)等工序造成重大影響，輕則影響生產(chǎn)操作和產(chǎn)品質(zhì)量，重則導(dǎo)致無(wú)法正常組織生產(chǎn)[2]。

（1）對(duì)沉降系統(tǒng)的影響：降低赤泥的沉降速率，使沉降槽的產(chǎn)能降低；精液浮游物增多，使葉濾機(jī)的產(chǎn)能降低；沉降槽易出現(xiàn)跑混；起泡嚴(yán)重易導(dǎo)致沉降槽冒槽；結(jié)疤嚴(yán)重易導(dǎo)致沉降槽垮槽；

（2）對(duì)分解系統(tǒng)的影響：草酸鈉結(jié)晶夾雜于氫氧化鋁晶核中間，導(dǎo)致產(chǎn)品細(xì)化、氧化鋁的活性和比表面積降低；分解率和分解槽的產(chǎn)出率降低、循環(huán)效率下降；影響氫氧化鋁的白度；起泡嚴(yán)重易導(dǎo)致泡沫外溢；過(guò)濾困難，降低立盤過(guò)濾機(jī)產(chǎn)能和過(guò)濾效果；分解槽結(jié)疤加快易垮槽；換熱設(shè)備易結(jié)疤，導(dǎo)致?lián)Q熱效果變差；

（3）對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)的影響：結(jié)疤嚴(yán)重，導(dǎo)致清理周期變短、換熱效果變差，降低蒸發(fā)機(jī)組的蒸水能力；

2 吸附法高效脫除有機(jī)物技術(shù)介紹

2.1 技術(shù)描述及工藝流程

吸附法高效脫除有機(jī)物技術(shù)，采用工業(yè)制備的專用吸附劑（活性炭類物質(zhì)），在一定條件下與蒸發(fā)母液混合均勻，待母液中有機(jī)物結(jié)晶析出并被吸附劑吸附后，形成吸附劑、草酸鹽和腐植酸雜質(zhì)的混合物，再進(jìn)行固液分離。分離后的濾液返回生產(chǎn)系統(tǒng)，濾餅是熱值很高的有價(jià)燃料，送去熱電廠進(jìn)行綜合利用。

工藝流程圖如下：

圖2 技術(shù)描述及工藝流程

2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

（1）有機(jī)物脫除效率高：可以同時(shí)去除流程中的草酸鹽和腐植酸鹽，草酸鹽去除率可達(dá)到45%～65%，腐植酸去除率可達(dá)到30%～45%；

（2）技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)：可以適應(yīng)各類氧化鋁生產(chǎn)工藝、可以在較低草酸鹽濃度時(shí)高效脫除有機(jī)物；

（3）經(jīng)濟(jì)環(huán)保：使用后的吸附劑熱值在6000kCal以上，可以摻混在電煤中作為燃料使用；

（4）生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單：工藝流程短，操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高；對(duì)原生產(chǎn)系統(tǒng)幾乎不產(chǎn)生任何干擾；

（5）占地小：系統(tǒng)占地僅為600m2～900m2,非常適合老廠改造；

（6）投資?。阂阅戤a(chǎn)100萬(wàn)噸規(guī)模的氧化鋁廠估算，投資完全可以控制在2000萬(wàn)元以內(nèi)；

（7）生產(chǎn)成本低：綜合考慮系統(tǒng)消耗（包括電耗、汽耗、吸附劑消耗等）、氧化鋁損失、堿損失、運(yùn)行維護(hù)和人工成本、財(cái)務(wù)成本等因素后，全生產(chǎn)成本能夠控制在8元/噸氧化鋁以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他傳統(tǒng)有機(jī)物處理方法；

（8）穩(wěn)定可靠：技術(shù)成熟，已在中國(guó)多個(gè)氧化鋁企業(yè)成功應(yīng)用，吸附效果穩(wěn)定可靠。

2.3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

圖3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

3 吸附法高效脫除有機(jī)物技術(shù)的應(yīng)用案例

吸附法高效脫除有機(jī)物技術(shù)已經(jīng)在廣西田東錦鑫化工（使用廣西礦）、河南開(kāi)曼鋁業(yè)（使用河南礦+25%幾內(nèi)亞礦）、山西孝義興安化工（使用山西礦+50%幾內(nèi)亞礦/澳礦/印尼礦）成功應(yīng)用，取得了非常好的效果。

3.1 應(yīng)用前后蒸發(fā)母液數(shù)據(jù)對(duì)比

圖4 應(yīng)用前后蒸發(fā)母液數(shù)據(jù)

3.2 項(xiàng)目實(shí)施前后分解槽結(jié)疤情況對(duì)比

圖5 項(xiàng)目實(shí)施前后對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

吸附法高效脫除有機(jī)物技術(shù)，與洗滌苛化法、燒結(jié)法、結(jié)晶法、氧化法、沉淀法等傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)、有機(jī)物脫除效率高、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、對(duì)原有生產(chǎn)系統(tǒng)幾乎無(wú)影響、投資省、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，且已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多個(gè)氧化鋁企業(yè)成功應(yīng)用，在有效控制氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)中有機(jī)物水平的同時(shí)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，是目前拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝中有機(jī)物脫除的較優(yōu)方法。