降低拜耳法氧化铝生产中水解损失研究

降低拜耳法氧化铝生产中水解损失研究

石威

中铝中州铝业有限公司 河南省 焦作市 454350

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对氧化铝的应用也越来越广泛。随着国内铝土矿资源禀赋越来越差，越来越多的氧化铝企业使用进口铝土矿生产氧化铝，拜耳法生产氧化铝中，母液每次循环后，苛性碱损失，无效碱增多，导致蒸发排盐效率下降，能耗、碱耗增加。基于此，本文首先对拜耳法进行研究，其次探讨拜耳法氧化铝生产中水解损失问题，最后就降低拜耳法氧化铝生产中水解损失的措施进行研究，以供参考。

关键词：氧化铝生产工艺；赤泥分离；洗涤工艺

引言

在生产氧化铝的过程里，所需矿石原料通过高温加热与碱液的溶解之后，铝元素将溶于液体，剩余的废渣被称为赤泥，沉降工艺主要是用于对赤泥进行处理的工艺，在这一工艺过程中，首先利用沉降槽将矿浆液中的固体与液体进行分离，然后利用热水进行赤泥四次的洗涤，最后利用压滤机把洗涤过的赤泥压榨成饼。在赤泥的洗涤过程里，铝酸钠的溶液会出现水解的过程，氧化铝会进入到赤泥中影响氧化铝的回收率，导致氧化铝的损失。因此，针对氧化水解生产工艺损失的研究具有巨大的价值。

1拜耳法

在拜耳法生产氧化铝中，母液每次循环后，必须补充损失的苛性碱。苛性碱为氧化铝生产中的有效碱，有效碱损失主要是指铝土矿、石灰等物料中的各种杂质将循环母液中的Na2O转化为化学结合碱和钠盐。化学结合碱通常以稳定形态存在于钠硅渣中，随赤泥排出生产系统；除了苛性碱外的其他各种钠盐，溶于液相后形成游离态碱性阴离子和钠离子留存在母液中，可视为无效碱。如果无效碱浓度过高，会使蒸发排盐效率下降，影响蒸发强制效和盐沉降槽的正常运行，易造成溶出套管传热效率降低、分解率下降，导致能耗、碱耗升高等不利影响。因此，回收损失的有效碱、减少无效碱对氧化铝生产系统具有重要意义。实际生产中回收有效碱、减少无效碱的工艺有蒸发排盐苛化、赤泥脱碱和一洗液苛化三种工艺。通过蒸发排盐苛化和一洗液苛化，氧化铝生产系统中无效的、游离态的N2CO3可转化为NaOH并被回收，使生产系统的碳碱降低，苛性碱损失减少；而赤泥脱碱可以将赤泥中的化学结合碱脱除到液相形成NaOH并加以回收，降低生产系统的苛性碱消耗。

2拜耳法氧化铝生产中水解损失问题

2.1吸附塔装置流通阻力增大，上部的射流器堵塞，影响生产

伴随着氧化铝生产的连续运行，母液中氢氧化铝等浮游物含量不断增加，最高时可达2．0g/L以上。而金属镓树脂吸附生产中要求的母液浮游物含量≤0．03g/L。虽然镓生产流程中有母液净化工序，但由于浮游物粒度太细，即使经过压滤机过滤净化，浮游物含量仍然比较高。含较高浮游物的种分母液进入吸附塔装置后，对镓生产影响很大，尤其是在树脂吸附阶段，原设计采用种分母液(即吸附原液)从吸附塔中部进入，从上部射流器排出，母液在吸附塔内基本流向是由下往上。由于种分母液中浮游物(主要成分氢氧化铝微细颗粒)密度比母液和树脂的密度都高，随母液进入塔后，不容易从上部排出，造成塔内浮游物等杂质不断增多，浮游物在射流器筛网积聚，造成筛网缝隙减小，流通阻力增大，吸附母液流量减少、母液流出困难，吸附塔装置憋压，严重时甚至会封堵射流器筛网造成生产无法运行。

2.2影响产品质量控制

过饱和的草酸钠以细小的针状结晶析出，氢氧化铝在其上产生二次晶核；同时降低附聚效果固体草酸钠能结合于长大的氢氧化铝晶种中，从而增加晶格碱含量。同时其进入氢氧化铝晶体后会降低晶种强度，在焙烧过程中破损，为砂状氧化铝的生产增加难度。

2.3消耗及费用增加

腐殖酸类有机物易与碱反应生成腐殖酸钠，造成系统额外的碱损失；过高的有机物浓度会使溶液粘度增加、沸点升高，带来物料输送阻力增加、换热设备传热效率变差，溶出器、蒸发器、宽板、精板等高效运行周期缩短，带来电耗、汽耗升高，同时增加清理检修费用。

3降低拜耳法氧化铝生产中水解损失的措施

3.1针对吸附塔内部结构改造

取消吸附塔上部射流器，上部布液装置改造为环形分布管装置，分布管开有条形布液孔，布液孔孔径、孔数根据来料管所对应的流速及截面积来确定。条形孔开孔方向包括:斜向下方向以及向下方向。改造之后，种分母液、脱附液、洗涤液等塔内溶液均不再从上部布液装置排出，解决射流器堵塞，流通阻力大的问题。

3.2常用的有机物排除路径

关于氧化铝生产过程中有机物的排除方法，许多研究人员进行了长期大量的研究，并形成很多专题报告及专利。按机理不同分为两大类：一类是通过火法焙烧或湿法氧化，将有机物部分或全部氧化为碳酸钠，将其破坏于溶液中；一类是通过母液煅烧、吸附、生成沉淀等方法从母液中将有机物排除。火法焙烧是将铝土矿进行烧结，该种方法可从源头上脱除绝大多数有机物，但存在热损失大、能耗高等生产实际问题，仅停留在实验室阶段，在单纯的拜耳法生产企业并未得到工艺应用。在工业中得以应用的主要路径有细种子洗涤-石灰苛化、增浓结晶析出、添加剂吸附脱除、湿法氧化等。

3.3合理组织生产，优化操作，提高产量

在金属镓生产中，设置四个吸附塔，两个塔为一组，并联运行。当首塔树脂吸附饱和时，首塔从种分母液系统切断，母液转入第二个吸附塔进行吸附，首塔进行洗涤、脱附和再生过程。两组塔交替使用，氧化铝种分母液连续运行。在单塔的操作过程中，以每批树脂使用寿命始末为整个工艺对象，将树脂生命周期分为前期、中期、后期，以树脂吸附率和脱镓量为判断依据，根据不同周期内树脂吸附速度和难易程度，制定合理的吸附时间和吸附率指标，采用适当减少吸附时间、降低吸附率从而循环周期数增加，达到提高镓吸附量的目的。

3.4改造底流泵、热水泵、溢流泵，提升洗水、溢流、底流以及输送的效率

伴随着铝矿品质逐年的不断降低，赤泥量越来越多，经过洗涤时所需热水的供应量也会越来越多。由于溢流泵和底流泵设计为一用一备，实际应用的过程中，经常会出现很难满足实际的生产需要的状况。根据实际情况，本文对沉降的溢流泵、底流泵以及热水泵实施单管单泵优化，从而使生产系统能够满足低品位矿料生产的需要。

3.5合理组织生产，优化操作，提高产量

在金属镓生产中，设置四个吸附塔，两个塔为一组，并联运行。当首塔树脂吸附饱和时，首塔从种分母液系统切断，母液转入第二个吸附塔进行吸附，首塔进行洗涤、脱附和再生过程。两组塔交替使用，氧化铝种分母液连续运行。在单塔的操作过程中，以每批树脂使用寿命始末为整个工艺对象，将树脂生命周期分为前期、中期、后期，以树脂吸附率和脱镓量为判断依据，根据不同周期内树脂吸附速度和难易程度，制定合理的吸附时间和吸附率指标，采用适当减少吸附时间、降低吸附率从而循环周期数增加，达到提高镓吸附量的目的。

结语

多年的生产应用实践表明，在树脂吸附法离子交换生产镓酸法工艺中，改进后的吸附塔装置系统简单，工艺流程短，运行稳定，树脂的磨损小，吸附、脱附效率高，适应性强，在国内得到广泛应用。当生产系统碳全碱比不高，蒸发排盐苛化正常时，仅需运行赤泥脱碱即可减少最多碱耗，降低生产成本，达到最佳的经济效益。

参考文献

[1]陈湘清,陈金洲,熊道陵等.拜耳法生产氧化铝中有机物脱除研究进展[J].轻金属,2014(09):23-28.

[2]郑朝付,李民菁,史智慧等.低苛性比溶出在拜耳法氧化铝生产中的应用[J].矿产保护与利用,2009(03):37-40.

[3]蒋涛,杜善国,李福强.拜耳法生产氧化铝过程中提高净溶出率的途径探讨[J].轻金属,2003(03):22-24.