氧化鋁廠排除碳酸鹽的方法淺析

武慧芳 趙效坤

【摘? 要】介紹了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程中幾種排除碳酸鹽的方法，并對每種方法的優(yōu)缺點進行了簡要分析。

【關鍵詞】氧化鋁;拜耳法;碳酸鹽;排鹽

1.碳酸鹽的來源

拜耳法氧化鋁生產(chǎn)流程中，循環(huán)母液中的碳酸鹽主要來自以下幾個方面：

（1）鋁土礦中含有少量的碳酸鹽礦物，如CaCO3、MgCO3、FeCO3等，在溶出過程中與苛堿發(fā)生反苛化反應，生成碳酸鹽進入溶液;

（2）添加的石灰中含有少量煅燒不完全殘留的CaCO3進入流程與苛堿發(fā)生發(fā)生反苛化反應，生成碳酸鹽進入溶液;

（3）溶液中的苛性堿與空氣接觸時，吸收CO2 生成Na2CO3進入溶液。

（4）礦石中的有機碳在溶出過程中部分轉(zhuǎn)化為可溶性碳酸鹽進入溶液;

（5）系統(tǒng)補堿中帶有少量的Na2CO3進入溶液。

而碳酸鹽的排出途徑主要是隨赤泥外排及隨成品氫氧化鋁附液帶走，其中大部分隨赤泥排走。

2.碳酸鹽的危害

當碳酸鹽生成量大于外排量時便在溶液中積累，當系統(tǒng)中碳酸鹽濃度達到平衡點時，會給生產(chǎn)帶來不利影響，其危害主要有以下幾方面：

（1）在溶出工序的礦漿自蒸發(fā)器處析出使過料管管徑變細導致出料不暢，嚴重時甚至造成機組停車，同時使自蒸發(fā)器的乏汽帶料，在預熱管壁上形成結(jié)疤，降低傳熱系數(shù)，影響溶出效果及整個生產(chǎn)系統(tǒng);

（2）蒸發(fā)過程中，隨著母液濃度升高，碳酸鈉達到飽和而結(jié)晶析出，在蒸發(fā)器管壁上結(jié)垢，降低了蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，使蒸發(fā)器產(chǎn)能及運轉(zhuǎn)率降低，能耗增加，同時也給蒸發(fā)器操作帶來嚴重困難;

（3）碳酸鈉在生產(chǎn)過程中不能溶出礦石中的氧化鋁，但隨溶液一起被加熱、稀釋、蒸發(fā)等，參與各循環(huán)過程，使生產(chǎn)能耗升高約4%;

（4）溶液中碳酸鈉的存在增加了溶液的粘度，降低赤泥沉降速度，降低沉降槽的產(chǎn)能;

（5）降低精液產(chǎn)出率。據(jù)文獻記載，精液中Nc（以Na2O計的碳酸鹽的濃度）每提高一個百分點，精液產(chǎn)出率降低0.5～0.7kg/m3-精液。

因此，循環(huán)母液中的碳酸鹽的含量一般要求控制在溶出系統(tǒng)自蒸發(fā)器出料處的平衡濃度以下。

3.碳酸鹽的排出途徑

減少系統(tǒng)中碳酸鹽的措施主要有以下幾方面：

（1）減少礦石中的碳酸鹽量，減少含碳高的礦石的采購量。

（2）減少石灰中殘C量，采購高品質(zhì)的石灰。

（3）排鹽。

前2種方法由于受到地域、原料供應、成本等多方面因素的限制，有的時候并不能實現(xiàn)，因此大多數(shù)氧化鋁廠還需要設置排鹽工序。拜耳法廠循環(huán)母液的Nc/NT（以Na2O計的碳酸鈉與總鈉的百分比）通常控制在8%左右，超過該值就需啟動排鹽工序。目前生產(chǎn)實踐中采用的排鹽方法主要是用石灰乳進行苛化，發(fā)生如下反應：

a.側(cè)流苛化

從赤泥洗液（一般為一洗到三洗的某次洗液）中取出一部分加熱至95℃后在苛化槽中用石灰乳進行苛化。

b.內(nèi)部苛化

直接在沉降槽中加入石灰乳對碳酸鹽進行苛化。

c.蒸發(fā)排鹽+苛化

碳酸鹽在鋁酸鈉溶液中的溶解度是隨Nk（以Na2O計的苛堿的濃度）及NT（以Na2O計的全堿的濃度）的增加而降低的。因此可將部分蒸發(fā)母液（自蒸發(fā)器出料）繼續(xù)蒸發(fā)至NT>300g/L，使碳酸鹽析出，分離后用熱水進行再溶解，加入石灰乳進行苛化，其工藝流程見下圖。

d.補堿排鹽+苛化

利用碳酸鹽在鋁酸鈉溶液中的溶解度隨Nk及NT的增加而降低的原理，采用在蒸發(fā)母液中添加固體堿的方法，使其NT值提高到300g/L以上，碳酸鹽的溶解度降低，達到過飽和狀態(tài)時結(jié)晶析出，分離之后進行再溶解，加入石灰乳苛化，從而排除母液中的碳酸鹽。

4.碳酸鹽排出途徑的分析比較

上述幾種方法的優(yōu)缺點如下所述，并將比較結(jié)果列于表1。

與蒸發(fā)排鹽+苛化法相比，側(cè)流苛化法未將碳酸鹽分離出來而是直接將石灰乳加入赤泥洗液進行苛化，因洗液中碳酸鹽濃度較低，一般為2～3g/L（NT=20～40g/L），故側(cè)流苛化法的苛化率低（即使在石灰乳過量的情況下苛化率最高達到70%），排鹽量小，且洗液中Al2O3含量較高（一般為20～30g/L），石灰乳在與碳酸鹽反應的同時也會與鋁酸鈉反應，故苛化過程中損失的氧化鋁較多，該法不需要將溶液蒸濃，適用于以三水鋁石為原料的拜耳法氧化鋁廠。而蒸發(fā)排鹽法是將碳酸鹽從蒸發(fā)母液中分離后進行再溶解及苛化，其碳酸鹽濃度高，一般為150g/L左右，Al2O3含量較低（20g/L左右）故該法的苛化率較高（>85%），排鹽量大，且氧化鋁的損失率低。蒸發(fā)排鹽+苛化法缺點是需要采用強制循環(huán)蒸發(fā)器及強制循環(huán)泵，設備投資及電耗較高，且溶液濃度越高，換熱效果越差，因此汽耗升高。另外，為使碳酸鹽析出，需要將蒸發(fā)母液的濃度提高至NT>300g/L，需要消耗蒸汽，且適用于需要高Nk循環(huán)母液的一水硬鋁石的拜耳法生產(chǎn)。

（2）與蒸發(fā)排鹽+苛化法相比，補堿排鹽+苛化法的工藝流程簡單，大大減少了電耗及設備投資，并且不需要消耗蒸汽，缺點是需要在蒸發(fā)母液中加入固體堿，勞動成本提高，且操作環(huán)境較差，另外，此法生成的循環(huán)母液的苛堿濃度較高，僅適用于可反應硅含量較高的一水硬鋁石型礦石。

（3）與側(cè)流苛化法相比，內(nèi)部苛化法省去了一整套工藝流程，直接在沉降槽中進行苛化，大大簡化了設備投資及生產(chǎn)操作，從工藝上講，首先該法僅適用于需要將全部赤泥洗液進行苛化的情況，因為對于系統(tǒng)所需排鹽量僅需將一部分赤泥洗液進行苛化的情況，如果直接在沉降槽中加入石灰乳，過量的石灰乳會導致氧化鋁的大量損失，其次，碳酸鹽的苛化需要在反應槽中進行攪拌以促進反應進行，而沉降槽是溶出漿液進行固液分離的設備，沒有攪拌設備，石灰乳與碳酸鹽接觸機會減少，故苛化效果差。再者，反應生成的苛化渣不易沉降，造成沉降槽的產(chǎn)能降低。另外，鋁酸鈉與石灰乳反應生產(chǎn)的鋁酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O結(jié)構較疏松，引起赤泥體積膨脹，從而會增加底流泵的電耗。從布局上講，內(nèi)部苛化法適用于空間受限的改造項目，因為該法不需要新增設備和占地。

5.結(jié)語

如上所述，四種排除碳酸鹽的方法各有利弊，在實際生產(chǎn)中，應根據(jù)項目具體情況選擇合適的方法。

參考文獻

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作者簡介：武慧芳（1985.10-），女，漢族，山西忻州人，碩士研究生，工程師，研究方向為氧化鋁生產(chǎn)工藝。