腐殖酸去除試劑對拜耳法生產氫鋁白度的影響

牛平召，王加文，寧陽東，郭秀爽

（中國鋁業(yè)山東分公司，山東 淄博255052）

1 前 言

某氧化鋁廠是國內首家自燒結法流程升級改造成低溫拜爾法的企業(yè)。該企業(yè)通過進行礦石溶出、分離沉降、葉濾機精濾、種分分解等工序源源不斷的生產出氫氧化鋁產品，其中分解工序采用一段法生產工藝。隨著鋁土礦的不斷溶出，礦石所包含的腐殖酸類有機物質會與堿液反應生成各種腐殖酸鈉進入到溶出礦漿。盡管在分離沉降和溶液凈化的過程中會排走和置換掉一部分有機碳物質（主要以赤泥或濾渣的形式排出，比例約占40%），但是剩余的腐殖酸鈉會不斷地在分離沉降、精濾、種分分解等工序之中循環(huán)積累，逐漸的接近平衡濃度［1］。

近幾年來，氧化鋁生產流程中有機物含量高的問題日益嚴重，不斷加劇。經過足夠時間的循環(huán)積累，種分母液中有機碳的含量為5.98 g/L，循環(huán)母液中更是達到了6.58 g/L。為此，國內外科研工作者對如何降低低溫拜耳法流程中有機物的含量進行了大量的科學試驗［2-3］，以克服有機物對拜耳法生產帶來的一系列不利影響。

2 腐殖酸的影響

2.1 拜耳法流程中腐殖酸的來源

拜耳法流程中的有機物主要來自鋁土礦攜帶、絮凝劑、減水劑、消泡劑等添加劑以及雨水等，其中三水鋁石中攜帶的大量腐殖質等物質是拜耳法流程中有機物的最主要來源，約占進入系統(tǒng)總有機物的96%［4］。三水鋁石中的有機物在濕法處理的過程中有77%與堿反應后生成鈉鹽進入生產流程，其中以腐殖酸根等形態(tài)存在的有機物約占21%。在拜耳法生產流程中，需要添加絮凝劑和消泡劑來促使赤泥與料漿的沉降分離，添加消泡劑和各種結晶助劑促使種分過程液位的穩(wěn)定和顆粒的長大，添加減水劑控制氫氧化鋁最終產品的水分等。這些有機添加劑的加入會造成腐殖酸類物質的進一步積累；雨雪天氣也會給拜耳法生產流程帶來一部分腐殖酸類物質。

2.2 腐殖酸對拜耳法生產的影響

1）腐殖酸類有機物質在高溫和液堿的作用下反應生成各種腐殖酸鈉，然后逐漸轉變成易溶的碳酸鈉和草酸鈉，生成的草酸鹽和碳酸鹽會對分解過程和產粒度等質量指標產生不利影響。

2）高分子類腐殖酸物質會加深鋁酸鈉溶液的色度，容易附著到氫氧化鋁產品表面，導致產品略帶紅色，嚴重影響氧化鋁產品的白度。以某氧化鋁廠為例，其氫氧化鋁產品白度如圖1所示。

圖1 腐殖酸去除試劑添加前氫鋁白度的變化情況

3）溶液中存在的腐殖酸鹽含量較高時，溶液或漿液中往往產生大量泡沫而減少設備容積，造成液位計失靈，進而影響實際的生產操作。同時由于有機物與堿反應生成各種有機鈉鹽，會造成液堿的損失，增大生產成本等［5-6］。

3 解決方案探索

為了解決流程中腐殖酸的存在對氧化鋁生產的影響，某氧化鋁廠根據生產情況制定以下試驗方案。通過使用腐殖酸去除試劑來消除腐殖酸對氧化鋁生產的不利影響，并加強精細化操作管控，穩(wěn)定生產條件，確保整條工藝流程的穩(wěn)定。

3.1 添加腐殖酸去除試劑試驗流程

腐殖酸去除試劑（CYQUEST）是Solvay 設計的用來去除拜耳法溶液腐殖酸的藥劑。拜耳法溶液中的深色主要是由溶解的腐殖酸引起的。工廠的使用經驗顯示，腐殖酸去除試劑能夠移除腐殖酸來降低溶液的可見光吸光度，降低溶液的色度，從而有效改善氫氧化鋁的白度。

試驗選用的腐殖酸去除試劑呈液態(tài)，通過1臺標準的藥劑添加泵，將腐殖酸去除試劑直接或稀釋后加到溶出稀釋料漿之中，充分混合（如圖2 所示）。腐殖酸去除試劑會和稀釋液里的腐殖酸結合形成固體在赤泥表面析出，在沉降分離洗滌過程與赤泥一起被排出流程。

3.2 腐殖酸去除試劑的影響

從2019 年5 月1 日開始，向稀釋槽出料泵中添加去腐殖酸劑試驗，腐殖酸去除試劑的添加量逐漸從5 mg/L 增加到30 mg/L，每次增加5 mg/L。添加去腐殖酸試劑期間產品白度分布的曲線見圖3。

圖3 腐殖酸去除試劑加量與氫氧化鋁白度變化情況

為了探究腐殖酸去除試劑對氫鋁白度的影響，盡可能的穩(wěn)定生產流程，確保腐殖酸去除試劑成為最大的影響變量。但是考慮到礦石是帶入流程的有機物的重要來源，所以對進廠的礦石原料進行了總有機碳和全碳分析，其結果如表1所示。

表1 使用礦石的有機碳含量情況%

從圖3可以看出，隨著腐殖酸去除試劑添加量的不斷增加，氫氧化鋁產品的白度先增大而后又逐漸降低，最終的產品白度仍然相對初始白度有所提高。原因分析如下。

1）隨著腐殖酸去除試劑的不斷增加，氫氧化鋁白度逐漸增大，一方面生產所使用礦石的有機物含量在不斷降低，另一方面是因為腐殖酸去除試劑與稀釋液中的腐殖酸彼此相互吸附形成固體沉淀隨著赤泥排除流程，達到了對溶液凈化的效果，氫氧化鋁白度顯著提高。

2）隨著腐殖酸去除試劑添加量的不斷增加，白度卻出現(xiàn)降低的情況。此時，一方面腐殖酸去除試劑是一種有機添加劑，隨著加入量的不斷增大，會存在溶液中滯留的現(xiàn)象，腐殖酸去除試劑會吸附在氫鋁表面，該試劑的存在會對氫鋁白度產生一定的影響；另一方面，拜耳法生產流程是一個動態(tài)持續(xù)的生產過程。生產所用的三水鋁石攜帶著有機碳等物質不斷增多，同時由于氣候和生產變故等原因會造成雨水以及有機添加劑等物質大量進入生產流程，這會導致氫氧化鋁產品白度降低?？傮w來說，腐殖酸去除試劑的加入改善了氫鋁產品的白度水平。從圖4 和圖5 可以看到，隨著腐殖酸去除試劑的不斷增加，精液吸光度顯著降低，雖然之后仍然有一定的波動，但是吸光度相對于腐殖酸去除試劑使用前相比顯著降低；而精液浮游物基本上沒有太大的波動，說明腐殖酸的存在對精液浮游物沒有什么顯著的影響。

圖4 腐殖酸去除試劑加量與精液吸光度的變化情況

圖5 腐殖酸去除試劑加量與精液浮游物變化情況

添加腐殖酸去除試劑的目的是澄化鋁酸鈉溶液，提高氫氧化鋁產品白度。通過此次試驗，氫鋁白度顯著提高，精液吸光度明顯降低，可以確認添加腐殖酸去除試劑對氫氧化鋁生產有著一定的促進作用，但是腐殖酸去除試劑的添加量應該有一個合適的數(shù)值范圍，另外腐殖酸去除試劑的添加量以及對鋁酸鈉溶液的澄化作用和機理仍需進一步摸索和探究。

4 結 語

1）添加腐殖酸去除試劑可以有效地降低鋁酸鈉溶液中的腐殖酸，精液吸光度不斷降低，溶液得到顯著凈化，氫鋁白度明顯提升，可以將腐殖酸去除試劑作為改善氫鋁產品白度的主要措施。

2）加強管理也是生產高白度氫氧化鋁的必要條件。針對公司的實際情況，一方面要盡可能穩(wěn)定礦石的質量，保證進入溶液中的有機物含量最小化；另一方面則是要做到生產現(xiàn)場的嚴格管控，降低腐殖酸等有機物通過雨水或者雜物的途徑進入生產流程。