趙明偉，呂 瑞

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氧化鋁生產(chǎn)晶種分解研究

趙明偉，呂 瑞

（河南有色匯源鋁業(yè)有限公司， 河南 平頂山 467300）

晶種分解是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一，晶種分解最終得到質(zhì)量好的氫氧化鋁和苛性比值較高的種分母液，從而提高拜耳法的循環(huán)效率。簡(jiǎn)單介紹拜耳法氧化鋁生產(chǎn)影響晶種分解過(guò)程的主要因素及種分分解率和產(chǎn)品粒度的控制。

拜耳法; 晶種分解; 分解率; 產(chǎn)品粒度

晶種分解的目的是獲得質(zhì)量好的氫氧化鋁和苛性比值較高的種分母液，分解率和產(chǎn)品粒度相互制約，選擇最佳的分解作業(yè)條件，保證產(chǎn)品有適當(dāng)?shù)牧６确植迹瑫r(shí)又獲得高的產(chǎn)出率，是晶種分解工序需要解決的首要問(wèn)題。

1 分解溫度的影響

1.1 初溫控制

溫度降低，可以獲得較高的分解率和分解槽的單位產(chǎn)能。溫度控制過(guò)低，由于溶液粘度顯著提高，溶液穩(wěn)定性增加，反而使分解速度降低。分解初溫較高，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有利，若在較低的情況下進(jìn)行分解，分解初溫較低，分解產(chǎn)物中的不溶性Na2O含量越高，析出SiO2數(shù)量有所增加，產(chǎn)品中會(huì)有很多粒度小而雜質(zhì)含量多的氫氧化鋁，勢(shì)必會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，初溫是影響氫氧化鋁粒度的主要因素。

1.2 影響初溫的主要因素

（1）穩(wěn)定的精液量、穩(wěn)定的母液量；（2）合理正確選擇降溫設(shè)備；（3）及時(shí)對(duì)降溫設(shè)備進(jìn)行倒機(jī)清洗，保證換熱效果。

1.3 階梯降溫制度

為保證較高的分解率并得到粒度較粗、質(zhì)量好的氫氧化鋁，采用變溫分解制度，分解初期過(guò)飽和度高，分解速度較快，但隨著分解過(guò)程的進(jìn)行，雖然溶液的苛性比逐漸增大，溶液過(guò)飽和度迅速減小，但由于溫度降低，分解仍可以在一定過(guò)飽和度條件下繼續(xù)分解，所以整個(gè)分解過(guò)程進(jìn)行的比較均衡，如果固定在較低的溫度下進(jìn)行分解，開(kāi)始時(shí)分解速度過(guò)快，容易析出很多細(xì)粒子氫氧化鋁。

初溫高而不能迅速降溫，則分解速度由于溶液的過(guò)飽和度減小而迅速下降，從而最終影響分解率。就分解率而言，但無(wú)限降低分解溫度，會(huì)使分解過(guò)分解，導(dǎo)致氫氧化鋁中細(xì)粒子增多，溫度降低后，粘度增大，將會(huì)給氫氧化鋁分離過(guò)濾作業(yè)帶來(lái)困難。當(dāng)初溫和終溫一定時(shí)，分解初期降溫快，分解速度也快，所以說(shuō)，分解初期較快的降溫，分解后期緩慢降溫，這樣既可以提高分解率，又不明顯的影響產(chǎn)品質(zhì)量[1]。

我公司對(duì)分解溫度的控制主要是根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)際情況，如產(chǎn)品質(zhì)量粒度、雜質(zhì)含量等，適當(dāng)對(duì)分解溫度上限、下限進(jìn)行調(diào)整控制，來(lái)滿足生產(chǎn)需要，減少雜質(zhì)析出，但首槽溫度過(guò)高首先對(duì)會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)母液溫度降低，蒸發(fā)能耗產(chǎn)能會(huì)受到影響，其次是分解受降溫設(shè)備的限制，溫度不容易控制，造成分解率下降，所以應(yīng)嚴(yán)格控制精液質(zhì)量，減少有機(jī)物的帶入。正常情況下我公司首槽溫度一般控制在57～62 ℃之間，1#、2#分解槽自然降溫，3#至末槽采用螺旋板換熱器強(qiáng)制降溫，溫差在2 ℃左右，末槽終溫46～52 ℃之間，首末槽溫差在12～13 ℃之間，分解率在48%～50%之間。

2 鋁酸鈉溶液苛性比值和濃度的影響

2.1 NaAl(OH)4溶液苛性比值的影響

分解原液的苛性比值是影響種分分解的主要因素，因此降低分解原液的苛性比值是提高分解率強(qiáng)化種分過(guò)程的主要也是最有效的途徑。適當(dāng)提高Al2O3溶液濃度可以提高分解過(guò)程的產(chǎn)出率，減少物料流量和蒸發(fā)負(fù)擔(dān)，但溶液濃度過(guò)高會(huì)使飽和度降低，分解率下降，同時(shí)使產(chǎn)品粒度變細(xì)，強(qiáng)度降低。因此根據(jù)分解工藝操作條件不同，找出一個(gè)對(duì)應(yīng)最大分解率的原液濃度至關(guān)重要[2]。

2.2 NaAl(OH)4溶液濃度的影響

溶出后漿液用赤泥洗液來(lái)進(jìn)行稀釋，從而降低鋁酸鈉溶液的濃度，降低其穩(wěn)定性，使分解速度加快，不僅能達(dá)到較高的分解率還能使拜耳法生產(chǎn)的循環(huán)效率得到提高。但如果過(guò)度稀釋溶液會(huì)使其穩(wěn)定性急劇下降，造成鋁酸鈉溶液水解，使赤泥中的氧化鋁損失增加，同時(shí)，由于進(jìn)入流程的水量增加，也會(huì)增大蒸發(fā)工段的負(fù)擔(dān)和費(fèi)用，能耗上升。某些拜耳法生產(chǎn)氧化鋁廠，為減輕蒸發(fā)負(fù)擔(dān)，降低蒸發(fā)能耗，將成品洗液直接加入沉降系統(tǒng)或用一部分成品洗液來(lái)進(jìn)行稀釋，成品洗液ak偏高，造成鋁酸鈉溶液ak值上升，影響晶種分解。

2.3 降低原液ak的重要途徑

（1）提高溶出溫度，降低溶出礦漿的苛性比值；

（2）控制好稀釋用一次洗滌水的苛性比值，達(dá)到降低原液苛性比值的目的；

（3）提高沉降槽溫度，避免鋁酸鈉溶液水解，穩(wěn)定原液苛性比值；

（4）抓好循環(huán)母液的配堿質(zhì)量及配礦工作，防止礦石品位及固含偏低造成配堿過(guò)剩，導(dǎo)致溶出液ak偏高。

2.4 原液濃度和ak對(duì)氫氧化鋁產(chǎn)品粒度和強(qiáng)度的影響

原液濃度和ak對(duì)氫氧化鋁產(chǎn)品粒度和強(qiáng)度的影響比較復(fù)雜，原液ak降低，氫氧化鋁粒度有變細(xì)趨勢(shì)，這是在一定條件下分解速度太快造成的，但另一方面，ak值低時(shí)，過(guò)飽和度高能促進(jìn)晶體的長(zhǎng)大，所以說(shuō)原液ak值對(duì)分解粒度的影響具有雙重性。原液濃度對(duì)產(chǎn)品粒度的影響隨溫度及其他條件不同而異，濃度低時(shí)，過(guò)飽和度高能促進(jìn)晶體的長(zhǎng)大過(guò)程，所得氫氧化鋁由細(xì)的單晶組成，晶間空隙被Al(OH)3“粘結(jié)劑”所填滿，成為強(qiáng)度高的鑲嵌式結(jié)構(gòu)；濃度高時(shí)，低飽和度溶液得到的氫氧化鋁顆粒由大的單晶組成，晶粒間空隙未被Al(OH)3填滿，強(qiáng)度差。濃度對(duì)氫氧化鋁粒度的影響在低溫時(shí)比高溫顯著，因此生產(chǎn)砂狀氧化鋁溶液濃度和ak值要控制低一些。

3 晶種數(shù)量和質(zhì)量的影響

鋁酸鈉溶液必須加大量的氫氧化鋁晶種才能分解是它的一個(gè)突出特點(diǎn)，在其它條件相同時(shí)，提高種子添加量可使分解速度加快，提高分解率，同時(shí)使產(chǎn)品的粒度變粗。但過(guò)多的晶種數(shù)量，本身帶入高苛性比值的附液量也增加，我公司使用的立盤過(guò)濾機(jī)濾餅附液在13%左右，母液的帶入致使分解原液的苛性比值升高，分解速度下降。另外依據(jù)實(shí)踐證明分解固含對(duì)分解率也有很大的影響，平均固含控制不能低于750 g/L。

鋁酸鈉溶液的分解從晶種表面開(kāi)始，所以晶種的比表面和表面結(jié)構(gòu)在很大程度上決定其活性，晶體表面上的微觀缺陷、晶體的棱和角是活性點(diǎn)，晶種中大部分顆粒的平均粒度以40～60 μm為宜[3]。

4 分解時(shí)間及母液苛性比值的影響

影響分解率的另一個(gè)重要因素是分解時(shí)間。當(dāng)其他條件相同時(shí)，分解率隨分解時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，過(guò)早地停止分解會(huì)造成分解率降低，氧化鋁返回得多，母液分子比過(guò)低，不利于溶出，并增加了整個(gè)系統(tǒng)的物料量，母液分子比過(guò)低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成種子過(guò)濾機(jī)濾布結(jié)疤，種子加入量不足，形成惡型循環(huán)，但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使產(chǎn)品粒度變細(xì)，分解槽單位產(chǎn)能降低，因此要綜合考慮，根據(jù)具體情況確定分解時(shí)間，以保證分解槽有較高的產(chǎn)能，并能達(dá)到一定的分解率。一般分解時(shí)間控制在60 h較為適宜，另外，分解槽運(yùn)行一定時(shí)間后，槽底及槽壁會(huì)形成結(jié)疤，有效分解時(shí)間不足，這在計(jì)算分解時(shí)間時(shí)也應(yīng)考慮進(jìn)去。

5 攪拌速度和雜質(zhì)的影響

分解速度取決于擴(kuò)散速度，但攪拌速度過(guò)高，顆粒會(huì)發(fā)生破裂，產(chǎn)生很多的細(xì)粒子，過(guò)慢不但起不到攪拌作用，還會(huì)造成分解槽沉槽，因此，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定最適宜的攪拌速度和攪拌強(qiáng)度。

影響分解的雜質(zhì)主要有機(jī)物雜質(zhì)和無(wú)機(jī)物的雜質(zhì)，有機(jī)物包括腐植酸類、腐植酸類的中間降解產(chǎn)物和低分子脂肪類物質(zhì)，主要以草酸鈉為主。無(wú)機(jī)物包括碳酸鈉、硫酸鈉和硫酸鉀，主要以碳酸鈉為主。這些雜質(zhì)的溶液包裹晶體表面，降低晶體活性，阻止晶體的進(jìn)一步長(zhǎng)大，影響二次成核，顆粒的附聚，有的雜質(zhì)還會(huì)進(jìn)入晶體，影響氫氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量[4]。

6 添加劑的影響

我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)晶種分解過(guò)程存在著分解時(shí)間長(zhǎng),分解率低,產(chǎn)品強(qiáng)度低等問(wèn)題，在種分過(guò)程中，加入微量的添加劑（納爾科(Nalco)公司的產(chǎn)品結(jié)晶助劑（CGM7837）來(lái)強(qiáng)化分解過(guò)程，提高分解率、提高產(chǎn)品的粒度和強(qiáng)度，AO粒度的改善能降低下游電解鋁廠生產(chǎn)過(guò)程中的飛揚(yáng)損失并提高電解電流效率，從而促進(jìn)AO的銷售,是既簡(jiǎn)單又有效的方法。所以每個(gè)氧化鋁廠應(yīng)結(jié)合本廠目前生產(chǎn)情況，總結(jié)粒度變化周期，適量添加結(jié)晶助劑利于增強(qiáng)及控制氫氧化鋁附聚、成核及晶體生長(zhǎng)，并限制草酸鹽及其它有機(jī)物的同時(shí)分解，還呈現(xiàn)良好的防沫性，減少消泡劑的加入量。下面為有色匯源二線2011年分解車間6月份產(chǎn)品粒度惡化（如圖1），最差8月20日左右產(chǎn)品AO粒度篩分法-45 μm分析結(jié)果最差達(dá)70%以上，添加結(jié)晶助劑后粒度趨勢(shì)圖如圖2。

圖1 粒度惡化趨勢(shì)圖

圖2 加藥劑后粒度變化趨勢(shì)圖

影響產(chǎn)品粒度最主要的有精液ak值、精液浮游物含量、碳?jí)A含量、有機(jī)物及雜質(zhì)含量、分解降溫制度、分解固含等因素，且每一項(xiàng)指標(biāo)的波動(dòng)對(duì)于產(chǎn)品粒度來(lái)說(shuō)都至關(guān)重要，需要以上指標(biāo)都達(dá)到要求才有利于產(chǎn)品粒度，而以上指標(biāo)涉及面大，牽扯車間多，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)控制來(lái)說(shuō)有一定的難度，沒(méi)有總結(jié)出一套預(yù)防產(chǎn)品粒度細(xì)化的措施，通過(guò)這次粒度波動(dòng)我們轉(zhuǎn)變觀念、總結(jié)教訓(xùn)、采取措施，合理調(diào)整分解溫度，根據(jù)細(xì)顆粒含量調(diào)整使用結(jié)晶助劑用量，建立產(chǎn)品粒度數(shù)據(jù)庫(kù)，整理出一套產(chǎn)品粒度粒徑分布數(shù)據(jù)庫(kù)及粒度粒徑變化曲線圖，使產(chǎn)品粒度由無(wú)知到可知、可控。從2012年粒度變化趨勢(shì)圖可以看出，通過(guò)監(jiān)測(cè)粒度粒徑變化，可以做到早調(diào)控、早預(yù)防，采取措施，避免產(chǎn)品粒度爆炸性細(xì)化。

對(duì)于產(chǎn)品粒度周期性變化的特殊屬性是無(wú)法改變的，產(chǎn)品粒度的變化趨勢(shì)曲線近似于正弦曲線，不管對(duì)生產(chǎn)控制的如何到位都無(wú)法改變這一特性，我們只能控制的使正弦曲線的振幅減小，正弦曲線的波長(zhǎng)增長(zhǎng)；因此對(duì)于產(chǎn)品粒度波動(dòng)要正確對(duì)待，尤其是對(duì)于AH粒度指標(biāo)考核并非越小越好，目前對(duì)AH粒度指標(biāo)考核-45 μm達(dá)8%以下并非好事，AH顆粒粒徑大到一定程度便會(huì)爆炸性細(xì)化，最主要的是AH顆粒的強(qiáng)度，我們要做的就是調(diào)整好影響產(chǎn)品粒度的各項(xiàng)指標(biāo)以及使用好添加劑（結(jié)晶助劑）。

此次AO粒度波動(dòng)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，為此我公司也借鑒了外公司不少的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為我所用，同時(shí)又根據(jù)此次AO粒度波動(dòng)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，制定措施，根據(jù)粒度變化周期提前預(yù)防。

（1）利用結(jié)晶助劑調(diào)整細(xì)顆粒的含量，縮短粒度變化的振幅，延長(zhǎng)粒度變化的波長(zhǎng)，有利于產(chǎn)品粒度穩(wěn)定運(yùn)行；

（2）生產(chǎn)管理上采用治根與治表相結(jié)合的辦法，從根源抓起，先后采取精礦分流使一二線精礦均分，使一二線精液成分及有機(jī)物含量相同；精液互送調(diào)整分解時(shí)間，改善產(chǎn)品質(zhì)量；并從配堿到礦漿固含嚴(yán)抓，確保二線精液量的穩(wěn)定和ak值的穩(wěn)定，降低了精液中有機(jī)物的帶入量，有利于產(chǎn)品粒度的調(diào)整；

（3）車間在工藝管理方面，從嚴(yán)從細(xì)抓起，嚴(yán)格監(jiān)控各種工藝操作條件，加大創(chuàng)新力度，如增設(shè)種子槽測(cè)溫裝置，確保首槽溫度控制上可以提前了解，提前控制，提前調(diào)整，有利于操作，控制到位；

（4）分解中間溫度控制方面，分解車間采用梯度降溫限制方法，車間細(xì)化到每個(gè)分解槽降溫梯度范圍并納入績(jī)效考核，使其操作工嚴(yán)格執(zhí)行，使其梯度降溫更嚴(yán)格更合理。

7 結(jié) 論

通過(guò)以上看出，強(qiáng)化晶種分解過(guò)程提高分解率是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的一個(gè)關(guān)鍵工序，而且還直接影響循環(huán)效率及其它工序。種分分解率的高低對(duì)分解槽的單位產(chǎn)能、溶液產(chǎn)出率和產(chǎn)品質(zhì)量都有直接的影響。為保證晶種分解過(guò)程，通過(guò)確定合理的分解降溫制度、適當(dāng)延長(zhǎng)分解時(shí)間、降低溶出液與精液ak、降低溶出后的鋁酸鈉溶液的濃度，從而提高原液的苛性比值、保證晶種的數(shù)量和質(zhì)量、合理添加少量添加劑保證產(chǎn)品的粒度和強(qiáng)度，從而強(qiáng)化分解，提高分解率，對(duì)降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

［1］畢詩(shī)文.氧化鋁生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］沈濤.淺談如何提高氧化鋁生產(chǎn)中的種分分解率[J].河南化工，2011，25(4):30-32.

［3］和鳳枝.淺談如何提高拜耳法精種分解產(chǎn)出率[J].輕金屬，2004 (3 ):10-12.

［4］楊重愚.氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué)〔M〕.北京：冶金工業(yè)出版社，1993-10.

Analysis on Crystal Seed Decomposition in Aluminum Production

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（Henan Nonferrous Huiyuan Aluminum Co., Ltd., Henan Pingdingshan 467300, China）

The crystal seed decomposition is a key process in Bayer process, aluminium hydroxide with good quality and mother liquid with high caustic ratio can be gained by the crystal seed decomposition, so it can improve the efficiency of the Bayer cycle. In this paper, main factors to affect crystal seed decomposition in the Bayer process were described, how to control seed decomposition rate and particle size was discussed.

Bayer process；Seed decomposition；Seed decomposition rate；Particle size

TQ 133

A

1671-0460（2014）06-1008-03

2013-10-10

趙明偉（1982-），男，河南平頂山人，助理工程師，2001年畢業(yè)于河南工程技術(shù)學(xué)校熱力發(fā)電廠運(yùn)行專業(yè)，從事化工工藝技術(shù)管理工作。E-mail：751620621@qq.com。