復(fù)合型ZZDD種分結(jié)晶助劑在氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)中試用的結(jié)果表明,該添加劑具有顯著的強(qiáng)化附聚過(guò)程、促進(jìn)晶體生長(zhǎng)、降低產(chǎn)品磨損系數(shù)的作用。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明,平均粒徑增加了9μm、-45μm減少了9.9%、磨損系數(shù)降低了6.3%,同時(shí)能明顯地減少結(jié)疤、改善過(guò)濾效率、提高焙燒產(chǎn)能,為我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)砂狀化提供了一種簡(jiǎn)單方便、切實(shí)可行、卓有成效的解決途徑。
高鋁、高硅、低鐵難溶一水硬鋁石型鋁土礦,需高溫高堿溶出,采用一段法分解工藝,生產(chǎn)成本低,產(chǎn)出率高。分解初溫低,固含高,附聚受到限制,產(chǎn)品粒度呈現(xiàn)周期波動(dòng)。抑制二次成核數(shù)量,提高不利條件下附聚效果,在分解體系中維持新生晶粒數(shù)與已有晶粒數(shù)平衡,是一般法生產(chǎn)砂狀氧化鋁的關(guān)鍵。業(yè)內(nèi)認(rèn)為,在根據(jù)自身裝備及特點(diǎn)制定出合理和適宜的工藝制度的基礎(chǔ)上,輔助以添加結(jié)晶助劑,強(qiáng)化晶種分解過(guò)程,達(dá)到生產(chǎn)砂狀氧化鋁的目的,可能是一條有效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的途徑。據(jù)于此,研發(fā)出國(guó)產(chǎn)種分結(jié)晶助劑,并盡快地投入生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)氧化鋁產(chǎn)品砂狀化,填補(bǔ)我國(guó)氧化鋁種分結(jié)晶助劑的空白具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)產(chǎn)ZZDD種分結(jié)晶助劑的工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告如下。
1.由礦物油、天然植物油、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑及聚環(huán)氧烷高分子化合物等共同作為主要活性成分的添加劑——ZZDD種分結(jié)晶助劑,加入拜耳法氧化鋁生產(chǎn)線一段分解種分體系,開(kāi)展種分結(jié)晶助劑對(duì)分解過(guò)程影響的工業(yè)試驗(yàn)。
2.ZZDD種分結(jié)晶助劑由X--100/1.0及X--30/1.0柱塞式計(jì)量泵各兩臺(tái),在進(jìn)入晶種槽前10米的位置連續(xù)注入并與精液混合,流程如圖1所示。
考察期注入量:初次添加ZZDD種分結(jié)晶助劑的摸索、考察期,加入量為精液量的30PPm。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)一段法分解晶種粒度長(zhǎng)期跟蹤研究,晶粒長(zhǎng)大速度為0.95~1.05μm/天。2~3um的晶種長(zhǎng)至45um,約需40天,故將結(jié)晶助劑加入后40天作為觀察其效能的考察期。再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況:2012年9月5日前,生產(chǎn)上正處于一個(gè)細(xì)化周期高峰,用量以大一些為好,故在考察期內(nèi)連續(xù)以精液量的30PPm加入。
表1 試驗(yàn)期間晶種分解平均工藝條件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
表2 試驗(yàn)前后(2012年9月~2012年12月)晶種馬爾文分析結(jié)果
試驗(yàn)期注入量:考察期后,根據(jù)生產(chǎn)情況需要,加入量為精液量的10~20PPm。整個(gè)試驗(yàn)期,即2012年9月5日起至2012年12月5日止,平均用量為精液量的15PPm。
3.試驗(yàn)期間主要工藝技術(shù)條件
首槽溫度:58±0.5℃
末槽溫度:47.5±0.5℃
種固含:700~800g/l
分解時(shí)間:0~ 50h。
4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
(1)試驗(yàn)期間晶種分解平均工藝條件,見(jiàn)表1。
(2)試驗(yàn)開(kāi)始即重點(diǎn)考察生產(chǎn)過(guò)程中晶種粒度分布變化,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2及圖2~4。
從表2及圖2、圖3可以看出:在40天的考察期內(nèi),晶種中-10μm含量從1.07%急劇下降至0.26%,-20μm含量從2.82%降至1.78%,-45μm含量從21.7%降至11.81%,且D[4.3]從72.9μm增至81.92μm,晶體比表面積從0.0504m2/g下降至0.0398m2/g,效果非常明顯,說(shuō)明槽內(nèi)粒度轉(zhuǎn)入粗化期,ZZDD種分添加劑在此種分條件下對(duì)細(xì)粒子有很強(qiáng)的附聚能力,明顯地改善了種分系統(tǒng)中晶種的粒徑分布,在生產(chǎn)周期的全過(guò)程,都具備強(qiáng)化附聚、促進(jìn)晶體生長(zhǎng)的作用。
圖1 ZZDD種分結(jié)晶助劑加入流程示意圖
圖2 晶種Al(OH)3 D[4.3]、BET變化趨勢(shì)圖
圖3 晶種Al(OH)3 粒度-20um、-10um變化趨勢(shì)圖
考察期加入量為30PPm,至10月5日下調(diào)為10PPm。比較表2中的未加劑期、考察期、試驗(yàn)期這三組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出:其D[4.3]、-45μm、-10μm、比表面積BET數(shù)據(jù)明顯好于整個(gè)試驗(yàn)期,說(shuō)明在此工藝條件下,添加量與種分過(guò)程存在明顯的量效關(guān)系。
9月5日添加結(jié)晶助劑時(shí),體系正處于細(xì)化期,晶種-45um處高峰值,達(dá)到了40%。從圖2、3、4中都可看出,至11月初,-45um僅為1.3%,此后又出現(xiàn)兩個(gè)細(xì)化的小高峰,這兩次細(xì)化峰值及周期都比添加結(jié)晶助劑前有較大的改善,從而可以總結(jié)兩點(diǎn):第一,氧化鋁砂狀攻關(guān),工藝條件及工藝制度始終是第一位的。工藝條件及工藝制度是砂狀氧化鋁生產(chǎn)的基礎(chǔ),添加劑只能是起輔助的作用;第二,結(jié)晶助劑怎樣加、何時(shí)加、加多少,如何充分發(fā)揮其作用,達(dá)到強(qiáng)化結(jié)晶過(guò)程直至實(shí)現(xiàn)砂狀,提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本,還須在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、找出規(guī)律,逐步形成一套完整的添加工藝機(jī)制。
(3)表3為空白期至整個(gè)試驗(yàn)期(2012年6月至2012年12月)產(chǎn)品的粒度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表,從表中也可看到粒度有了明顯的改善,尤其是考察期結(jié)晶助劑加入量大時(shí),改善的程度更為可觀,氧化鋁產(chǎn)品中-325#的比例減少的幅度(考察期減少了8.40%)比氫氧化鋁還大一些(考察期減少了6.10%),說(shuō)明種分系統(tǒng)添加結(jié)晶助劑40天后,能明顯減少氫氧化鋁灼燒過(guò)程中的破損率。從考察期磨損指數(shù)α自31.3%大幅降為25.0%,也能反應(yīng)這一點(diǎn)。
(4)表4為試驗(yàn)期間每月的分解率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表。從中可以看到,添加結(jié)晶助劑對(duì)生產(chǎn)種分分解率基本沒(méi)有影響。
(5)表5為試驗(yàn)期間(2012年6月至2012年12月)氫氧化鋁及產(chǎn)品氧化鋁中主要化學(xué)雜質(zhì)含量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。從中可知,添加結(jié)晶助劑對(duì)產(chǎn)品純度、品質(zhì)沒(méi)有影響。
(6)試驗(yàn)期間使用結(jié)晶助劑后:
種分槽寬板換熱器換熱泵電流效率提高了40A左右,分解槽運(yùn)行平穩(wěn)。種分1—1槽工作150日退槽清理結(jié)疤表明,加入種分結(jié)晶助劑后,原有種分槽嚴(yán)重結(jié)疤的狀況得到了明顯的緩解。至10月下旬后,種子過(guò)濾系統(tǒng)停開(kāi)一臺(tái)立盤過(guò)濾機(jī)。焙燒爐產(chǎn)能提高了17%,達(dá)到了歷史最好水平。
圖4 晶種Al(OH)3粒度-45um變化趨勢(shì)圖
由礦物油、天然植物油、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑及聚環(huán)氧烷高分子化合物這五類物質(zhì)復(fù)合成的ZZDD種分結(jié)晶助劑對(duì)強(qiáng)化一段法分解條件下細(xì)粒子附聚,改善氧化鋁生產(chǎn)種子分解系統(tǒng)粒度、提高產(chǎn)品粒度、降低產(chǎn)品磨損系數(shù)有非常明顯的效果,能夠不改變現(xiàn)有一段分解制度條件,實(shí)現(xiàn)砂狀氧化鋁生產(chǎn)。
表3 試驗(yàn)期間氫氧化鋁及氧化鋁粒度及強(qiáng)度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
表4 試驗(yàn)期間種分分解率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
表5 晶種Al(OH)3與產(chǎn)品Al2O3中主要化學(xué)雜質(zhì)含量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
實(shí)現(xiàn)砂狀氧化鋁生產(chǎn)的關(guān)鍵是適宜的、穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝條件或工藝制度,種分結(jié)晶添加劑是重要的輔助手段。結(jié)晶添加劑在具體某種生產(chǎn)工藝制度條件下使用的效果及效率,需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累、找出其規(guī)律性,制定出正確的添加制度才能得以保證,做到有針對(duì)性并切實(shí)可行地解決生產(chǎn)中存在的實(shí)際問(wèn)題。