王 毅， 張 瑞

(中鋁山西分公司， 山西 河津 043300)

輕金屬

論拜耳法流程中排鹽工藝的創(chuàng)新

王 毅， 張 瑞

(中鋁山西分公司， 山西 河津 043300)

提出拜耳法流程中對(duì)高壓溶出料漿(高溫、高壓、高堿濃度工況)進(jìn)行強(qiáng)制過(guò)濾，在實(shí)現(xiàn)赤泥分離的同時(shí)排出部分Na2CO3、Na2SO4結(jié)晶。小型試驗(yàn)結(jié)果表明，該排鹽工藝具有提產(chǎn)、節(jié)能、減排的效果，當(dāng)入磨A/S降低時(shí)節(jié)能減排效果尤為顯著。

拜耳法； NC/NT； 強(qiáng)制分離； 赤泥綜合利用； 蒸發(fā)排鹽； 赤泥洗液

拜耳法流程中，由于礦石、石灰、煙塵及有機(jī)物等與溶液發(fā)生反苛化反應(yīng)，循環(huán)液中的Na2CO3不斷增加，影響生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其對(duì)于高壓溶出(料漿自蒸發(fā)壓力升高，打稀堿頻繁)、赤泥分離(溶液粘度增大，沉速降低)、母液蒸發(fā)等工序，影響更為突出。因此各拜耳法生產(chǎn)廠都非常重視Na2CO3的排除方法。

1 現(xiàn)行的排鹽工藝

1.1 濃縮排鹽+苛化

濃縮排鹽+苛化是目前各拜耳法廠通用的流程，即將種分母液蒸至Na2CO3能夠析出的濃度，通過(guò)沉降過(guò)濾將Na2CO3以濾餅形式排出，再加水稀釋加石灰苛化，使Na2CO3轉(zhuǎn)化為NaOH返回流程。該工藝存在明顯弊端：

(1)能耗高且嚴(yán)重影響蒸發(fā)產(chǎn)能。Na2CO3的析出是隨Na2OT濃度、Nc/NT升高而變化的一個(gè)過(guò)程，因此為了避免Na2CO3在蒸發(fā)管壁上析出，通常采用強(qiáng)制循環(huán)——即強(qiáng)制效。此過(guò)程需要采用強(qiáng)制循環(huán)泵和真空泵，導(dǎo)致電耗升高。另外，溶液濃度越高，換熱效果越差，因此汽耗升高。

(2)溶液濃度變化導(dǎo)致汽耗升高。通常Na2OT升高到300 g/L以上時(shí)，Na2CO3才會(huì)大量析出，但苛化液的濃度一般為100 g/L，即蒸濃后加水稀釋，然后再蒸濃才能滿足溶出需要，此過(guò)程造成蒸汽的極大浪費(fèi)。

1.2 洗液苛化

洗液苛化有效利用了洗液濃度低的特點(diǎn)，與濃縮排鹽+苛化相比，可顯著降低蒸發(fā)量，但溶液αK低、Al2O3含量高、苛化率更低(50%)，既消耗大量石灰，又使所含Al2O3進(jìn)入渣中而損失[2]。

1.3 鋇鹽苛化

鋇鹽苛化具有苛化率高、排鹽徹底、流程簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但存在添加劑價(jià)格高昂，回收物再生困難的弊端[3]。

2 新排鹽工藝探討

2.1 溶出出料排鹽工藝

Na2CO3、Na2SO4等雜質(zhì)在堿液中的溶解度隨堿液濃度(Na2OT)的提高而減小，即氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的循環(huán)液αK越低，全堿濃度越高，Nc/NT越低。表1為山西鋁廠三個(gè)分廠循環(huán)液Nc/NT的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表1 山西鋁廠三個(gè)分廠Nc/NT統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) %

表1中數(shù)據(jù)說(shuō)明，由于溶出液的全堿濃度(≥300 g/L)高，αK低(1.4左右)，導(dǎo)致Na2CO3溶解濃度大幅降低而成為固體析出。若在此工序?qū)⑵潆S同赤泥排出系統(tǒng)，將大大減輕Na2CO3(Na2SO4)等雜質(zhì)對(duì)流程的不利影響，而且此過(guò)程不需要成本高昂的蒸發(fā)工藝。模擬試驗(yàn)(過(guò)濾面積0.04 m2,流量0.125 L/(s·m2)，連續(xù)48 h)結(jié)果表明，在達(dá)到降低溶液Nc/NT效果的同時(shí)，由于溫度高(溶液粘度小)、壓力高，其濾餅含水可降低至30%左右。每排1 t赤泥約排88.8 kg Na2Oc。模擬試驗(yàn)濾餅的主要組成見(jiàn)表2。模擬試驗(yàn)與同步半工業(yè)試驗(yàn)精液指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。

表2 模擬試驗(yàn)濾餅組成統(tǒng)計(jì) %

表3 模擬試驗(yàn)與同步半工業(yè)試驗(yàn)精液指標(biāo)對(duì)比

鑒于理論、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果一致，建議傳統(tǒng)的苛化排鹽改為溶出出料排鹽，改進(jìn)后的排鹽工藝見(jiàn)圖1。

圖1 溶出出料排鹽工藝流程圖

2.2 溶出出料排鹽的利弊

實(shí)施溶出出料排鹽有兩個(gè)需要解決的問(wèn)題：一是強(qiáng)制分離設(shè)備的選擇，二是分離固體物所含有效成分的利用。對(duì)于分離設(shè)備，已通過(guò)小型工業(yè)試驗(yàn)，其適合高溫、高壓、高濃度堿液工況，但還需通過(guò)工業(yè)規(guī)模驗(yàn)證其運(yùn)行周期，其固體分離物含水率按32%考慮。根據(jù)Na2O-Al2O3-H2O相圖[4]，溶出液蒸發(fā)烘干至Na2O·Al2O3·2.5H2O時(shí)，即成為固相。按百分比計(jì)算，Al2O337%，Na2O 27%。每噸干固體的物料組成為0.8 t赤泥和0.2 t固體鋁酸鈉，即1 t干固體含：

Al2O337%×0.2=0.074 t

Na2O 27%×0.2=0.054 t(折NaOH為0.07 t)

按市場(chǎng)價(jià)(不含稅)Al2O32 300元/t、NaOH 2 000元/t計(jì)，則每噸損失(不包括溶出液的后續(xù)處理費(fèi)用)：

0.074×2 300+0.07×2 000=310.2元

應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，此物料屬于高質(zhì)量的水泥速凝劑，目前市場(chǎng)需求大、價(jià)格高，產(chǎn)品銷售價(jià)為550元/t(不含稅)，若烘干費(fèi)按100元/t估算，則每噸可實(shí)現(xiàn)利稅：550-310.2-100=139.8元/t。另外由于減少了稀釋脫硅過(guò)程，粗液硅量指數(shù)稍有降低，可通過(guò)提高溶出系統(tǒng)脫硅效率，彌補(bǔ)該技術(shù)對(duì)脫硅造成的不利影響。

3 結(jié)論

新的排鹽工藝具有提產(chǎn)、節(jié)能、減排的特點(diǎn)。

(1)系統(tǒng)產(chǎn)能提高。 試驗(yàn)表明，采用該工藝可將入磨母液中的Nc/NT由12%降至8%(第一階段降為10%，第二階段降為8%),按此計(jì)算，系統(tǒng)產(chǎn)能可提高10%。

(2)蒸發(fā)能耗顯著降低。該排鹽工藝不需二次濃縮；部分赤泥直接排出流程，省去了赤泥洗滌工序，每噸赤泥可減少水耗0.8 t，省去了該部分水的蒸發(fā)能耗；由于是蒸發(fā)前排鹽，蒸發(fā)器管壁結(jié)疤減弱，換熱效率大幅提高；無(wú)強(qiáng)制循環(huán)過(guò)程，降低了電耗。

(3)變廢為寶。赤泥作為水泥速凝劑，為氧化鋁行業(yè)減排創(chuàng)出一條新路。

(4)由于采用快速分離，可有效減少鋁酸鈉溶液水解損失，提高凈溶；可降低絮凝劑的添加量和濾布消耗量；隨著入磨A/S的降低(大勢(shì)所趨)，赤泥處理系統(tǒng)已成為各廠提產(chǎn)的瓶頸，此工藝可有效緩解此矛盾；對(duì)于蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)能不足的生產(chǎn)廠，此工藝更有針對(duì)性。

[1]上官正，楊重愚.拜耳法苛化工藝探討[A]. 氧化鋁學(xué)術(shù)會(huì)論文集,1996,10：1-3.

[2]張櫵青.關(guān)于拜耳法生產(chǎn)流程中的一水蘇打的洗液苛化問(wèn)題[J]. 鋁鎂通訊，1995，(4).

[3]吳瑞巧，焦淑紅，鄒若飛.用苛化沉淀合成鋁酸鈉試驗(yàn)研究[J]. 山東化工，2006，(1).

[4]王學(xué)詩(shī)等.工業(yè)氧化鋁化學(xué)制品[R].山西鋁廠內(nèi)部資料1989,7：170.

InnovationofsaltdischargingprocessinBayermethod

WANG Yi, ZHANG Rui

In the Bayer method process, it is suggested that the high pressure digesting slurry (high temperature, highi pressure, high alkali concentration) should be forced filtered to realize the separating the red mud and discharging part Na2C, Na2S crystal meanwhile. The pilot test results showed that the measures of salt discharging can increase the yield, save energy and reduce emission, and the effects was obvious when the into-grinding A/S decreased.

Bayer method; NC/NT; forced separation; comprehensive utilization of red mud; salt discharging with evaporation; washing liquor of red mud

王毅(1978—)，男，山西運(yùn)城人，畢業(yè)于中南大學(xué)有色冶金專業(yè)， 氧化鋁工藝工程師。

TF821

B