衛(wèi)學(xué)武
(河南能源義煤公司義翔鋁業(yè),河南 三門峽 472435)
我國(guó)96%的鋁土礦為一水硬鋁石型鋁土礦,具有高鋁高硅、溶出溫度高等特性。因此,以一水硬鋁石型鋁土礦為原料生產(chǎn)氧化鋁的企業(yè),95%產(chǎn)能使用的是高溫拜耳法生產(chǎn)工藝。在拜耳法粗液控制過(guò)濾中,用硅藻土、活性炭、ɑ-纖維素和水合鋁酸鈣做濾餅預(yù)涂層材料,使濾餅疏松,過(guò)濾阻力減少。有學(xué)者指出,在使用水合鋁酸鈣做濾餅預(yù)涂層材料時(shí),其粒度在33~43 μm,可減輕赤泥對(duì)濾布的堵塞,降低過(guò)濾阻力;影響水合鋁酸鈣質(zhì)量的因素是合成用溶液的苛性堿濃度NK和其中的AL2O3量、CaO加入量和加入速度、合成時(shí)間及合成溫度等;用水合鋁酸鈣做預(yù)涂層,可大大提高葉濾機(jī)產(chǎn)能[1]。因此,本試驗(yàn)研究石灰消化水質(zhì)、石灰消化溫度、反應(yīng)時(shí)間、精液和石灰乳配比對(duì)水合鋁酸鈣過(guò)濾性能的影響。
取入磨石灰,石灰成分如表1所示,然后取溶出二次水、蒸發(fā)好水、化驗(yàn)室去離子水備用,其堿度如表2所示,精液成分如表3所示。
表1 石灰成分
表2 各類水的堿度
表3 精液成分
將溶出二次水,蒸發(fā)好水分別加熱、冷卻至95℃、70℃?zhèn)溆茫挥蒙鲜?種熱水分別進(jìn)行消化試驗(yàn),將入磨石灰制備成CaOf為120±20 g/L左右的石灰乳備用;將精液與上述4種石灰乳按照1:1和3:1混合,在100℃反應(yīng)2 h,合成水合鋁酸鈣;分別測(cè)試上述4種水合鋁酸鈣過(guò)濾性能好壞。
為進(jìn)一步試驗(yàn),用去離子水加熱至60℃進(jìn)行消化,緩慢加入出爐石灰,使其消化溫度不超過(guò)70℃,制備成CaOf為120±20 g/L左右的石灰乳備用;再將精液和石灰乳都加熱到100℃后,按1:1和3:1混合,在100℃反應(yīng)合成水合鋁酸鈣,分別在0 h、0.5 h、1 h、2 h取樣;分別測(cè)試上述4種水合鋁酸鈣過(guò)濾性能好壞。
表4 精液與石灰乳按1∶1混合結(jié)果
圖1 溶出二次水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過(guò)濾性能對(duì)比
圖2 蒸發(fā)好水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過(guò)濾性能對(duì)比
圖3 溶出二次水與蒸發(fā)好水在70℃制水合鋁酸鈣過(guò)濾性能對(duì)比
從表4、圖1、圖2、圖3可看出,當(dāng)精液與石灰乳按1:1反應(yīng)時(shí),溶出二次水與蒸發(fā)好水在70℃消化石灰制成的水合鋁酸鈣比在95℃消化石灰制成的水合鋁酸鈣效果好;在相同溫度消化石灰制成水合鋁酸鈣,蒸發(fā)好水合成的水合鋁酸鈣與溶出二次水相差不大。
表5 精液與石灰乳按3∶1混合結(jié)果
從表5、圖4、圖5、圖6可看出,在精液與石灰乳按3:1混合后,溶出二次水與蒸發(fā)好水在70℃消化的石灰乳合成的水合鋁酸鈣過(guò)濾性能比在95℃消化效果好;在70℃消化時(shí),蒸發(fā)好水比溶出二次水略好。
從上述試驗(yàn)得出,石灰消化溫度對(duì)水合鋁酸鈣的合成影響較大。在水溫低于70℃時(shí),消化的石灰乳制成的水合鋁酸鈣過(guò)濾性能較好,水質(zhì)對(duì)水合鋁酸鈣合成的影響不大。
圖4 溶出二次水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過(guò)濾性能對(duì)比
圖5 蒸發(fā)好水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過(guò)濾性能對(duì)比
圖6 溶出二次水與蒸發(fā)好水在70℃制水合鋁酸鈣過(guò)濾性能對(duì)比
從表6、圖7可看出,精液與石灰乳按1:1混合后,溢流NK為91 g/L左右,石灰乳固含為110 g/L左右,隨著保溫時(shí)間的增長(zhǎng),水合鋁酸鈣的過(guò)濾性能越來(lái)越好。
從表7、圖8可看出,精液與石灰乳按3:1混合后,溢流NK為136 g/L,石灰乳固含量為55 g/L左右,保溫比無(wú)保溫效果好,但隨著保溫時(shí)間的增長(zhǎng),水合鋁酸鈣的過(guò)濾性能趨于一致。
表6 精液與石灰乳按1∶1混合、石灰乳消化溫度為70℃的結(jié)果
表7 精液與石灰乳按3∶1混合、石灰乳消化溫度為70℃的結(jié)果
圖7 去離子水制水合鋁酸鈣不同保溫時(shí)間對(duì)比(1∶1)
從圖9可看出,精液與石灰乳按3:1混合后合成的水合鋁酸鈣比按1:1混合后合成的水合鋁酸鈣過(guò)濾性能好。
圖8 去離子水制水合鋁酸鈣不同保溫時(shí)間對(duì)比(3∶1)
從圖10可看出,精液與石灰乳按3:1混合制水合鋁酸鈣比1:1混合制水合鋁酸鈣和生產(chǎn)水合鋁酸鈣的過(guò)濾性能都好,斜率較低,生產(chǎn)的水合鋁酸鈣最差。
表8 生產(chǎn)上水合鋁酸鈣每次過(guò)濾時(shí)間
圖9 精液與石灰乳按1∶1和3∶1混合后合成水合鋁酸鈣過(guò)濾性能對(duì)比
圖10 溢流與石灰乳按1∶1和3∶1混合水合鋁酸鈣與生產(chǎn)水合鋁酸鈣過(guò)濾性能對(duì)比
溶出二次水和蒸發(fā)好水在70℃消化石灰合成的水合鋁酸鈣性能比95℃消化石灰好,蒸發(fā)好水和溶出二次水消化的石灰合成的水合鋁酸鈣的過(guò)濾性能差不多;精液與石灰乳按1:1反應(yīng)時(shí),隨著保溫時(shí)間的增長(zhǎng),水合鋁酸鈣的過(guò)濾性能越來(lái)越好;精液與石灰乳按3:1反應(yīng)時(shí),隨著保溫時(shí)間的增長(zhǎng),水合鋁酸鈣的過(guò)濾性趨于一致,保溫0.5 h就可滿足生產(chǎn)要求,但必須保證石灰的質(zhì)量;精液與石灰乳按3:1反應(yīng)制成的水合鋁酸鈣比按1:1反應(yīng)制成后的水合鋁酸鈣過(guò)濾性能好,生產(chǎn)水合鋁酸鈣的過(guò)濾性能不好。
將研究成果投入生產(chǎn),結(jié)果表明,用70℃的溶出二次水和蒸發(fā)好水消化石灰的石灰乳在95~100℃,精液與石灰乳體積比按3:1進(jìn)行反應(yīng)2 h,合成助濾劑替代純石灰乳,石灰乳用量可以降低40%,工業(yè)實(shí)施效果良好。
1 Valeri Chua HiuLing.Optimal Concentration of Filter Aid for Bayer Alumina Precoat Filters[D].Brisbane:Queensland University,2002.