武慧芳 趙效坤

【摘? 要】介紹了拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程中幾種排除碳酸鹽的方法，并對(duì)每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】氧化鋁;拜耳法;碳酸鹽;排鹽

1.碳酸鹽的來源

拜耳法氧化鋁生產(chǎn)流程中，循環(huán)母液中的碳酸鹽主要來自以下幾個(gè)方面：

（1）鋁土礦中含有少量的碳酸鹽礦物，如CaCO3、MgCO3、FeCO3等，在溶出過程中與苛堿發(fā)生反苛化反應(yīng)，生成碳酸鹽進(jìn)入溶液;

（2）添加的石灰中含有少量煅燒不完全殘留的CaCO3進(jìn)入流程與苛堿發(fā)生發(fā)生反苛化反應(yīng)，生成碳酸鹽進(jìn)入溶液;

（3）溶液中的苛性堿與空氣接觸時(shí)，吸收CO2 生成Na2CO3進(jìn)入溶液。

（4）礦石中的有機(jī)碳在溶出過程中部分轉(zhuǎn)化為可溶性碳酸鹽進(jìn)入溶液;

（5）系統(tǒng)補(bǔ)堿中帶有少量的Na2CO3進(jìn)入溶液。

而碳酸鹽的排出途徑主要是隨赤泥外排及隨成品氫氧化鋁附液帶走，其中大部分隨赤泥排走。

2.碳酸鹽的危害

當(dāng)碳酸鹽生成量大于外排量時(shí)便在溶液中積累，當(dāng)系統(tǒng)中碳酸鹽濃度達(dá)到平衡點(diǎn)時(shí)，會(huì)給生產(chǎn)帶來不利影響，其危害主要有以下幾方面：

（1）在溶出工序的礦漿自蒸發(fā)器處析出使過料管管徑變細(xì)導(dǎo)致出料不暢，嚴(yán)重時(shí)甚至造成機(jī)組停車，同時(shí)使自蒸發(fā)器的乏汽帶料，在預(yù)熱管壁上形成結(jié)疤，降低傳熱系數(shù)，影響溶出效果及整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng);

（2）蒸發(fā)過程中，隨著母液濃度升高，碳酸鈉達(dá)到飽和而結(jié)晶析出，在蒸發(fā)器管壁上結(jié)垢，降低了蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，使蒸發(fā)器產(chǎn)能及運(yùn)轉(zhuǎn)率降低，能耗增加，同時(shí)也給蒸發(fā)器操作帶來嚴(yán)重困難;

（3）碳酸鈉在生產(chǎn)過程中不能溶出礦石中的氧化鋁，但隨溶液一起被加熱、稀釋、蒸發(fā)等，參與各循環(huán)過程，使生產(chǎn)能耗升高約4%;

（4）溶液中碳酸鈉的存在增加了溶液的粘度，降低赤泥沉降速度，降低沉降槽的產(chǎn)能;

（5）降低精液產(chǎn)出率。據(jù)文獻(xiàn)記載，精液中Nc（以Na2O計(jì)的碳酸鹽的濃度）每提高一個(gè)百分點(diǎn)，精液產(chǎn)出率降低0.5～0.7kg/m3-精液。

因此，循環(huán)母液中的碳酸鹽的含量一般要求控制在溶出系統(tǒng)自蒸發(fā)器出料處的平衡濃度以下。

3.碳酸鹽的排出途徑

減少系統(tǒng)中碳酸鹽的措施主要有以下幾方面：

（1）減少礦石中的碳酸鹽量，減少含碳高的礦石的采購(gòu)量。

（2）減少石灰中殘C量，采購(gòu)高品質(zhì)的石灰。

（3）排鹽。

前2種方法由于受到地域、原料供應(yīng)、成本等多方面因素的限制，有的時(shí)候并不能實(shí)現(xiàn)，因此大多數(shù)氧化鋁廠還需要設(shè)置排鹽工序。拜耳法廠循環(huán)母液的Nc/NT（以Na2O計(jì)的碳酸鈉與總鈉的百分比）通常控制在8%左右，超過該值就需啟動(dòng)排鹽工序。目前生產(chǎn)實(shí)踐中采用的排鹽方法主要是用石灰乳進(jìn)行苛化，發(fā)生如下反應(yīng)：

a.側(cè)流苛化

從赤泥洗液（一般為一洗到三洗的某次洗液）中取出一部分加熱至95℃后在苛化槽中用石灰乳進(jìn)行苛化。

b.內(nèi)部苛化

直接在沉降槽中加入石灰乳對(duì)碳酸鹽進(jìn)行苛化。

c.蒸發(fā)排鹽+苛化

碳酸鹽在鋁酸鈉溶液中的溶解度是隨Nk（以Na2O計(jì)的苛堿的濃度）及NT（以Na2O計(jì)的全堿的濃度）的增加而降低的。因此可將部分蒸發(fā)母液（自蒸發(fā)器出料）繼續(xù)蒸發(fā)至NT>300g/L，使碳酸鹽析出，分離后用熱水進(jìn)行再溶解，加入石灰乳進(jìn)行苛化，其工藝流程見下圖。

d.補(bǔ)堿排鹽+苛化

利用碳酸鹽在鋁酸鈉溶液中的溶解度隨Nk及NT的增加而降低的原理，采用在蒸發(fā)母液中添加固體堿的方法，使其NT值提高到300g/L以上，碳酸鹽的溶解度降低，達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)結(jié)晶析出，分離之后進(jìn)行再溶解，加入石灰乳苛化，從而排除母液中的碳酸鹽。

4.碳酸鹽排出途徑的分析比較

上述幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下所述，并將比較結(jié)果列于表1。

與蒸發(fā)排鹽+苛化法相比，側(cè)流苛化法未將碳酸鹽分離出來而是直接將石灰乳加入赤泥洗液進(jìn)行苛化，因洗液中碳酸鹽濃度較低，一般為2～3g/L（NT=20～40g/L），故側(cè)流苛化法的苛化率低（即使在石灰乳過量的情況下苛化率最高達(dá)到70%），排鹽量小，且洗液中Al2O3含量較高（一般為20～30g/L），石灰乳在與碳酸鹽反應(yīng)的同時(shí)也會(huì)與鋁酸鈉反應(yīng)，故苛化過程中損失的氧化鋁較多，該法不需要將溶液蒸濃，適用于以三水鋁石為原料的拜耳法氧化鋁廠。而蒸發(fā)排鹽法是將碳酸鹽從蒸發(fā)母液中分離后進(jìn)行再溶解及苛化，其碳酸鹽濃度高，一般為150g/L左右，Al2O3含量較低（20g/L左右）故該法的苛化率較高（>85%），排鹽量大，且氧化鋁的損失率低。蒸發(fā)排鹽+苛化法缺點(diǎn)是需要采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器及強(qiáng)制循環(huán)泵，設(shè)備投資及電耗較高，且溶液濃度越高，換熱效果越差，因此汽耗升高。另外，為使碳酸鹽析出，需要將蒸發(fā)母液的濃度提高至NT>300g/L，需要消耗蒸汽，且適用于需要高Nk循環(huán)母液的一水硬鋁石的拜耳法生產(chǎn)。

（2）與蒸發(fā)排鹽+苛化法相比，補(bǔ)堿排鹽+苛化法的工藝流程簡(jiǎn)單，大大減少了電耗及設(shè)備投資，并且不需要消耗蒸汽，缺點(diǎn)是需要在蒸發(fā)母液中加入固體堿，勞動(dòng)成本提高，且操作環(huán)境較差，另外，此法生成的循環(huán)母液的苛堿濃度較高，僅適用于可反應(yīng)硅含量較高的一水硬鋁石型礦石。

（3）與側(cè)流苛化法相比，內(nèi)部苛化法省去了一整套工藝流程，直接在沉降槽中進(jìn)行苛化，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備投資及生產(chǎn)操作，從工藝上講，首先該法僅適用于需要將全部赤泥洗液進(jìn)行苛化的情況，因?yàn)閷?duì)于系統(tǒng)所需排鹽量?jī)H需將一部分赤泥洗液進(jìn)行苛化的情況，如果直接在沉降槽中加入石灰乳，過量的石灰乳會(huì)導(dǎo)致氧化鋁的大量損失，其次，碳酸鹽的苛化需要在反應(yīng)槽中進(jìn)行攪拌以促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，而沉降槽是溶出漿液進(jìn)行固液分離的設(shè)備，沒有攪拌設(shè)備，石灰乳與碳酸鹽接觸機(jī)會(huì)減少，故苛化效果差。再者，反應(yīng)生成的苛化渣不易沉降，造成沉降槽的產(chǎn)能降低。另外，鋁酸鈉與石灰乳反應(yīng)生產(chǎn)的鋁酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O結(jié)構(gòu)較疏松，引起赤泥體積膨脹，從而會(huì)增加底流泵的電耗。從布局上講，內(nèi)部苛化法適用于空間受限的改造項(xiàng)目，因?yàn)樵摲ú恍枰略鲈O(shè)備和占地。

5.結(jié)語

如上所述，四種排除碳酸鹽的方法各有利弊，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目具體情況選擇合適的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]畢詩文，于海燕.氧化鋁生產(chǎn)工藝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：219-221.

[2]劉國(guó)紅. 拜爾過程中洗液苛化的影響因素[J].有色金屬（冶煉部分），2001（4）： 24-26.

[3]劉建輝.赤泥洗液苛化技術(shù)應(yīng)用研究[J].有色金屬（冶煉部分），2005（6）： 25-26.

作者簡(jiǎn)介：武慧芳（1985.10-），女，漢族，山西忻州人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)檠趸X生產(chǎn)工藝。