丁星陽(yáng),陳少飛

(廣西華昇新材料有限公司,廣西 防城港 538000)

目前隨著國(guó)內(nèi)鋁土礦儲(chǔ)量減少及品位的降低,大部分氧化鋁廠開(kāi)始使用進(jìn)口礦,主要為幾內(nèi)亞礦、澳大利亞礦和印尼礦,其中幾內(nèi)亞鋁土礦儲(chǔ)藏量約為400億噸,占世界總儲(chǔ)量的26%,占中國(guó)進(jìn)口礦的45%以上,且有持續(xù)上漲的趨勢(shì)。因此，探索幾內(nèi)亞礦的溶出工藝條件控制,提高礦石溶出率,對(duì)三水鋁石低溫拜耳法氧化鋁生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。本文通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)對(duì)幾內(nèi)亞鋁土礦的溶出過(guò)程進(jìn)行探索,摸索最佳的溶出工藝過(guò)程控制條件,優(yōu)化礦石溶出過(guò)程[1]。

1 礦石成分

幾內(nèi)亞礦主要成分為三水鋁石,化學(xué)成分特點(diǎn)為低鋁、低硅、高鐵,通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)所采用的幾內(nèi)亞礦進(jìn)行化學(xué)成分分析及物相組成分析,定量分析并了解幾內(nèi)亞礦的特性,詳細(xì)如下:

表1 鋁土礦的化學(xué)成分 %

表2 鋁土礦的礦物組成 %

從以上成分分析可看出,幾內(nèi)亞礦氧化鋁含量在40%～45%之間,較國(guó)內(nèi)礦氧化鋁含量偏低,但幾內(nèi)亞礦硅含量較低,礦石A/S高達(dá)20以上,明顯優(yōu)于國(guó)內(nèi)礦;氧化鈦含量2.5%左右,但因采用低溫溶出,可忽略氧化鈦的影響;礦石中總碳為0.19%,有機(jī)碳含量為0.16%,這點(diǎn)可能會(huì)造成生產(chǎn)過(guò)程中有機(jī)物逐步積累,最終影響沉降、葉濾及分解過(guò)程。

礦物組成可看出主要含鋁礦為三水鋁石,同時(shí)含有部分高嶺石、鋁針鐵礦及少量的一水軟鋁石。根據(jù)試驗(yàn)一水軟鋁石的溶出溫度在200℃左右,在低溫拜耳法生產(chǎn)工藝中難以溶出,會(huì)隨赤泥帶走,造成氧化鋁損失,需密切關(guān)注礦石中一水軟鋁石含量。

根據(jù)礦物成分及物相組成,因礦石二氧化硅含量較低,溶出過(guò)程二氧化硅帶走的氧化鋁及氧化鈉損失較少。同時(shí)因在低溫條件下,礦石中的含鈦礦物幾乎不參加反應(yīng),不會(huì)對(duì)礦石溶出率產(chǎn)生影響。因此，溶出過(guò)程建議采用不添加石灰的工藝流程,可節(jié)省投資,降低生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)營(yíng)費(fèi)用[2]。

2 原礦漿細(xì)度對(duì)溶出率的影響

根據(jù)經(jīng)驗(yàn),國(guó)內(nèi)礦的溶出特點(diǎn)是礦漿細(xì)度越細(xì),礦石的相對(duì)表面積越大,溶出反應(yīng)過(guò)程也就越充分,溶出率越高。但通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),進(jìn)口幾內(nèi)亞礦因成分及物相不同,溶出過(guò)程對(duì)原礦漿細(xì)度的要求與國(guó)內(nèi)礦截然不同。

國(guó)內(nèi)某企業(yè)通過(guò)多次調(diào)整原礦漿細(xì)度指標(biāo),記錄不同細(xì)度情況下溶出率的變化,每次原礦漿細(xì)度指標(biāo)調(diào)整后,保持15天左右,確保溶出率數(shù)據(jù)的代表性,得出可靠的試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)控制不同原礦漿細(xì)度,在其余溶出條件相對(duì)穩(wěn)定的情況下(溫度145 ℃左右、溶出αk=1.3～1.5溶出時(shí)間在60分鐘溶出),溶出率的變化情況見(jiàn)表3～表5。

表3 +120目含量33%的鋁土礦溶出試驗(yàn)結(jié)果

表4 +120目含量23%的鋁土礦溶出試驗(yàn)結(jié)果

表5 +120目含量15%的鋁土礦溶出試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出,在其它溶出條件相同的情況下,在試驗(yàn)的磨礦粒度范圍內(nèi),礦漿粒度越粗,氧化鋁溶出率越高;磨礦粒度變細(xì),氧化鋁溶出率呈降低趨勢(shì)[3]。

因此,建議幾內(nèi)亞磨礦在磨礦過(guò)程粒度按照較粗控制。同時(shí)為兼顧粒度過(guò)粗對(duì)溶出套管的磨損,建議實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程原礦漿細(xì)度(+120目)按照33%左右的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制,但需兼顧溶出套管磨損和堵管現(xiàn)象。

3 優(yōu)化溶出過(guò)程αk控制

根據(jù)理論分析,在一定條件下,溶出礦漿αk控制越高,對(duì)溶出率越有利,但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中隨著溶出αk的提高,達(dá)到一定值后溶出率的變化越來(lái)越小,同時(shí)溶出αk控制過(guò)高,造成系統(tǒng)Nk有效利用率降低,循環(huán)效率降低,系統(tǒng)產(chǎn)能降低,各項(xiàng)能耗升高,整體經(jīng)濟(jì)效益降低。通過(guò)控制不同的溶出αk,在其余條件相同的情況下進(jìn)行氧化鋁溶出試驗(yàn),觀察不同溶出αk的溶出率的情況,摸索最佳溶出αk控制。

從表3、表4、表5可看出,在一定原礦漿細(xì)度情況下,溶出液分子比高于1.41,氧化鋁溶出率變化不大,但隨著溶出αk提高,循環(huán)效率降低較明顯。通過(guò)理論計(jì)算,溶出αk每提升0.01,循環(huán)效率約下降1.6 kg/m3(循環(huán)母液Nk=200 g/h、αk=3.1核算),年產(chǎn)100萬(wàn)噸的氧化鋁產(chǎn)能約降低1.2萬(wàn)噸[4]。

因此,溶出αk達(dá)到1.41時(shí),再提高溶出αk造成的產(chǎn)量損失遠(yuǎn)大于溶出率優(yōu)化帶來(lái)的效益。因此，建議幾內(nèi)亞礦生產(chǎn)過(guò)程中溶出αk按照1.40～1.43控制[5](結(jié)合具體生產(chǎn)情況適當(dāng)調(diào)整)。

4 溶出時(shí)間對(duì)溶出率的影響

采用幾內(nèi)亞礦低溫拜耳法生產(chǎn)過(guò)程中,因幾內(nèi)亞礦三水鋁石含量較高,溶出時(shí)間較短,過(guò)多延長(zhǎng)溶出時(shí)間反而會(huì)造成溶出率降低。通過(guò)對(duì)兩組溶出礦漿分別就不同溶出時(shí)間進(jìn)行溶出試驗(yàn),觀察不同溶出時(shí)間的溶出率情況。

廣西某氧化鋁企業(yè)設(shè)計(jì)保溫停留罐共計(jì)12個(gè),單個(gè)容積為215 m3,生產(chǎn)過(guò)程通過(guò)控制保溫停留罐的投用數(shù)量來(lái)控制溶出停留時(shí)間,根據(jù)溶出機(jī)組進(jìn)料量推算,溶出機(jī)組進(jìn)料量一定的情況下,每個(gè)保溫停留罐的停留時(shí)間為9 min。因此,通過(guò)分別控制投用4、5、6、7、8、9個(gè)保溫停留罐,觀察溶出率的變化情況。

表6 不同溶出時(shí)間鋁土礦溶出試驗(yàn)結(jié)果

從以上試驗(yàn)可看出,溶出αk控制在1.40左右,溶出時(shí)間在50～60 min之間,溶出率最佳。溶出時(shí)間低于54 min或者溶出時(shí)間大于63 min,對(duì)溶出率都不利。主要因?yàn)殡S著溶出時(shí)間延長(zhǎng),礦漿中的鋁酸鈉溶液與非活性硅反應(yīng),產(chǎn)生鈉硅渣,造成氧化鋁損失,A/F及N/S均升高,氧化鋁及堿損失增加。但隨著溶出試驗(yàn)的延長(zhǎng),溶液的硅量指數(shù)提高,有利于產(chǎn)品氧化鋁中二氧化硅含量的降低。

因此,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,產(chǎn)品氧化鋁中二氧化硅達(dá)標(biāo)的情況下,溶出時(shí)間盡量控制在60 min左右,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,溶出礦漿的硅量指數(shù)在140以上,經(jīng)過(guò)礦漿稀釋深度脫硅后,精液硅量指數(shù)基本能夠達(dá)到180以上,建議溶出時(shí)間按照50～70 min控制[6]。

5 溶出工藝流程設(shè)計(jì)

因幾內(nèi)亞礦成分及物相組成與國(guó)內(nèi)礦不同,因此需針對(duì)幾內(nèi)亞礦石特性,設(shè)計(jì)溶出工藝流程,提高氧化鋁溶出率、降低汽耗,并保證產(chǎn)出合格的溶出礦漿。

(1) 預(yù)脫硅系統(tǒng)設(shè)計(jì)

幾內(nèi)亞礦雖然硅含量低,因低溫拜耳法采用不加石灰的工藝流程,因此必須設(shè)計(jì)預(yù)脫硅系統(tǒng),通過(guò)套管換熱將原礦漿加熱至95～105℃進(jìn)行預(yù)脫硅,脫除高嶺石中的二氧化硅。按照100萬(wàn)噸單線產(chǎn)能,預(yù)脫硅按照8 h設(shè)計(jì),預(yù)脫硅槽保證3臺(tái)4000 m3容積的槽子(一個(gè)緩沖槽)。

(2) 溶出系統(tǒng)

因?qū)嶋H生產(chǎn)與化驗(yàn)室條件有一定差異,一般實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中溶出溫度建議控制在145℃左右,溶出系統(tǒng)建議4級(jí)套管預(yù)熱+1級(jí)新蒸汽套管加熱+60 min保溫停留+4級(jí)閃蒸工藝。溶出套管及保溫停留罐壓力等級(jí)按照0.8 MPa進(jìn)行設(shè)計(jì),首閃壓力按照0.4 MPa、末閃壓力按照0.1 MPa進(jìn)行核算具體孔板尺寸[7]。

(3) 稀釋系統(tǒng)

礦漿溶出后,需加洗液進(jìn)行稀釋,同時(shí)進(jìn)一步脫硅,幾內(nèi)亞礦因不加石灰,同時(shí)溶出時(shí)間短,因此,建議稀釋后槽最好停留4 h以上,確保精液硅量指數(shù)達(dá)標(biāo)。

6 結(jié) 論

綜上所述,幾內(nèi)亞三水鋁石礦在低溫拜耳溶出工藝控制方面與國(guó)內(nèi)一水硬鋁石溶出工藝控制不同,廣西某企業(yè)通過(guò)大量的試驗(yàn),得出幾內(nèi)亞礦溶出過(guò)程的最佳工藝控制條件,通過(guò)溶出工藝條件優(yōu)化,實(shí)際溶出率提升至87%以上,溶出過(guò)程相關(guān)工藝參數(shù)控制如下:

(1)原礦漿細(xì)度過(guò)細(xì)、過(guò)粗對(duì)溶出過(guò)程均不利,原礦漿細(xì)度建議按照+120目在33%左右控制;

(2)根據(jù)礦石的溶出率情況,溶出過(guò)程αk控制建議按照1.40～1.43控制;

(3)溶出過(guò)程停留時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng),建議按照50～70 min控制最佳,同時(shí)結(jié)合精液硅量指數(shù)情況適當(dāng)調(diào)整;

(4)溶出工藝流程采用預(yù)脫硅8 h→4級(jí)套管預(yù)熱→1級(jí)新蒸汽套管加熱→60 min保溫停留→4級(jí)閃蒸工藝→稀釋脫硅的工藝流程[8]。