降低氧化铝生产中水解损失的探索与实践

  降低氧化铝生产中水解损失的探索与实践  Summary：氧化铝生产中，赤泥分离和洗涤工序主要负责将铝酸钠溶液中的赤泥分离出来，然后用热水进行四次洗涤，在此过程中，铝酸钠溶液会发生水解，造成氧化铝损失，影响氧化铝综合回收率。生产上可采取有效措施管控赤泥洗涤过程中氧化铝水解损失，优化赤泥A/S指标。通过分析铝酸钠溶液水解损失情况和机理，采取提高沉降槽温度、减少沉降槽存量、控制合适的泥层高度、提高赤泥洗涤效率等措施，减少赤泥分离和洗涤过程中的水解损失，对降低生产成本，有重要意义。Keys：铝酸钠溶液、洗涤效率、水解损失、清液层1前言氧化铝生产中，铝土矿经高温、高浓度碱液溶解后铝进入溶液，剩余废渣为赤泥。沉降工序负责处理赤泥，首先采用分离沉降槽将铝土矿溶出后的矿浆液固分离，然后使用热水对赤泥浆液进行四次洗涤，最后通过压滤机将洗涤后的赤泥浆液压榨成滤饼排出。赤泥分离和洗涤 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 使用5个沉降槽，包括分离、一洗、二洗、三洗、四洗。赤泥在此过程中，铝酸钠溶液会发生水解反应，化学方程式为：NaAl(OH)4+aq→Na(OH)+Al(OH)3↓+aq，氧化铝损失进入赤泥。此时固相物料赤泥A/S（赤泥中氧化铝与氧化硅质量比）上升，液相物料αk（铝酸钠溶液中苛性氧化钠与氧化铝的摩尔比）上升，最终导致沉降工序两个最终产品赤泥A/S、精液αk超标，影响氧化铝综合回收率、碱液循环效率。生产上可采取有效措施优化赤泥A/S、精液αk指标，降低氧化铝生产成本。随着矿石品位的逐年降低，原 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 、能耗等各项单耗均在升高，研究如何通过技术革新、精细化操作等手段，减少赤泥分离和洗涤过程中的氧化铝损失，对于氧化铝企业降低生产成本，具有重要意义。2铝酸钠溶液水解损失情况结合不同温度下的Na2O-Al2O3-H2O系状态图（图1），分析赤泥洗涤过程中5个沉降槽内铝酸钠溶液性质：①铝酸钠溶液αk在1.5-2.0之间；②沉降槽温度范围为80-105℃；③溶液中氧化铝、氧化钠含量均小于12%；④沉降槽内赤泥洗涤溶液αk曲线如图2所示。可以看出赤泥洗涤系统铝酸钠溶液中氧化铝处于过饱和状态，溶液中的氧化铝会析出。图1不同温度下的Na2O-Al2O3-H2O系状态图在赤泥洗涤过程中，抑制铝酸钠溶液中氧化铝析出的方式主要有：①提高铝酸钠溶液中氧化钠含量，降低饱和度，即提高溶液αk；②提高沉降槽温度，提高氧化铝溶解度；③减少沉降槽内物料存量；④提高洗涤效率，降低溶液浓度。由于沉降工序后续的分解工序需要较低的αk，第①项无法实施，第②、③、④项均可有效减少氧化铝水解损失。在各项改造之前，先对每一个沉降槽内氧化铝水解损失比例进行分析。从分离沉降槽接收稀释后的溶出矿浆开始，对各沉降槽液固分离后的赤泥浆液进行固相分析，赤泥A/S变化可以 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示各沉降槽内水解损失情况，见下表：物料溶出矿浆分离槽一洗槽二洗槽三洗槽四洗槽氧化铝浓度300g/L170g/L65g/L28g/L11g/L3.8g/L赤泥A/S1.181.181.251.271.281.28表1各沉降槽底流泥浆固相A/S   可以看出分离沉降槽、四洗沉降槽底流赤泥A/S未升高，说明分离槽、四洗槽内水解较少，可忽略不计。分离槽温度105℃，氧化铝过饱和度偏低，且分离槽内氧化铝主要和二氧化硅发生脱硅反应，水解量极少；四洗槽则因为氧化铝浓度较低，水解量极少。氧化铝水解反应主要发生在一洗、二洗、三洗3个洗涤槽，其中一洗槽水解量占总水解量的70%、二洗槽占20%、三洗槽占10%。3降低铝酸钠溶液水解损失的技术措施3.1提高沉降槽温度根据图1赤泥洗涤流程图可以看出，赤泥洗涤过程中热量来源有分离底流泥浆、赤泥洗涤热水、新蒸汽（停用），分离底流泥浆温度受溶出工序来料影响难以提高，因此提高热水温度是提高沉降槽温度的主要 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。洗涤热水来源广泛，主要有：溶出工序矿浆自蒸发冷凝水、蒸发工序蒸馏出的热水、污水处理站污水、新水、新蒸汽（停用）。沉降工序若对热水或沉降槽提温必须使用新蒸汽，增加了成本，所以寻找富余热源提高赤泥洗涤热水温度，是提高沉降槽温度的经济可行方法。通过对我厂生产系统余热进行考察，选出了两项能对赤泥洗涤热水提温、且便于实施的的余热利用。3.1.1利用溶出工序富余乏汽提高热水温度溶出工序自蒸发E9乏汽压力约0.2Mpa左右，温度约130℃，乏汽主要用于对预脱硅槽加热，其次用于溶出热水提温，用量还有结余。经过协调，将溶出工序富余乏汽引入沉降工序热水槽，可有效提高热水槽温度。由于需首先满足脱硅矿浆加热需求，溶出工序预脱硅槽加热使用乏汽量不固定，故进入沉降工序的乏汽流量有一定波动，但改造后沉降热水温度平均能提高约5℃，沉降槽温度提高2℃左右，提温效果显著。3.1.2使用蒸发工序循环上水代替新水我厂在氧化铝生产中无废水外排，各工序产生中的污水由污水站统一处理后送沉降工序进行赤泥洗涤，由于生产系统中水分部分赤泥带走和蒸发损失，仍需要补充部分新水才能满足生产系统液量平衡，新水主要补充进赤泥洗水。由于新水温度较低（20℃），易导致赤泥洗水温度降低，进而降低沉降槽温度，氧化铝水解损失增加。蒸发工序循环上水主要用于冷却蒸发器内排出乏汽、提高蒸发器真空度，循环上水温度约45℃，需要长期使用冷却塔降温。经过讨论分析，使用循环上水代替新水是可行的，缺少的循环上水再由新水补充。改造后主要优点是：①循环上水（45℃）代替新水（20℃）补充赤泥洗水，有效提高了赤泥洗水温度；②新水不断补充至循环上水可以降低循环上水温度，更利于蒸发器运行；③降低循环上水冷却塔运转率，节约电耗。新水不再补入热水槽后，热水槽温度提高3℃左右。通过两项改造各沉降槽温度变化如下：沉降槽分离槽一洗槽二洗槽三洗槽四洗槽实施前温度105℃90℃80℃85℃90℃实施后温度105℃94℃83℃89℃94℃表2热水提温改造对各沉降槽温度影响一洗至四洗温度较之前提高约4℃，铝酸钠溶液过饱和度下降，沉降槽内水解损失明显减少。3.2减少沉降槽内物料存量根据表1各沉降槽内物料水解情况分析，需要重点收缩一洗槽、二洗槽、三洗槽内物料存量，特别是最容易发生水解的一洗槽、二洗槽。由于沉降槽内物料持续发生水解反应，而沉降槽容量越大，物料总量增加，且停留时间延长，氧化铝水解损失也相应增加，所以减少沉降槽内物料存量可以有效减少氧化铝水解损失。在此过程中分析了沉降槽内清液、泥浆的水解速度并采取针对性措施减少氧化铝水解损失。正常生产时一洗、二洗、三洗槽内物料总量约为22000m3，一洗、二洗槽占80%的容量，其上层清液通过溢流堰流出，原沉降槽溢流口在溢流堰侧面，现在改至溢流堰下部（如下图），溢流出口高度降低90cm，这样可以降低一洗、二洗沉降槽液位，收缩液量。生产控制时将一洗槽、二洗槽低液位控制，每个槽子可减少液量1200m3，占三个易水解槽存液量的11%，可以大大减少一洗槽、二洗槽AO水解损失。三洗沉降槽为深锥沉降槽，内部无溢流堰，其溢流由沉降槽上部溢流入针形槽，然后由泵送出，为保证溢流不会浑浊，三洗沉降槽溢流口仅向下改0.5m，适当减少了三洗沉降槽内物料存量。沉降槽低液位改造实施以后，各项控制措施必须落实到位，严格制定沉降槽低液位控制标准，生产操作中认真执行，确保沉降槽低液位控制起到实效。3.3沉降槽低泥层控制每个沉降槽都负责对其槽内物料进行液固分离，槽内上层物料为清液，下层物料为泥浆。泥浆中液相成份占总体积的85%左右，生产中泥浆层高度控制范围较宽，经过探索、分析，发现沉降槽内泥层、清液层中水解速度差距较大。进行如下实验：取一洗底流样和溢流样，置于恒温烘箱中（90℃），间隔4小时化验一次。时间底流溢流NTAONKαk水解率NTAONKαk水解率10:0078.660.19681.85872.862.4962.41.64314:0078.658.22671.8931.83%75.160.36641.7445.82%18:0076.253.61662.0258.23%70.259.5362.41.7244.74%22:0079.854.27682.0619.84%71.258.55631.7707.20%表3沉降槽内清液、泥浆水解速度试验表根据表3清液层、泥层内物料水解速度的实验，可知底流泥浆中氧化铝水解速度高于清液中，主要是因为清液中无杂质，过饱和铝酸钠溶液析出速度慢，底流泥浆中固体杂质含量高，固体颗粒可作为种子促进水解反应进行，更容易水解析出氧化铝。因此各洗涤沉降槽清液层控制越高越好，尽量减少沉降槽内的泥浆存量，但必须兼顾好泥浆压缩指标（底流L/S），确保沉降系统赤泥洗涤效率不降低。由于检修、采暖季等原因单线生产（产量减半）时，底流L/S较容易控制，各沉降槽清液层可以再提高。容易水解的一洗、二洗、三洗沉降槽清液层控制标准如下：名称规格清液层控制底流L/S控制双线单线双线单线一次洗涤沉降槽Φ42×7m≥4.0m≥4.5m≤2.8≤2.6二次洗涤沉降槽Φ42×7m≥3.5m≥4.0m≤2.8≤2.6三次洗涤沉降槽Φ20×20m≥6m≥10m≤1.75≤1.75表4一洗、二洗、三洗沉降槽清液层控制标准3.4提高赤泥洗涤效率，降低溶液浓度近年来我厂使用的铝土矿铝硅比由5.5降至4.5左右，沉降系统赤泥量增加约15%，若赤泥洗涤效率得不到提高，一洗槽、二洗槽、三洗槽内物料浓度上升，氧化铝水解损失会大幅提高。氧化铝厂普遍使用“末次NT附损指标”表征赤泥经过四次洗涤后的洗涤效率，针对提高洗涤效率的主要进行了如下操作：3.4.1稳定沉降槽进料固含各沉降槽进料固含稳定控制方面，一洗槽、二洗槽、三洗槽、四洗槽均是通过泵控制底流量、溢流量，进料固含可以精确控制，分离槽直接接受溶出工序来料，控制槽子进料固含难度较大。由于铝土矿品位下降，稀释后槽矿浆固含由70-80g/L上升到80g/L以上。进料固含影响赤泥分离和压缩效果，特别是矿石品位出现波动，进料固含过高直接影响分离槽稳定，严重影响洗涤效率。经过研究决定，将分离沉降槽粗制的铝酸钠溶液回流一部分进入稀释后槽，降低稀释后槽固含，保证赤泥浆液在分离槽的沉降和压缩效果，提高洗涤效率。3.4.2底流泵、溢流泵、热水泵单泵单管改造，提高洗水、底流、溢流输送效率随着矿石品位的降低，沉降系统赤泥量增加，所需求的洗涤热水量也增大，底流泵、溢流泵原设计都是一用一备，有时难以满足生产需要。经过研究决定，对沉降系统底流泵、溢流泵、热水泵进行单泵单管改造，使其能满足当前低品位矿石下的生产要求，确保各次底流、溢流输送稳定。3.4.3增加沉降系统五次洗涤，将四洗底流再进行一次洗涤，辅助降低末次NT附损随着矿石品位逐步降低，赤泥量越来越大，洗水不可能无限制的增加用量，因为多加入系统中的洗水最终都要蒸发工序使用蒸汽将其蒸出，赤泥洗涤用水要合理控制。通过不断的摸索研究，决定对沉降系统增加五次洗涤，在四次洗涤结束的时候，分出少量洗水将四次洗涤的赤泥进一步混合冲洗，降低赤泥附损，洗水总量不变。同样的洗水用量，在不额外增加1个沉降槽的情况下，五次洗涤效果明显优于四次洗涤，末次附损得到有效控制。经过提高洗涤效率的各项改造，在赤泥量增加约15%的情况下，末次NT附损仍然得到有效控制，最终洗涤出的赤泥NT附损和之前使用高品位矿石时基本持平，末次NT附损均为5.0g/L，洗涤效率得到提高，各沉降槽浓度未出现升高情况。4效益分析4.1外排赤泥氧化铝含量减少，提高氧化铝综合回收率实施前外排A/S均值1.28，实施后均值为1.25，降低0.03。我厂赤泥年产出64万吨，赤泥中氧化硅含量为19.72%，外排A/S降低0.03，可以少外排氧化铝量为：640000*19.72%*0.03=3786吨。氧化铝单价2600元/吨，合计年产生效益：3786*2600=984.36万元。4.2赤泥洗涤过程中水解损失减少，产出精液αk降低，分解率和碱液循环效率提高，氧化铝生产电单耗下降通过提高分解率和碱液循环效率，测算电单耗降低约2.3kW·h/t-AO，按年产40万吨氧化铝，全年约少用电40×2.3=92万度。约合人民币92×0.62=57.04万元。综上，累计全年可增收：984.36+57.04=1041.40万元。5结论5.1赤泥分离洗涤过程中，铝酸钠溶液水解速率在各沉降槽内并不相同，且差别较大，一洗沉降槽水解损失最高占70%，二洗、三洗沉降槽分别占20%、10%，而分离和四洗沉降槽几乎不发生水解损失，所以控制水解主要在一洗、二洗、三洗沉降槽。5.2沉降槽内泥浆层和清液层中水解速度也不相同，泥浆层水解速度高于清液层约40%。主要是由于泥浆层固体赤泥颗粒较多，可作为种子促进水解反应进行，而清液层固体颗粒较少，溶液相对比较稳定。为减少水解损失，建议尽量高清液层低泥层控制。5.3根据当前铝土矿品位持续降低的现状，氧化铝企业应积极采取各种措施，努力提高赤泥洗涤效率，保证各洗涤槽物料浓度不升高。不仅可降低碱耗，也能有效降低氧化铝水解损失。5.4充分利用氧化铝生产余热，提高赤泥洗水和沉降槽温度，降低铝酸钠溶液过饱和度，可抑制水解反应进行。比如合理利用溶出工序富余的E9乏汽和蒸发工序循环上水热量，不需增加成本，即可实现良好的提温效果。5.5降低沉降槽物料存量，减少水解损失量。由于沉降槽内物料持续发生水解反应，而沉降槽容量越大，物料总量增加，且停留时间延长，水解损失越多，所以减少实际槽存可以有效减少水解损失。Reference[1]郭万里.氧化铝制取工[M].山西人民出版社，2006：86-91.[2]赵福辉，芦东.拜耳法外排赤泥铝硅比升高原因及抑制措施的探讨.世界有色金属，2002年第2期.[3]杨权平，邹若飞，张文晋.φ42×6m沉降槽在拜耳法赤泥分离洗涤系统的实践及改进.轻金属,2004年第8期。[4]蒋涛，杜善国，李富强.拜耳法生产氧化铝过程中提高净溶出率的途径探讨.轻金属,2003年第3期。.[5]韦相.影响拜耳法赤泥沉降分离因素探讨。中国化工贸易。2017年第3期。第1页 -全文完-