氧化鋁生產晶種分解研究

趙明偉，呂 瑞

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氧化鋁生產晶種分解研究

趙明偉，呂 瑞

（河南有色匯源鋁業有限公司， 河南 平頂山 467300）

晶種分解是拜耳法生產氧化鋁的關鍵工序之一，晶種分解最終得到質量好的氫氧化鋁和苛性比值較高的種分母液，從而提高拜耳法的循環效率。簡單介紹拜耳法氧化鋁生產影響晶種分解過程的主要因素及種分分解率和產品粒度的控制。

拜耳法; 晶種分解; 分解率; 產品粒度

晶種分解的目的是獲得質量好的氫氧化鋁和苛性比值較高的種分母液，分解率和產品粒度相互制約，選擇最佳的分解作業條件，保證產品有適當的粒度分布，同時又獲得高的產出率，是晶種分解工序需要解決的首要問題。

1 分解溫度的影響

1.1 初溫控制

溫度降低，可以獲得較高的分解率和分解槽的單位產能。溫度控制過低，由于溶液粘度顯著提高，溶液穩定性增加，反而使分解速度降低。分解初溫較高，對提高產品質量有利，若在較低的情況下進行分解，分解初溫較低，分解產物中的不溶性Na2O含量越高，析出SiO2數量有所增加，產品中會有很多粒度小而雜質含量多的氫氧化鋁，勢必會影響產品質量，初溫是影響氫氧化鋁粒度的主要因素。

1.2 影響初溫的主要因素

（1）穩定的精液量、穩定的母液量；（2）合理正確選擇降溫設備；（3）及時對降溫設備進行倒機清洗，保證換熱效果。

1.3 階梯降溫制度

為保證較高的分解率并得到粒度較粗、質量好的氫氧化鋁，采用變溫分解制度，分解初期過飽和度高，分解速度較快，但隨著分解過程的進行，雖然溶液的苛性比逐漸增大，溶液過飽和度迅速減小，但由于溫度降低，分解仍可以在一定過飽和度條件下繼續分解，所以整個分解過程進行的比較均衡，如果固定在較低的溫度下進行分解，開始時分解速度過快，容易析出很多細粒子氫氧化鋁。

初溫高而不能迅速降溫，則分解速度由于溶液的過飽和度減小而迅速下降，從而最終影響分解率。就分解率而言，但無限降低分解溫度，會使分解過分解，導致氫氧化鋁中細粒子增多，溫度降低后，粘度增大，將會給氫氧化鋁分離過濾作業帶來困難。當初溫和終溫一定時，分解初期降溫快，分解速度也快，所以說，分解初期較快的降溫，分解后期緩慢降溫，這樣既可以提高分解率，又不明顯的影響產品質量[1]。

我公司對分解溫度的控制主要是根據生產系統實際情況，如產品質量粒度、雜質含量等，適當對分解溫度上限、下限進行調整控制，來滿足生產需要，減少雜質析出，但首槽溫度過高首先對會導致蒸發母液溫度降低，蒸發能耗產能會受到影響，其次是分解受降溫設備的限制，溫度不容易控制，造成分解率下降，所以應嚴格控制精液質量，減少有機物的帶入。正常情況下我公司首槽溫度一般控制在57～62 ℃之間，1#、2#分解槽自然降溫，3#至末槽采用螺旋板換熱器強制降溫，溫差在2 ℃左右，末槽終溫46～52 ℃之間，首末槽溫差在12～13 ℃之間，分解率在48%～50%之間。

2 鋁酸鈉溶液苛性比值和濃度的影響

2.1 NaAl(OH)4溶液苛性比值的影響

分解原液的苛性比值是影響種分分解的主要因素，因此降低分解原液的苛性比值是提高分解率強化種分過程的主要也是最有效的途徑。適當提高Al2O3溶液濃度可以提高分解過程的產出率，減少物料流量和蒸發負擔，但溶液濃度過高會使飽和度降低，分解率下降，同時使產品粒度變細，強度降低。因此根據分解工藝操作條件不同，找出一個對應最大分解率的原液濃度至關重要[2]。

2.2 NaAl(OH)4溶液濃度的影響

溶出后漿液用赤泥洗液來進行稀釋，從而降低鋁酸鈉溶液的濃度，降低其穩定性，使分解速度加快，不僅能達到較高的分解率還能使拜耳法生產的循環效率得到提高。但如果過度稀釋溶液會使其穩定性急劇下降，造成鋁酸鈉溶液水解，使赤泥中的氧化鋁損失增加，同時，由于進入流程的水量增加，也會增大蒸發工段的負擔和費用，能耗上升。某些拜耳法生產氧化鋁廠，為減輕蒸發負擔，降低蒸發能耗，將成品洗液直接加入沉降系統或用一部分成品洗液來進行稀釋，成品洗液ak偏高，造成鋁酸鈉溶液ak值上升，影響晶種分解。

2.3 降低原液ak的重要途徑

（1）提高溶出溫度，降低溶出礦漿的苛性比值；

（2）控制好稀釋用一次洗滌水的苛性比值，達到降低原液苛性比值的目的；

（3）提高沉降槽溫度，避免鋁酸鈉溶液水解，穩定原液苛性比值；

（4）抓好循環母液的配堿質量及配礦工作，防止礦石品位及固含偏低造成配堿過剩，導致溶出液ak偏高。

2.4 原液濃度和ak對氫氧化鋁產品粒度和強度的影響

原液濃度和ak對氫氧化鋁產品粒度和強度的影響比較復雜，原液ak降低，氫氧化鋁粒度有變細趨勢，這是在一定條件下分解速度太快造成的，但另一方面，ak值低時，過飽和度高能促進晶體的長大，所以說原液ak值對分解粒度的影響具有雙重性。原液濃度對產品粒度的影響隨溫度及其他條件不同而異，濃度低時，過飽和度高能促進晶體的長大過程，所得氫氧化鋁由細的單晶組成，晶間空隙被Al(OH)3“粘結劑”所填滿，成為強度高的鑲嵌式結構；濃度高時，低飽和度溶液得到的氫氧化鋁顆粒由大的單晶組成，晶粒間空隙未被Al(OH)3填滿，強度差。濃度對氫氧化鋁粒度的影響在低溫時比高溫顯著，因此生產砂狀氧化鋁溶液濃度和ak值要控制低一些。

3 晶種數量和質量的影響

鋁酸鈉溶液必須加大量的氫氧化鋁晶種才能分解是它的一個突出特點，在其它條件相同時，提高種子添加量可使分解速度加快，提高分解率，同時使產品的粒度變粗。但過多的晶種數量，本身帶入高苛性比值的附液量也增加，我公司使用的立盤過濾機濾餅附液在13%左右，母液的帶入致使分解原液的苛性比值升高，分解速度下降。另外依據實踐證明分解固含對分解率也有很大的影響，平均固含控制不能低于750 g/L。

鋁酸鈉溶液的分解從晶種表面開始，所以晶種的比表面和表面結構在很大程度上決定其活性，晶體表面上的微觀缺陷、晶體的棱和角是活性點，晶種中大部分顆粒的平均粒度以40～60 μm為宜[3]。

4 分解時間及母液苛性比值的影響

影響分解率的另一個重要因素是分解時間。當其他條件相同時，分解率隨分解時間的延長而提高，過早地停止分解會造成分解率降低，氧化鋁返回得多，母液分子比過低，不利于溶出，并增加了整個系統的物料量，母液分子比過低，嚴重時會造成種子過濾機濾布結疤，種子加入量不足，形成惡型循環，但時間過長會使產品粒度變細，分解槽單位產能降低，因此要綜合考慮，根據具體情況確定分解時間，以保證分解槽有較高的產能，并能達到一定的分解率。一般分解時間控制在60 h較為適宜，另外，分解槽運行一定時間后，槽底及槽壁會形成結疤，有效分解時間不足，這在計算分解時間時也應考慮進去。

5 攪拌速度和雜質的影響

分解速度取決于擴散速度，但攪拌速度過高，顆粒會發生破裂，產生很多的細粒子，過慢不但起不到攪拌作用，還會造成分解槽沉槽，因此，要根據實際情況來確定最適宜的攪拌速度和攪拌強度。

影響分解的雜質主要有機物雜質和無機物的雜質，有機物包括腐植酸類、腐植酸類的中間降解產物和低分子脂肪類物質，主要以草酸鈉為主。無機物包括碳酸鈉、硫酸鈉和硫酸鉀，主要以碳酸鈉為主。這些雜質的溶液包裹晶體表面，降低晶體活性，阻止晶體的進一步長大，影響二次成核，顆粒的附聚，有的雜質還會進入晶體，影響氫氧化鋁產品質量[4]。

6 添加劑的影響

我國氧化鋁生產晶種分解過程存在著分解時間長,分解率低,產品強度低等問題，在種分過程中，加入微量的添加劑（納爾科(Nalco)公司的產品結晶助劑（CGM7837）來強化分解過程，提高分解率、提高產品的粒度和強度，AO粒度的改善能降低下游電解鋁廠生產過程中的飛揚損失并提高電解電流效率，從而促進AO的銷售,是既簡單又有效的方法。所以每個氧化鋁廠應結合本廠目前生產情況，總結粒度變化周期，適量添加結晶助劑利于增強及控制氫氧化鋁附聚、成核及晶體生長，并限制草酸鹽及其它有機物的同時分解，還呈現良好的防沫性，減少消泡劑的加入量。下面為有色匯源二線2011年分解車間6月份產品粒度惡化（如圖1），最差8月20日左右產品AO粒度篩分法-45 μm分析結果最差達70%以上，添加結晶助劑后粒度趨勢圖如圖2。

圖1 粒度惡化趨勢圖

圖2 加藥劑后粒度變化趨勢圖

影響產品粒度最主要的有精液ak值、精液浮游物含量、碳堿含量、有機物及雜質含量、分解降溫制度、分解固含等因素，且每一項指標的波動對于產品粒度來說都至關重要，需要以上指標都達到要求才有利于產品粒度，而以上指標涉及面大，牽扯車間多，對于實際生產控制來說有一定的難度，沒有總結出一套預防產品粒度細化的措施，通過這次粒度波動我們轉變觀念、總結教訓、采取措施，合理調整分解溫度，根據細顆粒含量調整使用結晶助劑用量，建立產品粒度數據庫，整理出一套產品粒度粒徑分布數據庫及粒度粒徑變化曲線圖，使產品粒度由無知到可知、可控。從2012年粒度變化趨勢圖可以看出，通過監測粒度粒徑變化，可以做到早調控、早預防，采取措施，避免產品粒度爆炸性細化。

對于產品粒度周期性變化的特殊屬性是無法改變的，產品粒度的變化趨勢曲線近似于正弦曲線，不管對生產控制的如何到位都無法改變這一特性，我們只能控制的使正弦曲線的振幅減小，正弦曲線的波長增長；因此對于產品粒度波動要正確對待，尤其是對于AH粒度指標考核并非越小越好，目前對AH粒度指標考核-45 μm達8%以下并非好事，AH顆粒粒徑大到一定程度便會爆炸性細化，最主要的是AH顆粒的強度，我們要做的就是調整好影響產品粒度的各項指標以及使用好添加劑（結晶助劑）。

此次AO粒度波動，持續時間長，產品質量受到嚴重影響，為此我公司也借鑒了外公司不少的先進經驗，為我所用，同時又根據此次AO粒度波動，總結經驗，制定措施，根據粒度變化周期提前預防。

（1）利用結晶助劑調整細顆粒的含量，縮短粒度變化的振幅，延長粒度變化的波長，有利于產品粒度穩定運行；

（2）生產管理上采用治根與治表相結合的辦法，從根源抓起，先后采取精礦分流使一二線精礦均分，使一二線精液成分及有機物含量相同；精液互送調整分解時間，改善產品質量；并從配堿到礦漿固含嚴抓，確保二線精液量的穩定和ak值的穩定，降低了精液中有機物的帶入量，有利于產品粒度的調整；

（3）車間在工藝管理方面，從嚴從細抓起，嚴格監控各種工藝操作條件，加大創新力度，如增設種子槽測溫裝置，確保首槽溫度控制上可以提前了解，提前控制，提前調整，有利于操作，控制到位；

（4）分解中間溫度控制方面，分解車間采用梯度降溫限制方法，車間細化到每個分解槽降溫梯度范圍并納入績效考核，使其操作工嚴格執行，使其梯度降溫更嚴格更合理。

7 結 論

通過以上看出，強化晶種分解過程提高分解率是拜耳法生產氧化鋁的一個關鍵工序，而且還直接影響循環效率及其它工序。種分分解率的高低對分解槽的單位產能、溶液產出率和產品質量都有直接的影響。為保證晶種分解過程，通過確定合理的分解降溫制度、適當延長分解時間、降低溶出液與精液ak、降低溶出后的鋁酸鈉溶液的濃度，從而提高原液的苛性比值、保證晶種的數量和質量、合理添加少量添加劑保證產品的粒度和強度，從而強化分解，提高分解率，對降低生產成本，提高企業經濟效益具有重要意義。

［1］畢詩文.氧化鋁生產工藝[M].北京：化學工業出版社，2006.

［2］沈濤.淺談如何提高氧化鋁生產中的種分分解率[J].河南化工，2011，25(4):30-32.

［3］和鳳枝.淺談如何提高拜耳法精種分解產出率[J].輕金屬，2004 (3 ):10-12.

［4］楊重愚.氧化鋁生產工藝學〔M〕.北京：冶金工業出版社，1993-10.

Analysis on Crystal Seed Decomposition in Aluminum Production

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（Henan Nonferrous Huiyuan Aluminum Co., Ltd., Henan Pingdingshan 467300, China）

The crystal seed decomposition is a key process in Bayer process, aluminium hydroxide with good quality and mother liquid with high caustic ratio can be gained by the crystal seed decomposition, so it can improve the efficiency of the Bayer cycle. In this paper, main factors to affect crystal seed decomposition in the Bayer process were described, how to control seed decomposition rate and particle size was discussed.

Bayer process；Seed decomposition；Seed decomposition rate；Particle size

TQ 133

A

1671-0460（2014）06-1008-03

2013-10-10

趙明偉（1982-），男，河南平頂山人，助理工程師，2001年畢業于河南工程技術學校熱力發電廠運行專業，從事化工工藝技術管理工作。E-mail：751620621@qq.com。