常壓連續脫硅新工藝

陳浩瀚

（河南神火新材料有限公司，河南 汝州467500）

0 前言

在純燒結法氧化鋁生產中，傳統粗液脫硅技術是采用高壓或者中壓脫硅，汽耗量往往在1.4t/t-Al2O3以上，粗液脫硅的能耗占燒結法氧化鋁生產總能耗的17%左右。 降低粗液脫硅的汽耗，一直時氧化鋁工作者的努力方向。

常壓連續脫硅被眾多氧化鋁工作者認為是替代高壓或者中壓脫的一種新方法，但在國內氧化鋁生產中應用并不多。 某氧化鋁廠在初期設計時采用常壓連續脫硅，但在試生產過程中并沒有成功，不得不重新采用中壓脫硅。 神火新材料公司通過不斷的技術改造和創新，現已經成熟的應用了常壓連續脫硅，并取得了良好的效果。

1 常壓連續脫硅的技術控制條件

神火新材料公司常壓連續脫硅采用的技術控制條件如下：

（1）一段連續脫硅溶液溫度控制在95～105℃。

（2）脫硅原液的ak 控制在1.43～1.50，若ak 太低將造成Al2O3水解，ak 過高將造成精液的分解時間過長。

（3）一段連續脫硅的脫硅時間為4～5 小時。

（4）二段連續脫硅的溫度控制在90～95℃。

（5）二段連續脫硅的脫硅時間為2～3 小時。

2 常壓連續脫硅的工藝流程

二段脫硅采用向鋁酸鈉溶液中加入石灰乳進行脫硅，二段脫硅產生的硅渣（主要成分為水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O）全部作為一段脫硅的晶種。將一段脫硅2# 槽內的部分料漿，經水力旋流器分離，將部分硅渣返回一脫硅1# 槽，以此來提高一脫硅1# 槽和2# 槽的固含，增加脫硅晶種量，縮短一段脫硅時間。

在一段脫硅槽和二段脫硅槽內安裝由蒸汽盤管，通過蒸汽盤管的間接加熱來提高溶液的溫度。

3 常壓連續脫硅的工藝原理

3.1 石灰乳的制備

利用種分氫氧化鋁洗液和生石灰來制備石灰乳，石灰乳的主要成分是鋁酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O。 將生石灰中和種分氫氧化鋁洗液加入到化灰機中， 生石灰的主要成分氧化鈣CaO 首先與水H2O 反應生成氫氧化鈣Ca(OH)2，氫氧化鈣Ca(OH)2與洗液中的Al2O3反應生成鋁酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O。

利用種分氫氧化鋁洗液化石灰乳， 不但有利于二段脫硅的進行，而且減少了進入生產流程的水量，根據生產統計：生產1 噸氧化鋁需用0.46m3水制備石灰乳。

3.2 二段脫硅原理

二段脫硅原液中SiO2的含量為0.4～0.6g/l，向其中加入石灰乳后，原液中的硅酸離子與石灰乳中的3CaO·Al2O3·6H2O 反應生成水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O，其化學反應方程式如下：

實驗表明：用氫氧化鋁洗液化石灰乳的脫硅速度比用水化石灰乳的脫硅速度快，所以用氫氧化鋁洗液化石灰乳可以縮短脫硅時間。 由于脫硅硅渣生成水化石榴石（3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O ）中SiO2的飽和系數x=0.1～0.2，所以隨著水化石榴石的生成，將有大量的Al2O3進入到硅渣里面，但這些進入硅渣的Al2O3主要來源于石灰乳，對鋁酸鈉溶液的Al2O3濃度降低不大。

3.3 一段脫硅原理

一段脫硅采用的脫硅晶種是二段脫硅生成的鈣硅渣（主要成分為水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O ）和水力旋流器返回的混合硅渣，在一段脫硅過程中主要有以下兩個反應發生：

（1）水化石榴石繼續結合SiO2，生成SiO2飽和系數較大的水化石榴石。

由于水化石榴石中SiO2的飽和系數隨著溶液中SiO2的濃度增大而增大，將鈣硅渣加入粗液中，經攪拌混合后，水化石榴石繼續結合SiO2，生成SiO2飽和系數較大的水化石榴石。

（2）水合鋁硅酸鈉的生成

生成水合鋁酸鈉的反應為液相中離子反應。此過程可用下列反應方程式表示：

此反應的進行在不加種子的條件下，即使高溫高壓下，其反應也較慢，加入硅渣晶種能大大提高其反應速度，縮短脫硅時間。

將一段脫硅2# 槽的部分硅渣返回到一段脫硅1# 槽， 這樣可將1# 槽和2# 槽溶液固含提高到80g/l， 一段脫硅3# 槽溶液的固含控制在40g/l 左右， 這樣不但可以彌補由于二段脫硅產生的鈣硅渣量不足（將造成脫硅速度慢，脫硅時間長）的缺點，而且可以降低一段脫硅硅渣分離的負擔。

4 常壓連續脫硅硅渣的Al2O3 返回量

常壓連續脫硅的硅渣外排形式是：將一段脫硅產生的混合硅渣送生料調配工序重新回收利用。 混合硅渣中的Al2O3主要來源于氫氧化鋁洗液和粗液， 雖然混合硅渣的Al2O3含量比水合鋁酸鈉中的Al2O3含量高，但常壓連續脫硅鋁酸鈉溶液Al2O3的濃度降低幅度并不大。

5 經濟效益分析

5.1 氫氧化鋁洗液化生石灰的節能

據統計：用氫氧化鋁洗液制備石灰乳，生產1 噸氧化鋁可以少加生產用水0.46m3，蒸發0.46m3水的汽耗為0.184 噸。 神火新材料公司年產16 萬噸氫氧化鋁（折合10 萬噸氧化鋁），一年石灰乳制備可節約蒸汽1.84 萬噸（蒸汽成本90 元/噸），折合資金約為：

1.84 ×90=165.6（萬元）

5.2 常壓連續脫硅汽耗的降低

某氧化鋁廠高壓脫硅的平均汽耗為1.41t/t- Al2O3，神火新材料公司的常壓連續脫硅的平均汽耗為1.16 t/t-Al2O3，湘江佛光公司常壓脫硅一年可節約蒸汽2.5 萬噸（蒸汽成本90 元/噸），折合資金約為：

2.5 ×90=225（萬元）

5.3 常壓連續脫硅的設備投資較少， 避免了壓力設備的維護和清理所帶來的后期費用。

6 結論

6.1 神火新材料公司利用常壓脫硅生產的一次精制液A/S 為250～350，二次精制液A/S 為600～800，完全能滿足產品Al(OH)3一級品質量要求。

6.2 利用氫氧化鋁洗液制備石灰乳和常壓連續脫硅一年可為神火新材料公司節約約390 萬元，對純燒結法氧化鋁廠降低生產成本效果顯著。

6.3 常壓連續脫硅應控制好脫硅溫度， 防止因溫度過低造成鋁酸鈉溶液水解。

6.4 常壓脫硅效果的影響因素比較多，有待于進一步研究。

［1］河南神火新材料有限公司生產技術月報[R].2013.

［2］孫建峰.應用常壓脫硅工藝降低粗液脫硅汽耗[J].輕金屬，2003.

［3］楊重愚，主編.氧化鋁生產工藝學[M].中南工業大學：冶金工業出版社，1992.