氧化鋁生產(chǎn)中降低助濾石灰用量研究

衛(wèi)學(xué)武

（河南能源義煤公司義翔鋁業(yè)，河南 三門峽 472435）

我國96%的鋁土礦為一水硬鋁石型鋁土礦，具有高鋁高硅、溶出溫度高等特性。因此，以一水硬鋁石型鋁土礦為原料生產(chǎn)氧化鋁的企業(yè)，95%產(chǎn)能使用的是高溫拜耳法生產(chǎn)工藝。在拜耳法粗液控制過濾中，用硅藻土、活性炭、ɑ-纖維素和水合鋁酸鈣做濾餅預(yù)涂層材料，使濾餅疏松，過濾阻力減少。有學(xué)者指出，在使用水合鋁酸鈣做濾餅預(yù)涂層材料時(shí)，其粒度在33～43 μm，可減輕赤泥對(duì)濾布的堵塞，降低過濾阻力；影響水合鋁酸鈣質(zhì)量的因素是合成用溶液的苛性堿濃度NK和其中的AL2O3量、CaO加入量和加入速度、合成時(shí)間及合成溫度等；用水合鋁酸鈣做預(yù)涂層，可大大提高葉濾機(jī)產(chǎn)能[1]。因此，本試驗(yàn)研究石灰消化水質(zhì)、石灰消化溫度、反應(yīng)時(shí)間、精液和石灰乳配比對(duì)水合鋁酸鈣過濾性能的影響。

1 試驗(yàn)原料

取入磨石灰，石灰成分如表1所示，然后取溶出二次水、蒸發(fā)好水、化驗(yàn)室去離子水備用，其堿度如表2所示，精液成分如表3所示。

表1 石灰成分

表2 各類水的堿度

表3 精液成分

2 試驗(yàn)方法

2.1 方法一

將溶出二次水，蒸發(fā)好水分別加熱、冷卻至95℃、70℃?zhèn)溆茫挥蒙鲜?種熱水分別進(jìn)行消化試驗(yàn)，將入磨石灰制備成CaOf為120±20 g/L左右的石灰乳備用；將精液與上述4種石灰乳按照1:1和3:1混合，在100℃反應(yīng)2 h，合成水合鋁酸鈣；分別測(cè)試上述4種水合鋁酸鈣過濾性能好壞。

2.2 方法二

為進(jìn)一步試驗(yàn)，用去離子水加熱至60℃進(jìn)行消化，緩慢加入出爐石灰，使其消化溫度不超過70℃，制備成CaOf為120±20 g/L左右的石灰乳備用；再將精液和石灰乳都加熱到100℃后，按1:1和3:1混合，在100℃反應(yīng)合成水合鋁酸鈣，分別在0 h、0.5 h、1 h、2 h取樣；分別測(cè)試上述4種水合鋁酸鈣過濾性能好壞。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 溶出二次水，蒸發(fā)好水分別加熱、冷卻至95℃、70℃制成水合鋁酸鈣的試驗(yàn)結(jié)果

表4 精液與石灰乳按1∶1混合結(jié)果

圖1 溶出二次水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對(duì)比

圖2 蒸發(fā)好水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對(duì)比

圖3 溶出二次水與蒸發(fā)好水在70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對(duì)比

從表4、圖1、圖2、圖3可看出，當(dāng)精液與石灰乳按1:1反應(yīng)時(shí)，溶出二次水與蒸發(fā)好水在70℃消化石灰制成的水合鋁酸鈣比在95℃消化石灰制成的水合鋁酸鈣效果好；在相同溫度消化石灰制成水合鋁酸鈣，蒸發(fā)好水合成的水合鋁酸鈣與溶出二次水相差不大。

表5 精液與石灰乳按3∶1混合結(jié)果

從表5、圖4、圖5、圖6可看出，在精液與石灰乳按3:1混合后，溶出二次水與蒸發(fā)好水在70℃消化的石灰乳合成的水合鋁酸鈣過濾性能比在95℃消化效果好；在70℃消化時(shí)，蒸發(fā)好水比溶出二次水略好。

從上述試驗(yàn)得出，石灰消化溫度對(duì)水合鋁酸鈣的合成影響較大。在水溫低于70℃時(shí)，消化的石灰乳制成的水合鋁酸鈣過濾性能較好，水質(zhì)對(duì)水合鋁酸鈣合成的影響不大。

圖4 溶出二次水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對(duì)比

圖5 蒸發(fā)好水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對(duì)比

圖6 溶出二次水與蒸發(fā)好水在70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對(duì)比

3.2 用方法二在2 L高壓釜中試驗(yàn)，測(cè)定石灰乳和精液的比例及合成時(shí)間對(duì)水合鋁酸鈣過濾性能的影響

從表6、圖7可看出，精液與石灰乳按1:1混合后，溢流NK為91 g/L左右，石灰乳固含為110 g/L左右，隨著保溫時(shí)間的增長，水合鋁酸鈣的過濾性能越來越好。

從表7、圖8可看出，精液與石灰乳按3:1混合后，溢流NK為136 g/L，石灰乳固含量為55 g/L左右，保溫比無保溫效果好，但隨著保溫時(shí)間的增長，水合鋁酸鈣的過濾性能趨于一致。

表6 精液與石灰乳按1∶1混合、石灰乳消化溫度為70℃的結(jié)果

表7 精液與石灰乳按3∶1混合、石灰乳消化溫度為70℃的結(jié)果

圖7 去離子水制水合鋁酸鈣不同保溫時(shí)間對(duì)比（1∶1）

從圖9可看出，精液與石灰乳按3:1混合后合成的水合鋁酸鈣比按1:1混合后合成的水合鋁酸鈣過濾性能好。

圖8 去離子水制水合鋁酸鈣不同保溫時(shí)間對(duì)比（3∶1）

從圖10可看出，精液與石灰乳按3:1混合制水合鋁酸鈣比1:1混合制水合鋁酸鈣和生產(chǎn)水合鋁酸鈣的過濾性能都好，斜率較低，生產(chǎn)的水合鋁酸鈣最差。

表8 生產(chǎn)上水合鋁酸鈣每次過濾時(shí)間

圖9 精液與石灰乳按1∶1和3∶1混合后合成水合鋁酸鈣過濾性能對(duì)比

圖10 溢流與石灰乳按1∶1和3∶1混合水合鋁酸鈣與生產(chǎn)水合鋁酸鈣過濾性能對(duì)比

4 結(jié)論

溶出二次水和蒸發(fā)好水在70℃消化石灰合成的水合鋁酸鈣性能比95℃消化石灰好，蒸發(fā)好水和溶出二次水消化的石灰合成的水合鋁酸鈣的過濾性能差不多；精液與石灰乳按1:1反應(yīng)時(shí)，隨著保溫時(shí)間的增長，水合鋁酸鈣的過濾性能越來越好；精液與石灰乳按3:1反應(yīng)時(shí)，隨著保溫時(shí)間的增長，水合鋁酸鈣的過濾性趨于一致，保溫0.5 h就可滿足生產(chǎn)要求，但必須保證石灰的質(zhì)量；精液與石灰乳按3:1反應(yīng)制成的水合鋁酸鈣比按1:1反應(yīng)制成后的水合鋁酸鈣過濾性能好，生產(chǎn)水合鋁酸鈣的過濾性能不好。

將研究成果投入生產(chǎn)，結(jié)果表明，用70℃的溶出二次水和蒸發(fā)好水消化石灰的石灰乳在95～100℃，精液與石灰乳體積比按3:1進(jìn)行反應(yīng)2 h，合成助濾劑替代純石灰乳，石灰乳用量可以降低40%，工業(yè)實(shí)施效果良好。

1 Valeri Chua HiuLing.Optimal Concentration of Filter Aid for Bayer Alumina Precoat Filters[D].Brisbane：Queensland University，2002.