國(guó)內(nèi)某氧化鋁廠赤泥沉降特性研究

付義東

(山西信發(fā)化工有限公司,山西 孝義 032300)

赤泥沉降分離是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工序之一,其核心裝備是沉降槽[1]。沉降槽性能對(duì)氧化鋁單線(xiàn)產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)成本控制及產(chǎn)品質(zhì)量具有重要影響[2]。沉降槽的主要功能是利用重力作用實(shí)現(xiàn)固液分離和固體壓縮,運(yùn)行過(guò)程中需要通過(guò)添加絮凝劑來(lái)促進(jìn)赤泥顆粒的聚合與沉降[3]。礦石成分對(duì)赤泥沉降性能有較大影響。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)鋁土礦品位和供礦量均大幅降低,進(jìn)口鋁土礦逐年上升,國(guó)內(nèi)氧化鋁廠均面臨礦石來(lái)源多樣化、入磨礦石成分波動(dòng)大等問(wèn)題。通過(guò)沉降實(shí)驗(yàn)研究不同赤泥的沉降性能,并基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行沉降槽工藝參數(shù)的優(yōu)化,對(duì)提高沉降性能和降低生產(chǎn)成本顯得尤其重要[4-5]。

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某氧化鋁廠所用混合鋁土礦所產(chǎn)赤泥進(jìn)行靜態(tài)沉降實(shí)驗(yàn),研究絮凝劑添加量、添加方式、料漿固含等對(duì)沉降速度及干基處理能力的影響,評(píng)估現(xiàn)有沉降槽對(duì)礦石成分波動(dòng)的適應(yīng)性。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

沉降實(shí)驗(yàn)所用實(shí)驗(yàn)裝置及用途如下:

(1)2000 mL量筒。赤泥沉降分離的主要裝置,用于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。

(2)2000 mL燒杯。用于實(shí)驗(yàn)料漿配制及料漿與絮凝劑混合。

(3)10 mL注射器。用于絮凝劑添加。

(4)玻璃棒。用于促進(jìn)料漿與絮凝劑混合。

(5)秒表。用于測(cè)量沉降時(shí)間。

(6)直尺。用于測(cè)量沉降高度。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

沉降實(shí)驗(yàn)基本操作流程如下:

(1)實(shí)驗(yàn)料漿配制。取稀釋料漿和粗液,在燒杯中配制特定固含的實(shí)驗(yàn)料漿。

(2)絮凝劑添加。用注射器向燒杯中添加絮凝劑,同時(shí)用玻璃棒不斷攪拌。

(3)沉降分離準(zhǔn)備。絮凝劑添加結(jié)束后,將燒杯中的料漿移入量筒中。

(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。記錄泥層界面下降高度及所用時(shí)間。

(5)沉降速度計(jì)算。沉降高度除以沉降時(shí)間即為沉降速度。

1.3 礦石成分

該氧化鋁廠所用鋁土礦礦石成分如表1所示。由表1中數(shù)據(jù)可知,該廠所用混合鋁土礦A/S為4.78。

表1 混合鋁土礦礦石成分 %

2 沉降特性研究

2.1 絮凝劑添加方式對(duì)沉降速度的影響

絮凝劑的主要作用是促進(jìn)赤泥顆粒的吸附與聚合,生成粒徑較大的赤泥絮團(tuán),從而實(shí)現(xiàn)快速沉降,絮凝劑添加方式對(duì)提高沉降槽性能具有重要作用。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,按照料漿固含為40 g/L,絮凝劑添加量為100 g/t,分別采用單次添加、三次添加及連續(xù)添加三種方式,測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算沉降速度,所得結(jié)果如圖1所示。

圖1 絮凝劑添加方式對(duì)沉降速度的影響

從圖1中可以看出,三種絮凝劑添加方式對(duì)應(yīng)的沉降速度關(guān)系為:單次添加<三次添加<連續(xù)添加。生產(chǎn)過(guò)程中,沉降槽連續(xù)作業(yè),料漿沿進(jìn)料管持續(xù)進(jìn)入沉降槽,進(jìn)料管在到達(dá)進(jìn)料井前設(shè)有三處絮凝劑添加點(diǎn),每個(gè)添加點(diǎn)處絮凝劑連續(xù)添加,由此可見(jiàn),生產(chǎn)過(guò)程中絮凝劑的添加方式為連續(xù)添加,這種添加方式能夠充分發(fā)揮絮凝劑作用,提高赤泥的沉降速度。因此,后續(xù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中均采用連續(xù)添加絮凝劑的方式。

2.2 絮凝劑混合時(shí)間對(duì)沉降速度的影響

由上述實(shí)驗(yàn)方法可知,每次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,料漿與絮凝劑體積一定,二者在燒杯中混合,為保證料漿中的赤泥顆粒能夠充分吸收絮凝劑,足夠的絮凝劑混合時(shí)間是十分必要的。因此,有必要研究絮凝劑混合時(shí)間對(duì)沉降速度的影響規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,按照料漿固含為40 g/L,絮凝劑添加量為100 g/t,絮凝劑混合時(shí)間分別為10 s、30 s、60 s,測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并計(jì)算沉降速度,所得結(jié)果如圖2所示。

圖2 絮凝劑混合時(shí)間對(duì)沉降速度的影響

從圖2中可以看出,三種絮凝劑混合時(shí)間對(duì)應(yīng)的沉降速度關(guān)系為:10 s<30 s<60 s。其中,10 s與30 s對(duì)應(yīng)的沉降速度相差較大,30 s與60 s對(duì)應(yīng)的沉降速度相差較小。由此可見(jiàn),足夠的絮凝劑混合時(shí)間對(duì)充分發(fā)揮絮凝劑的作用是至關(guān)重要的,過(guò)長(zhǎng)的絮凝劑混合時(shí)間對(duì)提高沉降速度的作用不大。因此,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)保證絮凝劑混合時(shí)間不低于30 s。

2.3 料漿固含及絮凝劑添加量對(duì)沉降速度的影響

沉降速度不僅受料漿固含影響,也受絮凝劑添加量影響。因此,本研究采用交叉試驗(yàn)法對(duì)不同料漿固含及絮凝劑添加量進(jìn)行沉降實(shí)驗(yàn),研究料漿固含及絮凝劑添加量對(duì)沉降速度的影響規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,初始料漿固含為80 g/L,與粗液配制實(shí)驗(yàn)料漿固含分別為40 g/L、56 g/L、80 g/L,絮凝劑添加量分別為75 g/t、100 g/t、125 g/t,共進(jìn)行9組沉降實(shí)驗(yàn)。圖3所示為赤泥沉降分離后的泥層界面高度。

圖3 赤泥沉降分離后的泥層界面高度

從圖3中可以看出,絮凝劑添加量相同時(shí),三種料漿固含對(duì)應(yīng)的泥層界面高度關(guān)系為:40 g/L<56 g/L<80 g/L,且泥層界面高度比約為40∶56∶80。料漿固含相同時(shí),三種絮凝劑添加量對(duì)應(yīng)的泥層界面高度關(guān)系為:75 g/t>100 g/t>125 g/t,且泥層界面高度比約為125∶100∶75。由此可見(jiàn),泥層界面高度與料漿固含成正比,與絮凝劑添加量成反比。料漿固含最大、絮凝劑添加量最少時(shí),泥層界面最高;料漿固含最小、絮凝劑添加量最多時(shí),泥層界面最低。

計(jì)算不同料漿固含及絮凝劑添加量對(duì)應(yīng)的沉降速度,所得結(jié)果如圖4所示。

圖4 料漿固含及絮凝劑添加量對(duì)沉降速度的影響

從圖4中可以看出,絮凝劑添加量相同時(shí),三種料漿固含對(duì)應(yīng)的沉降速度關(guān)系為:40 g/L>56 g/L>80 g/L。料漿固含相同時(shí),三種絮凝劑添加量對(duì)應(yīng)的沉降速度關(guān)系為:75 g/t<100 g/t<125 g/t。由此可見(jiàn),赤泥沉降速度與料漿固含負(fù)相關(guān),與絮凝劑添加量正相關(guān)。料漿固含最小、絮凝劑添加量最多時(shí),沉降速度最大;料漿固含最大、絮凝劑添加量最少時(shí),沉降速度最小。

2.4 料漿固含及絮凝劑添加量對(duì)干基處理能力的影響

干基處理能力是評(píng)價(jià)沉降槽性能的重要指標(biāo),它由沉降速度和料漿固含共同決定,而沉降速度與料漿固含和絮凝劑添加量有關(guān)。因此,有必要研究料漿固含及絮凝劑添加量對(duì)干基處理能力的影響規(guī)律。

基于圖4中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行干基處理能力的計(jì)算,所得結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以看出,料漿固含相同時(shí),三種絮凝劑添加量對(duì)應(yīng)的干基處理能力關(guān)系為:75 g/t<100 g/t<125 g/t。但是,絮凝劑添加量相同時(shí),料漿固含與干基處理能力之間無(wú)線(xiàn)性關(guān)系。由此可見(jiàn),干基處理能力受料漿固含和絮凝劑添加量共同影響,應(yīng)通過(guò)沉降實(shí)驗(yàn)測(cè)量并計(jì)算以確定最大干基處理能力對(duì)應(yīng)的料漿固含和絮凝劑添加量。

圖5 料漿固含及絮凝劑添加量對(duì)干基處理能力的影響

由該氧化鋁廠產(chǎn)能及赤泥產(chǎn)出率核算,單組干赤泥最大小時(shí)通過(guò)能力需要達(dá)到220 t/h,按照現(xiàn)有分離槽規(guī)格核算,為滿(mǎn)足生產(chǎn)需求,分離槽實(shí)際干基處理能力應(yīng)不低于448.2 kg/(m2·h)。基于本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)分離槽的生產(chǎn)運(yùn)行作如下調(diào)整:

增強(qiáng)稀釋系統(tǒng)的稀釋能力,將進(jìn)料固含由80 g/L降低至40 g/L;絮凝劑添加量由100 g/t降低至75 g/t,此時(shí)分離槽干赤泥通過(guò)能力可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求,且此時(shí)絮凝劑用量最少,降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本。

3 結(jié) 論

(1)絮凝劑添加方式對(duì)應(yīng)的沉降速度關(guān)系為:單次添加<三次添加<連續(xù)添加。生產(chǎn)過(guò)程中絮凝劑的添加方式即為連續(xù)添加,有利于充分發(fā)揮絮凝劑作用,提高赤泥顆粒沉降速度。

(2)絮凝劑混合時(shí)間對(duì)應(yīng)的沉降速度關(guān)系為:10 s<30 s<60 s。其中,10 s與30 s對(duì)應(yīng)的沉降速度相差較大,30 s與60 s對(duì)應(yīng)的沉降速度相差較小。

(3)干基處理能力與料漿固含無(wú)線(xiàn)性關(guān)系,與絮凝劑添加量正相關(guān)。

(4)將進(jìn)料固含降低至40 g/L,絮凝劑添加量降低至75 g/t,分離槽干赤泥通過(guò)能力可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求,且此時(shí)降低了絮凝劑相關(guān)的生產(chǎn)運(yùn)行成本。