拜耳法赤泥沉降工序工藝指標(biāo)對生產(chǎn)的影響

〔摘 要〕對影響赤泥沉降工序的混合效率、沉降槽底流固含、洗水量、濾餅含水率、赤泥壓濾液及細(xì)種子苛化液加入點等工藝指標(biāo)分別進(jìn)行計算，分析識別影響沉降工序處理能力因素。研究發(fā)現(xiàn)，分離及洗滌沉降槽底液液固比降低、混合效率提高、濾餅含水率降低、洗水量增加，都能夠使赤泥的堿附損量降低。因此，可通過改進(jìn)沉降槽、靜態(tài)混合器、壓濾機等來進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)指標(biāo)；同時，赤泥壓濾液及細(xì)種子苛化液的最佳加入點應(yīng)為礦漿堿濃度高于且最接近洗水濃度的那一級沉降槽。

〔關(guān)鍵詞〕赤泥；深錐沉降槽；堿附損量；混合效率；液固比

中圖分類號：TF821 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1004-4345（2023）02-0019-05

Abstract" The paper makes a calculation and analysis of the process indicators， including mixing efficiency， solid content in the settler underflow， amount of washing water， water content in the filter cake， charging points of the red mud filtrate and fine seed caustic solution affecting the red mud settling operation to find out the impact of these factors on the processing capacity of the settling operation. The study has found that the lower the liquid-solid ratio of the separation and washing settler underflow， the higher the mixing efficiency， the lower the water content of the filter cake， and the increase in washing water can all reduce the additional alkali loss of red mud. Further optimization of production indicators can be achieved by improving the settler， static mixer， filter press， etc. Meanwhile， it is best to charge the red mud filtrate and fine seed caustic solution to the place where the alkali concentration of the slurry is higher than and closest to the washing water concentration in the settler.

Keywords" red mud; deep cone settler; additional alkali loss; mixing efficiency; liquid-solid ratio

在氧化鋁生產(chǎn)過程中，赤泥的沉降分離工序十分重要，其作用是對稀釋后的溶出礦漿進(jìn)行固液分離[1]。該工序最直接的生產(chǎn)指標(biāo)是外排赤泥的附損，一般以每噸赤泥帶入赤泥堆場的Na2O量為考核標(biāo)準(zhǔn)。目前，國內(nèi)外大型氧化鋁生產(chǎn)廠一般采用大型深錐沉降槽來實現(xiàn)赤泥的分離洗滌[2]?？己顺两挡厶幚砟芰Φ闹匾笜?biāo)包括沉降槽產(chǎn)能、粗液浮游物含量等。在設(shè)計和生產(chǎn)過程中，如何優(yōu)化上述工藝參數(shù)，提高沉降槽能力是沉降分離工序的關(guān)鍵。本文擬針對影響沉降工序的各種工藝參數(shù)展開研究，探尋提高沉降工序產(chǎn)能的途徑。

1" "赤泥沉降分離洗滌工序工藝概況

1.1" 工藝流程

本文選用國外某項目采用拜耳法處理三水鋁石的分離底流工藝參數(shù)作為研究對象。該項目赤泥沉降分離洗滌工藝的主要工藝流程如下：由拜耳法溶出工序送來的稀釋料漿進(jìn)入分離沉降槽，經(jīng)分離沉降后，溢流（粗液）送至鋁酸鈉溶液精濾工段，底流用泵送至一洗沉降槽。一洗沉降槽底流經(jīng)二洗、三洗、四洗沉降槽等[3]多次洗滌后，去赤泥壓濾。洗滌槽數(shù)量由外排赤泥的附損確定，附損要求越低，洗滌次數(shù)越多。赤泥沉降分離洗滌工藝流程見圖1。

1.2" 計算條件

該項目洗滌次數(shù)為5次，各洗滌槽底流固體質(zhì)量濃度約為600 g/L。分離底流工藝計算條件見表1。

該赤泥洗水包含了絮凝劑二次稀釋水以及一部分先被用于細(xì)種子洗滌再經(jīng)苛化后返回沉降系統(tǒng)的赤泥洗水（即細(xì)種子苛化液），因此在計算過程中需要考慮這些因素對計算的影響。各洗滌槽絮凝劑用量統(tǒng)一取110 g/t，二次稀釋后的絮凝劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%，所以每臺洗滌槽對應(yīng)的絮凝劑洗水量為73 kg/t。細(xì)種子苛化液用量取486 kg/t，苛化液中堿的質(zhì)量濃度約為44 g/L。

2" "影響因素分析與識別

影響赤泥沉降分離因素有很多，在生產(chǎn)中沉降系統(tǒng)指標(biāo)往往是多種因素互相影響的結(jié)果。下面對影響沉降工序生產(chǎn)指標(biāo)的分離槽底流液固比、洗滌槽底流液固比、洗滌槽的混合效率、壓濾機濾餅含水率、赤泥洗水量、細(xì)種子苛化液加入點、壓濾機濾液加入點等工藝參數(shù)進(jìn)行分析，以期探尋提高沉降工序產(chǎn)能的途徑。

2.1" 分離槽底流液固比

分離槽的底流液固比直接影響進(jìn)入洗滌系統(tǒng)的堿、鋁質(zhì)量濃度，進(jìn)而影響洗滌次數(shù)、外排赤泥附損等。本次對比研究保持分離底流的堿、鋁質(zhì)量濃度，赤泥洗水量（2 743.71 kg/t）及洗滌次數(shù)（5次）等不變，分離底流液固比分別取1.50、1.75、2.00、2.25，不同分離底流液固比與外排赤泥堿附損量之間的關(guān)系見圖2，不同分離底流液固比與一洗溢流堿、鋁質(zhì)量濃度之間的關(guān)系見圖3。

從圖2和圖3可以看出，在其他條件不變的情況下，分離底流液固比增加，赤泥附損量及一洗溢流中堿、鋁質(zhì)量濃度都在增加，這是因為分離底流固體含量越低，帶入洗滌系統(tǒng)的堿液和鋁液越多。堿鋁含量的增加會影響洗滌效果，因此降低分離底流液固比有利于提高洗滌效果。

當(dāng)分離底流液固比增加時，一洗溢流量也會相應(yīng)增加，以年產(chǎn)1 000 kt氧化鋁產(chǎn)能為基準(zhǔn)，計算出分離底流和一洗溢流之間的變化趨勢見圖4。

從圖4可以看出，隨著分離底流液固比的增加，分離底流和一洗溢流增加的量相等，這是因為在本次計算中外排赤泥的附液量是不變的，因此進(jìn)入洗滌系統(tǒng)中多余液體都將通過一洗溢流返回分離沉降槽。即，在溶出后礦漿量不變的情況下，即使改變分離底流液固比，分離溢流總量（粗液量）不變。同時，盡管一洗溢流的堿、鋁質(zhì)量濃度及流量都在增加，但其增加幅度并不大。計算發(fā)現(xiàn)，在溶出后礦漿流量及濃度不變的情況下，將分離底流液固比由1.5升至2.25后，分離槽進(jìn)料礦漿的堿、鋁質(zhì)量濃度僅降低了約0.07 g/L。可見，改變分離底流液固比對分離槽進(jìn)料的堿鋁濃度影響較小。

2.2" 洗滌槽底流液固比

洗滌槽的底流液固比直接影響其下級洗滌槽進(jìn)料礦漿的堿、鋁質(zhì)量濃度。不同級洗滌槽底流液固比對其下級洗滌槽的影響規(guī)律是一致的，本文僅對最具代表性的一洗底流液固比進(jìn)行分析，其余輸入及輸出條件均不變。不同一洗底流液固比與外排赤泥堿附損量，以及一洗溢流和二洗溢流中堿、鋁質(zhì)量濃度之間的關(guān)系如圖5、圖6所示。

從圖5可以看出，隨著一洗底流液固比的增加，外排赤泥附損相應(yīng)增加，這是因為一洗底流液固比增加后，進(jìn)入二洗的液體量增加，雖然一洗底流的堿質(zhì)量濃度不變，仍會導(dǎo)致進(jìn)入后續(xù)洗滌工序的堿總量增加，繼而使赤泥外排附損增加。此現(xiàn)象也會使二洗溢流的堿、鋁質(zhì)量濃度增加。圖6表明，一洗底流液固比的增加會使一洗溢流的堿、鋁質(zhì)量濃度降低，但降低幅度不大。這是因為由一洗底流帶入二洗的液體量雖然隨著液固比的增加而增大，但二洗溢流量也隨之增加，并重新返回進(jìn)入一洗沉降槽，兩相抵消。由于分離底流流量不變，因此一洗溢流量也不變，見圖7。

依據(jù)二洗溢流流量以及二洗溢流的堿、鋁質(zhì)量濃度計算可知，二洗溢流并不能把一洗底流多帶入二洗的堿、鋁全部返回至一洗，有一部分堿、鋁會被二洗底流帶至下級洗滌沉降槽。所以，當(dāng)一洗底流液固比增加時，會使一洗溢流的堿、鋁質(zhì)量濃度略有下降。

2.3" 洗滌槽的混合效率

洗滌槽的混合效率是指前級沉降槽底流和下級沉降槽溢流混合的均勻程度。如果底流液相和溢流不能充分接觸，則達(dá)不到好的洗滌效果。圖8為僅改變混合效率的前提下，對應(yīng)外排赤泥的附損量。

從圖8可以看出，在已知輸入條件下，提高5%的混合效率可以降低約0.7 kg/t的附堿量。目前，現(xiàn)場沉降工序的混合效率在85%～95%之間，還有待提高。提高混合效率的途徑主要是改進(jìn)沉降槽進(jìn)料口處的靜態(tài)混合器，或是通過中心進(jìn)料筒內(nèi)的流場，使底流與溢流充分混合。

2.4" 壓濾機濾餅含水率

末洗沉降槽底流通過壓濾機壓濾后，濾餅被運至赤泥堆場堆存[4]，濾液返回沉降系統(tǒng)，濾餅附液中的堿即為沉降工序中外排赤泥的附損。不同濾餅含水率與附損量之間的關(guān)系見圖9。

從圖9可以看出，濾餅含水率每下降3%，赤泥附損可以降低約0.5 kg/t。通常降低濾餅含水率的途徑是改進(jìn)壓濾機的壓濾能力。

2.5" 赤泥洗水量

赤泥洗水量主要是由溶出礦漿量及礦漿堿、鋁質(zhì)量濃度，粗液量及粗液堿、鋁質(zhì)量濃度決定的。在進(jìn)行調(diào)整時需首先保證粗液指標(biāo)。一般洗水量不受沉降工序處理能力影響，可通過改變洗滌次數(shù)滿足外排赤泥的附損指標(biāo)。如果洗水量過小，洗滌次數(shù)過多，對于氧化鋁廠的投資和運行是不合理的，此時需考慮調(diào)整流程中其他指標(biāo)來增加洗水。在僅改變洗水量的前提下，不同洗水量與附損的關(guān)系見圖10，不同洗水量與一洗溢流的關(guān)系見圖11。

圖10、圖11說明，隨著洗水量的增加，赤泥附損量會明顯下降，隨之而來的是各級洗滌槽內(nèi)物料的堿質(zhì)量濃度也隨之整體下降；同時，一洗溢流量也會增加。由于一洗溢流會同溶出后礦漿混合，進(jìn)入分離沉降槽，在其他條件不變的前提下，一洗溢流流量的增加會影響到粗液流量及粗液濃度，所以改變洗水量必然需要調(diào)整溶出及蒸發(fā)工序的工藝參數(shù)。

由于三水鋁石礦大多采用低溫溶出，溶出過程中水的蒸發(fā)量較小，因此溶出后礦漿的堿、鋁質(zhì)量濃度較采用高溫溶出工藝的低。為了保證粗液中的堿、鋁質(zhì)量濃度在合適范圍內(nèi)，不宜過多地提高洗水量，這會導(dǎo)致洗滌工序不得不相應(yīng)地增加洗滌次數(shù)，從而導(dǎo)致增加投資。此時，可通過適當(dāng)提高循環(huán)堿濃度的方式增加赤泥洗水量，同時調(diào)整溶出及蒸發(fā)工序的參數(shù)設(shè)定和設(shè)備選型。

2.6" 細(xì)種子苛化液加入點

三水鋁石礦一般采用兩段分解，一段為附聚段，二段為長大段，分解后產(chǎn)品為砂狀氧化鋁顆粒[5]。由于礦石中存在草酸鹽雜質(zhì)，生產(chǎn)過程中一些有機物也會降解成草酸鹽[6]。這些雜質(zhì)在溶液中富集到一定濃度后會析出，造成堿的損失，同時也會導(dǎo)致種分系統(tǒng)中氫氧化鋁顆粒的細(xì)化。草酸鹽晶體容易被吸附到細(xì)種子上，影響細(xì)種子附聚，所以過濾后的細(xì)種子通常需要洗滌除去草酸鹽雜質(zhì)。洗液經(jīng)苛化后返回赤泥沉降工序，苛化后的洗水堿質(zhì)量濃度取44 g/L。由于這股洗液的堿質(zhì)量濃度較高，加入不同層級洗滌槽會對赤泥附損產(chǎn)生不同的影響。因此在不改變其他條件的情況下，將此洗水分別加入一洗、二洗、三洗及四洗沉降槽，計算出其對附損的影響，見圖12。

從圖12中可以看出，細(xì)種子苛化液加入二洗沉降槽可以得到最小的附損。如果含堿洗水加入比其堿濃度低的沉降槽，洗水會使該槽礦漿堿濃度提高，從而降低洗滌效果；如果含堿洗水加入濃度過高的沉降槽，則本來能被該洗水有效洗滌的二洗料漿并不能被洗滌，同樣達(dá)不到最佳洗滌效果。因此，含堿的苛化液最佳加入點應(yīng)為礦漿堿質(zhì)量濃度高于且最接近洗水濃度的那一級沉降槽，即二洗沉降槽。

2.7" 壓濾機濾液加入點

沉降工序的末洗底流進(jìn)入壓濾機進(jìn)行壓濾，濾液一般都返回末洗沉降槽循環(huán)。由于混合效率的影響，末洗溢流的堿、鋁質(zhì)量濃度會略低于末洗底流的堿、鋁質(zhì)量濃度，且混合效率越低，差異越大。如果混合效率為100%，則濾液的堿、鋁質(zhì)量濃度和末洗底流的堿、鋁質(zhì)量濃度是一致的，根據(jù)2.6節(jié)討論的結(jié)論，所加入沉降槽內(nèi)料漿的堿、鋁質(zhì)量濃度應(yīng)略高于加入沉降槽的洗水的堿、鋁質(zhì)量濃度，因此理論上講，如果混合效率不能達(dá)到100%，濾液應(yīng)該加入次末洗沉降槽而不是末洗沉降槽。本文對比了不同混合效率下，濾液加入末洗和次末洗沉降槽對赤泥附損的影響，如圖13所示。

一方面，混合效率越低，濾液加入次末洗沉降槽的附損與加入末洗的附損相比相差越明顯。這是因為混合效率越低，末洗底流的堿濃度就越高，則加入次末洗后洗滌效果越好。但是，濾液加入次末洗后對赤泥附損的降低程度有限。另一方面，如果將赤泥濾液加入末洗，能對進(jìn)入末洗沉降槽的料漿起到一定的稀釋作用，對沉降有利；如果沒有這股濾液，則末洗進(jìn)料濃度較高，不利于沉降。如果采用增加自稀釋泵的做法將末洗的溢流打回進(jìn)料口，補充缺少的濾液量，又會增加管道和泵的投資，增加操作難度。因此，采用此流程時，還需要具體問題具體分析，才能擬選出較優(yōu)方案。

3" " 結(jié)語

綜上所述，可得出如下結(jié)論：1）混合效率越高，外排赤泥附損越低，可通過改進(jìn)靜態(tài)混合器提高混合效率。2）分離及洗滌沉降槽底液固比越低，越有利于洗滌，通過改進(jìn)沉降槽可降低底流液固比。3）洗水量增加，赤泥附損下降，一洗溢流流量增加，其會造成粗液流量及濃度的變化。4）降低濾餅含水率可降低附損，可通過改進(jìn)壓濾機來降低濾餅含水率。5）赤泥壓濾液及細(xì)種子苛化液最佳加入點為礦漿堿濃度高于且最接近洗水濃度的那一級沉降槽。

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作者簡介：齊川（1987—），男，高級工程師，主要從事氧化鋁工業(yè)的設(shè)計管理工作。