拜尔法赤泥的沉降分离过程初探

拜尔法赤泥的沉降分离过程初探赤泥的沉降分离是拜尔法氧化铝生产过程中的主要工序之一，起着承上启下的作用，生产操作中，时常由于固液分离不好使生产不能正常进行，直接影响固液分离效率和氧化铝的产出率，因此，提高固液分离效率已成为氧化铝生产研究的重要内容。赤泥的沉降分离是一个极其复杂的物理化学过程。由于拜尔法溶出矿浆是由赤泥与铝酸钠溶液形成的悬浮液，赤泥粒子之间以及赤泥粒子与溶液之间存在着复杂的物理化学作用，赤泥的物相组成、粒度分布、赤泥颗粒的表面形态以及赤泥浆液的固体含量、液相成分、赤泥浆液温度等对赤泥浆液的沉降分离过程均有明显影响。就目前我国氧化铝的生产状况看，如果仅从研究分离设备着手，使分离速度成倍提高是十分困难的。如能选择恰当的絮凝剂，应用絮凝剂技术却可以使固液分离速度大大提高，并可减小分离设备的尺寸。高分子絮凝剂的作用机理就在于通过吸附架桥、表面吸附和电荷中和作用引起赤泥颗粒之间的有效凝聚，形成“大粒子”，使沉降速度大大加快。具体来说，就是通过添加高分子絮凝剂来改善拜尔法赤泥的沉降分离，提高固液分离效率，从而实现赤泥的高效分离。本文只要探讨了在添加絮凝剂的条件下，稀释矿浆温度、浓度及固含，预脱硅时间和絮凝剂添加量对赤泥沉降分离过程的影响，并对其影响机理进行了分析。1试验原料及试验方法1.1试验原料试验用铝土矿的化学成分（%）：Al2O368.50、SiO210.48、TiO23.06、A/S6.54，粒度分布（%）：+0.104mm6.0、-0.104～+0.045mm31.6、-0.045mm61.9。石灰取自生产现场，将石灰粉化至-0.152mm，而后在1050℃焙烧30min，置于干燥器中备用，石灰中CaO＞95.02%。试验用铝酸钠母液取自生产现场，αK=2.85，其化学成分（g/L）：NT271.29、NK244.0、Al2O3140.80。试验用絮凝剂名称及编号：1#HA5740（法国）、2#Aclar600（英国）、3#PAS（中国河南）。1.2试验方法1.2.1絮凝剂的配置絮凝剂的配置在带有磁力搅拌器的水浴内进行。絮凝剂配制浓度为0.1%。1.2.2预脱硅及溶出试验预脱硅试验在油浴钢弹溶出器内进行，溶出试验在熔盐浴钢弹溶出器内进行。根据铝土矿及母液的成分按照一定的配矿条件配制成矿浆后首先在油浴钢弹溶出器内，在100℃进行一定时间的预脱硅，然后再将矿浆倒入熔盐浴钢弹溶出器内进行溶出试验。1.2.3沉降试验沉降试验用高185mm、体积为100mL的沉降管在可控温的水浴槽中进行。1.2.4试验步骤把溶出后的矿浆用热水稀释到一定浓度，按100mL刻度加入到沉降管中，再将沉降管放入到已恒温的水浴槽中，停留10～15min。把矿浆搅拌均匀，用移液管吸取已计算好的絮凝剂均匀分布到矿浆中，边加入边搅拌，使絮凝剂均匀分布到矿浆中，搅拌停止时按动秒表，开始计算沉降时间，并每隔一定时间记录一次泥浆过滤分离，赤泥经洗涤、烘干后称量，计算赤泥压缩液固比。2结果及讨论2.1稀释矿浆温度对赤泥沉降性能的影响稀释矿浆温度是赤泥沉降行为的主要影响因素之一。本次试验采用1#、2#、3#絮凝剂进行了98℃和105℃两种温度下赤泥沉降行为的对比。其中配料αK为1.44，预脱硅温度100℃，预脱硅时间4h，溶出温度265℃，溶出时间60min。不同温度下的沉降试验结果见表1。表1不同温度下的沉降试验结果絮凝剂矿浆固含/(g·L-1)NK/(g·L-1)沉降温度/℃前5分钟平均沉速/(mm·min-1)前10分钟平均沉速/(mm·min-1)60min压缩液固比1#110166982.42.36.081#1101671056.05.05.482#110166984.43.85.872#1091651057.65.25.783#110166984.23.65.683#1091651057.25.15.82从表1可以看出，在其他条件相同的情况下，稀释矿浆温度对赤泥的沉降行为有很大的影响，温度越高，沉降速度越快。因此，在工业生产中，应控制尽可能高的稀释矿浆温度，以确保赤泥沉降分离过程的顺利进行。2.2预脱硅时间对赤泥沉降性能的影响配料及溶出条件同前，采用3#絮凝剂，沉降温度105℃，絮凝剂加入量按干赤泥的0.05%加入。试验结果见表2.表2预脱硅时间对赤泥沉降性能的影响（3#絮凝剂）预脱硅时间/hNK/(g·L-1)稀释固含/(g·L-1)前5分钟平均沉速/(mm·min-1)前10分钟平均沉速/(mm·min-1)60min压缩液固比01691103.22.86.6041661085.04.55.9361661085.65.05.7381661074.04.15.86从表2可以看出，未经预脱硅的溶出矿浆不仅沉降速度慢，而且赤泥的压缩性能差。经过预脱硅的溶出矿浆的赤泥沉降速度及其压缩性能得到了明显改善。从试验结果和赤泥的沉降性能两方面考虑，预脱硅时间以4～6h为宜。2.3絮凝剂添加量对赤泥沉降性能的影响在预脱硅时间4h、溶出温度265℃、溶出时间60min的条件下，采用3#絮凝剂进行了絮凝剂添加量对赤泥沉降性能的影响试验，稀释矿浆温度为105℃，试验结果见图1。从图1可看出，在试验范围内，絮凝剂添加量越大，赤泥沉降速度越快、压缩性能越好，根据本试验结果以及工业生产的实际经验，絮凝剂的添加量以0.05%～0.07%为宜。图1不同絮凝剂添加量赤泥层高度随沉降时间的变化（3#絮凝剂）2.4稀释矿浆浓度对赤泥沉降性能的影响本试验选用1#絮凝剂进行了不同稀释浓度条件下的赤泥沉降行为的对比试验，稀释矿浆温度为105℃，絮凝剂添加量为干赤泥重的0.05%。配料、预脱硅及溶出条件同前，试验结果见图2。从图2可以看出，稀释矿浆浓度对赤泥沉降性能有明显影响，稀释矿浆浓度越低，沉降速度越快。对1#絮凝剂，当稀释矿浆浓度降到NK=158g/L时，沉降速度明显加快，完全可以满足工业生产的要求。图2不同稀释矿浆浓度赤泥层高度随沉降时间的变化（1#絮凝剂）稀释矿浆浓度对赤泥沉降性能的影响机理主要表现在两个方面：稀释矿浆浓度越低，溶液黏度及密度越小，越有利赤泥的沉降过程；稀释浓度降低，则稀释矿浆的固含相应降低，相应地，赤泥的表现沉降速度会加快。2.5稀释矿浆固含对赤泥沉降性能的影响为全面认识各主要工艺条件对赤泥沉降性能的影响，本研究进行了在相同的稀释NK条件下稀释固含不同时赤泥沉降速度的变化。配料、预脱硅及溶出条件同前，稀释矿浆温度105℃，絮凝剂加入量为干赤泥重的0.05%。试验结果见表3和图3。表3稀释矿浆固含对赤泥沉降性能的影响絮凝剂NK/(g·L-1)稀释固含/(g·L-1)前5分钟平均沉速/(mm·min-1)前10分钟平均沉速/(mm·min-1)60min压缩液固比2#1651097.55.25.782#1658512.48.35.192#1657717.09.75.192#1656919.210.94.952#1631087.25.35.533#163909.87.25.413#1638114.28.85.423#1637115.69.65.69图3不同稀释矿浆固含赤泥层高度随降低时间的变化3结论稀释矿浆温度、预脱硅时间对赤泥沉降分离速度有明显影响。对试验用的铝土矿，在实际生产过程中，稀释矿浆温度以不低于105℃为宜，预脱硅时间应控制在4～6h。采用国产3#絮凝剂，适宜的絮凝剂添加量范围为0.05%～0.07%。稀释矿浆浓度越低，赤泥沉降速度越快。在相同的稀释NK浓度条件下，随着稀释矿浆固含的降低，赤泥沉降速度讯迅速加快。因此，在实际的工业生产过程中，可以创造一定的条件，在不降低稀释矿浆NK浓度的条件下，适当降低稀释矿浆固含，可确保赤泥沉降分离的高效稳定进行。