降低外排赤泥AS方法的探讨

1、降低外排赤泥A/S方法的探讨程孝龙刘伟张海涛（河南中美铝业有限公司，河南登封，452477）摘 要：近年来，随着矿石品位的不断降低，氧化铝生产中的赤泥产量不断加大，而拜耳法外排赤泥A/S偏高带来了较大的氧化铝损失，致使矿耗增加，影响氧化铝生产成本。探讨如何降低外排A/S,对氧化铝生产成本控制意义重大。关键词：外排A/S;水解组成；影响因素；方法探讨1生产现状河南中美铝业有限公司采用拜耳法生产氧化铝，近年来随着矿石品位的不断下降，我公司生产氧化铝过程中产出的赤泥量逐渐增大，引起了较大的氧化铝外排 损失，降低外排赤泥A/S,提高氧化铝净溶出率对我厂降本增效工作意义重大。我 公司工艺流程图如下：溢流

2、r底流干赤泥外排四洗沉降槽板框压滤压滤机滤液流 溢我公司沉降车间共有四次洗涤，沉降槽中分离、一洗、二洗沉降槽采用的是 大型平底沉降槽（42X7m,三洗、四洗沉降槽采用的是深锥沉降槽 （20X20m, 所有槽子都较大，整个沉降洗涤过程中存在较大的氧化铝水解损失，这使氧化铝 净溶出率偏低。下表为2010年至2013年我公司溶赤A/S及外排A/S情况，由统 计可知我公司近年来虽然赤泥 A/S不断降低，但净溶出率也是下降趋势，降低外 排A/S十分必要。项目2010 年2011 年2012 年2013 年二次矿浆A/S6.2595.745.325.235溶赤A/S1.1351.2351.131.185外

3、排赤泥A/S1.321.321.31.28初溶出率0.81180.78480.77780.7736净溶出率0.79030.770.75520.75552现状分析以中美铝业2013年生产情况为例。外排A/S重要性2013年矿石消耗1034745吨，石灰消耗146368吨，入磨矿石A/S为5.54,入 磨矿石SiO2含量11.30%,石灰SiO2含量3.23%,外排A/S为1.28。若外排 A/S 减少 0.01, 一年 AI2O3少排出量为：(1034745X11.30% + 146368 8.23%) X 1.28-1.27) =1216吨。即可认为：外排 A/S每降0.01,每月少排出101

4、吨氧化铝。沉降AI2O3水解组成分析2013年溶赤A/S为1.183,外排A/S为1.279,水解损失为净溶出率与溶出率 的差值，用A/S变化可表示为外排A/S与溶赤A/S差值，即为0.096。沉降车间流 程为：将溶出车间送来的稀释矿浆采用沉降槽添加絮凝剂后进行液固分离和四次 反向洗涤，分离后的粗液送往叶滤机进行精制，四次洗涤后的赤泥经过压滤机过 滤使水份达到要求后外排，洗液加入溶出矿浆对矿浆进行稀释。溶出矿浆在稀释、分离段发生的水解溶出矿浆经过添加洗液进入分离沉降槽，分离沉降槽进行液固分离，分离出 的底流中固相赤泥即为分离底流赤泥。由于溶出矿浆添加洗液后，物料浓度降低， 铝酸钠溶液会在稀释前

5、槽、稀释后槽、分离沉降槽中进行进一步脱硅，生成钠硅 渣(N82O AI2O3 xSiO2 nH2O),此阶段由于洗液对矿浆进行冷却、稀释，同样 伴随着水解损失，生成 AI(OH) 30统计2013年溶赤A/S与分赤A/S1:2013 年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年均溶赤1.191.201.151.151.161.181.211.201.181.181.171.191.18分赤1.201.181.151.141.161.171.201.201.171.181.161.151.17由统计可知，2013年溶赤A/S为1.183,而分赤A/S为1.177,分赤A/S较溶 赤

6、A/S低0.006,溶赤至分赤阶段脱硅生成的钠硅渣 A/S较小，接近1.0,而水解 损失明显较小，正常生产时可忽略不计。分离底流在洗涤沉降段发生的水解沉降系统中进入的物料有分离底流、叶滤机滤饼、蒸发苛化渣、钱车间污水、 沉降系统机封水、洗涤热水、压滤机滤液。叶滤机滤饼、蒸发苛化渣中均含有有效钙 Ca(OH)2,会与铝酸钠溶液反应生 成水化石榴石3CaO Al 2O3 xSO (6-2x) H2O、水合铝酸钙(3CaO Al 2O3 6H2O), 水化石榴石中当x=0时即为水合铝酸钙，所以这两种物质可统一用水化石榴石表 示，滤饼与苛化渣中A/S均为4.0左右，可知水化石榴石中x=0.425o分离

7、底流进行四次洗涤，随着物料温度、浓度降低，铝酸钠溶液会脱硅生成钠硅渣、水解生成AI(OH) 30洗涤过程中脱硅反应较少，水解反应较多，大部分产 物为 AI(OH) 3。3外排A/S影响因素分析溶出矿浆影响溶出矿浆对外排A/S影响最大的是溶赤A/S,溶赤A/S的高低是影响外排A/S 的根本原因，溶赤A/S越低，外排A/S才会越低。其次是溶出矿浆 a k(铝酸钠溶 液中苛性碱与氧化铝的摩尔比)，溶出矿浆a燃低，物料冷却、稀释后越容易发生水解，外排A/S升高。最后是溶出浆液中仍会含有部份游离的Ca(OH)2,其量随石灰添加量增加而增加，溶出浆液中游离Ca(OH)2的存在，会在溶出浆液稀释搅拌过程中反

8、应生成水合铝酸钙、水化石榴石2。沉降槽温度、浓度影响拜耳法赤泥的分离和洗涤过程中，温度的降低使铝酸钠溶液自发分解，溶出 矿浆温度135C,添加洗液后降低到105C,洗涤时只有85-95Co通过上述分赤 A/S与溶赤A/S对比可知铝酸钠溶液的水解均发生在洗涤沉降槽。我公司沉降洗涤 系统中进入的物料有分离底流、叶滤机滤饼、蒸发苛化渣、钱车间污水、沉降系 统机封水、洗涤热水、压滤机滤液。各种物料温度、流量如下：项目分离底流滤饼苛化渣钱车间污水机封水洗涤热水压滤滤液温度(C)1051028020209088流里(m /h)192351714732090各种不同温度物料的进入使沉降系统温度降低，产生Al

9、(OH) 3水解损失。表征水解的速度可以进行如下实验：同时取 4个一洗底流样、4个一洗溢流样，放在 90。叵温烘箱中，每隔 4个小时做一次液相全分析，可得出一洗底流、溢流中 Al(OH) 3的水解速度。时间底流溢流NtAONka k水解率NtAONka k水解率10:0078.660.19681.85872.862.4962.41.64314:0078.658.22671.8931.83%75.160.36641.7445.82%18:0076.253.61662.0258.23%70.259.5362.41.7244.74%22:0079.854.27682.0619.84%71.258.5

10、5631.7707.20%上表中的水解率是通过 ak计算，水解率表示液相中 Al2O3水解出去的部分占 总Al2O3量的百分比，计算出的水解率为理论水解量(铝酸钠溶液中Ca(OH)2会参 与反应消耗Al 2O3,溶液脱硅也会消耗Al 2。3,但消耗量均较小)。从水解率可以看 出底流水解速度较溢流快，这是由于底流中本身含有品种量较多。我公司一洗、 二洗沉降槽规格 42X7m三洗、四洗沉降槽规格 20X20m所有洗涤沉降槽都 较大，沉降洗涤系统物料停留时间较长，整个沉降洗涤过程中存在较大的Al2O3水解损失。沉降洗涤系统物料ak范围在1.65-2.05、温度85-95 C ,铝酸钠溶液在这个范 围

11、内最容易水解，上述计算出的氧化铝理论水解速度较快，铝酸钠溶液浓度越高， 水解出的Al2O3量越大，降低沉降系统浓度、提高沉降系统洗涤效率，可以降低氧 化铝在沉降系统中的水解量，进而降低外排A/S。外来物料影响滤饼、苛化渣对外排A/S的影响取叶滤机滤饼、蒸发苛化渣做固相指标，可以发现其固相A/S均达到4.0左右, 而且固相中均含有Ca(OH)2o统计2013年的分离底流、末次底流、石灰指标，分 离底流、滤饼、苛化渣流量列表如下：项目流里 3 (m /h)固含(kg/ m3)固相指标()SiO2Al 2O3A/SCaOTCaOf分离底流172.541119.3922.821.177末次底流18.2

12、923.381.279滤饼31.6605.9322.633.81632.32.62苛化渣16.21351.455.84.00062.232.5石灰3.2390.2377.63沉降系统中进入的固相物质有分离底流、叶滤机滤饼、蒸发苛化渣，由上表 数据计算可知，叶滤机滤饼、蒸发苛化渣中较高的固相A/S可使分离底流A/S上升至1.205,共计上升0.028,其中滤饼导致分赤 A/S上升量为0.0213,苛化渣导 致分赤A/S上升量为0.0064。叶滤机滤饼、蒸发苛化渣中 A/S达到4.0,均是由于石灰乳与铝酸钠溶液反应 的生成水合铝酸钙(3CaO AI2O3 6H2O)、水化石榴石3CaO AI2O3

13、 xSiO2 (6-2x) H2O的原因，以上两种产物表示为水化石榴石 3CaO - Al2O3 0.425SiO2 5.15H2。 滤饼、苛化渣中均含有部分Ca(OH)2,这部分Ca(OH)2进入沉降系统后会与铝酸钠 溶液继续反应生成水化石榴石进入赤泥。通过上表数据计算可知，滤饼、苛化渣 中Ca(OH)2与铝酸钠溶液反应生成 A/S为4.0的水化石榴石可使分赤 A/S由1.205 继续上升至1.228,共计上升0.023,其中滤饼中Ca(OH)2使分赤A/S上升0.0015, 苛化法中Ca(OH)2使分赤A/S上升0.0215。理论计算出的叶滤机滤饼、蒸发苛化谓影响 A/S上升量为0.051

14、,占总A/S上 升量的50%,可见滤饼、苛化渣对外排 A/S影响较大。压滤机滤液目前我公司处理赤泥使用的是快开式板框压滤机，压滤机滤液中含有部分浮 游物，滤液浮游物主要是四次洗涤后的赤泥，滤布若存在跑混现象，滤液浮游物 就会升高。目前压滤机滤液流程进入二洗沉降槽，作为沉降洗水的一部分，因其 浮游物A/S与外排A/S 一样，高于二次洗涤沉降槽中赤泥 A/S,压滤机滤液中浮游 物较高会直接提高二洗底流A/S,最终导致外排A/S升高。4降低外排A/S方法探讨与实施溶出矿浆控制溶出赤泥A/S的高低会直接反应出外排赤泥 A/S的高低，2013年我公司溶出 赤泥A/S均在1.183,仍有较大的降低空间。溶

15、出A/S的主要影响因素为二次矿浆 固含，溶出温度。2014年一季度公司通过稳定矿石 A/S不断进行摸索，找出了溶 赤A/S最低的二次矿浆配矿固含，同时时刻关注矿石 A/S的变化，及时调整二次矿浆固含，使溶赤A/S得到了有效降低，溶赤A/S能降低至1.110。对于提高溶出 系统温度的摸索也正在实施，溶出机组温度通过一季度的改进能提高0.5C。溶出矿浆a k的高低对分解车间分解率的影响较大，提高溶出矿浆 ak将会导 致分解率下降，而沉降系统水解损失减少不明显，固通过降低溶出矿浆a球降低沉降系统水解综合效益不高。研究表明2,溶出石灰添加量以7%为分界点，当溶出石灰添加量 7%时，随石灰添加量增加，溶

16、 出浆液中游离的Ca（OH）2量将明显增多，导致在稀释过程中除析出水合铝硅酸钠 外，水化石榴石的生成反应也得以显著进行。从稀释和氧化铝溶出率等综合效果 来看，一水硬铝石拜耳法溶出过程的石灰添加量应以7%8%左右为宜。沉降槽温度、浓度控制2013年我公司洗涤用热水温度为90C,沉降各次洗涤槽温度最高的为 93C、 最低的仅为85 C,蒸汽月均消耗1500吨。2014年一季度我公司逐步提高了沉降 洗涤用热水温度，热水温度由90c提高至95C,由此带来的蒸汽消耗提高到了 3900 吨/月，沉降槽温度均能提高到90c以上，最高95 Co对于进入沉降系统的冷物料，我公司将钱车间污水（碱浓度3-5g/L）

17、由进入二洗沉降槽（温度85C、碱浓度40g/L）改为进入三洗沉降槽（温度 88C、碱浓 度18g/L）,降低了钱车间污水对沉降系统水解的影响。沉降系统的机封水计划统 一收集，加热后再进入沉降系统。由于沉降洗涤系统各槽操作时液位均较高，降低沉降洗涤系统总液量的范围 有限，但可以通过控制各槽高的清夜层降低沉降系统的总泥量，以此来降低赤泥 在沉降系统的停留时间，降低水解率。降低沉降洗涤系统浓度需要减少进入洗涤沉降槽的高浓度物料，目前进入洗 涤沉降槽的高浓度物料有分离底流和叶滤机滤饼。减少分离底流附液量需要降低 分离底流L/S,由于物料在分离槽内进行的水解量较少，可以通过控制分离槽高的泥层来完成这一操

18、作。叶滤机滤饼浓度较高，固含仅有60g/L,计划将其从进一洗槽改进稀释后槽，以此来解决其对沉降洗涤系统浓度的影响。通过已经实施的提高沉降槽温度、改进钱车间污水流程、沉降洗涤槽低液量 泥量操作、降低分离底流L/S,我公司外排A/S已降至1.198,与溶赤A/S差值为 0.089, A/S差值较原来降低0.007。外来物料控制进入沉降系统的外来物料中叶滤机滤饼、蒸发苛化渣对外排A/S影响均较大， 叶滤机滤饼为高浓度物料，另外两种物料中含有较多的Ca（OH）2,容易生成 A/S达4.0左右的水化石榴石，使外排A/S升高。石灰乳是叶滤机的助滤剂，减少其添 加量将导致叶滤机过料变差，减少其添加量很困难，需要做的是不能过量添加， 在保证叶滤机过料温度的情况下越少添加越好。石灰乳用量对蒸发碳碱苛化意义重大，降低苛化用石灰乳量将导致苛化率降低，但苛化渣中Ca(OH)2含量目前过高，寻求降低石灰乳用量，提高苛化效率的方法很有必要。压滤滤液浮游物不会影响沉降系统总水解量，但会使外排A/S值升高，也会加大沉降系统的赤泥处理量，时刻关注并控制好压滤滤液浮游物也很有必要。5结论本文通过研究我公司外排 A/S的影