赤泥生产中存在问题及解决方法

赤泥生产中存在问题及解决方法赤泥是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。随着铝工业的不断发展，目前全世界每年产生约6000万吨赤泥，我国的赤泥排放量每年为400万吨以上，且随着新厂投产和老厂增产改造，赤泥总量有上升的趋势。世界各国大多数氧化铝厂是将赤泥堆积或倾入深海，赤泥的存放不仅占用大量土地和农田、耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的剩余碱液能向地下渗透，造成地下水污染。此外，晒干的赤泥形成的粉尘到处飞扬，破环生态环境，造成严重污染。在土地资源日趋紧张、环境保护日趋重要的当今社会，赤泥的综合治理已成为人们所关注的焦点之一。山东铝业公司是我国六大铝厂之一，也是国内最早建成的氧化铝生产线，自50年代投产以来，随着氧化铝生产技术的不断改进和提高，产量也逐年提高，近年来又新增加了一条新的生产线，采用了较为先进的生产技术，但是氧化铝生产过程中的副产品一赤泥一始终是一个待解决的问题。目前，该公司原有的生产线己经停止生产，但是由于建厂早期产生的赤泥一直没有采取妥善的堆存措施，加之连年生产，虽然进行了一系列的回收利用尝试，但都或多或少的存在问题。现在该公司的赤泥堆场1600万吨的赤泥己堆放成70多米高的金字塔型，形成了严重的污染。因此，山东铝业公司迫切需要找到一条切实可行的能够大量应用赤泥的技术。赤泥引起的环境问题赤泥主要分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥，赤泥从其产生、干燥直至堆放后，其所含碱液也是污染的一个重要问题，因其高的含碱量对土壤和地下水体都有较大污染。赤泥的pH值很高达8，其浸出液的pH值为12—14，赤泥（含附液）属于有害废渣（强碱性的土）。随着铝工业的发展和铝土矿石品位的降低，赤泥量将越来越大，必须对赤泥再处理加以利用，才能变废为宝减少污染。目前，国内外的氧化铝厂大都将赤泥在堆场堆放，筑坝湿法堆存，靠自然沉降分离对溶液返回再用。该法容易使大量废碱液渗透到附近土地中，造成土壤碱化、沼泽化，污染地表地下水源。还有的将赤泥干燥脱水后干法堆存。这两种方法不但占用大量的土地，还使赤泥中的许多可利用成分不能得到合理的利用，造成了资源的二次浪费。目前，由于世界范围内废弃物的不断增长，赤泥引起了越来越多经济和环境问题，随着社会对环境保护工作的重视，迫切要求氧化铝工业实现无害排放或零排放赤泥，氧化铝生产的副产品，因其为赤红色泥浆状而得名。赤泥是氧化铝生产过程中产生的最大废弃物，也是氧化铝生产的最大污染源。由于生产方法和铝土矿品位的不同，每生产一吨的氧化铝大约要产生0.5-2.5吨的赤泥，每吨赤泥还附带有3-4m3的含碱废液。赤泥的成份分析拜耳法赤泥和烧结法赤泥，两者在化学组成上和物相组成方面都有着相当大的差异，赤泥的物质组成主要有Fe,Si,Ca,A1,Ti,Na,等元素，另外赤泥中还含少量的V,Sc,Ga,Cr,Zr,Nb,Ta,Th、稀土元素等。赤泥成分如表1所示。表1 赤泥化学组成成份分析成分SiO2AI2O3Fe2O3CaOTiO2Na2O+K2O灼碱（%）烧结法混联法山东22610463412山西228846348贵州2586384412郑州208844838山西209845338拜耳法平果1218231565-山东1822402-8-国外拜耳法美国1218406108-日本151842-4810平均182236281012注：表内组成成份均为从所查阅资料中的得到的平均值，仅从整体上给出几种氧化铝生产方法所得赤泥成分的差异。从表1-1可见，拜耳法赤泥氧化铝含量是烧结法赤泥的3-4倍，可以预见其烧成范围应高于烧结赤泥。烧结赤泥氧化钙含量高于拜耳赤泥一倍，预示着烧结赤泥的烧成温度也将会低于拜耳法赤泥，其氧化钙含量38%-50%,氧化钾和氧化钠含量总和也超过了4%,这都有助于降低烧结温度，但很有可能会带来吸湿或粉化的问题。拜耳法生产氧化铝，就是用碱(NaOH或Na2C03)处理铝土矿，使矿石中的氧化铝和碱反应制成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钦等杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣中。因为这种残渣被氧化铁染成红色，故称为赤泥。与赤泥分离后的铝酸钠溶液经过净化后，分解析出氢氧化铝［Al(OH)3］，将Al(OH)3与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。分离Al(OH)3后的碱液称为循环母液，可以用来处理下一批铝土矿。赤泥对环境的危害赤泥主要分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥，赤泥从其产生、干燥直至堆放后，其所含碱液也是污染的一个重要问题，因其高的含碱量对土壤和地下水体都有较大污染。赤泥的pH值很高达8，其浸出液的pH值为12—14，赤泥(含附液)属于有害废渣(强碱性的土)。随着铝工业的发展和铝土矿石品位的降低，赤泥量将越来越大，必须对赤泥再处理加以利用，才能变废为宝减少污染。目前，国内外的氧化铝厂大都将赤泥在堆场堆放，筑坝湿法堆存，靠自然沉降分离对溶液返回再用。该法容易使大量废碱液渗透到附近土地中，造成土壤碱化、沼泽化，污染地表地下水源。还有的将赤泥干燥脱水后干法堆存。这两种方法不但占用大量的土地，还使赤泥中的许多可利用成分不能得到合理的利用，造成了资源的二次浪费。解决办法目前，由于世界范围内废弃物的不断增长，赤泥引起了越来越多经济和环境问题，随着社会对环境保护工作的重视，迫切要求氧化铝工业实现无害排放或零排放。现在也已经有许多铝厂开始对赤泥充分利用，如利用赤泥焙烧专瓦，还可以用其烧陶瓷并且对赤泥中的有用成分如铁，钛等金属进行再次利用，这样也就为国家节省了好多能源的浪费，真正实现了变废为宝的目的结疤结疤对生产的危害结疤的危害，主要有四个方面：、结疤的导热系数非常小，使传热系效急剧下降。结疤使热利用系统的传热系数降低;使得热能得不到有效利用，增加了能耗。据文刮”报导，当结疤厚度达I.时。所需热交换面积将增加1倍。、结疤使设备的有效容积缩小沉降槽、洗涤槽蒸发器等设备的有效容积，因结疤的大量生成而减少，并引

起设备负荷增加和损坏设备的基础。使设备生产的效率降低，影响氧化铝的产量。、清理结疤花费大，耗人力、物力例如清除大型沉降槽和洗涤槽，运用风镐等进行机械清理，劳动强度大，设备损耗高。在氧化铝生产的连续工艺流程中，停车清理沉降槽或洗涤槽，均要求有备用设备和工作场地，这就限制了生产的提高。再如，压煮管道结疤清理十分麻烦，需要很长时间，还需要架设辅助管道。生产现场经常见到许多结疤的新管子不能清理只好换掉。滤布结垢和被堵塞会使过滤机的生产能力急剧下降，必须经常更换昂贵的滤布，并使得生产指标下降。、结疤引起设备产能下降，能耗和生产成本增加影晌结疤生成的主要因素土矿组成、添加剂、生产工艺条件对结疤的生成及性质都有很大影响，只有清除其影响因素，才可能对其进行有利的防治。温度的影响温度对矿浆中各物质的反应能力、溶解度、结疤物质的组成及状态、结疤速度等都有很大影响。在一定的加热范围内，有相应的结疤速度和稳定的结疤组成，而且它们直接与温度有关。别伦斯切因等人据4m'/h管道化溶出装置的研究结果认为，在矿浆加热到反应温度的过程中，结疤速度最快的温度范围是160-2101C，不同温度下结疤物质不同，而且，这种现象与铝土矿种类无关，而与其生成条件（温度和溶液组成）的变化有关。B.矿石的物相组成铝土矿的化学成分和矿物组成，会影响到结疤生成的温度范围，物质种类及含量。矿石中的siO2,如果它以高岭石形态存在，则会在170°C以下的低温区析出结疤;如果是以伊里石、叶蜡石、绿泥石等形态存在，则会在170-220C大量析出结疤。以河南，山西'广西平果矿为例说明：山西矿的二氧化硅主要以高岭石状态存在，故预脱硅率较高，为75%-80%;而河南矿的二氧化硅主要以伊里石状态存在，故预脱硅率差，仅为24.2%;平果矿稍好，为34.8%.在100-180C低温段，矿浆流速约2.Om/s，河南矿运转一年多，传热效果无明显降低，管壁结疤厚度小于lam，在高温段（180-265C）流速不变，一般运行20-30d，结疤厚度2-3mm。平果矿于河南矿基本类似。山西矿在160-180C出现结疤，运转30d，结疤厚度接近lm,160C前与河南矿相类似。三种矿石在210-245C内结疤最快，三种矿相比较，河南矿较快。这说明矿物组成对结疤的影响较大。石灰的添加溶出一水硬铝石型铝土矿必须添加石灰，石灰添加量对结疤速度及其组成有很大的影响。不同温度下石灰添加量对结疤速度的影响。随着石灰添加量的增加，在增度165-210C范围内，结疤厚度减少，而在温度245-280C范围内结疤厚度增加，产生这种现象的原因，主要是由于低、高温下生成的结疤物质种类不同，低温下主要是硅渣和镁渣结疤，高温下主要是钦渣结疤。溶液中A1203和SiO2浓度的影响结疤速度随溶液中A1,0，浓度的增加而增加。大量研究表明，溶液中SiO2浓度对结疤速度也有很大的影响。在任何温度下，溶液中SiO2浓度增加，结疤加剧。溶液中A1203和SiO2,浓度增加是结疤增加的主要原因，是它们都有利于硅渣结疤和镁渣结疤的生成。不同类型铝土矿的溶出性能，依三水铝实型一一水软铝石型一一水硬铝石型的顺序降低。因此，在低温下三水铝石型铝土矿中的A1203就能溶出，溶液中A1203浓度升高，有利于结疤。在用预热器加热一水硬铝石型铝土矿矿浆时，在220°C以下结疤极其轻微，其原因是：以水硬铝石型铝土矿在低温下难溶出，溶液中的A1203浓度低（低于1208g/L）.同时，溶出时加了7%左右的石灰，溶液中SiO2浓度低（低于0.7g/L）。矿浆流速矿浆紊乱程度增加，结疤周围和器壁表面的阻滞层减薄，扩散阻力减少，有利于结疤生长。紊乱程度进一步增加，晶核被紊乱的涡流冲离结疤表面和器壁表面，使结疤生长速度降低。在高流速下，矿讲中的固体粒子，还会将己生成的结疤冲刷掉。在矿讲流量不变时，随管中结疤增厚，流速增加，这可能就是结疤速度随时间延长而降低的原因。对于一水硬铝石型铝土矿矿浆，特别是含有粗大粒子时，流速高会造成管道设备严重磨损，同时增加系统阻力。此外，流速的选择，是以不磨损设备为前提的，企图找到一种流速，只让矿讲磨去结疤，而不磨损设备，似乎是不可能的。结疤中含有水镁石和水合硅铝酸镁愈多，结疤的密度愈小，结疤速度愈快。管道直径增加，结疤速度降低。因此，采用大直径单管预热器，可以延长清理结疤的周期。怎样避免结疤及结疤清除的主要方法a.化学清除法：该法的基本过程是，先对某些结垢成分进行化学溶解，随后打碎残存的结垢，再用同样的溶剂液流从清理区除掉结垢。化学清除过程最好是在足够高的流速下循环进行。化学清除法较机械清除法的主要优点在于:清除效率高，时间短，生产费用最低，被清理设备不需拆卸及组装，对难以接近的部位也能进行清理，成本不高，缺点是需使用腐蚀性溶剂，对管道材料的腐蚀在所难免。化学清除要使用带缓蚀剂的碱性或酸性溶液。碱清洗法用于溶解分解槽、沉降槽、碳分槽及其它设备中的氢氧化物结垢。酸清洗法用于清理蒸发器级的热交换管，而且对于清理铝土矿料浆加热器的加热表面和清理管道、配件、泵和过滤设备表面等效果最为明显。机械清除法：机械清除法一般常用于清除大容积设备中的结垢，人可以随便接近沉淀物层的表面，机械也能够靠近，清除的主要作法是利用风动机械破坏结垢，然后用水将打碎的沉淀物彻底清洗干净.这种方法用于清理赤泥沉降槽和洗涤槽，铝土矿溶出和溶液脱硅用压煮器，链式搅拌及其它大容积设备较有效。机械清除热交换器管中的沉淀物，但并不能完全清除掉加热表面上的结垢。机械清除的所有作业劳动强度大，而且必须在设备长时间停止运行的条件下进行，故而机械清除势必会被其它方式所代替。高压水清除法：基本原理是:用特制的水枪喷射出高压水流冲刷结垢的表面。还有一种特殊的流体力学清除法，是用蒸汽冷凝水洗涤料浆加热器带结垢的热交换管。该法的实质是向加热管中连续长时间地通入分离器的废蒸汽，使用结垢与金属表面脱离，然后再用高速汽液流将沉淀物除掉。热法：该原理是将结垢的管道逐渐加热到300-400摄氏度.然后使管道的外表面快速冷却。由于钢和沉淀物的热膨胀系数不同，使得管子凹型内表面上的结垢急剧碎裂和脱落。此方法只有在其它方法都无效时才使用。例如用于清除极坚固的沉积物或除掉一些小零件上的结垢，如压煮器的U形管，各种弯头及配件等。酸洗法酸洗法是化学清除法中的一种，由于其成本低，操作方便而被氧化铝行业广泛采用。但要选择好适当的酸和阻止酸对金属管道腐蚀的缓蚀剂。一般的结疤可用5%-15%的硫酸或10%盐酸清洗，在处理含钦酸钙的的结疤时，酸中应添加1.5%-2.5%HF。为避免BF的毒性，可以用NaF来代替，次适应延长清洗时间。为防止设备被酸腐蚀，酸洗温度不宜过高，不超过70-75°C，并加入一定量的缓蚀剂。利用酸泵将酸在要清洗的设备和酸槽循环流动，经过90'300min便可使结疤溶解脱落，然后再用清水冲洗。原矿浆有100C升温到150C时，在预热器内生成的结疤用草酸加磷酸的混合酸清洗效果最好。有180C解热到220C范围内的结疤用盐酸、草酸和氢氟酸的混合酸效果最好。我国铝土矿在高温溶出时的结疤主要是钠硅渣、镁渣和钦渣，采用酸洗和高压水清洗结合方法很容易将结疤清除。沉降槽高效沉降槽工作原理是利用液体固体不同的比重进行沉降浓缩，精液经溢流口流出，沉降下的浓缩赤泥经靶机刮入下料口排出。高效槽利用位压高，槽底锥角大的特点，在靶机作用下达到压缩L/S的目的高效沉降槽的设计完全是以最大程度的发挥絮凝剂的絮凝效果为目的，高效沉降槽在喂料井的设计，尺寸和自动控制方面与传统沉降槽有了较大的区别，同时，高效沉降槽必须使用絮凝剂。高效沉降槽的下料井的设计必须使絮凝剂与料浆完全混合，被絮凝剂絮