淺談粗液精制過(guò)程中添加石灰乳的作用

李海東 張 健

（中電投山西鋁業(yè)有限公司，山西 原平 034100）

淺談粗液精制過(guò)程中添加石灰乳的作用

李海東 張 健

（中電投山西鋁業(yè)有限公司，山西 原平 034100）

在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，粗液精制是一個(gè)比較重要的工序，其主要設(shè)備是葉濾機(jī)，其過(guò)料量差影響氧化鋁產(chǎn)量，過(guò)濾效果不好造成精浮超標(biāo)影響氧化鋁質(zhì)量。在現(xiàn)在的生產(chǎn)過(guò)程中，為了提高葉濾機(jī)的產(chǎn)能和過(guò)濾效果，石灰乳作為助濾劑加入粗液槽中提高產(chǎn)能和過(guò)濾質(zhì)量。本文就作為助濾劑添加的石灰乳在鋁酸鈉溶液過(guò)濾中的作用及操作進(jìn)行探討。

鋁酸鈉溶液；粗液；石灰乳；助濾劑；精液

在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證產(chǎn)品中的硅含量不超標(biāo)，除了保證鋁酸鈉溶液中的硅量指數(shù)外，最主要的是要去除鋁酸鈉溶液中的浮游物。控制過(guò)濾工序通過(guò)葉濾機(jī)的過(guò)濾而達(dá)到粗液精制去除鋁酸鈉溶液中的浮游物。為了提高葉濾機(jī)的效率，石灰乳作為助濾劑添加到粗液中。

1 控制過(guò)濾添加助濾劑的作用

葉濾機(jī)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，在不添加助濾劑的情況下，濾布是作為過(guò)濾介質(zhì)。如果濾布的孔徑過(guò)大，則浮游物很容易通過(guò)，起不到粗液精制的目的；孔徑過(guò)細(xì)，浮游物雖不能通過(guò)，但很快會(huì)將濾布孔徑堵死，造成葉濾機(jī)產(chǎn)能低下且不易卸餅。這就引入了用助濾劑解決這一問(wèn)題。

助濾劑的加入，濾布成為過(guò)濾介質(zhì)的附著面，通過(guò)過(guò)濾前的掛泥，使濾布表面形成一層疏松、多孔的過(guò)濾介質(zhì)，液體可以輕易通過(guò)，而將浮游物阻擋在過(guò)濾介質(zhì)中。為了達(dá)到上面所說(shuō)的目的，大多數(shù)氧化鋁廠在粗液精制過(guò)程中都是以石灰乳作為助濾劑的。

2 石灰乳在鋁酸鈉溶液中的相變

石灰乳的主要成分是Ca（OH）2，當(dāng)石灰乳加入鋁酸鈉溶液中，Ca（OH）2能與鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成多種水合鋁酸鈣，其中3Ca·Al2O3·6H2O最穩(wěn)定，其反應(yīng)式為：

此反應(yīng)式為雙向的，其不同溫度下該反應(yīng)的等溫線如圖1所示，只有在原礦漿制備、儲(chǔ)存的過(guò)程以及溶出礦漿的自蒸發(fā)冷卻和稀釋過(guò)程中的液相位于3CaO·Al2O3·6H2O的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，具有生成3CaO·Al2O3·6H2O的條件。而粗液剛好位于溶出礦漿的稀釋儲(chǔ)存過(guò)程中，可以生成3CaO·Al2O3·6H2O。而在溫度不高的情況下，3CaO·Al2O3·6H2O在鋁酸鈉溶液中的溶解度比Ca（OH）2小的多，因此其就以固相的形式和浮游物同時(shí)懸浮于粗液當(dāng)中。

3CaO·Al2O3·6H2O是一種晶格為正四方體的物質(zhì)，隨著過(guò)濾的進(jìn)行，其在濾布上不斷積累，形成疏松、多孔的過(guò)濾層，同時(shí)阻擋粗液中的浮游物，從而達(dá)到幫助助過(guò)濾的效果。

在控制過(guò)濾前的粗液中，溶出稀釋礦漿通過(guò)常壓脫軌，其硅量指數(shù)已經(jīng)達(dá)到160以上，但其中還是有SiO2以鋁硅酸鈉的形式存在的。在石灰乳添加進(jìn)粗液中后，鈣能將鈉置換生成水化石榴石。水化石榴石的分子式表示為3CaO·Al2O3·xSiO2·（6-2x）H2O，其中系數(shù)x是指SiO2的飽和程度。

水化石榴石筆六水鋁酸三鈣在苛性堿溶液中具有更低的溶解度，其中的x值與其立方晶格常數(shù)之間存在正比關(guān)系。它的固相也是一種疏松、多孔的物質(zhì)，達(dá)到助濾劑的效果。

通過(guò)以上可以得出，實(shí)質(zhì)上石灰乳是不起助濾作用的，起助濾作用的是石灰乳中的氫氧化鈣通過(guò)與鋁酸鈉溶液及其中的鋁硅酸鈉反應(yīng)生成六水鋁酸三鈣和水化石榴石。這兩種物質(zhì)的固相都有疏松、多孔的性質(zhì)，吸附在濾布上形成過(guò)濾介質(zhì)，阻擋浮游物通過(guò)，增加了濾餅的疏松度，減少了過(guò)濾阻力，同時(shí)也使濾餅易于從濾布上脫落下來(lái)，易于卸泥。因此在生產(chǎn)上往粗液中加入石灰乳，能大大提高葉濾機(jī)的產(chǎn)能。

3 石灰乳的連續(xù)加入

在生產(chǎn)過(guò)程中，石灰乳是要連續(xù)加入粗液中的。有人認(rèn)為，既然石灰乳是作為助濾劑使用，在葉濾機(jī)工作的初始階段，用助濾劑進(jìn)行掛泥，在濾布表面形成過(guò)濾介質(zhì)，而正常過(guò)濾時(shí)則停止使用助濾劑，這樣可以減少使用助濾劑。

其實(shí)，不然。助濾劑雖然說(shuō)只是用來(lái)形成過(guò)濾介質(zhì)，如果不是連續(xù)加入，雖然過(guò)濾前在濾布表面形成了一層疏松、多孔的過(guò)濾介質(zhì)；但是隨著葉濾機(jī)的正常運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，過(guò)濾介質(zhì)因?yàn)楦街忠褐械母∮挝镌絹?lái)越多，則會(huì)慢慢將這些小孔堵死，增大了過(guò)濾阻力，從而影響了產(chǎn)能。

圖1

助濾劑連續(xù)加入時(shí)，就可以充分保證濾餅的疏松度。因?yàn)殡S著濾餅的厚度增加，過(guò)濾介質(zhì)的厚度也在增加，濾布表面的浮游物越來(lái)越多，但仍能保證其濾餅疏松度。

4 石灰乳的配制

石灰乳的配制包括兩個(gè)方面，一是化灰工序?qū)τ行р}的配制，一是往石灰乳槽添加精液或者粗液的配制。

化灰工序主要是用熱水站的水對(duì)石灰即CaO進(jìn)行乳化，要求有效鈣CaOf含量在180g/L左右，但是波動(dòng)較大，就必須密切注意化灰來(lái)石灰乳的質(zhì)量。

往石灰乳槽按一定比列添加粗液或者精液，并停留存放一段時(shí)間，有助于提高葉濾機(jī)的產(chǎn)能，這點(diǎn)在國(guó)內(nèi)是相當(dāng)認(rèn)同的。筆者認(rèn)為，這無(wú)非是讓石灰乳中的氫氧化鈣和鋁酸鈉溶液及其中的鋁硅酸鈉有反應(yīng)時(shí)間，生成六水鋁酸三鈣和水化石榴石，真正起到助濾劑的作用。

5 控制過(guò)濾工序添加石灰乳的附加用途

控制過(guò)濾添加石灰乳主要是生成助濾劑，但其還有兩個(gè)附加的作用。

一是進(jìn)一步提高精液的硅量指數(shù)，雖然作用微弱，但通過(guò)以上所述，因?yàn)楹弯X酸鈉溶液中的鋁硅酸鈉反應(yīng)生成水化石榴石作為助濾劑最后通過(guò)濾餅送到沉降系統(tǒng)后排出，在一定程度上降低了鋁酸鈉溶液中的SiO2含量。

二是在洗滌沉降槽中能起到苛化作用。葉濾機(jī)的濾餅卸掉后被輸送到沉降系統(tǒng)，濾餅中的六水鋁酸三鈣固相存在于赤泥中。當(dāng)赤泥經(jīng)分離沉降后被輸送到洗滌槽中，由于苛堿濃度較低，赤泥中的六水鋁酸三鈣則有如文中的反應(yīng)式向左反應(yīng)，分解生成氫氧化鈣，對(duì)洗滌系統(tǒng)中碳?jí)A進(jìn)行部分苛化反應(yīng)：

降低系統(tǒng)碳?jí)A含量。

結(jié)語(yǔ)

本文主要闡述了在控制過(guò)濾工序中為提高葉濾機(jī)的產(chǎn)能而添加石灰乳的作用以及加入方法；分析了石灰乳在鋁酸鈉溶液中的物相變化，得出了真正起到助濾劑作用的是六水鋁酸三鈣和水化石榴石。但由于在控制過(guò)濾添加石灰乳作為助濾劑沒(méi)有相關(guān)的詳細(xì)資料研究，筆者只能通過(guò)各種文獻(xiàn)中對(duì)氫氧化鈣在鋁酸鈉溶液中的物相變化、在論壇上同其他的網(wǎng)友進(jìn)行討論以及總結(jié)操作經(jīng)驗(yàn)后進(jìn)行推斷、總結(jié)，有不足、錯(cuò)誤之處，望各位給予指出。

[1]畢詩(shī)文.氧化鋁生產(chǎn)工藝[M].北京：化工工業(yè)出版社 2007，07：83.

[2]畢詩(shī)文，等.拜耳法生產(chǎn)氧化鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007，11.

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.127