粉煤灰鹽酸法生產氧化鋁液固沉降分離與洗滌性能研究

姬學良，王小青

（神華準能資源綜合開發有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

準格爾煤田探明地質儲量267億噸，含有鋁、鎵、鋰、稀土等煤炭伴生資源，其煤炭燃燒后的粉煤灰中含氧化鋁50%，鎵82g/t，鋰290g/t，極具利用價值。如果填埋排棄，會造成極大的資源浪費。我國鋁土礦超過一半依賴進口，高品位鋁土礦短缺，尋找鋁土礦替代資源與開發高效利用技術勢在必行。神華準能集團為此研發了粉煤灰鹽酸法提取氧化鋁技術并于2011年建成了4000噸/年氧化鋁中試裝置，至今已順利完成7次試驗運行。2013年，該工藝技術通過了中國有色協會和煤炭協會的鑒定，具有減量化、能耗低、成本低、資源利用率高、工藝流程短、產品種類多、環保的技術特點，可生產氧化鋁、金屬鎵（4N）、鐵紅、凈水劑、碳酸鋰、橡塑填料等白泥基產品[1]。

“一步酸溶法”粉煤灰生產氧化鋁技術中，粉煤灰與鹽酸反應后的料漿需要進行液固分離，并對固體白泥進行洗滌以回收氯化鋁，白泥無害化處理后外排。中試裝置2011年進行了沉降分離與洗滌實驗，沉降效果差，無法滿足實驗要求。經過論證與實驗，改為板框過濾工藝，雖能滿足中試廠試驗要求，但大型工業化后，存在流程復雜、投資高、占地面積大的缺點。連續沉降分離洗滌工藝在冶金、化工有成熟應用，應當開展沉降分離洗滌方案研究，優化與完善液固分離工藝，為工業化示范廠設計提供支撐，同時為示范廠項目的日常運行提供理論依據與生產指導。

1 實驗室研究

主要目的是研究新型絮凝劑對溶出料漿沉降分離、沉降洗滌性能的影響、洗滌效果及溫度對分離效果及絮凝劑添加量的影響。絮凝劑濃度為0.1%wt。絮凝劑最佳添加量：以15min的沉降速率、上清液浮游物、底泥固含量為選取標準。沉降速率以利用一定時間（≤15min）內清液層占料漿體積的百分比表示。

1.1 不同固含料漿的絮凝劑添加量實驗

溶液成分：氯化鋁300g/L，氧化鐵：5.5g/L，游離酸度（以HCl計）：0.4%；料漿固含：150g/L、120g/L、105g/L、90g/L、60g/L。料漿溫度：85℃。

固含對絮凝劑的添加量的影響很大，隨著原料固含逐漸越大，料漿的沉降速率變慢，絮凝劑最佳添加量增大。固含從60g/L至150g/L時，絮凝劑用量為0.1kg/t-干白泥至0.37kg//t-干白泥。清液層的浮游物含量范圍為0.027g/L～0.08g/L。底泥固含范圍267.86g/L～292.97g/L。其中，在料漿溫度為85℃，氯化鋁濃度為300g/L的條件下，料漿固含為120g/L時，絮凝劑最佳添加量為0.3kg/t-干白泥；料漿固含為105g/L時，絮凝劑最佳添加量為0.23kg/t-干白泥；料漿固含為90g/L時，絮凝劑最佳添加量為0.18kg/t-干白泥。

1.2 不同氯化鋁濃度對沉降速率的影響

料液氯化鋁含量：300g/L、274g/L、240g/L；游離酸度（以HCl計）：0.35%；固含：120g/L；溫度：85℃；絮凝劑添加量0.3kg/t-干白泥。

隨著料漿氯化鋁濃度的降低，料漿的沉降速率變快，底泥的固含量變大，絮凝劑最佳添加量降低。

1.3 沉降底泥的洗滌實驗

實驗條件：沉降料漿固含：150g/L、105g/L、90g/L、60g/L，洗滌液濃度：240g/L、160g/L、90g/L、40g/L、10g/L，溫度85℃的料漿進行洗滌添加絮凝劑實驗，結果如下：

洗滌過程中，不添加絮凝劑白泥也能正常沉降。隨著洗滌液氯化鋁濃度越低，沉降速度加快，底泥固含量變大。通過后序洗滌不加絮凝劑和加絮凝劑的實驗對比，得出兩者的沉降速率接近。

從圖4可以看出，不加絮凝劑的清液層浮游物含量較高，加入絮凝劑后可降低浮游物含量。實際生產中可根據清液層浮游物含量來確定是否需要在洗滌時添加絮凝劑。

1.4 不同溫度條件下的沉降實驗

溶液成分：氯化鋁300g/L，氧化鐵5.5g/L，游離酸度（以HCl計）0.4%；原料固含105g/L；料液溫度：85℃、75℃、65℃、40℃。

隨著料漿溫度的降低，料漿的沉降效果變差，沉降速率變慢。通過增加絮凝劑添加量可以改善絮凝沉降效果，其中75℃、65℃下的絮凝劑添加量增大至0.37kg/t干白泥時，沉降效果較好。當料漿溫度降至40℃時，雖絮凝劑添加量已增至0.6kg/t干白泥，但其沉降效果依然較差。

2 中試裝置系統試驗

氧化鋁中試裝置第七次全系統試驗運行139天，液固分離洗滌系統工藝流程為：溶出車間產生的稀釋礦漿與高效絮凝劑在分離沉降槽混合，加快液固分離，上層清液進入深層過濾，沉降槽底流依次進入一洗槽至六洗槽，與六洗槽來的洗滌水進行逆向洗滌。該工序中主要考察的指標是外排白泥的附氯（目標9kg/t-干白泥），影響該指標的主要因素為第六級洗滌槽的氯化鋁濃度。試驗結果總結如下：分離沉降槽溢流液中AlCl3平均濃度246.18g/L；浮游物平均含量0.15g/L。白泥分離洗滌系統運行效果良好，洗滌槽方面：一洗～六洗槽溢流AlCl3濃度分別為：129.64g/L、78.07g/L、56.46g/L、37.64g/L、20.86g/L、12.11g/L，溢流浮游物分別為：0.10g/L、0.12g/L、0.09g/L、0.12g/L、0.11g/L、0.13g/L。一洗～六洗底流AlCl3濃度略高于溢流溶液中AlCl3濃度，底流固含分 別 為：393.59g/L、372.31g/L、376.62g/L、356.93g/L、356.15g/L、336.02g/L。各級沉降槽固含并未出現梯度差，底流AlCl3濃度梯度變化明顯，有利于提高洗滌效果。絮凝劑添加量方面，總體平穩，絮凝劑添加量為0.36kg/t-干白泥。外排白泥指標方面，外排白泥附氯為8.67kg/t-干白泥，白泥附鋁2.67kg/t-干白泥，平均白泥附液率43.72%[2]。

3 結論

采用新型絮凝劑對粉煤灰酸法生產氧化鋁工藝溶出料漿開展實驗室系統研究，掌握了新型絮凝劑對溶出料漿液固沉降分離性能的影響及具體參數。將實驗室研究成果進行工業化中試后，液固沉降分離各項指標全部達到預期目標，說明采用“沉降分離+六次洗滌”的連續沉降分離洗滌工藝具有可行性。同時，該工藝技術可為30萬噸/年高鋁粉煤灰工業化示范項目液固分離工藝設計及運行提供依據和支撐。