高鋁粉煤灰堿脫硅的問題研究及對策

宋說講，孔德順

(六盤水師范學院 化學與材料工程學院，貴州 六盤水 553004)

高鋁粉煤灰生產氧化鋁過程中，由于粉煤灰中二氧化硅含量較高，需要將粉煤灰預脫硅[1-3]，以提高原料中的鋁硅比[4]，使后序氧化鋁的生產順利進行，同時減少廢料硅鈣渣的生成。預脫硅也就是堿脫硅，生成的硅酸鈉溶液，可以作為化工原料使用，既增加了產品的附加值，提高了生產率和經濟效益，也符合企業節能降耗的要求。因此，高鋁粉煤灰堿脫硅是生產工藝中非常重要的部分[5]。

那么，如何提高堿脫硅效率成為關鍵步驟。原料的成分及其活性、生產條件(配比、濃度、溫度等)的控制、設備的選擇以及生產操作控制等都會影響堿脫硅效率。在實際生產中，高鋁粉煤灰堿脫硅確實遇到了許多這樣難題，致使堿脫硅效率大大降低。找出這些問題所在，分析其中的原因，想出解決問題的對策和辦法，對于高鋁粉煤灰中提取氧化鋁具有重要的意義。

1 粉煤灰堿脫硅的工藝流程

1.1 堿脫硅原理

粉煤灰與循環母液調配成的漿液，加熱至130±5℃，保溫停留30±10min，使粉煤灰中的玻璃相SiO2與NaOH發生反應，生成Na2SiO3進入溶液中。

1.2 堿脫硅工藝流程

電廠送來的粉煤灰通過皮帶輸送機或斗式提升機輸送到粉煤灰儲倉；通過螺旋輸送機和大傾角皮帶送到預調配粉煤灰小倉，粉煤灰和循環母液按一定比例混合調配成合格的粉煤灰漿液；調配好的粉煤灰漿液通過合格泵送至5級加熱套管中用蒸汽加熱，在停留罐中停留，進入緩沖槽；通過緩沖泵送到分離洗滌翻盤進行過濾，脫硅粉煤灰漿液經過翻盤過濾機，進行液固分離及洗滌，脫硅粉煤灰與碳分母液按一定比例混合后，送到熟料燒成工段；脫硅混合液送到活性硅酸鈣制備工段。

2 粉煤灰堿脫硅的問題與原因

2.1 粉煤灰堿脫硅的問題

粉煤灰在一定條件下可以脫去大部分硅，而氧化鋁基本不溶出，溶液中SiO2濃度可達90g/L以上，這是值得肯定的成果。但是由于原料、工藝及設備等存在的問題使預脫硅流程不能穩定運行，建立不起來穩定合理的指標體系，需要進一步改進和調整。在脫硅反應后由于SiO2濃度大，導致漿液粘度大，給后續的分離工作帶來不利影響，需要探索粉煤灰漿液中SiO2合適的濃度和合適的固含。當然還有一些崗位員工操作不熟，配料不合格等人為因素，需要進一步規范。其主要問題表現：原料粉煤灰因含水量大，致使下料不暢，脫硅反應流程打循環時間較長，副反應發生；二氧化硅濃度較大時粘度大，液固分離系統運行不暢，清理困難；脫硅粉煤灰鋁硅比(A/S)不穩定，波動較大，最高達到2.0，最低為1.2，甚至更低。

2.2 粉煤灰堿脫硅的原因分析

2.2.1 粉煤灰成分波動大

選取電廠供粉煤灰原料批次檢測數據，如表1所示。從表1中可以看出，粉煤灰中Al2O3含量在37.03%～51.131%之間波動，SiO2含量在35.37%～49.03%之間波動，Fe2O3與CaO含量基本在5%以下。附水率在1.51%～16.34%之間波動，附水率較大，容易引起下料倉堵塞，是造成下料不暢的原因。原料粉煤灰的A/S在在0.76～1.45之間波動，導致堿脫硅后A/S的綜合提升不大，獲得的硅酸鈉溶液濃度也有很大變化，在固液分離時也可能造成分離效果不好。

圖1 堿脫硅工藝流程圖

表1 粉煤灰成分表

表1(續)

2.2.2 生產指標波動大

2.2.2.1 循環堿液

選取相應時間段內循環堿液檢測數據，如表2所示。從表2中可以看出，總堿(NaOH和Na2CO3以NT計)的濃度范圍為163.8～247.9g/L，苛堿(NaOH以NK計)的濃度范圍為161～232g/L，碳堿(Na2CO3以NC計)的濃度范圍則為1～26.3g/L，間或含有少量SiO2。生產指標的要求為NK濃度172±5g/L ，NC含量小于10g/L。由此可見，蒸發送來的堿液波動較大，達不到指標要求的范圍。

connecting rod→conrod連桿；variable resistor→varistor可變電阻。

表2 循環堿液成分表

堿的濃度波動大，對堿脫硅效率有較大影響；碳堿含量超標，給后面的活性硅酸鈣制備帶來困難。近期指標作了改動，將堿液濃度提高到200g/L以上，固含不低于550 g/L，造成設備堵塞，分離困難，實踐證明是不合適的。

2.2.2.2 固含

料漿固含與堿溶出硅濃度的關系如表3所示。由表3可以看出，堿溶后NK的濃度降至120g/L左右，固含基本在350～450g/L范圍之內，溶出SiO2濃度約在40～75 g/L之間，粉煤灰的粒度在25～40μm。粉煤灰漿液的固含和溶出SiO2濃度波動較大，固含大，SiO2濃度有增大的趨勢，而與粒徑大小關系不大。但是固含大帶來的問題是料漿容易沉降，管道容易堵塞；SiO2濃度大的結果是分離困難。

表3 料漿固含與SiO2的關系表

2.2.2.3 套管溫度

生產中粉煤灰堿脫硅溫度的技術指標是125～135℃。由于減溫減壓站壓力控制系統不能實現自動控制，電廠過來的一根低壓總管分出五根支管，給各用汽點輸送蒸汽的壓力完全靠手工調節，且各用汽點相互影響，預脫硅蒸汽壓力波動大，脫硅溫度較難穩定在125～135℃范圍之內，大大影響了脫硅效果。

2.2.2.4 脫硅時間

粉煤灰漿液用泵送入脫硅套管，漿液的流速一般約1.5m/s，低于1.0m/s料漿較易沉降到管壁上，時間過長會在管壁上結疤，堵塞管道，較難清理。料漿速度太快，換熱效果不好，溫度提升較慢。盡管脫硅時間技術指標為1～1.5h，但在實際操作過程中反應時間在粉煤灰與堿液混合時已經開始，在脫硅套管中升溫也需要一定的時間。因此，一般在套管內循環0.5h以上再出料，在保溫停留罐中停留0.5h即可以出料。

2.2.3.1 設備問題

粉煤灰輸送皮帶與電廠輸送皮帶不匹配(電廠皮帶輸送量大)，導致皮帶經常性壓死、跑偏或粉煤灰灑落遍地都是。粉煤灰大倉因粉煤灰含水率不同會造成堵塞，不下料。7#皮帶做工不細，經常跑偏、漏料、滾筒卡死等。粉煤灰螺旋定量給料機定量不準確，下料量不好調節。粉煤灰合格漿液槽攪拌在料位達到7.0m以上電流超過額定電流，串聯泵已改成單泵運行，機封漏料也成為問題。套管中三根內管已有一根堵塞未處理，現單根管運行。另外許多溫度計、料位計、電動閥、氣動閥等沒有校對，給生產指標控制帶來困難。

2.2.3.2 操作人員問題

現場操作人員基本都是新手，沒有一點工作經驗，全憑摸索干工作，極容易發生誤操作?，F場沒有形成一個工作核心，新人沒有師傅帶，長期未有多大進步，對未來看不見希望，工作積極性提不起來。這是工作人員現場的情況。

3 問題解決方法

3.1 原料粉煤灰處理

3.1.1 水分烘干

針對粉煤灰含水量波動較大問題，在粉煤灰進入灰倉前必須烘干，使粉煤灰的含水量在1%以下。事實證明，粉煤灰較干燥的情況下，流動性較好，便于下料和計量控制。避免膨料，堵料以及下料不暢等問題，還省去了灰倉下部的振打裝置。在原料入倉之前安裝粉煤灰烘干系統是十分必要的。

3.1.2 粉煤灰批次檢測

同一批次的粉煤灰進行檢測時應按照標準取樣方法進行合理取樣，保證檢測后粉煤灰各成分含量相差不是太大。如果相差較大，應作為不同批次樣品對待處理。

3.1.3 均化

針對粉煤灰各成分含量和A/S波動大給配料帶來很大問題，需要建立一個均化庫，使不同批次的粉煤灰在均化庫內均化，保證均化后粉煤灰各成分波動在較小的范圍之內，A/S在1.0～1.2之間波動。建立一個穩定的預脫硅指標體系，脫硅之后脫硅粉煤灰的A/S穩定在2.0及以上，脫硅液中硅酸鈉的濃度穩定在一定的范圍之內。

3.2 穩定的熱工制度

首先是配料問題。穩定連續下料是準確配料的基礎。粉煤灰烘干后堵料和粘料的問題基本得到解決，能夠保證穩定連續供料。下料稱需要定期進行校對，確保稱量準確。蒸發工序必須送來合格的堿液，在配料槽中控制好堿液和粉煤灰的液固比，攪拌均勻后打入漿液槽中，確保漿液槽中漿液的固含穩定，波動較小。

其次是溫度控制。減溫減壓站供脫硅套管的蒸汽裝有自動控制閥，保持蒸汽壓力穩定，確保供汽溫度波動小。保持漿液的固含在450g/L以下，在流速不變的情況下，漿液中固體顆粒不會沉淀堵塞。建立兩套脫硅套管系統，定期倒換運行，定期清理內管內壁結疤，確保生產運行的穩定性和連續性。

粉煤灰脫硅建立一個穩定的熱工制度和連續的工藝流程?？上葘/S穩定在1.5以上，再找最優條件，使脫硅粉煤灰的A/S逐步達到2.0以上。

3.3 設備選型

首先粉煤灰運輸皮帶要改造好，使其運行正常。

其次粉煤灰的脫硅率問題，主要是解決脫硅粉煤灰盡快分離問題。因為脫出來的硅不穩定，容易繼續發生反應，時間過長漿液中的硅又會沉淀出來，進入固相，導致脫硅粉煤灰的A/S降低。硅酸鈉溶液濃度高，粘度大，不易分離?？焖俜蛛x設備顯得很重要。目前生產上使用平盤過濾機的過濾效果容易受到硅酸鈉粘度的影響。后來使用的真空帶式過濾機的過濾分離效果得到明顯改善。

3.4 人員培訓

崗位配備一位熟悉流程和操作的技術人員。新進人員在技術人員的指導下進行相關知識和流程的培訓，必須盡快熟悉現場流程和相關設備的操作。在控制室的操作人員熟悉工藝技術參數數值和控制范圍，一般設備出現異常的處理方式和方法。

4 結論

生產中，高鋁粉煤灰堿脫硅遇到原料含量不穩定，設備原因導致生產流程不暢，技術參數控制不好，硅酸鈉發生二次反應，以及液固分離效果不佳等問題及原因分析，提出了相應的解決辦法。首先原料粉煤灰經干燥處理，分批次檢測并進行均化，控制粉煤灰各成分波動??；其次建立穩定連續的熱工制度，以保證在規定的時間內完成脫硅反應；選擇合適的分離設備，在脫硅完成后盡快實現液固分離；對新的生產人員要進行崗位培訓，盡快熟悉生產流程和技術參數，以適應生產的需要。