腐殖酸去除試劑對(duì)拜耳法生產(chǎn)氫鋁白度的影響

牛平召，王加文，寧陽東，郭秀爽

（中國鋁業(yè)山東分公司，山東 淄博255052）

1 前 言

某氧化鋁廠是國內(nèi)首家自燒結(jié)法流程升級(jí)改造成低溫拜爾法的企業(yè)。該企業(yè)通過進(jìn)行礦石溶出、分離沉降、葉濾機(jī)精濾、種分分解等工序源源不斷的生產(chǎn)出氫氧化鋁產(chǎn)品，其中分解工序采用一段法生產(chǎn)工藝。隨著鋁土礦的不斷溶出，礦石所包含的腐殖酸類有機(jī)物質(zhì)會(huì)與堿液反應(yīng)生成各種腐殖酸鈉進(jìn)入到溶出礦漿。盡管在分離沉降和溶液凈化的過程中會(huì)排走和置換掉一部分有機(jī)碳物質(zhì)（主要以赤泥或?yàn)V渣的形式排出，比例約占40%），但是剩余的腐殖酸鈉會(huì)不斷地在分離沉降、精濾、種分分解等工序之中循環(huán)積累，逐漸的接近平衡濃度［1］。

近幾年來，氧化鋁生產(chǎn)流程中有機(jī)物含量高的問題日益嚴(yán)重，不斷加劇。經(jīng)過足夠時(shí)間的循環(huán)積累，種分母液中有機(jī)碳的含量為5.98 g/L，循環(huán)母液中更是達(dá)到了6.58 g/L。為此，國內(nèi)外科研工作者對(duì)如何降低低溫拜耳法流程中有機(jī)物的含量進(jìn)行了大量的科學(xué)試驗(yàn)［2-3］，以克服有機(jī)物對(duì)拜耳法生產(chǎn)帶來的一系列不利影響。

2 腐殖酸的影響

2.1 拜耳法流程中腐殖酸的來源

拜耳法流程中的有機(jī)物主要來自鋁土礦攜帶、絮凝劑、減水劑、消泡劑等添加劑以及雨水等，其中三水鋁石中攜帶的大量腐殖質(zhì)等物質(zhì)是拜耳法流程中有機(jī)物的最主要來源，約占進(jìn)入系統(tǒng)總有機(jī)物的96%［4］。三水鋁石中的有機(jī)物在濕法處理的過程中有77%與堿反應(yīng)后生成鈉鹽進(jìn)入生產(chǎn)流程，其中以腐殖酸根等形態(tài)存在的有機(jī)物約占21%。在拜耳法生產(chǎn)流程中，需要添加絮凝劑和消泡劑來促使赤泥與料漿的沉降分離，添加消泡劑和各種結(jié)晶助劑促使種分過程液位的穩(wěn)定和顆粒的長大，添加減水劑控制氫氧化鋁最終產(chǎn)品的水分等。這些有機(jī)添加劑的加入會(huì)造成腐殖酸類物質(zhì)的進(jìn)一步積累；雨雪天氣也會(huì)給拜耳法生產(chǎn)流程帶來一部分腐殖酸類物質(zhì)。

2.2 腐殖酸對(duì)拜耳法生產(chǎn)的影響

1）腐殖酸類有機(jī)物質(zhì)在高溫和液堿的作用下反應(yīng)生成各種腐殖酸鈉，然后逐漸轉(zhuǎn)變成易溶的碳酸鈉和草酸鈉，生成的草酸鹽和碳酸鹽會(huì)對(duì)分解過程和產(chǎn)粒度等質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生不利影響。

2）高分子類腐殖酸物質(zhì)會(huì)加深鋁酸鈉溶液的色度，容易附著到氫氧化鋁產(chǎn)品表面，導(dǎo)致產(chǎn)品略帶紅色，嚴(yán)重影響氧化鋁產(chǎn)品的白度。以某氧化鋁廠為例，其氫氧化鋁產(chǎn)品白度如圖1所示。

圖1 腐殖酸去除試劑添加前氫鋁白度的變化情況

3）溶液中存在的腐殖酸鹽含量較高時(shí)，溶液或漿液中往往產(chǎn)生大量泡沫而減少設(shè)備容積，造成液位計(jì)失靈，進(jìn)而影響實(shí)際的生產(chǎn)操作。同時(shí)由于有機(jī)物與堿反應(yīng)生成各種有機(jī)鈉鹽，會(huì)造成液堿的損失，增大生產(chǎn)成本等［5-6］。

3 解決方案探索

為了解決流程中腐殖酸的存在對(duì)氧化鋁生產(chǎn)的影響，某氧化鋁廠根據(jù)生產(chǎn)情況制定以下試驗(yàn)方案。通過使用腐殖酸去除試劑來消除腐殖酸對(duì)氧化鋁生產(chǎn)的不利影響，并加強(qiáng)精細(xì)化操作管控，穩(wěn)定生產(chǎn)條件，確保整條工藝流程的穩(wěn)定。

3.1 添加腐殖酸去除試劑試驗(yàn)流程

腐殖酸去除試劑（CYQUEST）是Solvay 設(shè)計(jì)的用來去除拜耳法溶液腐殖酸的藥劑。拜耳法溶液中的深色主要是由溶解的腐殖酸引起的。工廠的使用經(jīng)驗(yàn)顯示，腐殖酸去除試劑能夠移除腐殖酸來降低溶液的可見光吸光度，降低溶液的色度，從而有效改善氫氧化鋁的白度。

試驗(yàn)選用的腐殖酸去除試劑呈液態(tài)，通過1臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的藥劑添加泵，將腐殖酸去除試劑直接或稀釋后加到溶出稀釋料漿之中，充分混合（如圖2 所示）。腐殖酸去除試劑會(huì)和稀釋液里的腐殖酸結(jié)合形成固體在赤泥表面析出，在沉降分離洗滌過程與赤泥一起被排出流程。

3.2 腐殖酸去除試劑的影響

從2019 年5 月1 日開始，向稀釋槽出料泵中添加去腐殖酸劑試驗(yàn)，腐殖酸去除試劑的添加量逐漸從5 mg/L 增加到30 mg/L，每次增加5 mg/L。添加去腐殖酸試劑期間產(chǎn)品白度分布的曲線見圖3。

圖3 腐殖酸去除試劑加量與氫氧化鋁白度變化情況

為了探究腐殖酸去除試劑對(duì)氫鋁白度的影響，盡可能的穩(wěn)定生產(chǎn)流程，確保腐殖酸去除試劑成為最大的影響變量。但是考慮到礦石是帶入流程的有機(jī)物的重要來源，所以對(duì)進(jìn)廠的礦石原料進(jìn)行了總有機(jī)碳和全碳分析，其結(jié)果如表1所示。

表1 使用礦石的有機(jī)碳含量情況%

從圖3可以看出，隨著腐殖酸去除試劑添加量的不斷增加，氫氧化鋁產(chǎn)品的白度先增大而后又逐漸降低，最終的產(chǎn)品白度仍然相對(duì)初始白度有所提高。原因分析如下。

1）隨著腐殖酸去除試劑的不斷增加，氫氧化鋁白度逐漸增大，一方面生產(chǎn)所使用礦石的有機(jī)物含量在不斷降低，另一方面是因?yàn)楦乘崛コ噭┡c稀釋液中的腐殖酸彼此相互吸附形成固體沉淀隨著赤泥排除流程，達(dá)到了對(duì)溶液凈化的效果，氫氧化鋁白度顯著提高。

2）隨著腐殖酸去除試劑添加量的不斷增加，白度卻出現(xiàn)降低的情況。此時(shí)，一方面腐殖酸去除試劑是一種有機(jī)添加劑，隨著加入量的不斷增大，會(huì)存在溶液中滯留的現(xiàn)象，腐殖酸去除試劑會(huì)吸附在氫鋁表面，該試劑的存在會(huì)對(duì)氫鋁白度產(chǎn)生一定的影響；另一方面，拜耳法生產(chǎn)流程是一個(gè)動(dòng)態(tài)持續(xù)的生產(chǎn)過程。生產(chǎn)所用的三水鋁石攜帶著有機(jī)碳等物質(zhì)不斷增多，同時(shí)由于氣候和生產(chǎn)變故等原因會(huì)造成雨水以及有機(jī)添加劑等物質(zhì)大量進(jìn)入生產(chǎn)流程，這會(huì)導(dǎo)致氫氧化鋁產(chǎn)品白度降低。總體來說，腐殖酸去除試劑的加入改善了氫鋁產(chǎn)品的白度水平。從圖4 和圖5 可以看到，隨著腐殖酸去除試劑的不斷增加，精液吸光度顯著降低，雖然之后仍然有一定的波動(dòng)，但是吸光度相對(duì)于腐殖酸去除試劑使用前相比顯著降低；而精液浮游物基本上沒有太大的波動(dòng)，說明腐殖酸的存在對(duì)精液浮游物沒有什么顯著的影響。

圖4 腐殖酸去除試劑加量與精液吸光度的變化情況

圖5 腐殖酸去除試劑加量與精液浮游物變化情況

添加腐殖酸去除試劑的目的是澄化鋁酸鈉溶液，提高氫氧化鋁產(chǎn)品白度。通過此次試驗(yàn)，氫鋁白度顯著提高，精液吸光度明顯降低，可以確認(rèn)添加腐殖酸去除試劑對(duì)氫氧化鋁生產(chǎn)有著一定的促進(jìn)作用，但是腐殖酸去除試劑的添加量應(yīng)該有一個(gè)合適的數(shù)值范圍，另外腐殖酸去除試劑的添加量以及對(duì)鋁酸鈉溶液的澄化作用和機(jī)理仍需進(jìn)一步摸索和探究。

4 結(jié) 語

1）添加腐殖酸去除試劑可以有效地降低鋁酸鈉溶液中的腐殖酸，精液吸光度不斷降低，溶液得到顯著凈化，氫鋁白度明顯提升，可以將腐殖酸去除試劑作為改善氫鋁產(chǎn)品白度的主要措施。

2）加強(qiáng)管理也是生產(chǎn)高白度氫氧化鋁的必要條件。針對(duì)公司的實(shí)際情況，一方面要盡可能穩(wěn)定礦石的質(zhì)量，保證進(jìn)入溶液中的有機(jī)物含量最小化；另一方面則是要做到生產(chǎn)現(xiàn)場的嚴(yán)格管控，降低腐殖酸等有機(jī)物通過雨水或者雜物的途徑進(jìn)入生產(chǎn)流程。