國內某氧化鋁廠赤泥沉降特性研究

付義東

(山西信發化工有限公司,山西 孝義 032300)

赤泥沉降分離是拜耳法氧化鋁生產過程中的關鍵工序之一,其核心裝備是沉降槽[1]。沉降槽性能對氧化鋁單線產能實現、生產成本控制及產品質量具有重要影響[2]。沉降槽的主要功能是利用重力作用實現固液分離和固體壓縮,運行過程中需要通過添加絮凝劑來促進赤泥顆粒的聚合與沉降[3]。礦石成分對赤泥沉降性能有較大影響。

近年來,國內鋁土礦品位和供礦量均大幅降低,進口鋁土礦逐年上升,國內氧化鋁廠均面臨礦石來源多樣化、入磨礦石成分波動大等問題。通過沉降實驗研究不同赤泥的沉降性能,并基于實驗結果進行沉降槽工藝參數的優化,對提高沉降性能和降低生產成本顯得尤其重要[4-5]。

本文針對國內某氧化鋁廠所用混合鋁土礦所產赤泥進行靜態沉降實驗,研究絮凝劑添加量、添加方式、料漿固含等對沉降速度及干基處理能力的影響,評估現有沉降槽對礦石成分波動的適應性。

1 實驗內容

1.1 實驗裝置

沉降實驗所用實驗裝置及用途如下:

(1)2000 mL量筒。赤泥沉降分離的主要裝置,用于實驗現象觀察及實驗數據記錄。

(2)2000 mL燒杯。用于實驗料漿配制及料漿與絮凝劑混合。

(3)10 mL注射器。用于絮凝劑添加。

(4)玻璃棒。用于促進料漿與絮凝劑混合。

(5)秒表。用于測量沉降時間。

(6)直尺。用于測量沉降高度。

1.2 實驗方法

沉降實驗基本操作流程如下:

(1)實驗料漿配制。取稀釋料漿和粗液,在燒杯中配制特定固含的實驗料漿。

(2)絮凝劑添加。用注射器向燒杯中添加絮凝劑,同時用玻璃棒不斷攪拌。

(3)沉降分離準備。絮凝劑添加結束后,將燒杯中的料漿移入量筒中。

(4)實驗數據記錄。記錄泥層界面下降高度及所用時間。

(5)沉降速度計算。沉降高度除以沉降時間即為沉降速度。

1.3 礦石成分

該氧化鋁廠所用鋁土礦礦石成分如表1所示。由表1中數據可知,該廠所用混合鋁土礦A/S為4.78。

表1 混合鋁土礦礦石成分 %

2 沉降特性研究

2.1 絮凝劑添加方式對沉降速度的影響

絮凝劑的主要作用是促進赤泥顆粒的吸附與聚合,生成粒徑較大的赤泥絮團,從而實現快速沉降,絮凝劑添加方式對提高沉降槽性能具有重要作用。

實驗過程中,按照料漿固含為40 g/L,絮凝劑添加量為100 g/t,分別采用單次添加、三次添加及連續添加三種方式,測量實驗數據并計算沉降速度,所得結果如圖1所示。

圖1 絮凝劑添加方式對沉降速度的影響

從圖1中可以看出,三種絮凝劑添加方式對應的沉降速度關系為:單次添加<三次添加<連續添加。生產過程中,沉降槽連續作業,料漿沿進料管持續進入沉降槽,進料管在到達進料井前設有三處絮凝劑添加點,每個添加點處絮凝劑連續添加,由此可見,生產過程中絮凝劑的添加方式為連續添加,這種添加方式能夠充分發揮絮凝劑作用,提高赤泥的沉降速度。因此,后續實驗過程中均采用連續添加絮凝劑的方式。

2.2 絮凝劑混合時間對沉降速度的影響

由上述實驗方法可知,每次實驗過程中,料漿與絮凝劑體積一定,二者在燒杯中混合,為保證料漿中的赤泥顆粒能夠充分吸收絮凝劑,足夠的絮凝劑混合時間是十分必要的。因此,有必要研究絮凝劑混合時間對沉降速度的影響規律。

實驗過程中,按照料漿固含為40 g/L,絮凝劑添加量為100 g/t,絮凝劑混合時間分別為10 s、30 s、60 s,測量實驗數據并計算沉降速度,所得結果如圖2所示。

圖2 絮凝劑混合時間對沉降速度的影響

從圖2中可以看出,三種絮凝劑混合時間對應的沉降速度關系為:10 s<30 s<60 s。其中,10 s與30 s對應的沉降速度相差較大,30 s與60 s對應的沉降速度相差較小。由此可見,足夠的絮凝劑混合時間對充分發揮絮凝劑的作用是至關重要的,過長的絮凝劑混合時間對提高沉降速度的作用不大。因此,實驗過程中應保證絮凝劑混合時間不低于30 s。

2.3 料漿固含及絮凝劑添加量對沉降速度的影響

沉降速度不僅受料漿固含影響,也受絮凝劑添加量影響。因此,本研究采用交叉試驗法對不同料漿固含及絮凝劑添加量進行沉降實驗,研究料漿固含及絮凝劑添加量對沉降速度的影響規律。

實驗過程中,初始料漿固含為80 g/L,與粗液配制實驗料漿固含分別為40 g/L、56 g/L、80 g/L,絮凝劑添加量分別為75 g/t、100 g/t、125 g/t,共進行9組沉降實驗。圖3所示為赤泥沉降分離后的泥層界面高度。

圖3 赤泥沉降分離后的泥層界面高度

從圖3中可以看出,絮凝劑添加量相同時,三種料漿固含對應的泥層界面高度關系為:40 g/L<56 g/L<80 g/L,且泥層界面高度比約為40∶56∶80。料漿固含相同時,三種絮凝劑添加量對應的泥層界面高度關系為:75 g/t>100 g/t>125 g/t,且泥層界面高度比約為125∶100∶75。由此可見,泥層界面高度與料漿固含成正比,與絮凝劑添加量成反比。料漿固含最大、絮凝劑添加量最少時,泥層界面最高;料漿固含最小、絮凝劑添加量最多時,泥層界面最低。

計算不同料漿固含及絮凝劑添加量對應的沉降速度,所得結果如圖4所示。

圖4 料漿固含及絮凝劑添加量對沉降速度的影響

從圖4中可以看出,絮凝劑添加量相同時,三種料漿固含對應的沉降速度關系為:40 g/L>56 g/L>80 g/L。料漿固含相同時,三種絮凝劑添加量對應的沉降速度關系為:75 g/t<100 g/t<125 g/t。由此可見,赤泥沉降速度與料漿固含負相關,與絮凝劑添加量正相關。料漿固含最小、絮凝劑添加量最多時,沉降速度最大;料漿固含最大、絮凝劑添加量最少時,沉降速度最小。

2.4 料漿固含及絮凝劑添加量對干基處理能力的影響

干基處理能力是評價沉降槽性能的重要指標,它由沉降速度和料漿固含共同決定,而沉降速度與料漿固含和絮凝劑添加量有關。因此,有必要研究料漿固含及絮凝劑添加量對干基處理能力的影響規律。

基于圖4中的實驗結果,進行干基處理能力的計算,所得結果如圖5所示。

從圖5中可以看出,料漿固含相同時,三種絮凝劑添加量對應的干基處理能力關系為:75 g/t<100 g/t<125 g/t。但是,絮凝劑添加量相同時,料漿固含與干基處理能力之間無線性關系。由此可見,干基處理能力受料漿固含和絮凝劑添加量共同影響,應通過沉降實驗測量并計算以確定最大干基處理能力對應的料漿固含和絮凝劑添加量。

圖5 料漿固含及絮凝劑添加量對干基處理能力的影響

由該氧化鋁廠產能及赤泥產出率核算,單組干赤泥最大小時通過能力需要達到220 t/h,按照現有分離槽規格核算,為滿足生產需求,分離槽實際干基處理能力應不低于448.2 kg/(m2·h)。基于本次實驗結果,對分離槽的生產運行作如下調整:

增強稀釋系統的稀釋能力,將進料固含由80 g/L降低至40 g/L;絮凝劑添加量由100 g/t降低至75 g/t,此時分離槽干赤泥通過能力可以滿足生產需求,且此時絮凝劑用量最少,降低了生產運行成本。

3 結 論

(1)絮凝劑添加方式對應的沉降速度關系為:單次添加<三次添加<連續添加。生產過程中絮凝劑的添加方式即為連續添加,有利于充分發揮絮凝劑作用,提高赤泥顆粒沉降速度。

(2)絮凝劑混合時間對應的沉降速度關系為:10 s<30 s<60 s。其中,10 s與30 s對應的沉降速度相差較大,30 s與60 s對應的沉降速度相差較小。

(3)干基處理能力與料漿固含無線性關系,與絮凝劑添加量正相關。

(4)將進料固含降低至40 g/L,絮凝劑添加量降低至75 g/t,分離槽干赤泥通過能力可以滿足生產需求,且此時降低了絮凝劑相關的生產運行成本。