不同絮凝剂在亚熔盐体系中的沉降性能研究.pdf

万方数据 2 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／[ y s y l ．b g r i m m ．c n 盐法新工艺对沉降分离所用的絮凝剂提出了更高的 要求。 在低碱体系的拜耳法生产工艺中，赤泥沉降分 离所使用的絮凝剂主要为阴离子型的聚丙烯酰胺和 聚丙烯酸盐类，如国内研制的A 一1 0 0 0 L 1 7 | 、B K N 一1 E ”j 以及进口的N a l c o 和B A S F 等公司的产品，此类絮 凝剂主要特点是阴离子型、高分子量 10 0 0 ～20 0 0 万 、溶解速度快、絮凝时间短、分层清晰且上清液清 澈等，而在高碱体系的亚熔盐法新工艺中关于絮凝 剂沉降性能的研究却未见报道。鉴于此，本文在亚 熔盐体系下对多种絮凝剂进行了沉降性能的研究， 以期找出适合高碱体系的絮凝剂及其相应的最佳使 用条件。 1 试验原料及方法 首先采用亚熔盐法在2 3 0 ℃处理河南某氧化铝 厂拜耳法赤泥，其化学成分为 ％ A l O 。2 6 ．7 6 、 S i 0 21 7 ．0 9 、F e 2 0 37 ．5 2 、C a O2 5 ．3 、T i 0 24 ．9 3 、 N a 。O8 ．3 2 ，A 1 2 0 。／s i o 。一1 ．5 7 。得到的溶出料浆 固含约1 2 0g ／L ，氧化钠浓度4 8 0g ／L ，作为本研究 的试验原料。 量取1 0 0m L 用去离子水配制的氢氧化钠溶液 N k 1 0g ／L 于烧杯中，加入1m L 摇匀的乳状絮 凝剂 或1g 粒状 ，电磁搅拌1h 以上，直到无任何 白色絮团为止，则此絮凝剂溶液浓度约为1 ％。将 此絮凝剂稀释至2 ‰摇匀，除特殊说明外，每次试验 使用4 ～6m L 。 试验时，将溶出料浆倒人5 0 0m L 沉降筒至体 积为5 0 0m I 。，滴入2 ～3m L 絮凝剂，用图1 所示的 带孔漏板上下轻轻地搅动3 次，然后再注入2 ～3 m L 絮凝剂，轻轻地搅动5 次，然后开始计时，并观 察料浆沉降情况。 2 试验结果及讨论 2 ．1 几种絮凝剂沉降性能比较 为筛选出适合亚熔盐体系的最佳絮凝剂，采用 厂家推荐等方式，收集了目前在国内一些企业的低 碱性环境下应用效果较好的一批絮凝剂，包括N a l C O 公司的9 7 7 9 、河北华威蓝星化工开发的l a n 、山东 华丰化工集团的L 3 0 5 1 和L 3 1 6 1 、B A S F 公司的 H P 2 0 、江苏南天的L c b 8 和L l b b 、山东海纳瑞特的 9 0 H P S 以及北京大学的J Y 0 1 等9 种絮凝剂，试验 温度1 0 0 ℃，试验结果如图2 所示。 由图2 可看出，大多数絮凝剂都能对亚熔盐溶 一 E 、 罨 兰 攥 塑 U 2 0 1 2 年9 期 ▲ 图l试验装置及搅拌示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po ft e s te q u i p m e n t a n da g i t a t i o n 图2 不同絮凝剂的沉降性能对比 F i g ．2C o m p a r i s o no fs e d i m e n t a t i o n p e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n tf l o c c u l a n t s 出料浆产生沉降分离效果，1 0r a i n 左右基本沉降完 全。这说明絮凝剂加入到赤泥浆料1 0m i n 左右后， 通过吸附架桥作用，大多数赤泥颗粒与絮凝剂已经 形成了“赤泥颗粒一高分子链～赤泥颗粒”聚集体， 随着时间的延长，这些聚集体不断堆积在容器下面， 从而导致沉降速度逐渐变小。 从沉降速度来看，沉降效果较好的6 种絮凝剂 依次为N a l c o - 9 7 7 9 、B A S F - H P 2 0 、L c b 8 、L 1 b b 、 L 3 0 5 l 和L 3 1 6 1 ；从澄清度来看，L c b 8 等6 种絮凝 剂都可在短时间内使料浆上清液变得澄清；从分层 效果来看，只有添加N a l c o - 9 7 7 9 、L c b 8 、B A S F H P 2 0 的料浆分层较为明显。综合考虑，N a l c o 一9 7 7 9 絮凝 剂在亚熔盐体系中性能更优。因此，在随后的试验 万方数据 2 0 1 2 年9 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／[ y s y l ．b g r i m m ．c n 2 l 中主要考察该絮凝剂在亚熔盐体系中的沉降性能。 2 ．2 N a i c o - 9 7 7 9 沉降性能与温度的关系 考察不同温度下，添加N a l c o 一9 7 7 9 絮凝剂沉降 1 0m i n 后上清液体积与温度的关系，结果见图3 。 4 05 00 07 08 09 0l0 11 l f l1 2 I 1 3 I 温度，℃ 图3N a l c o - 9 7 7 9 沉降性能与温度的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e d i m e n t a t i o n p e r f o r m a n c eo fN a i c o - 9 7 7 9a n dt e m p e r a t u r e 图3 表明，在相同的时间内，随着温度的升高， 上清液体积呈现出明显的递增趋势，但当温度达到 1 0 0 ℃后，上清液体积增速变慢。由其沉降效果图 图4 可以看出，溶出矿浆的澄清度和分层效果在 5 0 ～1 2 0 ℃内也与温度呈正相关关系，当温度较低 时，料浆分层不清晰，且上清液浑浊，而当温度较高 时，上清液清澈且与底液分层清晰。 随着温度的升高，体系黏度变小，从而有利于聚 集体的沉降，因此絮凝沉降效果更好。而从分子运 动论角度来说，温度越高，分子运动的速度越快，絮 凝剂中的有机高分子与赤泥颗粒相碰撞的机会越 大，从而聚集体的形成速度也就越快，其沉降速度也 就越快。但亚熔盐体系温度越高腐蚀性越强，考虑 到设备要求及操作环境要求，本研究认为将沉降温 度控制在1 0 0 ℃左右为宜。在该温度下沉降1 0 m i n 后上清液与底液体积比约为3 1 ，底液固含经 检测可达2 9 ％，含水率约3 9 ％，计算得赤泥沉降平 均速率为0 ．2 8m r n ／s 。 2 ．3 N a l c o - 9 7 7 9 沉降性能与氧化钠浓度的关系 为考察氧化钠浓度对絮凝剂沉降性能的影响， 在溶出矿浆的基础上调整了氧化钠的浓度，然后在 温度1 0 0 ℃条件下加入N a l c o 一9 7 7 9 进行试验，结果 _ 【[ 【I 罔，所爪 图4 不同温度下N a l c , r - 9 7 7 9 沉降效果图 F i g ．4 S e d i m e n t a t i o np e r f o r m a n c eo fN a i c o - 9 7 7 9a td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 由图5 可看出，随着氧化钠浓度的升高，絮凝 剂对赤泥的沉降效果逐渐变差。当氧化钠浓度为 1 0 0g ／L 和2 4 0g ／L 时，加入絮凝剂后1 0S 内絮凝 沉降就能进行完全，而当氧化钠浓度达到5 4 0g ／L 以上，加入絮凝剂后料浆只有少许沉降，且上清液 比较浑浊，分层不清晰。这可能是由于随着体系 碱浓度的升高，其黏度也会升高，流动性变差，影 响了聚集体的形成，从而导致其沉降速度变小，沉 降也不彻底。 2 ．4 N a l c o - 9 7 7 9 沉降性能与添加量的关系 为考察絮凝剂添加量对赤泥沉降效果的影响， 在温度1 0 0 ℃条件下分别做了N a l c o - 9 7 7 9 不同添 加量的试验，结果如图6 所示。 图6 表明，絮凝剂添加量有一最佳范围，当 N a l e o - 9 7 7 9 添加量为5m I 。和1 0m L 时料浆沉降效 果基本一致，略好于2 ．5m I ．，但远好于3 0m L 的效 果，同时，试验中发现，添加2 ．5m L 的试验上清液 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 12 年9 期 一 E 、 繇 兰 楚 挺 U 时问／s 图5N a l c o - 9 7 7 9 沉降性能与氧化钠浓度的关系 F i g ．5R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e d i m e n t a t i o n p e r f o r m a n c eo fN a l c o - 9 7 7 9a n dN a z 0c o n c e n t r a t i o n 量 瓢 羹 蜒- q 图6N a l c o - 9 7 7 9 沉降性能与添加量的关系 F i g ．6R e l a t i o n s h i pb e t s s e e ns e d i m e n t a t i o n p e r f o r m a n c eo fN a l c o - 9 7 7 9a n t i i t s d o s a g e r ， 较为浑浊，没有达到很好的分离效果。这是因为，絮 凝剂添加量不够时，当絮凝剂高分子在溶液中线性 展开后，高分子长链所吸附的赤泥颗粒有限，从而导 致赤泥颗粒聚集不完全，溶液仍会浑浊；而当絮凝剂 添加量太多时，赤泥颗粒表面聚集了大量高分子长 链，形成了空间保护层，阻止了架桥结构的发生，从 而导致絮凝很难发生。因此，综合考虑，本研究认为 5 m I 。的絮凝剂添加量为最佳，折合成干赤泥，絮凝 剂添加量约为每吨干赤泥1 6 0g 。 2 ．5 N a l c o - 9 7 7 9 沉降性能与过滤时间的关系 为进一步向亚熔盐工业化规模生产提供理论依 据，本研究还考察了溶出料浆添加不同絮凝剂后过 滤时间的变化。试验仍然选择在温度1 0 0 ℃条件下 操作，分别添加N a l c o 一9 7 7 9 和B A S F H P 2 0 絮凝剂 5m I 。，1 0r a i n 后考察矿浆过滤时间的变化，其中A 、 B 分别为N a l c o 一9 7 7 9 和B A S F H P 2 0 ，C 为不添加 絮凝剂，试验结果显示，A 、B 、C 三组试验在1 0r a i n 后上清液体积分别为2 8 0m L 、2 0 0m L 、1 0m I 。，其沉 降效果图如图7 所示，未添加絮凝剂的试验料浆基 本未发生沉降和分层现象，然后分别对此3 组料浆 进行过滤，测得过滤所用时间分别为2 1s 、2 5S 、 3 0S 。 由试验结果可以看出，在相同物料的前提下，絮 凝剂沉降性能由好到次依次为A 、B 、C ，过滤时间由 短到长依次为A 、B 、C 。说明过滤时问与沉降性能 呈反向关系，较好的絮凝效果可以明显缩短过滤时 f t j 『 、 ＼ t t rJ { l 一 I ＼、I | | P k ．j - jJ 1 1 图7不同絮凝剂的沉降效果图 F i g ．7 S e d i m e n t a t i o np e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n tf i o c c u l a n t s a N a l c o - 9 7 7 9 ； b - B A S F - H P 2 0 ； c - n of l o c c u l a n t sa d d i t i o n ．。 一、■●●睾．．，≯江● 万方数据 2 0 1 2 年9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 3 2 ．6 N a l c o - 9 7 7 9 沉降性能与滤饼含水率的关系 为进一步考察絮凝剂沉降性能与滤饼含水率的 关系，将上述A 、B 、C 在1 0 0 ℃絮凝沉降后的浆液及 A 在1 2 0 ℃絮凝沉降的浆液在相同条件下过滤，然 后将滤饼烘干，考察絮凝剂沉降性能与滤饼含水率 的关系，结果显示，测得4 组试验滤饼含水率分别为 2 6 ％、2 6 ．7 ％、2 5 ．4 ％和2 3 ．4 ％，由此可以看出，使 用絮凝剂并加压过滤后，滤饼水分含量变化不大，但 沉降效果最好的其滤饼含水率最低。 从过滤后的滤饼看，未加絮凝剂的滤饼表面光 滑、致密，而加絮凝剂后滤饼表面粗糙、疏松，说明加 入絮凝剂，小粒度的赤泥颗粒团聚为“赤泥颗粒一高 分子链一赤泥颗粒”聚集体后，其整体粒度增大，颗 粒问空隙增大，所以水分通过颗粒空隙速度加快，从 而导致其过滤时间缩短，且滤饼水分含量降低。 3结论 1 在高温高碱的亚熔盐体系中，对比了国内外 几种絮凝剂的性能，其中N a l c o 一9 7 7 9 、B A S F - H P 2 0 以及L c b 8 等絮凝剂有较好效果，N a l c o 一9 7 7 9 絮凝 剂性能更优，使用后沉降速度快、上清液清澈、分层 清晰。 2 体系温度、碱浓度、添加量是影响絮凝剂沉降 性能的主要因素，N a l c o 一9 7 7 9 在亚熔盐体系中使用 的最佳条件温度1 0 0 ℃、碱浓度不超过5 4 0g ／L 、 添加量每吨赤泥1 6 0g ，在此条件下沉降1 0r a i n ，上 清液与底液体积比约为3 1 ，底液固含约2 9 ％，赤 泥沉降平均速率0 ．2 8m m ／s 。 3 絮凝剂的添加影响了浆液的过滤速度，沉降 效果越好，浆液的过滤速度越快，滤饼的含水量也越 低。 ’ 参考文献 [ 1 ] 张伦和，何静华，张靓．氧化铝工业现状及发展对策 口] ．轻金属，2 0 0 6 2 3 - 7 ． [ 2 ] 杨海洋，陈建宏．铝土矿资源安全与供给保障的战略分 析[ J ] ．资源与环境工程，2 0 0 8 ，2 2 6 6 2 8 6 3 3 ． [ 3 ] 张懿．绿色化学与铬盐工业的新一代产业革命[ J ] ．化 学进展，1 9 9 8 ，1 0 2 1 7 2 1 7 8 ． [ 4 ] 张亦飞，曹绍涛，张懿．一种从铝土矿生产氧化铝的方 法中国，C N l 0 1 7 4 6 7 9 5 A [ P ] ．2 0 1 0 0 6 2 3 ． [ 5 ] 张亦飞，郑诗礼，张懿．氧化铝的常压低温溶出生产方 法中国，C N l5 6 5 9 7 4 [ P ] ．2 0 0 5 0 1 2 9 ． [ 6 ] 马淑花，郑诗礼，张懿．赤泥中氧化钠和氧化铝的回收 [ J ] ．矿产综合利用，2 0 0 8 1 2 7 3 0 ． [ 7 ] 孙旺，郑诗礼．N a O H 亚熔盐法处理拜尔法赤泥的铝硅 行为[ J ] ．过程工程学报，2 0 0 8 ，8 6 1 1 4 8 1 1 5 1 ． [ 8 ] 马淑花．氢氧化钠熔盐法处理中低品位铝土矿清洁工 艺应用基础研究[ D ] ．北京中国科学院过程工程研究 所，2 0 0 7 ． I - 9 ] Z h a n gY i ，L iZ u o h u ，Q iT a o ．G r e e nC h e m i s t r y o fC h r o m a t eC l e a n e rP r o d u c t i o n [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fC h e m i s t r y ，1 9 9 9 ，1 7 2 5 8 2 6 6 ． [ 1 0 ] Z h o n gL i ，Z h a n gY i f e i ，Z h a n gY i ．E x t r a c t i o no fA l u m i n aa n dS o d i u mO x i d ef r o mR e dM u db yaM i l d H y d r o c h e m i c a lP r o c e s s [ J ] ．J o u r n a l o fH a z a r d o u sM a t e r i a l s ，2 0 0 9 ，1 7 2 1 6 2 9 1 6 3 4 ． [ 1 1 ] 张玉敏，刘桂华．赤泥分离中的絮凝剂[ J ] ．轻金属， 2 0 0 2 4 1 0 1 4 ． [ 1 2 ] 潘敏．影响拜耳法赤泥分离因素分析[ J ] ．轻金属， 2 0 0 0 1 1 1 8 2 1 ． [ 1 3 ] 芦东，赵福辉，张生．氧化铝生产中拜耳法赤泥分离新 型絮凝剂的合成及应用[ J ] ．世界有色金属，2 0 0 4 1 1 5 1 5 4 ． [ 1 4 ] 李庆刚．新型高分子絮凝剂的研制及其在氧化铝工业 中的应用[ D ] ．长沙中南大学，2 0 1 0 ． E 1 5 3 张琨瑜．高分子絮凝剂作用下的拜耳法赤泥沉降行为 研究[ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 8 ． [ 1 6 ] 徐方．赤泥沉降用新型絮凝剂的制备及其性能研究 [ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 9 ． [ 1 7 ] 元炯亮，郝存江．赤泥的絮凝沉降[ J ] ．湿法冶金， 2 0 0 2 ，2 2 1 1 8 2 1 ． [ 1 8 ] 周高云，陈定洲，罗家珂，等．沉降赤泥的高效絮凝剂 的应用研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 3 ，1 2 2 4 1 4 4 ． 万方数据