拜尔法赤泥的沉降分离过程初探.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年1 期 拜尔法赤泥的沉降分离过程初探 余峰涛1 一，陈跃1 ，尹中林2 1 ．河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳4 7 1 0 0 3 2 ．中国铝业股份有限公司郑州研究院，河南郑州4 5 0 0 4 1 摘要重点探讨了在添加絮凝剂的情况下，稀释矿浆温度、浓度及固台，顶脱硅时间和絮凝剂添加量对赤 泥沉降分离过程的影响。稀释矿浆温度越高，稀释矿浆固台越低，矿浆浓度越低，赤泥沉降速度越快。 关键词氧化铝；絮凝剂；赤泥；沉降；分离 中圉分类号T F 8 2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 6 0 1 0 0 2 6 0 4 S t u d yo nS e t t l i n ga n dS e p a r a t i n go fB a y e rP r o c e s sR e dM u d Y UF e n g t a 0 1 一，C H E NY u e l ，Y I NZ h o n g l i n 2 1S c h o o lo fM a t e r i ；d sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ．H e w nU n i v e r s i t yo fS c i e n c e a n dT e c ] 1 n o ] o g y ，L 驸y a n g4 7 1 0 0 3 ，C h i n a ； 2 Z h e n g z h o uR e s e a r c hI n s t i t u t eo fC h d m ．Z h e n g z h o u4 5 0 1 1 4 I ，C h i n a A b s t r a c t I n f l u e n c e so ft h et e m p e r a t u r e ，c o n c e n t r a t i o na n dm l i d c o n t e n to fd i l u t e ds l u r r y ，d e s i l i c o n i z i n gt i m ea n d f l o c c u l a n tc o n t e n to ns e t t l i n ga n ds e p a r a t i n go fB a y e rp r o c e s sr e dm u da r ee s p e c i a l l yd i s c u s s e d ．W h e nd i l u t e d s l u r r yt e m p e r a t u r eb e c o m e sh i g h e r ，t h es o l i dc o n t e n ta n dc o n c e n t r a t i o no fd i l u t e ds l u r r yg e t sl o w e r ，t h es e t t l i n g v e l o c i t yo fr e dm u dw i l lb e c o m ef a s t e r K e y w o r d s A l u m i n a ；F l o c c u l a n t s ；R e dm u d ；S e t t l e m e n t ；S e p a r a t i o n 赤泥的沉降分离是拜尔法氧化铝生产过程中的 主要工序之一，起着承上启下的作用，生产操作中， 时常由于固液分离不好使生产不能正常进行，直接 影响固液分离效率和氧化铝的产出率，因此，提高固 液分离效率已成为氧化铝生产研究的重要内容。赤 泥的沉降分离是一个极其复杂的物理化学过程。由 于拜尔法溶出矿浆是由赤泥与铝酸钠溶液形成的悬 浮液，赤泥粒子之间以及赤泥粒子与溶液之同存在 着复杂的物理化学作用，赤泥的物相组成、粒度分 布、赤泥颗粒的表面形态以及赤泥浆液的固体含量、 液相成分、赤泥浆液温度等对赤泥浆液的沉降分离 过程均有明显影响【”⋯。就目前我国氧化铝的生 产状况看，如果仅从研究分离设备着手，使分离速度 成倍提高是十分困难的。如能选择恰当的絮凝剂， 应用絮凝剂技术却可以使固液分离速度大大提高， 作者简介采峰涛 1 9 7 1 ，男，河南泌阳人．工程师．硕士研究生 并可减小分离设备的尺寸。高分子絮凝剂的作用机 理就在于通过吸附架桥、表面吸附和电荷中和的作 用引起赤泥颗粒之闻的有效凝聚，形成“大粒子”，使 沉降速度大大加快。具体来说，就是通过添加高分 子絮凝剂来改善拜尔法赤泥的沉降分离，提高固液 分离效率，从而提高氧化铝的产出率。不同的溶出 矿浆，其沉降性能不同，必须通过试验研究选择合适 的高分子絮凝剂，从而实现赤泥的高效分离【4 “】。 本文主要探讨了在添加絮凝剂的条件下，稀释矿浆 温度、浓度及固含，预脱硅时间和絮凝剂添加量对赤 泥沉降分离过程的影响，并对其影响机理进行了分 析。 1 试验原料及试验方法 1 ．1 试验原料 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年1 期 2 7 试验用错土矿的化学成分 ％ A 1 2 0 36 8 ．5 0 、 s i 0 2 1 0 ．4 8 、T i n 23 ．0 6 、A ／S6 ．5 4 ，粒度分布 ％ 0 ．1 0 4m m6 ．0 、一0 ．1 0 4 ～十0 ．0 4 5m m3 1 ．6 、一 0 ．0 4 5m m6 1 ．9 。 石灰取自生产现场，将石灰粉化至一0 ．1 5 2 m m ，而后在10 5 0 ℃焙烧3 0r a i n ，置于干燥器中备 用，石灰中C a n 9 5 ．0 2 ％。 试验用铝酸钠母液取自生产现场m 2 ．8 5 ，其 化学成分 g ／L N T2 7 1 ．2 9 、N k2 4 4 ．0 、A 1 2 0 3 1 4 0 ．8 0 。 试验用絮凝剂名称及编号1 8H A 5 7 4 0 法国 、 2 8A c l a r 6 0 0 英国 、3 8P A S 中国河南 。 1 ．2 试验方法 1 ．2 ．1 絮凝剂的配制 絮凝剂的配制在带有磁力搅拌器的水浴内进 行。絮凝剂配制浓度为0 ．1 ％。 l ，2 ．2 预脱硅及溶出试验 预脱硅试验在油浴钢弹溶出器内进行，溶出试验 在熔盐浴钢弹溶出器内进行。根据铝土矿及母液的 成分按照一定的配矿条件配制成矿浆后首先在油浴 钢弹溶出器内，在1 0 0 “ C 进行一定时问的预脱硅，然后 再将矿浆倒入熔盐浴钢弹溶出器内进行溶出试验。 1 ．2 ．3 沉降试验 沉降试验用高1 8 5I i l m 、体积为1 0 0m I ，的沉降 管在可控温的水浴槽中进行。 1 ．2 ．4 试验步骤 把溶出后的矿浆用热水稀释到一定浓度，按 1 0 0m L 刻度加入到沉降管中，再将沉降管放人到已 恒温的水浴槽中，停留1 0 ～1 5r a i n 。把矿浆搅拌均 匀，用移液管吸取已计算好的絮凝剂溶液加入到矿 浆中，边加入边搅拌，使絮凝剂均匀分布到矿浆中． 搅拌停止时按动秒表，开始计算沉降时间，并每隔一 定时间记录一次泥浆层高度，沉降结束后称量总重 和沉降泥浆重，再将泥浆过滤分离，赤泥经洗涤、烘 干后称量，计算赤泥压缩液固比。 2 结果及讨论 2 ．1 稀释矿浆温度对赤泥沉降性能的影响 稀释矿浆温度是赤泥沉降行为的主要影响因素 之一。本次试验采用1 、2 、3 8 絮凝剂进行了9 8 ℃ 和1 0 5 1 2 两种温度下赤泥沉降行为的对比。其中配 料d 。为1 ．4 4 ，预脱硅温度1 0 0 1 2 ，预脱硅时问4h ， 溶出温度2 6 5 ℃，溶出时间6 0m i n 。不同温度下的 沉降试验结果见表1 。 表1 不同温度下的沉降试验结果 T a b l e1R e s u l t so fs e t t l i n ge x p e r i m e n t sa td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s 絮凝剂 ／矿浆 g L 固j他‰沉凳度前i 竺三≈速曲男篇鬻速6 0 ⋯菡琶缩液 从表1 可以看出，在其它条件相同的情况下，稀 释矿浆温度对赤泥的沉降行为有很大的影响。温度 越高，沉降速度越快。因此，在工业生产中，应控制 尽可能高的稀释矿浆温度，以确保赤泥沉降分离过 程的顺利进行。 2 ．2 预脱硅时间对赤泥沉降性能的影响 配料及溶出条件同前，采用3 8 絮凝剂，沉降温 度1 0 5 1 2 ，絮凝剂加入量按干赤泥的0 ．0 5 ％加人。 试验结果见表2 。 表2 预脱硅时间对赤泥沉降性能的影响 3 8 絮凝剂 T a b l e2I n f l u e n c eo fd e s i l i c o n i z i n gt i m eO i lr e dm u ds e t t l i n gp r o p e r t i e sw i t ha d d i n gt h et h i r df i o c c u l a n t 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年1 期 从表2 可以看出，未经预脱硅的溶出矿浆不仅 沉降速度慢，而且赤泥的压缩性能差。经过预脱硅 的溶出矿浆的赤泥沉降速度及其压缩性能得到了明 显改善。从试验结果和赤泥的沉降性能两方面考 虑，预脱硅时间以4 ～6h 为宜。 2 ．3 絮凝剂添加量对赤泥沉降性能的影响 在预脱硅时间4b 、溶出温度2 6 5 ℃、溶出时间 6 0v a i n 的条件下，采用3 “絮凝剂进行了絮凝剂添加 量对赤泥沉降性能的影响试验，稀释矿浆温度为 1 0 5 ℃，试验结果见图1 。 从图1 可看出，在试验范围内，絮凝剂添加量越 大，赤泥沉降速度越快、压缩性能越好，根据本试验 结果以及工业生产的实际经验，絮凝剂的添加量以 0 ．0 5 ％～0 ．0 7 ％为宜。 E 掣 赶 凹 型 跨 图1 不同絮凝剂添加量赤泥层高度随 沉降时间的变化 3 ‘絮凝剂 F i g ．1R e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e dm u dh e i g h ta n d s e t t l i n gt i m ea td i f f e r e n tf l o c c u l a n tc o n - t e n tw j t ha d d i n gt h et h i r df l o c c u l a n t 2 ．4 稀释矿浆浓度对赤泥沉降性能的影响 本试验选用1o 絮凝剂进行了不同稀释浓度条 件下的赤泥沉降行为的对比试验，稀释矿浆温度为 1 1 5 ℃，絮凝剂添加量为干赤泥重的0 ．0 5 ％。配料、 预脱硅及溶出条件同前，试验结果见图2 。 从围2 可以看出，稀释矿浆浓度对赤泥沉降性 能有明显影响，稀释矿浆浓度越低，沉降速度越快。 对1 8 絮凝剂，当稀释矿浆浓度降到N k 1 5 8 9 ／L 时， 沉降速度明显加快，完全可以满足工业生产的要求。 稀释矿浆浓度对赤泥沉降性能的影响机理主要 ； 型 链 凹 堂 瓷 0 L 降时川／m i “ 图2 不同稀释矿浆浓度赤泥层高度随沉降 时间的变化 1 0 絮凝剂 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e dm u dh e i g h ta n d s e t t l i n g t i m ea td i f f e r e n ts l u r r yc o n c e n t r a t i o nw i t ha d d i n gt h ef i r s tf l o c c u l a n t 表现在两个方面稀释矿浆浓度越低，溶液黏度及密 度越小，越有利赤泥的沉降过程；稀释浓度降低，则 稀释矿浆的固含相应降低，相应地，赤泥的表观沉降 速度会加快。 2 ．5 稀释矿浆固含对赤泥沉降性能的影响 为全面认识各主要工艺条件对赤泥沉降性能的 影响，本研究进行了在相同的稀释N k 条件下稀释 固含不同时赤泥沉降速度的变化。配料、预脱硅及 溶出条件同前，稀释矿浆温度1 0 5 ℃，絮凝剂加入量 为干赤泥重的0 ．0 5 ％。试验结果见袭3 和图3 。 试验结果表明，在相同的N k 条件下，随着矿浆 固含的降低，沉降速度明显加快。因此，在工业生产 过程中，可以制造一定的条件，在不降低N k 的条件 下，适当降低稀释矿浆固含，以确保赤泥沉降分离的 高效稳定进行。 表3稀释矿浆固含对赤泥沉降性能的影响 T a b l e3I n f l u e n c eo fd i f f e r e n ts o l i dc o n t e n ti nt h e d i l u t e ds l u r r yo nr e dm u ds e t t l i n gp r o p e r t i e s 膂他N 。k 。，鬈晨i 纂瑟瑟，篙 2 * 1 6 5 8 5 1 2 48 ．351 9 2 1 6 57 71 709751 9 2 1 6 56 9 1 921 0 ．9 49 5 3 41 6 31 0 8 7 25 35 5 3 3 1 ∞9 09 ，87 ，25 ．4 J 3 1 6 38 l1 4 2885 ．4 2 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年1 期 2 9 E 越 蝗 口 熊 磕 沉降时叫，m l “ 图3 不同稀释矿浆固含赤泥层高度随沉降 时间的变化 3 0 絮凝剂 F i g ．3 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nr e dm a dh e i g h ta n d s e t t l i n gt i m ea td i f f e r e n ts o l i dc o n t e n ti n t h ed i l u t e ds l u r r yw i t ha d d i n gt h et h i r d f l o c c u l a n t 3 结论 稀释矿浆温度、预脱硅时间对赤泥沉降分离速 度有明显影响。对试验用的铝土矿，在实际生产过 程中，稀释矿浆温度以不低于1 0 5 ℃为宜，预脱硅时 间应控制在4 ～6h 。 采用国产38 絮凝剂，适宜的絮凝剂添加量范围 为0 ．0 5 ％～0 ．0 7 ％。 稀释矿浆浓度越低，赤泥沉降速度越快。在相 同的稀释N k 浓度条件下，随着稀释矿浆固含的降 低，赤泥沉降速度迅速加快。因此，在实际的工业生 产过程中，可以创造一定的条件，在不降低稀释矿浆 N k 浓度的条件下，适当降低稀释矿浆固含，可确保 赤泥沉降分离的高效稳定进行。 参考文献 [ 1 ] 芦东，赵福辉，张生．氧化铝生产中拜耳法赤泥分离新 型絮凝剂的合戚及应用[ J j 世界有色金属，2 0 0 4 1 1 5 l 一5 4 [ 2 ] S p [ t z e rDP ，R o t h e n b e r gAS ，H e i t h e rHID c v c l o p m e n t 。fn e wB a y e rp r o c c s zf l o c c u l a n t s [ J ] L i g h tM e t a l s ，1 9 9 1 1 6 71 7 1 [ 3 ] H u n t e rTK ，M o o d yGM ，S a n k e yS EA d v a n c e sw i t h c h e m i c a la d d i t i v e sf o rt h ea l u m i n ai n d u s t r y [ J ] L i g h tM e t ． a l s ．1 9 9 1 1 5 9 一1 6 5 [ 4 ] 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 [ 5 ] 卢红梅，钟宏赤泥沉降过程中絮凝剂的现状与发展前 景[ J ] 轻金属，2 0 0 0 9 2 3 2 6 [ 6 ] 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 i ⅢH mⅢi Ⅲ“瓢 万方数据