氧化铝生产晶种分解研究

赵明伟，吕 瑞



氧化铝生产晶种分解研究

赵明伟，吕 瑞

（河南有色汇源铝业有限公司， 河南 平顶山 467300）

晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一，晶种分解最终得到质量好的氢氧化铝和苛性比值较高的种分母液，从而提高拜耳法的循环效率。简单介绍拜耳法氧化铝生产影响晶种分解过程的主要因素及种分分解率和产品粒度的控制。

拜耳法; 晶种分解; 分解率; 产品粒度

晶种分解的目的是获得质量好的氢氧化铝和苛性比值较高的种分母液，分解率和产品粒度相互制约，选择最佳的分解作业条件，保证产品有适当的粒度分布，同时又获得高的产出率，是晶种分解工序需要解决的首要问题。

1 分解温度的影响

1.1 初温控制

温度降低，可以获得较高的分解率和分解槽的单位产能。温度控制过低，由于溶液粘度显著提高，溶液稳定性增加，反而使分解速度降低。分解初温较高，对提高产品质量有利，若在较低的情况下进行分解，分解初温较低，分解产物中的不溶性Na2O含量越高，析出SiO2数量有所增加，产品中会有很多粒度小而杂质含量多的氢氧化铝，势必会影响产品质量，初温是影响氢氧化铝粒度的主要因素。

1.2 影响初温的主要因素

（1）稳定的精液量、稳定的母液量；（2）合理正确选择降温设备；（3）及时对降温设备进行倒机清洗，保证换热效果。

1.3 阶梯降温制度

为保证较高的分解率并得到粒度较粗、质量好的氢氧化铝，采用变温分解制度，分解初期过饱和度高，分解速度较快，但随着分解过程的进行，虽然溶液的苛性比逐渐增大，溶液过饱和度迅速减小，但由于温度降低，分解仍可以在一定过饱和度条件下继续分解，所以整个分解过程进行的比较均衡，如果固定在较低的温度下进行分解，开始时分解速度过快，容易析出很多细粒子氢氧化铝。

初温高而不能迅速降温，则分解速度由于溶液的过饱和度减小而迅速下降，从而最终影响分解率。就分解率而言，但无限降低分解温度，会使分解过分解，导致氢氧化铝中细粒子增多，温度降低后，粘度增大，将会给氢氧化铝分离过滤作业带来困难。当初温和终温一定时，分解初期降温快，分解速度也快，所以说，分解初期较快的降温，分解后期缓慢降温，这样既可以提高分解率，又不明显的影响产品质量[1]。

我公司对分解温度的控制主要是根据生产系统实际情况，如产品质量粒度、杂质含量等，适当对分解温度上限、下限进行调整控制，来满足生产需要，减少杂质析出，但首槽温度过高首先对会导致蒸发母液温度降低，蒸发能耗产能会受到影响，其次是分解受降温设备的限制，温度不容易控制，造成分解率下降，所以应严格控制精液质量，减少有机物的带入。正常情况下我公司首槽温度一般控制在57～62 ℃之间，1#、2#分解槽自然降温，3#至末槽采用螺旋板换热器强制降温，温差在2 ℃左右，末槽终温46～52 ℃之间，首末槽温差在12～13 ℃之间，分解率在48%～50%之间。

2 铝酸钠溶液苛性比值和浓度的影响

2.1 NaAl(OH)4溶液苛性比值的影响

分解原液的苛性比值是影响种分分解的主要因素，因此降低分解原液的苛性比值是提高分解率强化种分过程的主要也是最有效的途径。适当提高Al2O3溶液浓度可以提高分解过程的产出率，减少物料流量和蒸发负担，但溶液浓度过高会使饱和度降低，分解率下降，同时使产品粒度变细，强度降低。因此根据分解工艺操作条件不同，找出一个对应最大分解率的原液浓度至关重要[2]。

2.2 NaAl(OH)4溶液浓度的影响

溶出后浆液用赤泥洗液来进行稀释，从而降低铝酸钠溶液的浓度，降低其稳定性，使分解速度加快，不仅能达到较高的分解率还能使拜耳法生产的循环效率得到提高。但如果过度稀释溶液会使其稳定性急剧下降，造成铝酸钠溶液水解，使赤泥中的氧化铝损失增加，同时，由于进入流程的水量增加，也会增大蒸发工段的负担和费用，能耗上升。某些拜耳法生产氧化铝厂，为减轻蒸发负担，降低蒸发能耗，将成品洗液直接加入沉降系统或用一部分成品洗液来进行稀释，成品洗液ak偏高，造成铝酸钠溶液ak值上升，影响晶种分解。

2.3 降低原液ak的重要途径

（1）提高溶出温度，降低溶出矿浆的苛性比值；

（2）控制好稀释用一次洗涤水的苛性比值，达到降低原液苛性比值的目的；

（3）提高沉降槽温度，避免铝酸钠溶液水解，稳定原液苛性比值；

（4）抓好循环母液的配碱质量及配矿工作，防止矿石品位及固含偏低造成配碱过剩，导致溶出液ak偏高。

2.4 原液浓度和ak对氢氧化铝产品粒度和强度的影响

原液浓度和ak对氢氧化铝产品粒度和强度的影响比较复杂，原液ak降低，氢氧化铝粒度有变细趋势，这是在一定条件下分解速度太快造成的，但另一方面，ak值低时，过饱和度高能促进晶体的长大，所以说原液ak值对分解粒度的影响具有双重性。原液浓度对产品粒度的影响随温度及其他条件不同而异，浓度低时，过饱和度高能促进晶体的长大过程，所得氢氧化铝由细的单晶组成，晶间空隙被Al(OH)3“粘结剂”所填满，成为强度高的镶嵌式结构；浓度高时，低饱和度溶液得到的氢氧化铝颗粒由大的单晶组成，晶粒间空隙未被Al(OH)3填满，强度差。浓度对氢氧化铝粒度的影响在低温时比高温显著，因此生产砂状氧化铝溶液浓度和ak值要控制低一些。

3 晶种数量和质量的影响

铝酸钠溶液必须加大量的氢氧化铝晶种才能分解是它的一个突出特点，在其它条件相同时，提高种子添加量可使分解速度加快，提高分解率，同时使产品的粒度变粗。但过多的晶种数量，本身带入高苛性比值的附液量也增加，我公司使用的立盘过滤机滤饼附液在13%左右，母液的带入致使分解原液的苛性比值升高，分解速度下降。另外依据实践证明分解固含对分解率也有很大的影响，平均固含控制不能低于750 g/L。

铝酸钠溶液的分解从晶种表面开始，所以晶种的比表面和表面结构在很大程度上决定其活性，晶体表面上的微观缺陷、晶体的棱和角是活性点，晶种中大部分颗粒的平均粒度以40～60 μm为宜[3]。

4 分解时间及母液苛性比值的影响

影响分解率的另一个重要因素是分解时间。当其他条件相同时，分解率随分解时间的延长而提高，过早地停止分解会造成分解率降低，氧化铝返回得多，母液分子比过低，不利于溶出，并增加了整个系统的物料量，母液分子比过低，严重时会造成种子过滤机滤布结疤，种子加入量不足，形成恶型循环，但时间过长会使产品粒度变细，分解槽单位产能降低，因此要综合考虑，根据具体情况确定分解时间，以保证分解槽有较高的产能，并能达到一定的分解率。一般分解时间控制在60 h较为适宜，另外，分解槽运行一定时间后，槽底及槽壁会形成结疤，有效分解时间不足，这在计算分解时间时也应考虑进去。

5 搅拌速度和杂质的影响

分解速度取决于扩散速度，但搅拌速度过高，颗粒会发生破裂，产生很多的细粒子，过慢不但起不到搅拌作用，还会造成分解槽沉槽，因此，要根据实际情况来确定最适宜的搅拌速度和搅拌强度。

影响分解的杂质主要有机物杂质和无机物的杂质，有机物包括腐植酸类、腐植酸类的中间降解产物和低分子脂肪类物质，主要以草酸钠为主。无机物包括碳酸钠、硫酸钠和硫酸钾，主要以碳酸钠为主。这些杂质的溶液包裹晶体表面，降低晶体活性，阻止晶体的进一步长大，影响二次成核，颗粒的附聚，有的杂质还会进入晶体，影响氢氧化铝产品质量[4]。

6 添加剂的影响

我国氧化铝生产晶种分解过程存在着分解时间长,分解率低,产品强度低等问题，在种分过程中，加入微量的添加剂（纳尔科(Nalco)公司的产品结晶助剂（CGM7837）来强化分解过程，提高分解率、提高产品的粒度和强度，AO粒度的改善能降低下游电解铝厂生产过程中的飞扬损失并提高电解电流效率，从而促进AO的销售,是既简单又有效的方法。所以每个氧化铝厂应结合本厂目前生产情况，总结粒度变化周期，适量添加结晶助剂利于增强及控制氢氧化铝附聚、成核及晶体生长，并限制草酸盐及其它有机物的同时分解，还呈现良好的防沫性，减少消泡剂的加入量。下面为有色汇源二线2011年分解车间6月份产品粒度恶化（如图1），最差8月20日左右产品AO粒度筛分法-45 μm分析结果最差达70%以上，添加结晶助剂后粒度趋势图如图2。

图1 粒度恶化趋势图

图2 加药剂后粒度变化趋势图

影响产品粒度最主要的有精液ak值、精液浮游物含量、碳碱含量、有机物及杂质含量、分解降温制度、分解固含等因素，且每一项指标的波动对于产品粒度来说都至关重要，需要以上指标都达到要求才有利于产品粒度，而以上指标涉及面大，牵扯车间多，对于实际生产控制来说有一定的难度，没有总结出一套预防产品粒度细化的措施，通过这次粒度波动我们转变观念、总结教训、采取措施，合理调整分解温度，根据细颗粒含量调整使用结晶助剂用量，建立产品粒度数据库，整理出一套产品粒度粒径分布数据库及粒度粒径变化曲线图，使产品粒度由无知到可知、可控。从2012年粒度变化趋势图可以看出，通过监测粒度粒径变化，可以做到早调控、早预防，采取措施，避免产品粒度爆炸性细化。

对于产品粒度周期性变化的特殊属性是无法改变的，产品粒度的变化趋势曲线近似于正弦曲线，不管对生产控制的如何到位都无法改变这一特性，我们只能控制的使正弦曲线的振幅减小，正弦曲线的波长增长；因此对于产品粒度波动要正确对待，尤其是对于AH粒度指标考核并非越小越好，目前对AH粒度指标考核-45 μm达8%以下并非好事，AH颗粒粒径大到一定程度便会爆炸性细化，最主要的是AH颗粒的强度，我们要做的就是调整好影响产品粒度的各项指标以及使用好添加剂（结晶助剂）。

此次AO粒度波动，持续时间长，产品质量受到严重影响，为此我公司也借鉴了外公司不少的先进经验，为我所用，同时又根据此次AO粒度波动，总结经验，制定措施，根据粒度变化周期提前预防。

（1）利用结晶助剂调整细颗粒的含量，缩短粒度变化的振幅，延长粒度变化的波长，有利于产品粒度稳定运行；

（2）生产管理上采用治根与治表相结合的办法，从根源抓起，先后采取精矿分流使一二线精矿均分，使一二线精液成分及有机物含量相同；精液互送调整分解时间，改善产品质量；并从配碱到矿浆固含严抓，确保二线精液量的稳定和ak值的稳定，降低了精液中有机物的带入量，有利于产品粒度的调整；

（3）车间在工艺管理方面，从严从细抓起，严格监控各种工艺操作条件，加大创新力度，如增设种子槽测温装置，确保首槽温度控制上可以提前了解，提前控制，提前调整，有利于操作，控制到位；

（4）分解中间温度控制方面，分解车间采用梯度降温限制方法，车间细化到每个分解槽降温梯度范围并纳入绩效考核，使其操作工严格执行，使其梯度降温更严格更合理。

7 结 论

通过以上看出，强化晶种分解过程提高分解率是拜耳法生产氧化铝的一个关键工序，而且还直接影响循环效率及其它工序。种分分解率的高低对分解槽的单位产能、溶液产出率和产品质量都有直接的影响。为保证晶种分解过程，通过确定合理的分解降温制度、适当延长分解时间、降低溶出液与精液ak、降低溶出后的铝酸钠溶液的浓度，从而提高原液的苛性比值、保证晶种的数量和质量、合理添加少量添加剂保证产品的粒度和强度，从而强化分解，提高分解率，对降低生产成本，提高企业经济效益具有重要意义。

［1］毕诗文.氧化铝生产工艺[M].北京：化学工业出版社，2006.

［2］沈涛.浅谈如何提高氧化铝生产中的种分分解率[J].河南化工，2011，25(4):30-32.

［3］和凤枝.浅谈如何提高拜耳法精种分解产出率[J].轻金属，2004 (3 ):10-12.

［4］杨重愚.氧化铝生产工艺学〔M〕.北京：冶金工业出版社，1993-10.

Analysis on Crystal Seed Decomposition in Aluminum Production

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（Henan Nonferrous Huiyuan Aluminum Co., Ltd., Henan Pingdingshan 467300, China）

The crystal seed decomposition is a key process in Bayer process, aluminium hydroxide with good quality and mother liquid with high caustic ratio can be gained by the crystal seed decomposition, so it can improve the efficiency of the Bayer cycle. In this paper, main factors to affect crystal seed decomposition in the Bayer process were described, how to control seed decomposition rate and particle size was discussed.

Bayer process；Seed decomposition；Seed decomposition rate；Particle size

TQ 133

A

1671-0460（2014）06-1008-03

2013-10-10

赵明伟（1982-），男，河南平顶山人，助理工程师，2001年毕业于河南工程技术学校热力发电厂运行专业，从事化工工艺技术管理工作。E-mail：751620621@qq.com。