粉煤灰代替石灰乳在拜耳法生产中的应用试验

洪玉明

（中国铝业山东分公司电解铝厂，山东淄博 255052）

试验研究

粉煤灰代替石灰乳在拜耳法生产中的应用试验

洪玉明

（中国铝业山东分公司电解铝厂，山东淄博 255052）

为减少氧化铝损失，降低生产成本，利用电厂废渣粉煤灰作为新型助滤剂，代替部分石灰乳用于铝酸钠溶液精滤系统，以助滤剂添加量、助滤剂固含、粉煤灰与石灰乳掺配比例为主要影响因素设计正交试验，结果表明，最佳工艺条件为：助滤剂添加量0.35%、化灰固含260 g/L、粉煤灰与石灰乳掺配比例1∶1。产业化应用表明，粗精液氧化铝浓度相差由2.32 g/L降至1.61 g/L，每年可产生经济效益387.09万元。

拜耳法；铝酸钠溶液；精滤；粉煤灰；石灰乳

1 前言

中国铝业山东分公司（简称山铝）利用海外三水铝石型铝土矿、采用低温拜耳法溶出工艺生产氧化铝。目前铝酸钠粗液叶滤工序均是使用石灰乳作为助滤剂，添加量为1‰～3‰，山铝3条生产线满负荷生产时，每天大约需要300 m3石灰乳。由于当前石灰石资源匮乏，石灰乳制作成本较高，使用石灰乳作为助滤剂对于目前严峻的市场形势来说已经没有任何优势。

为了降低石灰乳的消耗，进而降低氧化铝的生产成本，山铝从2013年开始开展利用电厂废渣粉煤灰制作新型助滤剂技术研究，将热电厂锅炉排出的粉煤灰经过过滤、除杂等一系列处理后，得到符合要求的粗颗粒粉煤灰，与石灰乳按一定比例混合，制作成助滤剂。混合助滤剂通过石灰乳泵送到叶滤机原液槽内与粗液进行混合，添加助滤剂后的原液进入叶滤机进行叶滤，从而制备出合格的精液，助滤后的固体残渣通过硅渣泵送到赤泥洗涤系统。

2 应用试验

2.1 助滤原理

石灰乳中有效钙（FCaO）与铝酸钠溶液反应，生成铝酸三钙，随着反应时间的延长，铝酸三钙进一步反应生成水化石榴石，这是一种疏松、多孔的固体物质，助滤效果更好于铝酸三钙，吸附在滤饼上可增大滤饼的疏松度，增加透气性，减少过滤阻力，另外也使得滤饼易于从滤布上脱落下来，易于卸饼，生产中则通过连续添加石灰乳，增加石灰反应时间，从而确保叶滤机过滤能力。

添加石灰乳作为助滤剂，其弊端是石灰乳中FCaO与铝酸钠溶液反应生成铝酸三钙和水化石榴石，特别是水化石榴石中SiO2饱和度低（0.1～0.5），增加了铝酸钠溶液中Al2O3的损失，造成粗精液Al2O3差值增加，降低了精液产出率和循环效率，物流量提高，造成动力消耗升高。

2.2 试验设计及结果

为研究各因素对粗液叶滤能力的影响，确定3个主要因素，因素A（助滤剂添加量）、因素B（助滤剂固含）、因素C（粉煤灰与石灰乳掺配比例），每个因素取3个水平，采用L9（34）正交表来安排试验。各因子水平：助滤剂添加量（%），A1=0.3，A2=0.4，A3= 0.5；助滤剂固含（g/L），B1=260，B2=270，B3=280；粉煤灰与石灰乳掺配比例，C1=1∶1，C2=2∶1，C3=3∶1。

试验中采用铝酸钠精液浮游物来反映同一个因素不同水平对试验结果的影响大小，并以此确定该因素应取的最佳水平。粉煤灰、粗液化学成分见表1、表2，正交试验设计及结果见表3。

表1 粉煤灰化学成分%

表2 粗液化学成分g/L

通过直观分析法，由表3得到因素的主次顺序是：固含（因素2）＞掺配比（因素3）＞添加比（因素1），主要因素取最好水平为260 g/L。由此得到各因素的最佳搭配为A1B1C1，即最佳工艺条件为：助滤剂添加量0.35%、化灰固含260 g/L、粉煤灰与石灰乳掺配比例为1∶1。

3 产业化应用情况

2013年12月20日，山铝在某氧化铝生产线正式将粉煤灰与石灰乳的混合浆液作为铝酸钠溶液的助滤剂，助虑效果见表4。其中10—20日为石灰乳助滤期间的分析结果，21—31日为粉煤灰与石灰乳混合助滤的分析结果。

表3 正交试验设计及结果

12月中旬，粗液Al2O3浓度176.89 g/L，粗精液氧化铝浓度相差2.32 g/L；12月下旬，粗液Al2O3浓度176.45 g/L，粗精液氧化铝浓度相差1.61 g/L。对比中下旬石灰乳和粉煤灰、石灰乳混合助滤数据，粗精液氧化铝浓度差显著降低，浮游物指标变化不大，说明粉煤灰代替部分石灰乳在工业生产中具有与石灰乳相当的助滤效果，同时明显降低了氧化铝的化学损失。

4 经济效益评价

1）降低石灰乳用量，减少石灰消耗。在粗液量600 m3/h，按照3.5‰添加比例，利用粉煤灰助滤剂，减少石灰乳用量1/2，每年减少石灰乳量9 198 m3，石灰乳单价130元/m3，则年节约石灰乳119.57万元。

2）减少铝酸钠溶液氧化铝损失。石灰乳FCaO与铝酸钠溶液反应生成铝酸三钙和水化石榴石，每反应168 kg CaO损失Al2O3102 kg；9 198 m3石灰乳含FCaO 1 846 t（石灰乳FCaO200.78 g/L），年减少Al2O3损失1 120.78 t，折氧化铝价值267.52万元。因此，粉煤灰作为助滤剂，每年可产生效益387.09万元。

表4 2013年12月助滤剂产业化应用分析结果

5 结论

5.1 粉煤灰能够达到石灰乳助滤剂同样的技术效果，叶滤机过滤能力、运行参数稳定。

5.2 粉煤灰助滤剂能够降低铝酸钠溶液Al2O3损失，缩小拜耳法粗精液苛性比ak差值。

5.3 突破了粉煤灰循环利用技术，降低了石灰乳消耗，达到了粉煤灰废物回收的目的，减少了排放量。

Application Experiment of Fly Ash Instead of Lime Milk in Bayer Process Production

HONG Yuming

（The Electrolytic Aluminum Plant of Shandong Branch,Aluminum Corporation of China,Zibo 255052,China）

To reduce the loss of alumina and the production costs,using slag,fly ash of power plant as a new type of filter aid,that can instead of part of the lime milk used in sodium aluminate solution precision filtration system.The orthogonal test was designed,there are four main factors affecting test:the adding quantity of filter aid,solid content,fly ash and lime slurry blending ratio.The results showed that the optimum technological conditions was:filter aid gray solid content were 0.35%and 260 g/L,the mix ratio of fly ash and lime milk was 1∶1.Industrial application showed that the concentration difference of coarse alumina with that of semen alumina was reduced to 1.61 g/L from 2.32 g/L,it could produce economic benefits about 3.870 9 million Yuan a year.

Bayer process;sodium aluminate solution;fine filter;fly ash;lime milk

TF821

A

1004-4620（2015）01-0036-02

2014-06-30

洪玉明，男，1985年生，2008年毕业于贵州大学冶金工程专业。现为中国铝业山东分公司电解铝厂助理工程师，从事电解铝、氧化铝生产工艺技术工作。