腐殖酸去除试剂对拜耳法生产氢铝白度的影响

2021-03-16牛平召王加文宁阳东郭秀爽

山东冶金 2021年1期

牛平召，王加文，宁阳东，郭秀爽

（中国铝业山东分公司，山东淄博255052）

1 前言

某氧化铝厂是国内首家自烧结法流程升级改造成低温拜尔法的企业。该企业通过进行矿石溶出、分离沉降、叶滤机精滤、种分分解等工序源源不断的生产出氢氧化铝产品，其中分解工序采用一段法生产工艺。随着铝土矿的不断溶出，矿石所包含的腐殖酸类有机物质会与碱液反应生成各种腐殖酸钠进入到溶出矿浆。尽管在分离沉降和溶液净化的过程中会排走和置换掉一部分有机碳物质（主要以赤泥或滤渣的形式排出，比例约占40%），但是剩余的腐殖酸钠会不断地在分离沉降、精滤、种分分解等工序之中循环积累，逐渐的接近平衡浓度［1］。

近几年来，氧化铝生产流程中有机物含量高的问题日益严重，不断加剧。经过足够时间的循环积累，种分母液中有机碳的含量为5.98 g/L，循环母液中更是达到了6.58 g/L。为此，国内外科研工作者对如何降低低温拜耳法流程中有机物的含量进行了大量的科学试验［2-3］，以克服有机物对拜耳法生产带来的一系列不利影响。

2 腐殖酸的影响

2.1 拜耳法流程中腐殖酸的来源

拜耳法流程中的有机物主要来自铝土矿携带、絮凝剂、减水剂、消泡剂等添加剂以及雨水等，其中三水铝石中携带的大量腐殖质等物质是拜耳法流程中有机物的最主要来源，约占进入系统总有机物的96%［4］。三水铝石中的有机物在湿法处理的过程中有77%与碱反应后生成钠盐进入生产流程，其中以腐殖酸根等形态存在的有机物约占21%。在拜耳法生产流程中，需要添加絮凝剂和消泡剂来促使赤泥与料浆的沉降分离，添加消泡剂和各种结晶助剂促使种分过程液位的稳定和颗粒的长大，添加减水剂控制氢氧化铝最终产品的水分等。这些有机添加剂的加入会造成腐殖酸类物质的进一步积累；雨雪天气也会给拜耳法生产流程带来一部分腐殖酸类物质。

2.2 腐殖酸对拜耳法生产的影响

1）腐殖酸类有机物质在高温和液碱的作用下反应生成各种腐殖酸钠，然后逐渐转变成易溶的碳酸钠和草酸钠，生成的草酸盐和碳酸盐会对分解过程和产粒度等质量指标产生不利影响。

2）高分子类腐殖酸物质会加深铝酸钠溶液的色度，容易附着到氢氧化铝产品表面，导致产品略带红色，严重影响氧化铝产品的白度。以某氧化铝厂为例，其氢氧化铝产品白度如图1所示。

图1 腐殖酸去除试剂添加前氢铝白度的变化情况

3）溶液中存在的腐殖酸盐含量较高时，溶液或浆液中往往产生大量泡沫而减少设备容积，造成液位计失灵，进而影响实际的生产操作。同时由于有机物与碱反应生成各种有机钠盐，会造成液碱的损失，增大生产成本等［5-6］。

3 解决方案探索

为了解决流程中腐殖酸的存在对氧化铝生产的影响，某氧化铝厂根据生产情况制定以下试验方案。通过使用腐殖酸去除试剂来消除腐殖酸对氧化铝生产的不利影响，并加强精细化操作管控，稳定生产条件，确保整条工艺流程的稳定。

3.1 添加腐殖酸去除试剂试验流程

腐殖酸去除试剂（CYQUEST）是Solvay 设计的用来去除拜耳法溶液腐殖酸的药剂。拜耳法溶液中的深色主要是由溶解的腐殖酸引起的。工厂的使用经验显示，腐殖酸去除试剂能够移除腐殖酸来降低溶液的可见光吸光度，降低溶液的色度，从而有效改善氢氧化铝的白度。

试验选用的腐殖酸去除试剂呈液态，通过1台标准的药剂添加泵，将腐殖酸去除试剂直接或稀释后加到溶出稀释料浆之中，充分混合（如图2 所示）。腐殖酸去除试剂会和稀释液里的腐殖酸结合形成固体在赤泥表面析出，在沉降分离洗涤过程与赤泥一起被排出流程。

3.2 腐殖酸去除试剂的影响

从2019 年5 月1 日开始，向稀释槽出料泵中添加去腐殖酸剂试验，腐殖酸去除试剂的添加量逐渐从5 mg/L 增加到30 mg/L，每次增加5 mg/L。添加去腐殖酸试剂期间产品白度分布的曲线见图3。

图3 腐殖酸去除试剂加量与氢氧化铝白度变化情况

为了探究腐殖酸去除试剂对氢铝白度的影响，尽可能的稳定生产流程，确保腐殖酸去除试剂成为最大的影响变量。但是考虑到矿石是带入流程的有机物的重要来源，所以对进厂的矿石原料进行了总有机碳和全碳分析，其结果如表1所示。

表1 使用矿石的有机碳含量情况%

从图3可以看出，随着腐殖酸去除试剂添加量的不断增加，氢氧化铝产品的白度先增大而后又逐渐降低，最终的产品白度仍然相对初始白度有所提高。原因分析如下。

1）随着腐殖酸去除试剂的不断增加，氢氧化铝白度逐渐增大，一方面生产所使用矿石的有机物含量在不断降低，另一方面是因为腐殖酸去除试剂与稀释液中的腐殖酸彼此相互吸附形成固体沉淀随着赤泥排除流程，达到了对溶液净化的效果，氢氧化铝白度显著提高。

2）随着腐殖酸去除试剂添加量的不断增加，白度却出现降低的情况。此时，一方面腐殖酸去除试剂是一种有机添加剂，随着加入量的不断增大，会存在溶液中滞留的现象，腐殖酸去除试剂会吸附在氢铝表面，该试剂的存在会对氢铝白度产生一定的影响；另一方面，拜耳法生产流程是一个动态持续的生产过程。生产所用的三水铝石携带着有机碳等物质不断增多，同时由于气候和生产变故等原因会造成雨水以及有机添加剂等物质大量进入生产流程，这会导致氢氧化铝产品白度降低。总体来说，腐殖酸去除试剂的加入改善了氢铝产品的白度水平。从图4 和图5 可以看到，随着腐殖酸去除试剂的不断增加，精液吸光度显著降低，虽然之后仍然有一定的波动，但是吸光度相对于腐殖酸去除试剂使用前相比显著降低；而精液浮游物基本上没有太大的波动，说明腐殖酸的存在对精液浮游物没有什么显著的影响。

图4 腐殖酸去除试剂加量与精液吸光度的变化情况

图5 腐殖酸去除试剂加量与精液浮游物变化情况

添加腐殖酸去除试剂的目的是澄化铝酸钠溶液，提高氢氧化铝产品白度。通过此次试验，氢铝白度显著提高，精液吸光度明显降低，可以确认添加腐殖酸去除试剂对氢氧化铝生产有着一定的促进作用，但是腐殖酸去除试剂的添加量应该有一个合适的数值范围，另外腐殖酸去除试剂的添加量以及对铝酸钠溶液的澄化作用和机理仍需进一步摸索和探究。