氧化铝生产晶种过滤过程中减少碱蒸汽含量的研究及应用*

2022-07-02韦文涛张云峰向学立

云南冶金 2022年3期

韦文涛，张云峰，向学立

（云南文山铝业有限公司，云南文山663000）

拜耳法氧化铝生产中晶种过滤系统是给铝酸钠溶液（以下简称精液）中添加晶种的过程，通常采用的是立盘过滤机进行液固分离，在真空力的作用下，把悬浮液中的滤液抽走，固体颗粒被截留在滤布表面形成滤饼（晶种），再通过反吹风的作用力把滤饼卸到晶种槽[1]。

某公司的晶种过滤系统也是采用立盘过滤机进行晶种过滤，在晶种过滤过程中产生了大量的碱蒸汽，污染了作业环境，容易造成现场操作人员手部、脸部碱烧伤；反吹风中带有大量的水，在晶种过滤过程中进入生产系统，对工序造成了冲淡，增加了蒸发工序的蒸汽消耗，增加了生产成本。固减少晶种过滤系统的碱蒸汽对生产作业有着重要的意义。

1 立盘过滤机系统的工艺简介及碱蒸汽形成研究

1.1 工艺流程

图1 立盘过滤系统工艺流程图Fig.1 Process flow chart of vertical disc filtration system

1.2 流程运行概述

分解末槽的氢氧化铝料浆由自压方式送至立盘过滤机料浆槽内，经过真空泵产生的负压抽真空，把料浆内液体吸入透过滤布，进入真空受液槽流入母液槽；而固体被吸附在过滤机滤布上形成滤饼，通过空压机产生的反吹风压力，滤饼被吹脱落[2]，掉进晶种槽与降温后的精液混合，形成料浆，由晶种泵送至分解首槽进行分解作业[3]。

晶种槽内经过降温后的铝酸钠溶液温度仍有70℃左右，会产生大量蒸汽，往上飘至滤饼卸料区与反吹出来的母液相遇，蒸汽带走部分碱液，形成碱蒸汽。碱蒸汽随风到处乱飘，会造成现场操作人员皮肤碱烧伤；碱蒸汽飘至设备管道上会对设备设施造成碱腐蚀，并在作业现场和设备设施上产生大量积料。需要花大量的时间进行清理，增加了操作人员的劳动强度。

1.3 晶种过滤时飘碱蒸汽的原因分析

由于矿石品位问题及工艺设计，某公司分解首槽温度高位控制，在64℃左右。因此进入晶种槽的精液温度较高。

表1 精液板式精液出口温度Tab.1 Plate type and outlet temperature of sodium aluminate solution

通过母液板式降温后的精液进入晶种槽后温度仍有70℃。会产生大量的蒸汽，此蒸汽本身不含碱，在往上飘与滤饼相遇，最后经过立盘卸料区时，与反吹风带出来的碱液混合，才形成了碱蒸汽。

图2 碱蒸汽流程示意图Fig.2 Flow chart of alkali vapor

形成碱蒸汽的主要原因：①精液产生的蒸汽在上升过程中与滤饼相遇，带走了滤饼表面的碱液；②蒸汽继续往上升与立盘卸料区反吹出来的母液混合，使蒸汽中的碱含量大幅度升高。

1.4 治理碱蒸汽的研究

1）从源头治理，降低进晶种槽的精液温度，减少热源，降低碱蒸汽含量。此方法会降低分解槽首槽温度，对分解槽内氢氧化铝的粒度影响较大。

表2 降低精液温度的实验数据表Tab.2 Experimental data for reduction temperature of sodium aluminate solution

降低精液出口温度，能降低晶种槽内温度，减少立盘的碱飘碱量，但降低精液出口温度后，会大幅降低分解槽首槽温度，影响分解槽内氢氧化铝的粒度控制，造成氢氧化铝粒度变细，影响产品质量；

2）加快空气流动，降低碱蒸汽含量。立盘碱蒸汽温度高，空气温度低，利用低温空气与碱蒸汽接触降温，减少立盘飘碱现象[4]。为了加强空气的流动，把晶种过滤厂房立盘过滤机平面的南北两面所有窗户全部拆除，利用东南风向西北流动风向，加强了厂房内的空气流动。冬天冷空气进入厂房内，把立盘过滤机上方飘的碱蒸汽快速冷凝成液体回落到晶种槽，起到减少碱蒸汽的作用，但由于云南的气候较热，寒冷季节较短，所以此方法达不到降低碱蒸汽的目标；

3）降低反吹风压力，降低立盘转速，提高滤饼厚度，减少卸料区的反吹母液量，以达到减少立盘过滤机飘碱量。

第一次实验，稳定转速，降低反吹风压力，实验数据如表3。

表3 降低立盘反吹风压实验数据表Tab.3 Experimental data for reduction reverse blowing pressure of vertical disc

从实验数据可以看出，稳定立盘过滤机转速，降低反吹风压力，能减少立盘过滤机卸料区域的反吹母液量，对治理立盘过滤机飘碱现象有明显效果。但当反吹风压力降低至0.1 MPa时，立盘过滤机滤饼卸料不完全，立盘过滤机滤饼吹脱率降低，影响过滤机产能。

第二次实验，稳定反吹风压力，降低转速，实验数据如表4。

表4 降低立盘转速实验数据表Tab.4 Experimental data for reduction rotating speed of vertical disc

根据立盘过滤机设计风压标准，把反吹压力稳定在0.4 MPa，降低立盘过滤机转速实验，从实验数据可以看出降低立盘过滤机转速，提高了滤饼厚度，能减少部分反吹母液量，但立盘飘碱现象还是很严重，而且转速降低至1r/min以下时，过滤机产量明显降低，对分解系统液量平衡影响较大。

第三次实验，降低转速，降低反吹风压力，实验数据如表5。

表5 降低转速及反吹风压实验数据表Tab.5 Experimental data for reduction rotating speed and reverse blowing pressure of vertical disc

通过实验得出，当反吹风压力低于0.2 MPa时，反吹母液量大幅减少，再同时降低立盘过滤机转速，对治理立盘过滤机飘碱现象有显著效果；

4）及时更换破布，减少因滤布破损造成的喷溅母液量。当立盘过滤机滤布出现大破布时[5]，立盘转至卸料区时，反吹风会把滤板内残留的母液反吹出来，对操作环境污染较为严重。但此现象发生频次为3次/月，较少，只要定期更换滤布就能避免。

2 采取的措施

1）操作优化：①适当降低反吹风量。立盘过滤机是通过反吹风把滤布上的滤饼吹脱，使滤布再生，重复循环作业[8]。但如若反吹风量太大时，会把反吹风中携带的水及残留在滤板内的母液反吹出来，并会造成滤布破损率升高。反吹风压力由原来的0.4 MPa降至0.2 MPa，适当降低反吹风量至滤饼刚好能卸下，既能减少反吹母液量，又能降低空压机负荷；②降低立盘过滤机运行转速，增加滤饼厚度，增加卸料区的密封性及阻力，减小反吹母液量；③减小过滤机频繁开停车，避免过滤机无负荷情况下抽真空及反吹滤布，既能降低滤布破损率，也可以减少反吹母液量；

2）利用轴流风机代替空压机生产反吹风，消除反吹风携带水的问题。利用空压机给过滤机供反吹风，需要循环水作为空压机的辅助介质。流程图如图3。