摘 要
在铝土矿的管道化溶出过程中，一些矿物与循环母液发生化学反应，生成溶解度很小的化合物从液相中结晶析出并沉积在容器表面上，形成结疤。同时在氧化铝生产过程中，溶液中含有许多过饱和的溶解物质，由于它们的结晶过程相当缓慢，以至各工序的结疤现象普遍存在，溶出管道结疤使得管道内经变小，阻力增大，溶出段压力增高、而且不得不提高机组温度以确保溶出效果，所以随着溶出结疤的不断增厚，管道化溶出机组就不得不进行停车检修，所以结疤的生成已成为制约氧化铝产能主要因素之一，本文从结疤的种类和形成机制出发，重点探讨了预脱硅效与结疤的关系，以及不同物料的预脱硅方法。
关键词：管道化、溶出、结疤、防治
0前言
在铝土矿的预热和溶出过程中，一些矿物与循环母液发生化学反应，生成溶解度很小的化合物从液相中结晶析出并沉积在容器表面上，形成结疤。结疤受多方面因素的影响，是各种条件共同影响的结果。它与温度、矿石的物相组成、石灰的添加、溶液中Al2O3和SiO2浓度的影响、矿浆流速等多方面因素的影响。本文重点从管道化溶出机组结疤的对生产的危害、影响结疤生成的主要因素和常用清除结疤的方法中总结出有效清除结疤的方法和防治结疤生成的措施。
1结疤分类
拜耳法过程结疤的矿物组成与铝土矿的组成、添加剂及各工序的工艺条件都有很大关系。较为常见的结疤成分有硅矿物、钛矿物、铝矿物、铁矿物及磷酸盐等。
根据结疤的来源及其物理化学性质不同，可将结疤的矿物成分分为四大类:
1.1因溶液分解而产生
以Al(OH)3为主，主要在赤泥分离沉降槽、赤泥洗涤沉降槽、分解槽等设备的器壁上生成。视条件不同，可以是三水铝石、拜耳石、诺尔石、一水软铝石及胶体。
1.2由溶液脱硅以及铝土矿与溶液间反应而产生
此类结疤主要是在矿浆预热、溶出过程及母液蒸发过程中出现，如钠硅渣、水化石榴石等。其结晶形态与温度、溶液组成、时间等多种因素有关。
1.3因铝土矿中含钛矿物在拜耳法高温溶出过程中与添加剂及溶液反应生成
主要成分为钛酸钙CaO·TiO2和羟基钛酸钙CaTi2O4（OH）2。这类结疤主要在高温区生成。
1.4其它
除上述三种以外的结疤成分，如一水硬铝石、铁矿物（铝针铁矿、赤铁矿、磁铁矿等）、磷酸盐、含镁矿物、氟化物及草酸盐等。
这类结疤相对较少。本文所讨论的主要针对上面1.2、1.3两类。
2结疤的形成及危害
关于拜耳法生产过程中结疤生成的机理，有关文献认为，氧化铝生产中热交换器加热表面生成的结疤是链式化学反应的产物，在链式反应过程中出现的化合价不饱和的原子和原子团通过热扩散转移到加热表面，再化合成新分子，生成固体结疤结构。
例如：1mm的硅结疤对传热系数K的影响：
K= (2.1)
式中：
结疤的传热系数，设为0.52 W/；
结疤的厚度，设为1mm；
K洁净的热交换器的传热系数，设为1700 W/。
管道化溶出套管预热器输送管道等结疤清理十分麻烦，需要很长时间，严重影响生产。生产现场经常见到许多结疤严重的管道很难清理只好更换新管。因此，如何减轻和防治结疤在氧化铝生产过程中显得尤为重要。
3结疤的防治
3.1预脱硅对结疤的影响
预脱硅就是在高压溶出前，将原矿浆在100℃以上搅拌8～12h，使硅矿物尽可能转变为硅渣，这个过程称为预脱硅。在预脱硅过程中并不是所有的硅矿物都能参与反应，只有高岭石和多水高岭石这些活性高的硅矿物才能反应生成钠硅渣。保持较长的时间，可以使生成钠硅渣的反应进行得更充分。
3.2石灰的添加
溶出一水硬铝石型铝土矿必须添加石灰，石灰添加量对结疤速度及其组成有很大的影响。
下图为不同温度下石灰添加量对结疤素的影响。随着石灰添加量的增加，在165～210℃范围内，结疤厚度较少，而在温度245～280℃范围内结疤厚度增加，产生这种现象的原因，主要是由于低、高温下生成的结疤物质种类不同，低温下主要是硅渣和镁渣结疤，高温下主要是钛渣结疤。
在矿浆加热不同温度范围内结疤析出速度与石灰添加量的关系
注：温度/℃：a—160；b—245～280
CaO含量∕％:1—3.08；2—4.20；3—5.4
3.3矿浆流速的影响
矿浆流速大，紊乱程度进一步增加，晶核被紊乱的涡流冲离结疤表面，使结疤生长速度降低。在高流速下，矿浆中的固体粒子，还会将已生成的结疤冲刷掉。在矿浆流量不变时，随管中结疤增厚，流速增加，这可能就是结疤速度随时间延长降增大矿浆流速，也能减缓结疤的生成速度。一般而言，矿将在管道内的流动速度为1.5—2.5m/s，雷诺准数达105以上，使得传热和传质过程大大加强，而且由于矿浆的冲刷力量，大大地减慢了结疤的生长速度。传热系数K可高达2320W/m2.K,平均为1740 W/m2.K，比列管加热器约高出1倍。在管径相同的情况下，流量越大，流速就越高，因此，在日常生产中，应加强隔膜泵的维护，减少故障停泵次数，保证高产量运行。
4结疤的清理
对不同的结疤应有不同的清洗方法。有资料显示，一般的结疤可用5％～15％的H2SO4或10％HCl清洗；在处理含钛酸钙的结疤时，酸中应添加1.5％～2.5％HF，为避免HF的毒性，可以用NaF来代替，此时应延长清洗时间。为防止设备被酸腐蚀，酸洗温度不宜过高，不超过70～75℃，并加入苦丁作缓蚀剂，它的用量为酸液量的0.8％～1.0％。利用酸泵将酸在要清洗的设备和酸槽循环流动，经过90～300min便可使结疤溶解脱落，然后再用清水冲洗。
目前管道化机组的清洗以高压水清洗为主，其原理是基本原理是：用特制的水枪喷射出高压水流冲刷结垢的表面，和传统方法相比具有速度快，对管道损伤小。
5结论
管道化结疤的治理，重点在防，其次在治。只有防治结合，才能标本兼治。
预防的方法主要有：（1）、预脱硅法；（2）、采用合理的矿浆流速; （3）、在保证溶出效果的前提下，适当降低机组温度; （4）、矿浆加热过程中，采用中间分段保温；（5）、双流法。
清理的方法主要有：机械清理、火焰清理、高压水清洗和酸洗。
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