氧化铝生产过程中有机物的影响与去除--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

氧化铝生产过程中有机物的影响与去除

发表时间：2020/11/11 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王莉莉

[导读] 摘要：拜耳法生产过程中，母液不断循环使用，有机物不断通过溶出过程进入系统，同时有机物与铝酸钠溶液中苛碱反应发生分解，形成腐殖酸盐以及碳酸盐，虽然可以通过赤泥、氢氧化铝成品、蒸发排盐过程带走部分有机物，但仍不能满足系统平衡，有机物不断累积，到一定程度后对拜耳法生产造成许多负面影响，必须采取措施排除有机物。

        洛阳香江万基铝业有限公司河南省洛阳市 471800
        摘要：拜耳法生产过程中，母液不断循环使用，有机物不断通过溶出过程进入系统，同时有机物与铝酸钠溶液中苛碱反应发生分解，形成腐殖酸盐以及碳酸盐，虽然可以通过赤泥、氢氧化铝成品、蒸发排盐过程带走部分有机物，但仍不能满足系统平衡，有机物不断累积，到一定程度后对拜耳法生产造成许多负面影响，必须采取措施排除有机物。如何经济、有效地除去危害性较大的有机物带来的影响，成为拜耳法生产过程的一个难题。过程需要对对拜耳液有机物的具体来源、种类及其对流程的影响没有细致的了解与认识。
        关键词：氧化铝；生产过程；有机物；影响与去除
        1有机物的来源
        铝酸钠溶液中的有机物来源主要为铝土矿，其本身含有有机物，在溶出过程中，有机物与氢氧化钠反应进入系统中，在生产过程中不断发生分解，由高分子有机物最终降解为低分子有机物，最终分解为草酸草酸钠、碳酸钠和其他低分子钠盐。热带铝土矿（三水铝石）有机碳含量较高，一般为0.2%-0.4%，一水铝石含量则较低。一般含量在0.05%-0.08%。
        其次为系统中添加剂，如沉降系统添加絮凝剂改善赤泥沉降性能、平盘过滤的脱水剂、蒸发系统的防腐剂、缓蚀剂。以及铝土矿浮选药剂和分解结晶助剂等。过程中加入的有机物添加剂和浮选药剂会进一步增加生产流程中有机物富集，进而影响氧化铝生产，因此必须了解有机物种类及性质。
        2有机物种类
        铝酸钠中的有机碳，96%来源于铝矿石，约4%由其他途径获得。约26%是系统碳碱，18%为草酸钠，56%是有机钠盐。而这些有机钠盐中相对分子质量较低的脂肪酸盐类，主要包括草酸盐、甲酸盐和乙酸盐，占总有机碳的44%左右;相对分子质量大于500的腐殖酸盐，占总有机碳的25%左右;中间分解产物对苯二甲酸钠和苯酚等，占总有机碳的22%左右。
        3.对系统影响
        3.1溶液物理化学性质变化
        铝酸钠溶液中有机物含量增加会使溶液的颜色、密度、黏度、沸点和比热发生改变，表面张力随有机物的增加而增大，对铝土矿溶出及赤泥分离造成不利影响；使蒸发一水碳酸钠颗粒变细，造成沉降和过滤分离困难。而溶液粘度增大，会加大系统负荷，成本升高。而腐殖酸盐易溶于碱液，在铝土矿高压浸出时，降解过程剧烈，使有机物含量升高，有机物累积一定程度会使溶液变成深棕色。
        3.2氢氧化铝粒度变细影响产品质量
        晶种分解工序受有机物杂质影响最大。有机物对晶种分解的影响主要有：随着有机物不断循环积累，会使铝酸钠溶液的活化能降低，加快氢氧化铝细种子析出、氢铝成核速率加快，不利于砂状氧化铝生产；过多的有机物尤其是草酸钠在分解降温过程中析出，附着在氢氧化铝种子上、导致种子生长缓慢，强度降低，细种子占主要地位，不利于氢氧化铝沉降、过滤、分级等，给下游电解行业带来不利影响；同时增加产品杂质含量，尤其是附碱Na2O含量；分解槽内高中分子有机物在料浆输送过程中产生大量泡沫，泡沫引起细种子上浮，影响种子生长，导致氢氧化铝成品粒度变细，恶化分解过程，同时有机物引起溶液变色，热水无法清洗干净，导致氢氧化铝成品带色，白度降低。
        3.3母液蒸发工序
        在母液蒸发工序中，有机物草酸盐在蒸发器中析出并结疤，降低了蒸发器的蒸水能力。草酸盐在蒸发器中的析出导致蒸发结晶析出的碳酸钠粒度变细，随着有机物含量的不断升高，碳酸钠溶解度不断加大，造成系统碳碱浓度提高、黏度增大使排盐困难，有机物含量越高，影响越明显[4]。
        3.4对设备的影响
        设备的有效运转率下降，系统中高分子有机物含量高，影响系统黏度及表面张力，有机物在分解降温过程中溶解度降低析出，加剧蒸发器、晶种槽、板式换热器等设备结疤。同时影响溶液运输及分解过程浆液搅拌，导致设备工作电流升高，缩短设备使用寿命，增加生产成本。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        3.5 生产环境恶化
        有机物在系统循环过程中，会发生分解，溶出过程产生难闻气体，不溶气体增加，氢气、氮气、甲烷等低分子碳氢化合物含量较高。影响生产系统工作环境。
        4拜耳法生产中有机物的去除方法
        为降低有机物不断累积对拜耳法系统生产影响，防止其对产品质量进一步恶化，必须严格控制拜耳法系统有机物含量，脱除有机物势在必行。脱除有机物方法大致有以下几类：
        4.1铝土矿焙烧氧化法
        铝矿石的预焙烧氧化是从源头遏制有机物进入生产流程，最早是由德国科研人员提出利用高温灼烧铝矿石方法，利用高温促进有机物发生降解和氧化反应，将其分解成CO2及低分子挥发气体排放到空气中。铝矿石的焙烧要消耗较大热量，过程中产生废物对环境造成不良影响。
        4.2结晶吸附法
        通过将蒸发原液蒸发浓缩，促使一水碳酸钠结晶析出，同时吸附有机物将其脱除出去。吸附产物经高温煅烧将有机物分解回收碳酸盐。
        利用草酸钠低温易结晶析出，加入吸附介质将其脱除。例如广西某氧化铝厂通过加入气煤渣，利用其孔径大吸附性强脱除铝酸钠溶液中草酸钠，效果显著，脱除率最高达60%，但面临脱除滤渣难以解决问题。
        通过加入诱导剂，或添加晶种，微波处理等方法，降低草酸盐溶解度，促使草酸盐饱和析出，破坏其在铝酸钠溶液中的稳定性。
        4.3母液氧化法
        在氧化铝生产工艺中，氧化方法有两种，一是将循环母液焙烧；二是将溶液加入氧化剂氧化。
        焙烧母液法是指从循环溶液中取部分母液与矿石混合进行焙烧，从而把有机物除去。日本某氧化铝厂利用该种方法在500℃下焙烧后在900℃下烧成固体，脱除有机物非常彻底。
        溶液氧化法是通过向铝酸钠溶液中通入具有氧化性的气体例如：空气、氧气、臭氧等，使溶液中的高分子有机物不断氧化为最终形式草酸根，通过蒸发结晶析出排出系统。或在高温高压下，加入氧化剂如高锰酸钾、二氧化锰、双氧水等来氧化溶液中的有机物。但整体氧化效率不高。
        4.4洗涤苛化法
        将氢氧化铝种子洗涤后，添加石灰，使草酸根变成草酸钠沉淀分离出来达到去除目的，实验达到最佳效果前提为低苛碱浓度及高草酸盐含量，停留时间至少30min，脱除率在60%。
        结束语
        随着海外矿广泛使用，有机物积累日渐增高，山东魏桥、南山等氧化铝厂有机物草酸根含量非常高。各大氧化铝厂也在不断累积有机物脱除经验，包括洗液苛化法目前使用效果都较好。
        不管是焙烧母液还是铝矿石都可以讲有机物彻底排除，也是未来发展的方向，但针对拜耳法没有烧结工艺还是有短板。有些国外研究机构也在使用强化结晶析出方法，促使草酸盐结晶长大析出，达到脱除目的，但工业应用不广泛，对于氧化铝生产过程中去除有机物仍然比较艰巨，任重而道远。
        参考文献
        [1]张伦和,何静华,张颖.我国氧化铝工业现状及发展对策[J].轻金属,2006(2):3-7
        [2]史金东,刘义伦.我国氧化铝工业可持续发展问题的思考[J].轻金属,2006(11):3-6
        [3]俞小花，朱炳桥等.氧化铝生产过程中有机物的影响与去除[J].矿产综合利用,2020(2):16-22
        [4]Brown N. Method for removing sodium oxalate from caustic aluminate liquors: US, US4999170A[P].1991.