关键词：赤泥 赤泥N/S C/N 赤泥化损
引言
近年来，我国的氧化铝产能得到爆炸性增长，新增产能全部采用拜耳法生产工艺。为追求运行效果和效益，矿石存在大量的用富弃贫现象，在我国铝土矿资源并不丰富的前提下，导致用矿品位呈现雪崩式下滑。以某厂为例，拜耳法系统所用矿石A/S设计采用5.9，而2017年平均仅达到4.5。
矿石品位的下降，直接导致了氧化铝生产固体废物---赤泥的增多，赤泥中碱的附损和化损亦同步升高，某厂2017年1-8月拜耳法赤泥N/S高达0.53，碱耗高达343kg—Na2CO3/t-AO。
氧化铝生产中通常降碱耗采用的是石灰拜耳法，通过在配料阶段多加石灰，以多耗矿石为代价，减少钠硅渣含量，提高钙硅渣含量，达到降低碱耗的目的。其带来的问题是赤泥量增加较多，过量添加石灰后，赤泥的沉降性能也降低明显，对于老企业而言，由于赤泥沉降槽设计富余能力不足，势必影响高压溶出的产能，从而影响整体的经济性。
为解决以上矛盾，拟采用末洗赤泥加石灰的工艺，即配料阶段按常规配入石灰，保证矿石溶出率，改善赤泥沉降性能，在赤泥末洗底流中添加石灰（或石灰乳），使钠硅渣置换为钙硅渣，从而降低碱耗。此方法避免了石灰拜耳法造成的沉降能力不足和沉降性能差的问题。
为验证此工艺的可行性，结合生产实际，找出此工艺所需的生产条件，开展了实验室试验研究。本文对此项试验情况进行了汇总、分析，以利于指导生产实际应用。
1试验原料及设备
1.1 试验原料准备
1）取沉降槽末洗赤泥作为脱碱原料，赤泥水份58.6%：
1.2 试验设备
76-1型玻璃恒温水浴（温度控制精度±0.1℃）
SHB-ⅢA 水循环多用真空泵
2 试验简介
脱碱试验在2L的试验釜中进行。首先将恒温水浴升温至95℃，将脱碱赤泥加入反应釜，搅拌。计算补充至设定脱碱L/S所需水份及石灰量，用水将石灰化灰后加入反应釜后，反应开始计时。分别取1h、2h、4h样品，进行溶液和固料分析，检测脱碱效果。
试验条件：
脱碱温度：95℃；
脱碱时间：4小时；
配料L/S：赤泥原样 2.0、3.0；
C/N（按石灰有效钙和赤泥中氧化钠量的摩尔比计算）：0.5-3.0。
3 试验结果分析
3.1 末洗赤泥附液NK变化情况
图2 C/N=0.5时，赤泥附液AO变化曲线
从图2中可以看出，末洗赤泥添加石灰，使C/N=0.5，1小时后，附液中的AO由7.27g/l降到了0.16g/l，在其他C/N的试验情况下，也出现了1小时后附液中的氧化铝含量变为0的情况，说明添加石灰后，1小时内，赤泥附液中的氧化铝即被全部转入固相。
此图说明，赤泥添加石灰后，首先造成了赤泥附液中氧化铝的损失，故末次赤泥添加石灰降低碱耗的工艺，适用于低附液含量及附液中氧化铝含量低的赤泥，以避免过多的氧化铝损失。
3.3不同C/N下的N/S情况
图3 不同C/N下的脱钠曲线
从图3中可以看出，随着末洗赤泥添加石灰量的增多（C/N升高），赤泥N/S降低，当C/N=3.5停留4h时，赤泥N/S可由0.54降至0.24，赤泥化学损失可减少55%。
此图进一步说明，赤泥添加石灰后，可有效降低碱耗，且随着石灰添加量的增多，节约碱耗的效果越好，但也相应增加了石灰的消耗量。各厂应根据实际情况，结合碱与石灰的价格，选择最经济的添加量。
3.4不同温度下的N/S情况
图4 C/N=1.0时不同温度下的脱钠曲线
从图4中可以看出，C/N=1.0同样反应时间情况下，随着末洗赤泥温度的升高，赤泥N/S降低幅度越大，说明温度对赤泥脱钠反应极其重要。由于实际生产中末次赤泥的温度在95℃左右，更高的温度则需要增添相应的设备，建议采用此工艺时反应温度控制在95℃左右。
4添加石灰常压脱碱机理分析
分析添加石灰常压脱碱的机理如下：
溶液饱和Ca2+置换钠硅渣中部分钠离子：
由于离子交换速度较快，且发生在反应初期，因此脱碱反应主要受水合铝硅酸钠钙的分解速度控制。
在低浓度液相中，拜尔法赤泥与石灰脱碱反应实际上包括CAH的生成。
5建议生产采用的赤泥脱钠流程
5.1石灰添加方式
实际生产中，赤泥末次底流附液含量如低于53%，赤泥的流动性就会很差，赤泥输送困难。而采用深锥沉降槽时，赤泥末次底流附液含量一般在58%左右，如采用直接添加石灰的方式，存在以下问题：
1、赤泥附液含量会低于53%，流动性差，造成输送困难；
2、难以搅拌均匀，不利于脱钠反应的进行；
3、不利于分离置换至液相中的碱，削弱脱钠效果；
4、石灰中的无效钙等杂质会进入赤泥，不利于脱钠反应。
故建议采用将石灰用水化为石灰乳的方式添加石灰。
5.2 赤泥附液分离方式
实际生产中，一般采用真空过滤和加压过滤两种方式，由于真空过滤会降低分离出的附液温度，不利于将附液返回上一级赤泥洗涤设施，同时其分离后的赤泥附液在40%左右，高于加压过滤的赤泥附液在35%，不利于回收置换至附液中的碱。
故建议赤泥附液分离采用加压过滤的方式。
5.3 建议脱钠流程简述
石灰经化灰机后转化为石灰乳，去除无效杂质后，与末次沉降底流赤泥混合，必要时增加蒸汽加热设施，保证反应问题，在搅拌槽停留反应3小时，与赤泥洗水混合后送入压滤机，压滤机产生的滤液返回上一级赤泥洗涤沉降槽，滤饼直接外排。
6 结论
本文通过对实验室赤泥脱钠试验数据的分析，可以得出以下结论：
1、在赤泥中添加石灰，条件适当的情况下，可有效将赤泥固相中的碱置换至液相中，试验条件下，最高达到55%的置换率。通过回收赤泥附液，可达到降低赤泥化损的目的。
2、在试验采用的C/N0.5-3.5的配方下，C/N越高，脱钠效果越好。
3、在试验采用的70-95℃的条件下，温度越高，脱钠效果越好。
4、采用此种方式脱钠，在试验条件，1小时内赤泥附液中的氧化铝全部进入赤泥固相，即采用此方式将造成赤泥附液中的氧化铝全部损失，故适宜于赤泥附液氧化铝含量低的赤泥采用。
综上所述，对于末级洗涤采用压滤机的氧化铝厂家，采用末级沉降底流添加石灰乳的方式，具有投资少，降低碱耗明显的效果，建议采纳。
论文作者:杨俊丙
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
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