摘要：氧化铝生产中沉降分离作为氧化铝生产的主要工序，由于近年生产的不断扩大，物料流量也随之加大，造成溶出赤泥的分离，洗涤能力不足的问题日益突出。絮凝剂在工业生产中的应用，极大地提高了沉降槽的工作效率，其好的沉降分离效果得到了人们的普遍认可。但生产中使用絮凝剂时存在着许多弊端，影响了絮凝剂效能的正常发挥。本文论述了絮凝剂的絮凝机理，指出了其在氧化铝生产工业应用中存在的问题，并通过分析和试验指出絮凝剂的使用条件和发展方向。
关键词：氧化铝；生产；絮凝剂；应用
沉降分离是氧化铝生产的主要工序，絮凝剂在生产中的应用极大地提高了沉降槽的工作效率。但生产使用中存在着许多问题，影响了絮凝剂效能的正常发挥。据不完全统计，每年絮凝剂使用不当使絮凝剂效能降低达10% ~20%。因此迫切需要优化絮凝剂使用条件。
1 絮凝剂的种类及絮凝特性
目前，广泛应用于氧化铝工业生产中絮凝剂有天然高分子絮凝剂和合成高分子絮凝剂两大类，前者主要有：淀粉、麦麸等;后者主要包括聚丙烯酰胺类和异羟肟类絮凝剂。一般来说，天然高分子絮凝剂在赤泥分离过程用量大，沉速较慢，还可能导致铝酸钠溶液中有机物含量过高，所以氧化铝生产中合成高分子絮凝剂的应用较为普遍。
1.1 聚丙烯酰胺类絮凝剂
聚丙烯酰胺简称PAM，产品主要形式有水溶液胶体、粉状及胶乳三种。粉状产品若能防止结团，比胶体产品易溶，乳胶产品溶解性能最好。提高温度能促进溶解，但一般不宜超过50e，以防止降解及产生其他反应。水解PAM会同溶液中的多种金属阳离子相互作用，如在Al3+的体系中，这些相互作用通常导致生成粘稠的凝胶团。常见的聚丙烯酸钠(如A-1000)在铝酸钠浆液分离中，其行为主要与赤泥的种类有关，赤泥的沉降速度随赤泥中钛铁矿(或钙钛矿)含量的增加而增加。同时，赤泥中铁的存在形态也影响着絮凝效果。当赤泥中的铁以氢氧化铁Fe(OH)3、针铁矿FeOOH(直径一般小于1μm)等形式存在时，由于颗粒的溶剂化较强，絮凝剂与固相表面间的作用力将更弱，难以产生紧密的吸附，形成絮团。生产中通过提高浆液苛性比、温度或加入含钙物质来促使针铁矿转化为赤铁矿，改善赤泥的沉降性能。
1.2 异羟肟类高分子絮凝剂
随着氧化铝生产技术的发展，对液固分离也提出了更高的要求，开发的异羟肟类絮凝剂(如NAL-CO 9779、Ciba HP21等)相比于聚丙烯酸(酰胺)类絮凝剂，在絮凝过程中具有鲜明的特征。(1)作用力强，形成的絮团稳定性好。以烧结法为例，当溶出黄料时，加入异羟肟类絮凝剂后，沉降性能相对于聚丙烯酸钠有明显的提高。(2)没有诱导期，吸附速度快。试验结果表明，相对于聚丙烯酸钠，溢流的清亮度提高60%~90%。
2 生产中影响絮凝剂使用效果的因素
2.1 使用浓度及添加量的影响
在一定限度内絮凝剂的沉降性能随着使用浓度的增大而增大，但其最佳使用浓度应满足分子链有足够的延伸。当配制的使用浓度太大，分子链不能充分伸展，堆积密度过大时，会降低絮凝效果，同时沉降槽中会出现粘稠的胶团。合成高分子絮凝剂的使用浓度通常为0.02%~0.1%。同样，赤泥悬浮液中絮凝剂的添加量也不是越大越好，添加量过大，一方面会导致垮槽事故，另一方面会造成铝酸钠溶液中有机物含量偏高，变得更加粘稠，降低沉速。
2.2 搅拌速度的影响
合成高分子絮凝剂的粘度和分子量随搅拌速度增加而下降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这是由于在快速搅拌作用下剪切力使大分子链伸展断裂，缠结点的数目因此有所降低，因而导致分子量下降，沉降性能降低。试验室配制絮凝剂时搅拌速度应小于200r/min，在生产上常用的挂链式搅拌转速控制在30r/min左右，输送时也应避免选用离心泵。
2.3 溶解温度的影响
随着温度升高溶解时间缩短，絮凝剂分子量降低，沉降性能减弱。尤其在75°C以上的高温下配制时，由于高温水溶液会降解絮凝剂的分子链，所以其分子量快速降低而沉速变慢。这与合成高分子絮凝剂不宜高温溶解(最佳不高于50°C)的特性相吻合。
2.4 水质的影响
絮凝剂是吸附能力很强的高分子聚合物，它可以吸附水中的杂质颗粒。并可形成一层保护膜影响里层絮凝剂的进一步溶解也使絮凝效能降低。因此，絮凝剂溶解阶段保证水质，是加快絮凝剂溶解和提高效能的一个重要方面。
2.5 絮凝剂分子量分布
氧化铝生产要求合成高分子絮凝剂分子量600万以上(聚丙烯酰胺类)，才能对赤泥的分离沉降很有效。但絮凝剂实际生产过程中，由于生产条件等限制，其分子量分布在一定范围。理论上高分子量的絮凝剂吸附赤泥颗粒后全部进入沉降底流，溢流中不含有絮凝剂(不过量的条件下)。但是，分子量低的絮凝剂(如200万以下的)，由于吸附能力弱、分子链短，不能形成足够大的沉降颗粒，而浮于溢流进入过滤。絮凝剂是一种粘性很大的有机物，在过滤过程中会吸附于过滤介质表面，影响过滤效能和加大清理过滤介质的困难。因此，应尽量避免使用低分子量的絮凝剂。
2.6 絮凝剂种类
目前氧化铝生产物料千差万别，比如，拜耳法分离沉降物料和烧结法分离沉降物料；拜耳法稀释分离物料(Nk=150 g/L)和拜耳法洗涤分离物料(Nk=50 g/L)，烧结法稀释分离物料(Nk=110 g/L)和烧结法洗涤分离物料(Nk=10 g/L)，其沉降性质很难用同一种絮凝剂进行沉降分离。因此需要各种不同的絮凝剂来加速分离。但是，由于国内絮凝剂的生产与各氧化铝厂的生产需求脱节，造成絮凝剂品种单一，影响絮凝剂效能的发挥。因此，通过对生产中各类物料的研究，完善絮凝剂的种类，是各絮凝剂厂家和研究机构需要解决的问题。
3 结论
(1)对于不同的沉降物料要使用不同的絮凝剂，争取使絮凝剂的效能发挥到最大。
(2)絮凝剂分子量影响着絮凝剂的沉降性能，分子量越大，沉速越快，沉降性能越好；低分子量絮凝剂对生产有负面影响。因此，工业上要保证好的沉降性能，必须要保证有足够大分子量。
(3)温度对絮凝剂溶解影响很大。为了保证快的溶解速度和不破坏絮凝剂的分子结构，溶解温度应在70~80e之间为好。
(4)搅拌可以加速絮凝剂溶解，但过高的速度会破坏絮凝剂分子结构。因此，溶解絮凝剂时，用适当的搅拌速度和避免离心泵输送是很有必要的。
(5)杂质含量高的水质影响絮凝剂的溶解和对物料的沉降性能。生产中溶解絮凝剂，尽量用水质好的水进行溶解。
参考文献
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[3] 程孝龙, 李金磊.合成高分子絮凝剂在氧化铝生产中的使用[J].中国科技投资, 2013(24).
论文作者:廖进杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
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