氧化鋁生產中降低助濾石灰用量研究

衛學武

（河南能源義煤公司義翔鋁業，河南 三門峽 472435）

我國96%的鋁土礦為一水硬鋁石型鋁土礦，具有高鋁高硅、溶出溫度高等特性。因此，以一水硬鋁石型鋁土礦為原料生產氧化鋁的企業，95%產能使用的是高溫拜耳法生產工藝。在拜耳法粗液控制過濾中，用硅藻土、活性炭、ɑ-纖維素和水合鋁酸鈣做濾餅預涂層材料，使濾餅疏松，過濾阻力減少。有學者指出，在使用水合鋁酸鈣做濾餅預涂層材料時，其粒度在33～43 μm，可減輕赤泥對濾布的堵塞，降低過濾阻力；影響水合鋁酸鈣質量的因素是合成用溶液的苛性堿濃度NK和其中的AL2O3量、CaO加入量和加入速度、合成時間及合成溫度等；用水合鋁酸鈣做預涂層，可大大提高葉濾機產能[1]。因此，本試驗研究石灰消化水質、石灰消化溫度、反應時間、精液和石灰乳配比對水合鋁酸鈣過濾性能的影響。

1 試驗原料

取入磨石灰，石灰成分如表1所示，然后取溶出二次水、蒸發好水、化驗室去離子水備用，其堿度如表2所示，精液成分如表3所示。

表1 石灰成分

表2 各類水的堿度

表3 精液成分

2 試驗方法

2.1 方法一

將溶出二次水，蒸發好水分別加熱、冷卻至95℃、70℃備用；用上述4種熱水分別進行消化試驗，將入磨石灰制備成CaOf為120±20 g/L左右的石灰乳備用；將精液與上述4種石灰乳按照1:1和3:1混合，在100℃反應2 h，合成水合鋁酸鈣；分別測試上述4種水合鋁酸鈣過濾性能好壞。

2.2 方法二

為進一步試驗，用去離子水加熱至60℃進行消化，緩慢加入出爐石灰，使其消化溫度不超過70℃，制備成CaOf為120±20 g/L左右的石灰乳備用；再將精液和石灰乳都加熱到100℃后，按1:1和3:1混合，在100℃反應合成水合鋁酸鈣，分別在0 h、0.5 h、1 h、2 h取樣；分別測試上述4種水合鋁酸鈣過濾性能好壞。

3 試驗結果及討論

3.1 溶出二次水，蒸發好水分別加熱、冷卻至95℃、70℃制成水合鋁酸鈣的試驗結果

表4 精液與石灰乳按1∶1混合結果

圖1 溶出二次水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對比

圖2 蒸發好水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對比

圖3 溶出二次水與蒸發好水在70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對比

從表4、圖1、圖2、圖3可看出，當精液與石灰乳按1:1反應時，溶出二次水與蒸發好水在70℃消化石灰制成的水合鋁酸鈣比在95℃消化石灰制成的水合鋁酸鈣效果好；在相同溫度消化石灰制成水合鋁酸鈣，蒸發好水合成的水合鋁酸鈣與溶出二次水相差不大。

表5 精液與石灰乳按3∶1混合結果

從表5、圖4、圖5、圖6可看出，在精液與石灰乳按3:1混合后，溶出二次水與蒸發好水在70℃消化的石灰乳合成的水合鋁酸鈣過濾性能比在95℃消化效果好；在70℃消化時，蒸發好水比溶出二次水略好。

從上述試驗得出，石灰消化溫度對水合鋁酸鈣的合成影響較大。在水溫低于70℃時，消化的石灰乳制成的水合鋁酸鈣過濾性能較好，水質對水合鋁酸鈣合成的影響不大。

圖4 溶出二次水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對比

圖5 蒸發好水在95℃、70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對比

圖6 溶出二次水與蒸發好水在70℃制水合鋁酸鈣過濾性能對比

3.2 用方法二在2 L高壓釜中試驗，測定石灰乳和精液的比例及合成時間對水合鋁酸鈣過濾性能的影響

從表6、圖7可看出，精液與石灰乳按1:1混合后，溢流NK為91 g/L左右，石灰乳固含為110 g/L左右，隨著保溫時間的增長，水合鋁酸鈣的過濾性能越來越好。

從表7、圖8可看出，精液與石灰乳按3:1混合后，溢流NK為136 g/L，石灰乳固含量為55 g/L左右，保溫比無保溫效果好，但隨著保溫時間的增長，水合鋁酸鈣的過濾性能趨于一致。

表6 精液與石灰乳按1∶1混合、石灰乳消化溫度為70℃的結果

表7 精液與石灰乳按3∶1混合、石灰乳消化溫度為70℃的結果

圖7 去離子水制水合鋁酸鈣不同保溫時間對比（1∶1）

從圖9可看出，精液與石灰乳按3:1混合后合成的水合鋁酸鈣比按1:1混合后合成的水合鋁酸鈣過濾性能好。

圖8 去離子水制水合鋁酸鈣不同保溫時間對比（3∶1）

從圖10可看出，精液與石灰乳按3:1混合制水合鋁酸鈣比1:1混合制水合鋁酸鈣和生產水合鋁酸鈣的過濾性能都好，斜率較低，生產的水合鋁酸鈣最差。

表8 生產上水合鋁酸鈣每次過濾時間

圖9 精液與石灰乳按1∶1和3∶1混合后合成水合鋁酸鈣過濾性能對比

圖10 溢流與石灰乳按1∶1和3∶1混合水合鋁酸鈣與生產水合鋁酸鈣過濾性能對比

4 結論

溶出二次水和蒸發好水在70℃消化石灰合成的水合鋁酸鈣性能比95℃消化石灰好，蒸發好水和溶出二次水消化的石灰合成的水合鋁酸鈣的過濾性能差不多；精液與石灰乳按1:1反應時，隨著保溫時間的增長，水合鋁酸鈣的過濾性能越來越好；精液與石灰乳按3:1反應時，隨著保溫時間的增長，水合鋁酸鈣的過濾性趨于一致，保溫0.5 h就可滿足生產要求，但必須保證石灰的質量；精液與石灰乳按3:1反應制成的水合鋁酸鈣比按1:1反應制成后的水合鋁酸鈣過濾性能好，生產水合鋁酸鈣的過濾性能不好。

將研究成果投入生產，結果表明，用70℃的溶出二次水和蒸發好水消化石灰的石灰乳在95～100℃，精液與石灰乳體積比按3:1進行反應2 h，合成助濾劑替代純石灰乳，石灰乳用量可以降低40%，工業實施效果良好。

1 Valeri Chua HiuLing.Optimal Concentration of Filter Aid for Bayer Alumina Precoat Filters[D].Brisbane：Queensland University，2002.