氧化铝生产中降低助滤石灰用量研究

卫学武

（河南能源义煤公司义翔铝业，河南 三门峡 472435）

我国96%的铝土矿为一水硬铝石型铝土矿，具有高铝高硅、溶出温度高等特性。因此，以一水硬铝石型铝土矿为原料生产氧化铝的企业，95%产能使用的是高温拜耳法生产工艺。在拜耳法粗液控制过滤中，用硅藻土、活性炭、ɑ-纤维素和水合铝酸钙做滤饼预涂层材料，使滤饼疏松，过滤阻力减少。有学者指出，在使用水合铝酸钙做滤饼预涂层材料时，其粒度在33～43 μm，可减轻赤泥对滤布的堵塞，降低过滤阻力；影响水合铝酸钙质量的因素是合成用溶液的苛性碱浓度NK和其中的AL2O3量、CaO加入量和加入速度、合成时间及合成温度等；用水合铝酸钙做预涂层，可大大提高叶滤机产能[1]。因此，本试验研究石灰消化水质、石灰消化温度、反应时间、精液和石灰乳配比对水合铝酸钙过滤性能的影响。

1 试验原料

取入磨石灰，石灰成分如表1所示，然后取溶出二次水、蒸发好水、化验室去离子水备用，其碱度如表2所示，精液成分如表3所示。

表1 石灰成分

表2 各类水的碱度

表3 精液成分

2 试验方法

2.1 方法一

将溶出二次水，蒸发好水分别加热、冷却至95℃、70℃备用；用上述4种热水分别进行消化试验，将入磨石灰制备成CaOf为120±20 g/L左右的石灰乳备用；将精液与上述4种石灰乳按照1:1和3:1混合，在100℃反应2 h，合成水合铝酸钙；分别测试上述4种水合铝酸钙过滤性能好坏。

2.2 方法二

为进一步试验，用去离子水加热至60℃进行消化，缓慢加入出炉石灰，使其消化温度不超过70℃，制备成CaOf为120±20 g/L左右的石灰乳备用；再将精液和石灰乳都加热到100℃后，按1:1和3:1混合，在100℃反应合成水合铝酸钙，分别在0 h、0.5 h、1 h、2 h取样；分别测试上述4种水合铝酸钙过滤性能好坏。

3 试验结果及讨论

3.1 溶出二次水，蒸发好水分别加热、冷却至95℃、70℃制成水合铝酸钙的试验结果

表4 精液与石灰乳按1∶1混合结果

图1 溶出二次水在95℃、70℃制水合铝酸钙过滤性能对比

图2 蒸发好水在95℃、70℃制水合铝酸钙过滤性能对比

图3 溶出二次水与蒸发好水在70℃制水合铝酸钙过滤性能对比

从表4、图1、图2、图3可看出，当精液与石灰乳按1:1反应时，溶出二次水与蒸发好水在70℃消化石灰制成的水合铝酸钙比在95℃消化石灰制成的水合铝酸钙效果好；在相同温度消化石灰制成水合铝酸钙，蒸发好水合成的水合铝酸钙与溶出二次水相差不大。

表5 精液与石灰乳按3∶1混合结果

从表5、图4、图5、图6可看出，在精液与石灰乳按3:1混合后，溶出二次水与蒸发好水在70℃消化的石灰乳合成的水合铝酸钙过滤性能比在95℃消化效果好；在70℃消化时，蒸发好水比溶出二次水略好。

从上述试验得出，石灰消化温度对水合铝酸钙的合成影响较大。在水温低于70℃时，消化的石灰乳制成的水合铝酸钙过滤性能较好，水质对水合铝酸钙合成的影响不大。

图4 溶出二次水在95℃、70℃制水合铝酸钙过滤性能对比

图5 蒸发好水在95℃、70℃制水合铝酸钙过滤性能对比

图6 溶出二次水与蒸发好水在70℃制水合铝酸钙过滤性能对比

3.2 用方法二在2 L高压釜中试验，测定石灰乳和精液的比例及合成时间对水合铝酸钙过滤性能的影响

从表6、图7可看出，精液与石灰乳按1:1混合后，溢流NK为91 g/L左右，石灰乳固含为110 g/L左右，随着保温时间的增长，水合铝酸钙的过滤性能越来越好。

从表7、图8可看出，精液与石灰乳按3:1混合后，溢流NK为136 g/L，石灰乳固含量为55 g/L左右，保温比无保温效果好，但随着保温时间的增长，水合铝酸钙的过滤性能趋于一致。

表6 精液与石灰乳按1∶1混合、石灰乳消化温度为70℃的结果

表7 精液与石灰乳按3∶1混合、石灰乳消化温度为70℃的结果

图7 去离子水制水合铝酸钙不同保温时间对比（1∶1）

从图9可看出，精液与石灰乳按3:1混合后合成的水合铝酸钙比按1:1混合后合成的水合铝酸钙过滤性能好。

图8 去离子水制水合铝酸钙不同保温时间对比（3∶1）

从图10可看出，精液与石灰乳按3:1混合制水合铝酸钙比1:1混合制水合铝酸钙和生产水合铝酸钙的过滤性能都好，斜率较低，生产的水合铝酸钙最差。

表8 生产上水合铝酸钙每次过滤时间

图9 精液与石灰乳按1∶1和3∶1混合后合成水合铝酸钙过滤性能对比

图10 溢流与石灰乳按1∶1和3∶1混合水合铝酸钙与生产水合铝酸钙过滤性能对比

4 结论

溶出二次水和蒸发好水在70℃消化石灰合成的水合铝酸钙性能比95℃消化石灰好，蒸发好水和溶出二次水消化的石灰合成的水合铝酸钙的过滤性能差不多；精液与石灰乳按1:1反应时，随着保温时间的增长，水合铝酸钙的过滤性能越来越好；精液与石灰乳按3:1反应时，随着保温时间的增长，水合铝酸钙的过滤性趋于一致，保温0.5 h就可满足生产要求，但必须保证石灰的质量；精液与石灰乳按3:1反应制成的水合铝酸钙比按1:1反应制成后的水合铝酸钙过滤性能好，生产水合铝酸钙的过滤性能不好。

将研究成果投入生产，结果表明，用70℃的溶出二次水和蒸发好水消化石灰的石灰乳在95～100℃，精液与石灰乳体积比按3:1进行反应2 h，合成助滤剂替代纯石灰乳，石灰乳用量可以降低40%，工业实施效果良好。

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