草酸盐对拜耳法种子分解过程的影响及去除方法综述

宋大伟

摘要：随着拜耳法氧化铝生产系统中有机物含量的逐步升高，对生产系统造成了一系列的影响。本文结合实际生产情况，重点分析了草酸盐对拜耳法种子分解过程的影响，并对草酸盐去除方法进行了综述。

关键词：草酸盐、种子分解、影响、方法

在拜耳法氧化铝生产过程中，有机物主要来源于铝土矿自身携带，除此之外，工艺过程中加入的絮凝剂、消泡剂、脱水剂等药剂也带入有机物[1]。随着溶液的不断循环，有机物在溶液中不断积累，当有机物的总量在溶液中达到一定浓度之后就对拜耳法生产造成一系列影响：溶液的比重、粘度、沸点和比热增加，界面张力降低[2];使蒸发过程中析出的一水碳酸钠颗粒变细，造成沉降和过滤分离困难;溶液中的腐殖酸盐等高分子量有机物含量较高时，溶液或浆液中往往产生大量泡沫而减少设备容积;由于有机物与碱反应生成各种有机钠盐，造成碱的损失。特别是草酸盐的结晶析出对种子分解的影响最为严重，降低分解率、加快种分设备内结疤的生成速度、使种分得到的氢氧化铝带色。因此研究拜耳法流程中有机物的行为及去除方法具有重要的意义。

1 草酸盐对拜耳法种子分解过程的影响

1.1 对氢氧化铝粒度的影响

随着分解过程的进行，分解条件发生变化，草酸盐会快速饱和，以至于高于其溶液中的临界浓度。草酸盐以5～12μm细长针状析出，附着于氢氧化铝晶体表面，影响氢氧化铝的附聚和长大;游离在溶液中的草酸盐晶体成为新的晶核，氢氧化铝进一步结晶析出形成强度较差的细小颗粒，造成大量破损;同时，有研究表明，存有草酸盐的铝酸钠溶液的活化能要比纯的铝酸钠溶液降低12～18%[3]，加速了铝酸钠溶液的快速析出，形成大量细小晶体，造成大量二次成核，氢氧化铝粒度快速细化。

某氧化铝企业粒度指标在短时间内发生爆发性细化，通过分析相关生产数据的变化，可以看出，在草酸钠以一定浓度存在的条件下，当某些分解条件发生变化时，从而诱导氢氧化铝粒度发生了爆发性的极端细化，并且伴随产生了较大数量级的超细颗粒，特别是-10μm颗粒在短时间内成倍增长，-45μm在短短20天左右时间，由12%左右快速增加到40%以上。

1.2 对分解率的影响

有机物中的腐殖酸在碱和高温作用下生成各种腐殖酸钠，然后转变成为易溶的草酸钠和碳酸钠。随着生产循环，两者含量逐步升高。

相关研究表明，碳酸钠进入溶液后，首先增加了铝酸钠溶液的表面张力，使溶液在晶种表面的润湿性变差，从而使铝酸根聚合离子群向晶种表面扩散、吸附变的困难;其次由于铝酸根聚合离子群形态复杂，离子群较大，当碳酸钠等无机盐进入溶液后，会优先被氢氧化铝颗粒吸附，当其表面吸附的无机盐离子较多后，将阻碍铝酸根离子群向氢氧化铝表面扩散与被吸附，从而对晶种分解产生抑制作用[3]。当溶液中，碳酸钠浓度超过25g/l时，晶种分解随其浓度的升高，分解率出现明显下降[4]。

据某试验室试验表明，随着分解原液中有机物的逐步升高，分解率呈现逐步下降的趋势[5]，有机碳含量高，造成溶液粘度高，分解产生的氢氧化铝细，分解产率下降。

1.3 对种子过滤设备的影响

有机物对浆液性质的改变，草酸盐细小结晶的析出，氢氧化铝超细粒子的爆发性产生等多因素的叠加作用，对种子过滤设备的运行造成了严重的影响，导致过滤机滤布孔隙堵塞，真空管结疤，真空系统负荷增大，设备运转效率急剧下降。草酸钠使氢氧化铝细化后，大量的细颗粒使分级机分级效率下降，去往立盘过滤机的料浆增加，单位时间立盘过滤机的处理量增加。而立盘过滤机设计产能是一定的，处理能力是有限的。当要求过滤的料浆量大大超过过滤机的设计能力，就不得不减产。同时由于设备过滤效果变差，滤饼附液及滤液浮游物指标严重偏离控制范围。

1.4 对分解槽结疤的影响

随着草酸盐的增多，分解槽的泡沫增多，粒度出现爆发性波动，相应的控制药剂的添加量也大幅增加，所以导致分解槽结疤增多。由于结疤中含有草酸盐，导致结疤与槽壁结合不紧密，当达到一定厚度时，发生结疤脱落的现象，造成分解槽机械搅拌跳停，沉槽事故发生的频次增多，对分解过程的控制造成严重影响。

1.5 对种分其他设备及指标的影响

种分系统中有机物的富集，导致分解槽泡沫急剧增多，换热设备运行极不稳定，换热效率出现明显下降;分解槽的有效容积减少，在一定程度上减少了分解时间，造成分解率下降;分级设备供料不稳定，旋流器内浆液流场发生改变，分级效率出现明显的波动和下滑;氢氧化铝颗粒中附着有机物晶体时，在焙烧过程中，颗粒强度较差，出现破损现象，同时造成氧化铝成品中钠含量的升高。

2 草酸盐去除方法综述

有机物随着生产的循环而积累，含量逐步增加，如何去除这些有机物，降低其对生产的负面影响，一直以来都是困扰拜耳法氧化铝生产的难题。国内外许多学者对有机物去除的方法进行了大量研究。主要有：焙烧氧化法、湿式氧化法、盐析法、离子交换法等。焙烧氧化法存在能耗高，工艺复杂等缺陷。湿法氧化法要求条件苛刻，而且具有爆炸的危险，限制了该方法的普及[6]。

2.1 细晶种富集洗涤苛化法

分解氢氧化铝浆液经两次分级，第二次分级后溢流进入锥形沉降槽进行有机物富集，沉降槽溢流经板式换热器去蒸发，底流经立盘过滤进行固液分离，固体氢氧化铝进入热水槽进行洗涤，洗涤后的物料经立盘进行液固分离，滤饼配精液去分解槽首槽，滤液去苛化槽进行苛化。

这种方法在拜耳二段法生产氧化铝系统中得到广泛应用，特别是利用国外进口三水铝石矿但是矿石有机物含量较高的情况下，这种方法能够有效、经济地处理流程中的草酸盐有机物，同时尽可能减少氧化铝和苛性碱的损失。

2.2 母液降溫排渣烧结法

分解母液经降温后，析出有机物（初期以浮游物做晶种循环达到处理浓度），然后经压滤机过滤，滤液经板式换热后去蒸发，滤饼在滤饼槽中与降温后母液混合后循环过滤，滤饼槽中的固含到一定程度后，送往烧结法进行煅烧，去除有机物。

该方法能够有效的处理流程中草酸盐偏高的问题，在山东某氧化铝厂得到工业应用。

2.3 振动筛物理筛分法

由于草酸盐结晶析出，在晶种分解过程中将氢氧化铝包裹形成褐色球状颗粒，大颗粒的草酸盐沉淀在分解末槽，利用分解槽的高差，从分解槽底部自压出料加母液稀释送至振动筛筛分，筛后料浆返回分解槽，筛上的粗颗粒氢氧化铝结疤和草酸盐混合料收集堆存。

这种方法简单、实用，在国内很多一段法的氧化铝厂得到应用，这也是维持草酸盐在铝酸钠溶液中平衡的一种手段，但该方法去除草酸盐的同时也带走部分氢氧化铝，造成氧化铝和碱的损失。

3 结论

在拜耳法生产氧化铝时有机物的富集使系统物料性质发生了明显的变化，特别是草酸盐对拜耳法种子分解过程造成了一系列严重的影响，不仅破坏了分解过程中主要技术指标，而且对相关分解设备的运转效率和运行安全性造成了严重影响。在国内铝土矿品位逐年下降的大背景下，进口铝土矿的使用已成为国内氧化铝生产的大势所趋，但是进口矿有机物含量普遍偏高，所以解决流程中草酸盐问题已刻不容缓，找到一种更加经济、高效的方法处理系统中的草酸盐是我国氧化铝行业从业人员的努力方向。

参考文献：

[1] 刘国红.有机物对拜耳晶种分解和产品质量的影响及其去除方法

[2] 陈文汨、冷学坤.拜耳法氧化铝生产流程溶液中有机物累积研究，轻金属2011（9）：11～15

[3] 倪良玉、李国乾.草酸盐对拜耳法氧化铝生产的影响，第十届全国氧化铝学术会议论文集[M]，2004：94-96

[4] 彭志宏、邓永春、周秋生、刘桂华等.无机盐杂质对铝酸钠溶液晶种分解率的影响，湖南长沙，刊名：矿冶工程，2012，30（1）

[5] 李小坚、于江、付晓涛.碳酸钠对种分分解的影响及其对策，《中国科技博览》2013年第22期

[6] 陈文汨、陈学刚.湿式氧化法在拜耳法中的应用及解决问题，轻金属2008（6）：11～14