粉煤灰盐酸法生产氧化铝液固沉降分离与洗涤性能研究

姬学良，王小青

（神华准能资源综合开发有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

准格尔煤田探明地质储量267亿吨，含有铝、镓、锂、稀土等煤炭伴生资源，其煤炭燃烧后的粉煤灰中含氧化铝50%，镓82g/t，锂290g/t，极具利用价值。如果填埋排弃，会造成极大的资源浪费。我国铝土矿超过一半依赖进口，高品位铝土矿短缺，寻找铝土矿替代资源与开发高效利用技术势在必行。神华准能集团为此研发了粉煤灰盐酸法提取氧化铝技术并于2011年建成了4000吨/年氧化铝中试装置，至今已顺利完成7次试验运行。2013年，该工艺技术通过了中国有色协会和煤炭协会的鉴定，具有减量化、能耗低、成本低、资源利用率高、工艺流程短、产品种类多、环保的技术特点，可生产氧化铝、金属镓（4N）、铁红、净水剂、碳酸锂、橡塑填料等白泥基产品[1]。

“一步酸溶法”粉煤灰生产氧化铝技术中，粉煤灰与盐酸反应后的料浆需要进行液固分离，并对固体白泥进行洗涤以回收氯化铝，白泥无害化处理后外排。中试装置2011年进行了沉降分离与洗涤实验，沉降效果差，无法满足实验要求。经过论证与实验，改为板框过滤工艺，虽能满足中试厂试验要求，但大型工业化后，存在流程复杂、投资高、占地面积大的缺点。连续沉降分离洗涤工艺在冶金、化工有成熟应用，应当开展沉降分离洗涤方案研究，优化与完善液固分离工艺，为工业化示范厂设计提供支撑，同时为示范厂项目的日常运行提供理论依据与生产指导。

1 实验室研究

主要目的是研究新型絮凝剂对溶出料浆沉降分离、沉降洗涤性能的影响、洗涤效果及温度对分离效果及絮凝剂添加量的影响。絮凝剂浓度为0.1%wt。絮凝剂最佳添加量：以15min的沉降速率、上清液浮游物、底泥固含量为选取标准。沉降速率以利用一定时间（≤15min）内清液层占料浆体积的百分比表示。

1.1 不同固含料浆的絮凝剂添加量实验

溶液成分：氯化铝300g/L，氧化铁：5.5g/L，游离酸度（以HCl计）：0.4%；料浆固含：150g/L、120g/L、105g/L、90g/L、60g/L。料浆温度：85℃。

固含对絮凝剂的添加量的影响很大，随着原料固含逐渐越大，料浆的沉降速率变慢，絮凝剂最佳添加量增大。固含从60g/L至150g/L时，絮凝剂用量为0.1kg/t-干白泥至0.37kg//t-干白泥。清液层的浮游物含量范围为0.027g/L～0.08g/L。底泥固含范围267.86g/L～292.97g/L。其中，在料浆温度为85℃，氯化铝浓度为300g/L的条件下，料浆固含为120g/L时，絮凝剂最佳添加量为0.3kg/t-干白泥；料浆固含为105g/L时，絮凝剂最佳添加量为0.23kg/t-干白泥；料浆固含为90g/L时，絮凝剂最佳添加量为0.18kg/t-干白泥。

1.2 不同氯化铝浓度对沉降速率的影响

料液氯化铝含量：300g/L、274g/L、240g/L；游离酸度（以HCl计）：0.35%；固含：120g/L；温度：85℃；絮凝剂添加量0.3kg/t-干白泥。

随着料浆氯化铝浓度的降低，料浆的沉降速率变快，底泥的固含量变大，絮凝剂最佳添加量降低。

1.3 沉降底泥的洗涤实验

实验条件：沉降料浆固含：150g/L、105g/L、90g/L、60g/L，洗涤液浓度：240g/L、160g/L、90g/L、40g/L、10g/L，温度85℃的料浆进行洗涤添加絮凝剂实验，结果如下：

洗涤过程中，不添加絮凝剂白泥也能正常沉降。随着洗涤液氯化铝浓度越低，沉降速度加快，底泥固含量变大。通过后序洗涤不加絮凝剂和加絮凝剂的实验对比，得出两者的沉降速率接近。

从图4可以看出，不加絮凝剂的清液层浮游物含量较高，加入絮凝剂后可降低浮游物含量。实际生产中可根据清液层浮游物含量来确定是否需要在洗涤时添加絮凝剂。

1.4 不同温度条件下的沉降实验

溶液成分：氯化铝300g/L，氧化铁5.5g/L，游离酸度（以HCl计）0.4%；原料固含105g/L；料液温度：85℃、75℃、65℃、40℃。

随着料浆温度的降低，料浆的沉降效果变差，沉降速率变慢。通过增加絮凝剂添加量可以改善絮凝沉降效果，其中75℃、65℃下的絮凝剂添加量增大至0.37kg/t干白泥时，沉降效果较好。当料浆温度降至40℃时，虽絮凝剂添加量已增至0.6kg/t干白泥，但其沉降效果依然较差。

2 中试装置系统试验

氧化铝中试装置第七次全系统试验运行139天，液固分离洗涤系统工艺流程为：溶出车间产生的稀释矿浆与高效絮凝剂在分离沉降槽混合，加快液固分离，上层清液进入深层过滤，沉降槽底流依次进入一洗槽至六洗槽，与六洗槽来的洗涤水进行逆向洗涤。该工序中主要考察的指标是外排白泥的附氯（目标9kg/t-干白泥），影响该指标的主要因素为第六级洗涤槽的氯化铝浓度。试验结果总结如下：分离沉降槽溢流液中AlCl3平均浓度246.18g/L；浮游物平均含量0.15g/L。白泥分离洗涤系统运行效果良好，洗涤槽方面：一洗～六洗槽溢流AlCl3浓度分别为：129.64g/L、78.07g/L、56.46g/L、37.64g/L、20.86g/L、12.11g/L，溢流浮游物分别为：0.10g/L、0.12g/L、0.09g/L、0.12g/L、0.11g/L、0.13g/L。一洗～六洗底流AlCl3浓度略高于溢流溶液中AlCl3浓度，底流固含分 别 为：393.59g/L、372.31g/L、376.62g/L、356.93g/L、356.15g/L、336.02g/L。各级沉降槽固含并未出现梯度差，底流AlCl3浓度梯度变化明显，有利于提高洗涤效果。絮凝剂添加量方面，总体平稳，絮凝剂添加量为0.36kg/t-干白泥。外排白泥指标方面，外排白泥附氯为8.67kg/t-干白泥，白泥附铝2.67kg/t-干白泥，平均白泥附液率43.72%[2]。

3 结论

采用新型絮凝剂对粉煤灰酸法生产氧化铝工艺溶出料浆开展实验室系统研究，掌握了新型絮凝剂对溶出料浆液固沉降分离性能的影响及具体参数。将实验室研究成果进行工业化中试后，液固沉降分离各项指标全部达到预期目标，说明采用“沉降分离+六次洗涤”的连续沉降分离洗涤工艺具有可行性。同时，该工艺技术可为30万吨/年高铝粉煤灰工业化示范项目液固分离工艺设计及运行提供依据和支撑。