吸附法脱除有机物技术在高温拜耳法生产中的应用

张正林,杨会宾

(1.中国铝业股份有限公司广西分公司,广西 百色531499;2.中铝郑州有色金属研究院有限公司,河南 郑州 450041)

由于成矿地质和地理原因,通常三水铝石矿有机物含量较高[1-4],而一水硬铝石矿有机物含量相对较低。但近年来随着矿石品位不断下降,一水硬铝石矿中的有机物也在持续升高,这导致处理一水硬铝石的企业也开始受到有机物的严重影响。受有机物影响最大的是分解系统,随着有机物在流程中的累积,出现了分解槽内泡沫增多、分解率降低和立盘产能下降的状况。有机物对氧化铝生产流程的影响是近几年氧化铝行业的研究热点,除了对分解系统的影响,它还会导致产品质量下降、碱损失增加等一系列问题[5-6],严重影响着氧化铝生产稳定运行。国内也研究了多条有机物处理技术路线,包括湿法氧化、草酸钠苛化、有机物降温结晶析出等方法[7-12],部分技术在一些企业也实现了应用,对于稳定或降低氧化铝生产过程中有机物水平、缓解有机物对生产的影响起到了一定的作用。

采用吸附法脱除氧化铝生产流程中的腐殖质是近两年国内研发的新技术,它对于脱除氧化铝流程中的大分子有机物具有一定效果。本文对这一技术在高温拜耳法工艺中的研究和初步应用进行了阐述,其研究成果可为氧化铝企业解决有机物问题提供参考。

1 试验原料和方法

1.1 试验原料

试验所需的溶出稀释料浆和分解母液均取自氧化铝工厂生产流程,为保证试验过程溶液的稳定性,每次均取当天生产流程的物料作为试验原料。

试验所用有机物脱除剂为国内某产品,试剂型号记为S-F。

1.2 试验方法

实验室试验在恒温水浴槽内进行,试验过程中,采用机械搅拌方式使脱除剂和物料充分混合和反应。

以稀释料浆或分解母液为原料开展试验时,有机物脱除剂直接加入稀释料浆或分解母液,然后在设定条件下开始试验。试验完毕后过滤试验浆液,分析滤液吸光度和其它指标,通过与试验前滤液指标比较来判断试验效果。

溶液中有机物和草酸钠使用仪器检测,草酸钠检测方法为选择性氧化法。该有机物检测方法同离子色谱法相比较,草酸钠的检测结果相对偏高,但检测结果不影响试验的整体趋势和效果。

试验中用吸光度来表示溶液中有机物的脱除效果。由于大分子有机物一般是腐殖质类有机物,在溶液中呈黑色,这类有机物脱除后溶液的吸光度会降低。

2 试验结果与讨论

2.1 稀释料浆试验结果

取生产流程的稀释料浆进行有机物脱除试验,反应温度90℃,反应时间2 h。脱除剂添加量及对应的试验结果如表1所示。

表1 稀释料浆有机物脱除后吸光度变化

两组试验不同添加量下(100 ppm、300 ppm、500 ppm)吸光度变化平均值分别为:-9.53%、-22.67%和-29.87%,随着除杂剂添加量增大,吸光度的降低幅度增大。

2.2 分解母液试验结果

从生产流程取分解母液进行有机物脱除试验,反应温度50℃,反应时间2 h。

图1为不同添加量条件下,溶液中杂质析出情况。随添加量增大,析出杂质增多。

图1 0、100ppm、300ppm添加量,溶液析出杂质情况

有机物脱除前后分解母液吸光度变化如表2所示。

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表2 分解母液有机物脱除后吸光度及溶液成分变化

两组试验中,不同添加量条件下吸光度变化率平均值分别为-15.84%和-27.37%,同样是随着添加量增大,吸光度降低幅度增大。从溶液成分看,有机物脱除前后溶液成分均在分析误差范围内,有机物脱除过程未造成溶液氧化铝损失。

对有机物脱除前后溶液中草酸钠、有机碳浓度进行了分析检测,结果如表3所示。

表3 分解母液有机物脱除后有机碳、草酸钠浓度变化

从单次实验数据看,使用添加剂后,分解母液中草酸钠、有机碳有降低趋势,规律性较好。如果氧化铝流程持续添加有机物脱除剂,则溶液净化会呈现一定程度的叠加效果,有机物脱除效果会更好。

2.3 工业应用效果

在实验室试验基础上,将此有机物脱除剂进行了工业应用,以考察其工业应用效果。需要说明的是,此次工业试验只对工厂的部分溶液进行有机物脱除,这部分溶液约占工厂总液量的20%。脱除剂添加在溶出后的赤泥处理系统,脱除剂充分吸附有机物后随赤泥一起排出流程。根据生产实际情况和试验需要,脱除剂添加量在20～150 ppm之间进行调整。

2.3.1 工业试验有机物脱除效果

工业试验期间,在脱除剂稳定添加、流程生产组织基本稳定的情况下,对溶液净化前后关键数据进行对比,可以判断有机物单次脱除后的溶液净化效果。

工业试验数据及效果见表4。

表4 有机物脱除工业试验数据和效果

从表4可以看出,此次工业试验期间,受生产波动和检测结果误差的影响,有机物脱除前的稀释液中草酸钠和有机碳均在一定范围内波动。从整体来看,脱除剂添加后溶液中草酸钠、有机碳和吸光度分别降低4.59%、4.01%和8.10%。

2.3.2 试验期间精液吸光度变化

如前所述,此次试验是对工厂的部分溶液进行有机物脱除净化,而每经过一个生产周期,这部分净化的溶液都会和全厂的溶液混合到一起。工业试验期间,对全厂其它生产系列的精液吸光度进行了抽测,由于不同生产系列之间液量有交叉和混合,所以这些系列吸光度变化基本可以反映出全厂精液吸光度的变化趋势。

测试结果如表5所示。

表5 工业试验期间不同系列精液吸光度变化

对工业试验期间吸光度平均值进行趋势分析,如图2所示。

从图2可以看出,工业试验期间,精液吸光度整体呈下降趋势,这说明虽然此次只对工厂的部分溶液进行了有机物脱除,但由于不同生产系列的溶液存在着交叉和混合,全厂的溶液均取得了一定程度的有机物脱除净化效果。同时,从大量生产统计数据看,有机物脱除剂未造成铝酸钠溶液中氧化铝损失。

图2 工业试验期间全厂精液吸光度随时间变化趋势

3 结 论

(1)实验室试验表明,有机物脱除剂可有效降低溶液吸光度,且随着添加量增大,吸光度降低幅度增大;铝酸钠溶液中有机物被脱除后,溶液中草酸钠、有机碳均有一定程度的降低。由于溶液中显色的有机物占比较小,所以尽管溶液吸光度降低幅度较大,但有机碳降低幅度相对较小。即便如此,由于大分子量有机物粘度较大,其脱除后对于生产上控制溶液泡沫、提升分解系统分解率仍会产生积极的作用效果。

(2)工业试验数据表明,有机物脱除后,溶液中草酸钠、有机碳和吸光度分别降低4.59%、4.01%和8.10%;虽然对部分溶液进行了有机物脱除净化,但全厂溶液吸光度整体呈下降趋势。

(3)由于此次试验规模较小,只对生产系统部分溶液进行了有机物脱除,虽然从数据上看已经体现出一些效果,但生产操作上的整体改善效果还未完全体现。