姜學(xué)海
(中鋁國際工程有限責(zé)任工程，北京100032)
摘要：氧化鋁生產(chǎn)中只注重絮凝劑的選型，對絮凝劑的配制和使用條件關(guān)注較少。通過對絮凝劑特性的分析和數(shù)據(jù)對比試驗，確立了合成高分子絮凝劑在生產(chǎn)應(yīng)用過程中的配制和使用條件。為絮凝劑在生產(chǎn)上的高效應(yīng)用提供了參考。
關(guān)鍵詞：絮凝劑；分子量；赤泥懸浮液；沉降性能
在拜耳法、燒結(jié)法或聯(lián)合法處理一水硬鋁石、三水鋁石或混合型鋁土礦的氧化鋁生產(chǎn)工藝過程中，溶出后的赤泥漿液是一種由鋁酸鈉溶液和不同粒級的赤泥顆粒組成的分散物系，即赤泥懸浮液。這種懸浮液只有通過沉降分離，葉濾機過濾才能得到滿足分解條件的鋁酸鈉溶液，最終分解出品質(zhì)較高的氫氧化鋁產(chǎn)品。該工序中，沉降分離效果的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的正常運行。各氧化鋁廠家經(jīng)常因為赤泥懸浮液不能在沉降槽正常分離而壓迫溶出系統(tǒng)停料，同時葉濾機因為溢流浮游物太高而負荷很重，使產(chǎn)能降低，導(dǎo)致沉降槽冒槽，出現(xiàn)員工和設(shè)備一起“累”的局面。
要抓好赤泥懸浮液的沉降分離，除在設(shè)備上選擇高效沉降槽外，還要選擇好合適的絮凝劑。經(jīng)過多年的實驗室和工業(yè)試驗，適合赤泥沉降分離的絮凝劑優(yōu)選出很多，如：麥麩、淀粉、A一1000、英國663、NALCO 9779、Ciba HP21、艾森97等。然而大多氧化鋁廠家只注重絮凝劑的選型，對絮凝劑的溶解方式、存放時間、使用濃度及添加方式有所忽略，所以，絮凝劑在生產(chǎn)使用中往往得不到較滿意的效果。本文依據(jù)絮凝劑的特性，從配制和使用方法出發(fā)，討論如何應(yīng)用絮凝劑，才能達到高效沉降的效果。
1、合成高分子絮凝劑的種類及絮凝特性
目前，廣泛應(yīng)用于氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)中絮凝劑有天然高分子絮凝劑和合成高分子絮凝劑兩大類，前者主要有：淀粉、麥麩等；后者主要包括聚丙烯酰胺類和異羥肟類絮凝劑。一般來說，天然高分子絮凝劑在赤泥分離過程用量大，沉速較慢，還可能導(dǎo)致鋁酸鈉溶液中有機物含量過高，所以氧化鋁生產(chǎn)中合成高分子絮凝劑的應(yīng)用較為普遍。合成高分子絮凝劑與赤泥易形成多點吸附，這緣于赤泥中非平衡態(tài)的固體表面有陽離子，而絮凝劑中羥基、羧基等水解后產(chǎn)生的陰離子能形成較強的作用力，絮凝劑與赤泥產(chǎn)生吸附后，形成絮團，通過重力場的作用進行沉降，達到液固分離的目的。
1．1 聚丙烯酰胺類絮凝劑
聚丙烯酰胺簡稱PAM，產(chǎn)品主要形式有水溶液膠體、粉狀及膠乳三種。粉狀產(chǎn)品若能防止結(jié)團，比膠體產(chǎn)品易溶，乳膠產(chǎn)品溶解性能最好。提高溫度能促進溶解，但一般不宜超過50℃，以防止降解及產(chǎn)生其他反應(yīng)。水解PAM會同溶液中的多種金屬陽離子相互作用，如在的體系中，這些相互作用通常導(dǎo)致生成粘稠的凝膠團。
常見的聚丙烯酸鈉(如A—lOOO)在鋁酸鈉漿液分離中，其行為主要與赤泥的種類有關(guān)，赤泥的沉降速度隨赤泥中鈦鐵礦(或鈣鈦礦)含量的增加而增加。同時，赤泥中鐵的存在形態(tài)也影響著絮凝效果。當(dāng)赤泥中的鐵以氫氧化鐵Fe(OH) 、針鐵礦FeOOH(直徑一般小于1 m)等形式存在時，由于顆粒的溶劑化較強，絮凝劑與固相表面間的作用力將更弱，難以產(chǎn)生緊密的吸附，形成絮團。生產(chǎn)中通過提高漿液苛性比、溫度或加入含鈣物質(zhì)來促使針鐵礦轉(zhuǎn)化為赤鐵礦，改善赤泥的沉降性能。
1．2 異羥肟類高分子絮凝劑
隨著氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對液固分離也提出了更高的要求，開發(fā)的異羥肟類絮凝劑(如NAL—CO 9779、Ciba HP21等)相比于聚丙烯酸(酰胺)類絮凝劑，在絮凝過程中具有鮮明的特征。(1)作用力強，形成的絮團穩(wěn)定性好。以燒結(jié)法為例，當(dāng)溶出黃料時，加入異羥肟類絮凝劑后，沉降性能相對于聚丙烯酸鈉有明顯的提高。(2)沒有誘導(dǎo)期，吸附速度快。試驗結(jié)果表明，相對于聚丙烯酸鈉，溢流的清亮度提高60％-90％。
2 、合成高分子絮凝劑高效應(yīng)用的影響因素
合成高分子絮凝劑的應(yīng)用主要決定于其在水溶液中的行為，水是它的最好溶劑，實用中很重視它的水溶性，一般認為粘度和分子量愈大，絮凝效果會愈好。不同絮凝劑有不同的絮凝效果，每種絮凝劑的高效應(yīng)用與溶解方法、溫度、攪拌速度、濃度、添加點等有關(guān)。
2．1 溶解溫度的影響
表1是用蒸餾水在不同溶解溫度下溶解聚丙烯酸鈉的一組實驗數(shù)據(jù)。沉降實驗時赤泥懸浮液固含為71 g／L；絮凝劑的使用濃度3／1 0000，添加量30g／t一千赤泥。實驗數(shù)據(jù)表明，隨著溫度升高溶解時間縮短，絮凝劑分子量降低，沉降性能減弱。尤其在75℃以上的高溫下配制時，由于高溫水溶液會降解絮凝劑的分子鏈，所以其分子量快速降低而沉速變慢。這與合成高分子絮凝劑不宜高溫溶解(最佳不高于50℃)的特性相吻合。在生產(chǎn)上為了使絮凝劑能充分溶解，常用80E左右的熱水化解配制，甚至是前一個班提前配制絮凝劑以備下個班用。如此高的溫度配制．且再陳放數(shù)小時，因此，在遇到沉降槽跑渾時，絮凝劑的效果當(dāng)然不能發(fā)揮其盡。筆者多次在實驗室配制絮凝劑的實驗時，根據(jù)絮凝劑的使用要求，用4012左右含3％～10％NaOH的水溶液在2小時內(nèi)即可將粉狀絮凝劑化解均勻。另外，向水溶液里加進2％體積的2一丙醇，可防止絮凝劑的粘度因陳放而變化。
2．2 攪拌速度的影響
合成高分子絮凝劑的粘度和分子量隨攪拌速度增加而下降，見表2數(shù)據(jù)。這是由于在快速攪拌作用下剪切力使大分子鏈伸展斷裂，纏結(jié)點的數(shù)目因此有所降低，因而導(dǎo)致分子量下降，沉降性能降低。試驗室配制絮凝劑時攪拌速度應(yīng)小于200r／min，在生產(chǎn)上常用的掛鏈式攪拌轉(zhuǎn)速控制在30r／min左右，輸送時也應(yīng)避免選用離心泵。
2．3 使用濃度及添加量的影響
在一定限度內(nèi)絮凝劑的沉降性能隨著使用濃度的增大而增大，但其最佳使用濃度應(yīng)滿足分子鏈有足夠的延伸。當(dāng)配制的使用濃度太大，分子鏈不能充分伸展，堆積密度過大時，會降低絮凝效果，同時沉降槽中會出現(xiàn)粘稠的膠團。合成高分子絮凝劑的使用濃度通常為0．02％ ～0．1％。同樣，赤泥懸浮液中絮凝劑的添加量也不是越大越好，添加量過大，一方面會導(dǎo)致垮槽事故，另一方面會造成鋁酸鈉溶液中有機物含量偏高，變得更加粘稠，降低沉速。從表3看出，當(dāng)A一1000的添加量增大到80g／t一千赤泥時，赤泥沉降速度反而下降。
2．4 添加點的影響
生產(chǎn)上為了使合成絮凝劑與赤泥懸浮液混合均勻，形成沉降絮團，一般選擇向料漿進料管中直接加入絮凝劑，以便使絮凝劑在進沉降槽之前就與料漿充分混合。此時，加入點的選擇非常重要，由于沉降槽進料管的流速通常在1．5m／s以上，管內(nèi)很容易形成紊流，破壞高分子絮凝劑的分子鏈，降低沉降效果。所以，不能在離進料口太遠的位置選擇加入點，以免破壞分子鏈。
某氧化鋁廠在離沉降槽進料口的不同位置加入合成絮凝劑，實驗結(jié)果見表4。從結(jié)果看出，10分鐘后量筒內(nèi)清液層總高基本相近，但在3m處加入絮凝劑后，料漿清液層的浮游物比其他點明顯偏低。說明該廠絮凝劑加入點應(yīng)選擇在距進料口3m處較好。各氧化鋁廠的規(guī)模不同導(dǎo)致設(shè)備的規(guī)格型號不同，所以應(yīng)通過試驗來確定絮凝劑的最佳添加點。
2．5 其他因素對沉降性能的影響
氧化鋁生產(chǎn)過程中鋁土礦的礦物組成和赤泥懸浮液固含對沉降分離性能均有較大的影響。有資料表明，鋁土礦中黃鐵礦、針鐵礦、高嶺石、蛋白石、金紅石等在生成赤泥過程中易吸附較多的Al(OH) 一、Na 和吸附水，不利于沉降分離。而有赤鐵礦、菱鐵礦、磁鐵礦、水綠釩等物相有利于沉降。
赤泥懸浮液固含對沉降分離性能的影響從表5的數(shù)據(jù)看出，隨著固含的增大，沉降速度明顯下降。主要原因是：高固含漿液的赤泥顆粒進入赤泥濃縮層時置換出大量溶液向上流動，固含愈高置換出的溶液愈多，溶液向上的流速愈大，形成干涉沉降，導(dǎo)致赤泥顆粒保持懸浮，降低沉降速度。
3、結(jié)語
(1)從絮凝劑的特點看出，當(dāng)鋁土礦中含有不利沉降的針鐵礦時，可適量添加含鈣物質(zhì)促使針鐵礦轉(zhuǎn)化為赤鐵礦，改善赤泥的沉降性能。另外，沉降系統(tǒng)選擇異羥肟類絮凝劑的前景看好。
(2)溶解絮凝劑時水溶液溫度不應(yīng)超過50℃ ；攪拌速度要偏小控制，滿足絮凝劑溶解即可，生產(chǎn)上常用的掛鏈式攪拌速度一般在30r／mln；為了加快溶解速度，可選用含堿濃度3％～10％的水溶液。
(3)合成高分子絮凝劑的使用濃度通常為0．02％～0．1％。太濃時會降低絮凝效果，同時沉降槽中會出現(xiàn)粘稠的膠團；過量的添加絮凝劑會使溶液更加粘稠，反而會降低沉降速度。
(4)進料管內(nèi)形成的紊流，易破壞高分子絮凝劑的分子鏈，降低沉降效果。所以，各氧化鋁廠應(yīng)根據(jù)自身設(shè)備的規(guī)格型號來選定絮凝劑的最佳添加點。
(5)生產(chǎn)上應(yīng)穩(wěn)定鋁土礦成分和分離沉降槽的固含，增大固含，會影響絮凝劑的沉降性能。
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