姜學(xué)海
(中鋁國(guó)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(duì)絮凝劑的配制和使用條件關(guān)注較少。通過(guò)對(duì)絮凝劑特性的分析和數(shù)據(jù)對(duì)比試驗(yàn)，確立了合成高分子絮凝劑在生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)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(guò)程中，溶出后的赤泥漿液是一種由鋁酸鈉溶液和不同粒級(jí)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(guò)沉降分離，葉濾機(jī)過(guò)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(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。各氧化鋁廠家經(jīng)常因?yàn)槌嗄鄳腋∫翰荒茉诔两挡壅７蛛x而壓迫溶出系統(tǒng)停料，同時(shí)葉濾機(jī)因?yàn)橐缌鞲∮挝锾叨?fù)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(guò)多年的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn)，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(guó)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(duì)絮凝劑的溶解方式、存放時(shí)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(dá)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(lái)說(shuō)，天然高分子絮凝劑在赤泥分離過(guò)程用量大，沉速較慢，還可能導(dǎo)致鋁酸鈉溶液中有機(jī)物含量過(guò)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(diǎn)吸附，這緣于赤泥中非平衡態(tài)的固體表面有陽(yáng)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(qiáng)的作用力，絮凝劑與赤泥產(chǎn)生吸附后，形成絮團(tuán)，通過(guò)重力場(chǎng)的作用進(jìn)行沉降，達(dá)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(jiǎn)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(tuán)，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(jìn)溶解，但一般不宜超過(guò)50℃，以防止降解及產(chǎn)生其他反應(yīng)。水解PAM會(huì)同溶液中的多種金屬陽(yáng)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(tuán)。
常見(jiàn)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(shí)，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(shí)，由于顆粒的溶劑化較強(qiáng)，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(tuán)。生產(chǎn)中通過(guò)提高漿液苛性比、溫度或加入含鈣物質(zhì)來(lái)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(duì)液固分離也提出了更高的要求，開(kāi)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(guò)程中具有鮮明的特征。(1)作用力強(qiáng)，形成的絮團(tuán)穩(wěn)定性好。以燒結(jié)法為例，當(dāng)溶出黃料時(shí)，加入異羥肟類絮凝劑后，沉降性能相對(duì)于聚丙烯酸鈉有明顯的提高。(2)沒(méi)有誘導(dǎo)期，吸附速度快。試驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)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(shí)用中很重視它的水溶性，一般認(rèn)為粘度和分子量愈大，絮凝效果會(huì)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。沉降實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著溫度升高溶解時(shí)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(shí)，由于高溫水溶液會(huì)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(gè)班提前配制絮凝劑以備下個(gè)班用。如此高的溫度配制．且再陳放數(shù)小時(shí)，因此，在遇到沉降槽跑渾時(shí)，絮凝劑的效果當(dāng)然不能發(fā)揮其盡。筆者多次在實(shí)驗(yàn)室配制絮凝劑的實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)內(nèi)即可將粉狀絮凝劑化解均勻。另外，向水溶液里加進(jìn)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(jiàn)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(diǎn)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(yàn)室配制絮凝劑時(shí)攪拌速度應(yīng)小于200r／min，在生產(chǎn)上常用的掛鏈?zhǔn)綌嚢柁D(zhuǎn)速控制在30r／min左右，輸送時(shí)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(guò)大時(shí)，會(huì)降低絮凝效果，同時(shí)沉降槽中會(huì)出現(xiàn)粘稠的膠團(tuán)。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(guò)大，一方面會(huì)導(dǎo)致垮槽事故，另一方面會(huì)造成鋁酸鈉溶液中有機(jī)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(shí)，赤泥沉降速度反而下降。
2．4 添加點(diǎn)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(tuán)，一般選擇向料漿進(jìn)料管中直接加入絮凝劑，以便使絮凝劑在進(jìn)沉降槽之前就與料漿充分混合。此時(shí)，加入點(diǎn)的選擇非常重要，由于沉降槽進(jìn)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(jìn)料口太遠(yuǎn)的位置選擇加入點(diǎn)，以免破壞分子鏈。
某氧化鋁廠在離沉降槽進(jìn)料口的不同位置加入合成絮凝劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(diǎn)明顯偏低。說(shuō)明該廠絮凝劑加入點(diǎn)應(yīng)選擇在距進(jìn)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(hào)不同，所以應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定絮凝劑的最佳添加點(diǎn)。
2．5 其他因素對(duì)沉降性能的影響
氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中鋁土礦的礦物組成和赤泥懸浮液固含對(duì)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(guò)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(duì)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(jìn)入赤泥濃縮層時(shí)置換出大量溶液向上流動(dòng)，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(yǔ)
(1)從絮凝劑的特點(diǎn)看出，當(dāng)鋁土礦中含有不利沉降的針鐵礦時(shí)，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(shí)水溶液溫度不應(yīng)超過(guò)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?zhǔn)綌嚢杷俣纫话阍?0r／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(shí)會(huì)降低絮凝效果，同時(shí)沉降槽中會(huì)出現(xiàn)粘稠的膠團(tuán)；過(guò)量的添加絮凝劑會(huì)使溶液更加粘稠，反而會(huì)降低沉降速度。
(4)進(jìn)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(hào)來(lái)選定絮凝劑的最佳添加點(diǎn)。
(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(huì)影響絮凝劑的沉降性能。
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