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缩小溶出液与精液Rp差值总结报告

缩小溶出液与精液Rp差值技术开发

研究报告

中国铝业公司XX研究院

二〇一一年十二月

项目负责人：

XXXXXXXXX

主要研究人员：

XXXXXXXXX

报告编写：

XXXXXX

报告审核：

XXX

报告批准：

XXX

1前言

XX铝业有限公司诸多技术经济指标领先于国内拜耳法氧化铝厂，但仍然持续追求技术进步，力求精益求精。

应XX铝业有限公司委托，中国铝业公司XX研究院和XX铝业有限公司合作开展“缩小溶出液与精液Rp差值技术开发”项目研究。

该项目的主要研究内容为：

①根据现有生产流程和生产条件，分析溶出液与精液Rp差值较大的影响因素，主要包括：

溶出过程中的溶出效率分析；分离、沉降、洗涤过程的水解分析；氢氧化铝的洗涤分析；苛化原液的苛化分析等。

②模拟生产条件，确定合理的溶出液与精液Rp差值。

③通过优化计算和比较分析，提出缩小溶出液与精液Rp差值的方法和途径。

④进行工业试生产。

该项目要达到的目标：

①入磨矿石A/S在4.5±0.5波动时，正常生产过程中溶出矿浆Rp≥1.15，溶出赤泥A/S≤1.20。

②溶出矿浆与精液Rp差值由目前的0.08缩小到0.06以内。

③精液产出率提高2.0kg/m3以上。

6月初XX研究院项目组人员入驻XX铝业有限公司开展工作。

相继对溶出、稀释、赤泥分离洗涤、铝酸钠溶液分解、氢氧化铝洗涤以及苛化等工序进行了调研。

完成了影响溶出液与精液Rp差值的因素分析与计算，对低品位铝土矿进行了系统地溶出试验研究，确定了适宜的溶出条件。

在此基础上，提出了缩小溶出液与精液Rp差值的方法和途径，确定了合理的溶出液与精液Rp差值；给出了适宜的溶出条件，可确保在入磨矿石A/S在4.5±0.5波动时，正常生产过程中溶出矿浆Rp≥1.15，溶出赤泥A/S≤1.20。

平盘强滤液及蒸发苛化浆液不进入稀释分离系统是缩小溶出液与精液Rp值的关键；强化预脱硅过程和以化灰的方式加入石灰，是强化溶出过程的有效措施。

强滤液及蒸发苛化浆液不进入稀释沉降工序，即可确保溶出液与精液Rp差值低于0.06。

如对于A/S为4.5±0.5的铝土矿，石灰添加量5-9%，在预脱硅温度100℃，预脱硅时间6h，溶出温度265℃，溶出60min的条件下，得到的赤泥A/S在1.19以下，溶出液Rp≥1.152。

2拜耳法溶出液与精液△αK或△Rp差值的理论分析

2.1Rp和αK的定义及其关系

铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的比值，可以用来表示溶液中氧化铝的饱和程度以及溶液的不同性质，是铝酸钠溶液的一个重要参数，也是氧化铝生产中一项重要的技术指标。

我国早期大多沿用前苏联的表示方法，以αK表示Na2O与Al2O3的分子比；后来引进法铝技术的厂家则以Rp来表示，它是Al2O3：

Na2O的质量比；美国则惯用Al2O3：

Na2O质量比表示，符号为A/C，Na2O是以Na2CO3计算的。

不同表达方式的换算关系：

Rp=1.645/αK，Rp=1.71×A/C，A/C=0.9623/αK。

精液Rp是氧化铝生产的重要指标，提高精液Rp值有利于分解率和产出率的提高，高的精液Rp有利于生产砂状氧化铝，因此提高精液Rp值具有十分重要的意义。

2.2精液Rp值降低的因素分析

精液Rp值降低的原因主要有以下几个方面：

①溶出液的Rp值较低；

②稀释液的Rp值较低；

③溶液中氧化铝的水解损失；

④稀释分离洗涤过程的脱硅反应；

⑤其它低Rp的浆液进入流程；

⑥溶液的其它氧化铝损失。

稀释液Rp较低的原因分析

如果稀释液Rp较低，与溶出液混合就会降低稀释矿浆的Rp。

作为稀释液一般主要有两方面的来源：

①赤泥洗液：

赤泥一般需要经过三至四次反向洗涤，洗涤过程时间长，溶液浓度低，在洗涤过程的水解无法避免，因此赤泥洗液Rp较低是无法避免的，其它进入洗涤过程的低Rp溶液，也会进一步降低赤泥洗液的Rp值。

②氢氧化铝洗液：

其Rp值与分解母液Rp值接近，势必造成稀释矿浆液相Rp变低。

溶液中氧化铝的水解损失

溶出矿浆在稀释过程中，浓度降低，铝酸钠溶液的稳定性下降，极易发生水解。

如果采用氢氧化铝洗液作为稀释液，其带来的细氢氧化铝会加剧氧化铝发生水解。

分离、洗涤、叶滤、粗液和精液在槽子停留或输送过程中都会有水解发生。

稀释分离洗涤过程的脱硅反应

铝酸钠溶液脱硅反应生成的钠硅渣，其氧化铝与氧化钠分子比为1：

1，相应带走的氧化铝质量数较多，因此会降低溶液的Rp。

如果添加石灰进一步脱硅，造成氧化铝损失会更大，进一步降低了溶液的Rp。

其它低Rp的浆液进入流程

分离洗涤过程使用的絮凝剂；进入洗涤系统的苛化浆液；进入分离洗涤过程的污水、大坝回水；还有化清槽的溶液等其他高苛性碱溶液非正常进入流程等等都会使Rp降低。

溶液的其它氧化铝损失

溶液的其它氧化铝损失，包括加入石灰作为叶滤助剂会直接导致氧化铝的损失等。

2.3提高精液Rp及降低溶出液与精液△Rp的措施

提高精液Rp主要有两个方面的措施：

一提高溶出液Rp值，二是缩小溶出液与精液Rp的差值△Rp。

改善溶出条件，制定合理的溶出制度，能获得较高的溶出液Rp值，但针对现有的溶出系统，在铝土矿一定、循环母液浓度一定的条件下，为获得适宜的整体技术经济指标，溶出液的Rp值几乎是确定的。

氧化铝生产过程中，溶出液Rp与精液Rp不可避免地存在着一定的差值△Rp，生产条件不同此差值的大小亦不同，在溶出条件不变的情况下，缩小△Rp这一差值也就提高了精液的Rp值。

大多数情况下，氧化铝企业的溶出条件相对来说是比较稳定的，因此，就只能通过降低溶出液与精液之间△Rp来提高精液Rp。

3相关工序的工艺流程及现状分析

3.1总体工艺流程描述

XX铝业有限公司位于洛阳市西南的新安县，产能80万吨，包括两个系列，每个系列40万吨。

2006年12月第一系列建成投产，2008年8月第二系列建成投产。

采用拜耳法处理A/S为5左右的低品位矿，石灰外购，原料采用先棒磨再球磨的两段磨矿工艺。

溶出采用机械搅拌反应釜预加热溶出技术。

分离洗涤系统当前采用锥底沉降槽技术。

分解采用高固含一段法分解技术。

氢氧化铝焙烧采用流态化悬浮焙烧技术。

3.2溶出现状分析

3.2.1溶出工艺流程

溶出系统有两个系列。

从预脱硅槽来的矿浆，分别由高压隔膜泵送入一二系列溶出系统。

为溶出配料准确，在溶出进料前加入部分循环母液调整固含使溶出进料固含由原矿浆的345g/L左右降至290g/L左右进入溶出系统溶出。

原矿浆经高压泵，入缓冲槽，经六级单管二次蒸汽预热至164℃左右，再经缓冲槽，进入四级机械搅拌反应釜二次蒸汽预热至201℃左右，七级机械搅拌反应釜新蒸汽预热至溶出温度，三个机械搅拌反应釜保温溶出后，经十级料浆自蒸发器闪蒸降温至123℃左右，进入稀释槽与赤泥洗液混合后经稀释后槽进入沉降分离洗涤系统。

两个系列溶出机组的参数控制基本相同。

3.2.2溶出工艺技术指标

主要工艺技术条件：

溶出温度：

260~265℃

溶出时间：

40~45min

5、6月份石灰的主要化学成分见表1。

5、6月份矿石、溶出进料及溶出结果见表2、3、4、5。

表15、6月份石灰得主要化学成分（月平均值，%）

月份

CaOT

MgO

SiO2

CaOf

5

83.41

7.06

3.10

74.62

6

83.26

6.10

3.28

74.07

从表中可以看出，石灰的质量较差，总CaO含量为83%较低，有效CaO含量仅有74%也较低。

表25月份原料及溶出固相数据（月平均值）

料浆名称

Al2O3

（%）

SiO2

（%）

Fe2O3

（%）

CaO

（%）

Na2O

（%）

A/S

N/S

C/S

实际溶出率

（%）

相对溶出率

（%）

入磨铝土矿

59.08

11.46

10.54

\

\

5.16

\

\

\

\

原矿浆

51.26

11.07

9.86

8.33

\

4.63

\

0.75

\

\

Ⅰ溶出

24.74

20.55

15.51

12.67

6.49

1.20

0.32

0.62

76.65

95.09

Ⅱ溶出

24.41

20.51

15.80

12.69

6.59

1.19

0.32

0.62

76.92

95.43

外排赤泥

24.29

19.92

15.63

13.22

6.62

1.22

0.33

0.66

\

\

表35月份溶出工序浆液数据

料浆名称

Na2OT

（g/L）

Al2O3

（g/L）

Na2OK（g/L）

固含（g/L）

Rp

液固比

-63μ

（%）

原矿浆

258

140

232

345

0.601

3.61

72.76

Ⅰ溶出进料

233

290

Ⅰ溶出

322

341

298

232

1.144

Ⅱ溶出进料

234

292

Ⅱ溶出

323

343

298

234

1.148

表46月份溶出原料及溶出固相数据（6月份均值）

料浆名称

Al2O3

（%）

SiO2

（%）

Fe2O3

（%）

CaO

（%）

Na2O

（%）

A/S

N/S

C/S

实际溶出率

（%）

相对溶出率

（%）

入磨铝土矿

58.12

11.80

10.97

\

\

4.93

\

\

\

\

原矿浆

51.05

11.40

10.35

9.00

4.48

4.48

\

0.79

\

\

Ⅰ溶出

24.47

20.59

15.68

13.14

6.28

1.19

0.31

0.64

75.88

95.20

Ⅱ溶出

24.57

20.63

15.69

13.12

6.28

1.19

0.30

0.64

75.82

95.14

外排赤泥

24.52

20.09

16.47

12.79

6.42

1.22

0.32

0.64

\

\

表56月份溶出工序浆液数据

料浆名称

Na2OT

（g/L）

Al2O3

（g/L）

Na2OK（g/L）

固含（g/L）

Rp

液固比

-63μ

（%）

原矿浆

257

135

231

344

0.585

3.61

73.3

Ⅰ溶出进料

232

293

Ⅰ溶出

319

334

294

233

1.135

Ⅱ溶出进料

232

296

Ⅱ溶出

320

335

295

236

1.133

从上表中可以看出5、6月份，矿石品位较低，入磨A/S仅为5左右，6月份与5月份相比，矿石品位有所下降，溶出赤泥A/S较低，都在1.20以下，溶出Rp值5月份在1.146左右，6月份有所降低，溶出赤泥N/S都在0.31左右。

以入磨A/S计算相对溶出率都在95%以上，溶出效率较高。

但由于受到矿石品位较低仅5左右，实际溶出率仅有76%。

3.3稀释、分离、洗涤现状分析

3.3.1工艺流程分析

一期溶出料浆在稀释槽与一次赤泥洗液混合后进入稀释后槽，之后进入分离沉降槽。

二期溶出料浆在稀释槽与一次赤泥洗液、强滤液混合后，进入稀释后槽与叶滤渣混合之后，与一期稀释后槽料浆在沉降槽进料管与多点加入的絮凝剂混合后进入分离沉降槽。

当前用的沉降槽为锥底沉降槽。

采用一次分离四级反向洗涤方式。

稀释沉降槽的规格及停留时间见表6。

末次洗涤后的部分底流经转鼓赤泥过滤机过滤，赤泥滤饼强力搅拌后由GEHO泵送入赤泥堆场。

其余底流送热电厂由高压泥浆泵直接泵入赤泥堆场。

分离槽溢流进入粗液槽，再泵入叶滤机（同时加入助滤剂），叶滤后进入精液槽，精液与分解母液经板式换热后，与立盘过滤的晶种混合后进入分解首槽，经44小时高固含一段分解，分解后的浆液一部分经平盘过滤机，过滤、洗涤后得到氢氧化铝产品，同时得到分解母液和强滤液。

稀释分离沉降部分的工艺流程图见图1。

强滤液

图1稀释沉降工艺流程图

表6沉降分离工序主要槽体的规格体积、流量及停留时间

名称

规格（m×m）

体积（m3）

流量（m3/h）

停留时间（min）

稀释槽

5×8

126

725

10

稀释后槽

12.5×13.5

1324

725

110

分离槽

22×16

4863

1450

201

一洗槽

22×16

4863

1023

285

二洗槽

22×16

4863

1011

288

三洗槽

22×18

5471

1126

291

末洗槽

22×18

5471

1163

282

3.3.2稀释分离工艺技术条件及主要技术指标

5、6月份稀释分离、叶滤的主要技术指标分别见表7、8，5、6月份沉降槽的主要工艺指标分别见表9、10。

表75月份稀释分离、叶滤的主要技术指标

料浆名称

Na2OT（g/L）

Al2O3

（g/L）

Na2OK

（g/L）

SiO2（g/L）

固含

（g/L）

浮游物（g/L）

Rp

A/S

Ⅰ期稀释矿浆

191

194

175

1.103

108

1.111

Ⅱ期稀释矿浆

192

193

175

1.195

106

1.103

分离溢流

195

194

178

0.980

0.542

1.092

粗液

172

1.340

精液

187

185

171

0.885

0.022

1.082

209

一次洗液

68

64

62

1.029

二次洗液

25

21

23

0.898

三次洗液

8.4

末次洗液

2.9

表86月份稀释分离、叶滤的主要技术指标

料浆名称

Na2OT（g/L）

Al2O3

（g/L）

Na2OK

（g/L）

SiO2（g/L）

固含

（g/L）

浮游物（g/L）

Rp

A/S

Ⅰ期稀释矿浆

191

194

175

1.097

111

1.107

Ⅱ期稀释矿浆

192

193

176

1.196

109

1.099

分离溢流

190

188

173

0.980

0.350

1.084

粗液

173

1.500

精液

186

183

170

0.859

0.016

1.078

213

一次洗液

69

66

63

1.053

二次洗液

23

20

22

0.881

三次洗液

8.1

末次洗液

3.1

从表中可以看出5月份精液Rp为1.082，分离溢流Rp为1.092，一次洗液Rp为1.029，二次洗液Rp为0.898；6月份精液Rp为1.078，分离溢流Rp为1.084，一次洗液Rp为1.053，二次洗液Rp为0.881。

表95月份沉降槽的主要工艺指标

项目

分离沉降槽

一洗沉降槽

二洗沉降槽

三洗沉降槽

四洗沉降槽

絮凝剂单耗（g/t干赤泥）

110

19

21

21

27

底流固含（g/L）

542

497

476

484

468

底流液固比

1.9

1.8

1.7

1.7

1.7

底流流量（m3/h）

318

311

323

326

360

沉降槽温度（℃）

110

97

91

94

91

表106月份沉降槽的主要工艺指标

项目

分离沉降槽

一洗沉降槽

二洗沉降槽

三洗沉降槽

四洗沉降槽

絮凝剂单耗（g/t干赤泥）

101

21

23

25

21

底流固含（g/L）

552

513

479

490

480

底流液固比

1.84

1.74

1.74

1.68

1.64

底流流量（m3/h）

311

305

321

309

335

沉降槽温度（℃）

106

99

94

94

94

从表9、10中可以看出，从分离到一至四洗都使用了絮凝剂，分离使用的絮凝剂是洗涤的4~5倍；5、6月份沉降槽槽温控制较高，都在90℃以上。

3.4氢氧化铝洗涤现状分析

分解后的浆液一部分经平盘过滤机过滤、洗涤后得到氢氧化铝产品，同时得到分解母液和强滤液。

平盘进出物料的技术指标见表11。

表11平盘进出物料的技术指标

料浆

平盘进料浆液

平盘母液

强滤液

AH滤饼

项目

Na2OK（g/L）

固含

（g/L）

Na2OK（g/L）

Na2OK（g/L）

浮游物（g/L）

附碱（%）

含水率（%）

5月份

180

932

170

114

0.47

0.006

2.2

6月份

176

936

165

124

0.51

0.007

2.4

每吨氢氧化铝洗水0.23~0.24吨，强滤液的流量50~60m3。

5月份强滤液打入二期稀释后槽，从6月份开始后改入种分母液。

3.5苛化现状分析

当碳碱浓度较高时，一般占全碱比例超过8%时，蒸发需要开强制效蒸发至浓度为310g/L左右进行析碳碱排盐，高浓度的蒸发母液被输送至析盐沉降槽，溢流去循环母液槽调配循环母液，底流进转鼓过滤机过滤，滤液去循环母液槽，滤饼进溶解槽加水溶解到80g/L左右后，泵入石灰乳苛化，苛化后的浆液泵入一次洗涤沉降槽。

5月份蒸发排盐苛化指标见表12。

表12蒸发排盐苛化指标（苛化温度：

90℃，时间2h）

主要成分（g/L）

Na2OT

Al2O3

Na2OK

Nc

Rp

苛化效率（%）

1期强制效出口

309

2期强制效出口

312

苛化原液

184

52

90

94.04

0.578

苛化后

74

2

70

3.95

0.029

89.5

从表中可以看出，苛化后浆液Rp是很低的，苛化过程会造成氧化铝的损失。

5月排盐量，按滤饼厚度计算为1966.52吨；按苛化原液NC计算为197.03吨。

苛化消耗石灰乳6429.5m3。

5月份实产氧化铝68582.81吨，苛化后液量11925m3，5月份吨氧化铝产生的苛化后液量为0.1738m3。

苛化后的浆液在5月份泵入一次洗涤沉降槽。

苛化后的溶液Rp值很低，不宜直接进入沉降系统。

6月份开始苛化原液去热电对烟气脱硫，蒸发车间基本不再做苛化。

4影响溶出液与精液Rp差值的因素分析与计算

4.1溶出液至精液Rp的变化情况

表13为5月份溶出矿浆至精液的主要化学成分及Rp值。

表14为5月份溶出矿浆至精液的Rp变化情况。

表15为5月份一、二期溶出矿浆至稀释矿浆的Rp变化情况。

表135月份溶出液到精液的主要化学成分（g/L）及Rp值

物料名称

Na2OT

Al2O3

Na2OK

Rp

Ⅰ期溶出矿浆

322.2

340.8

298.0

1.144

Ⅰ期稀释矿浆

191.4

193.9

174.6

1.111

Ⅱ期溶出矿浆

322.7

342.7

298.5

1.148

Ⅱ期稀释矿浆

192.3

193.4

175.4

1.103

溶出矿浆均值

322.4

341.8

298.2

1.146

稀释矿浆均值

191.9

193.6

175.0

1.107

分离溢流

195.2

194.1

177.7

1.092

精液

187.3

184.8

170.7

1.082

一洗溢流

68.3

64.1

62.3

1.029

二洗溢流

24.8

21.0

23.4

0.898

注：

以上数据为5月份现场数据的平均值。

表145月份溶出矿浆至精液的Rp变化情况

料浆

Rp

工序

ΔRp

溶出矿浆

1.146

溶出矿浆到稀释

0.040

稀释矿浆

1.106

稀释矿浆到分离溢流

0.014

分离溢流

1.092

分离溢流到精液

0.010

精液

1.082

溶出矿浆到分离溢流

0.056

溶出到精液

0.064

一洗溢流

1.029

分离溢流到一洗溢流

0.063

从表中可以看出，从溶出矿浆到稀释是Rp降低最大的过程。

在5月份Rp降低了0.040，稀释矿浆到分离溢流Rp降低了0.014，分离溢流到精液降低了0.010。

另外从表中可以看出分离溢流到一洗溢流的Rp差值也较大。

表155月份Ⅰ、Ⅱ期溶出矿浆至精液的Rp变化情况

料浆

Rp

工序

ΔRp

Ⅰ期溶出矿浆

1.144

Ⅰ期稀释矿浆

1.111

Ⅰ期溶出矿浆到稀释矿浆

0.033

Ⅱ期溶出矿浆

1.148

Ⅱ期稀释矿浆

1.103

Ⅱ期溶出矿浆到稀释矿浆

0.045

从表中可以看出Ⅰ和Ⅱ期溶出矿浆Rp接近，相差仅0.004，但到稀释矿浆Rp值相差0.008，而稀释矿浆差值ΔRp相差0.012。

从溶出矿浆到精液影响Rp值变化的因素，主要为两种：

一种为物料因素，一种为化学反应。

物料因素有：

较低的一次洗液与溶出矿浆混合会导致Rp降低，这是所有氧化铝厂都无法避免的；Rp较低的平盘强滤液与溶出矿浆混合也会导致Rp降低，比如表15中Ⅰ和Ⅱ期溶出矿浆Rp接近（相差0.004），但稀释矿浆Rp却相差0.008，其中就有平盘强滤液的贡献；加入的絮凝剂都要采用一定的碱液浓度调配才能得到，这些低Rp浆液的加入也会使得精液Rp值降低；苛化浆液、大坝回水等其它加入洗涤系统的低Rp浆液最终都会通过降低一次洗液的Rp来影响稀释矿浆的Rp值。

化学反应有：

由于在稀释分离洗涤系统浆液的Rp值较高，其中的铝酸钠溶液都不稳定，发生水解反应是无法避免的；稀释分离等过程发生的脱硅反应也会导致Rp值降低；为提高粗液的过滤性能，往往要加入石灰乳，会直接导致氧化铝的损失。

4.2影响ΔRp的因素分析与计算

根据工艺现状以及前面的分析，主要考虑赤泥洗液、强滤液、苛化渣浆液、叶滤助滤剂、水解等因素，来计算分析它们对于溶出浆液Rp降低的影响。

以5月份的生产数据平均值为依据，进行单因素分析。

以溶出液为基础，各溶液的流量以吨氧化铝折算，并结合物