王磊，陸玉，王加文

（中國鋁業(yè)山東分公司氧化鋁廠，山東淄博255052）

拜耳法流程中碳酸鈉升高的原因分析及降低措施

王磊，陸玉，王加文

（中國鋁業(yè)山東分公司氧化鋁廠，山東淄博255052）

由于鋁土礦中鈣、鎂化合物在溶出過程中形成碳酸堿以及鋁酸鈉溶液吸收空氣中CO2形成碳酸鈉等原因，導(dǎo)致流程中碳酸鈉濃度升高、溶出率低、蒸發(fā)器能耗升高等不利影響。通過抑制反苛化反應(yīng)、強(qiáng)化結(jié)晶析鹽、采用機(jī)械攪拌以及將拜耳法精液與燒結(jié)法精液合流碳分等措施，減少了流程中Nc的循環(huán)累積，蒸發(fā)母液中Nc濃度由46.59 g/L降為30.57 g/L。

氧化鋁生產(chǎn)；拜耳法；碳酸鈉；循環(huán)累積

2009 年中國鋁業(yè)山東分公司（簡稱山鋁）在原有燒結(jié)法生產(chǎn)流程基礎(chǔ)上，新上40萬t拜耳法生產(chǎn)線，在產(chǎn)量逐漸提高的同時(shí)，流程中的Nc（以Na2CO3形態(tài)存在的Na2O）濃度也在逐漸積累升高，對(duì)拜耳法氧化鋁溶出、分解及蒸發(fā)工序造成了嚴(yán)重影響。拜耳法精液、種分母液及蒸發(fā)母液中Nc/NT（NT指以苛性堿和碳酸堿形態(tài)存在的堿的總和）濃度急劇升高，其中蒸發(fā)母液Nc/NT高達(dá)19.85%。這部分Nc如果不加以排除，將會(huì)在流程中逐漸累積，降低循環(huán)效率、影響溶出效果、同時(shí)增加堿耗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)生產(chǎn)事故。

1 拜耳法生產(chǎn)中碳酸鈉形成的原因

1）在鋁土礦中含有少量的方解石CaCO3和白云石CaCO3·MgCO3，在溶出過程中它們極易分解，將苛性堿轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釅A，造成苛性堿的損失。主要發(fā)生反應(yīng)如下：MeCO3＋2NaOH＝Na2CO3＋Me（OH）2（Me表示鈣或鎂）。

2）拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程中，鋁酸鈉溶液會(huì)吸收空氣中的CO2形成碳酸鈉，每進(jìn)行一次拜耳法循環(huán)，大約有3%的苛性堿變成碳酸鈉。

3）種分分解槽有空氣攪拌和機(jī)械攪拌兩種形式，山鋁部分分解系統(tǒng)部分分解槽使用空氣攪拌，在空氣攪拌過程中，大量CO2進(jìn)入鋁酸鈉溶液中，發(fā)生碳酸化反應(yīng)，形成碳酸堿：2NaAl（OH）4＋CO2＝2Al（OH）3＋Na2CO3。

4）拜耳法大幅提產(chǎn)后，燒結(jié)法不能完全消化拜耳法赤泥，大部分拜耳法赤泥與燒結(jié)法赤泥混合輸送過濾后堆存，造成堿耗升高。為回收這部分苛性堿，山鋁對(duì)返回赤泥濾液進(jìn)行石灰乳苛化，苛化漿液返回拜耳法洗滌系統(tǒng)。受濾液浮游物、石灰乳有效鈣濃度、苛化溫度等影響，苛化反應(yīng)不完全或反苛化都將造成系統(tǒng)中碳酸鈉累積升高。

2 系統(tǒng)Nc升高的危害

1）導(dǎo)致溶出系統(tǒng)的溶出速度慢，溶出率低。種分母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后溶出下一批鋁土礦，當(dāng)循環(huán)母液溶出鋁土礦時(shí)，因?yàn)檠h(huán)母液中部分苛性堿已與氧化鋁結(jié)合成鋁酸鈉，這部分苛性堿不參與鋁土礦中溶出氧化鋁的反應(yīng)（即惰性堿），加上蒸發(fā)系統(tǒng)中碳酸鈉升高，母液苛性比值降低，溶出過程中溶液的未飽和度降低，溶出速度慢，溶出率低。此外，循環(huán)堿量升高，也不利于循環(huán)效率的提高［1］。

2）破壞沉降槽動(dòng)態(tài)平衡，沉降槽易跑混。由于循環(huán)母液苛性比值偏低，鋁土礦溶出率低，赤泥產(chǎn)出量升高，沉降槽不易操作，一旦破壞沉降槽動(dòng)態(tài)平衡，將造成沉降槽的跑混。此外，系統(tǒng)碳酸鈉升高后，造成稀釋漿液苛性比值偏低，鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性較低，在分離、洗滌工序易發(fā)生水解，也會(huì)導(dǎo)致沉降槽出現(xiàn)跑混現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響袋濾機(jī)過料。

3）造成蒸發(fā)器能耗升高。在蒸發(fā)過程中，隨著全堿濃度的升高，碳酸鈉的溶解度降低，在蒸發(fā)器中循環(huán)積累到一定程度便結(jié)晶析出，在蒸發(fā)器壁上形成結(jié)疤，降低蒸發(fā)器的傳熱效率［2］。此外，隨著碳酸鈉升高，苛性堿降低，為滿足溶出工序的苛性比要求，蒸發(fā)器被迫提高蒸發(fā)濃度，最終造成蒸發(fā)器能耗升高，不利于生產(chǎn)成本的降低。

3 降低流程N(yùn)c的措施

3.1 控制苛化條件，抑制反苛化反應(yīng)

在拜耳法生產(chǎn)中，一般采用石灰法進(jìn)行苛化。主要反應(yīng)如下：Na2CO3＋Ca（OH）2＋aq＝2NaOH＋CaCO3＋aq。

由于水中碳酸鈣的溶解度比氫氧化鈣小，隨著苛化過程的進(jìn)行，溶液中OH-逐漸增高，而使氫氧化鈣的溶解度降低，與此同時(shí)，溶液中碳酸根離子隨苛化反應(yīng)的進(jìn)行逐漸降低，使碳酸鈣的溶解度下降，所以碳酸鈉不能完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉，只能達(dá)到一定的平衡［3］。石灰添加量過大，尤其是石灰煅燒質(zhì)量欠佳時(shí)，隨著苛化反應(yīng)的進(jìn)行，反苛化反應(yīng)也在同時(shí)進(jìn)行，反應(yīng)如下：3CaCO3＋2NaAl（OH）4＋4NaOH+aq＝3CaO·Al2O3·6H2O＋3Na2CO3＋aq。

生產(chǎn)上通過嚴(yán)格控制石灰乳有效鈣濃度，確保石灰乳有效鈣在220 g/L以上，同時(shí)嚴(yán)格按照CaO/ Na2O＝1.2添加石灰乳，有效抑制反苛化量。

3.2 強(qiáng)化結(jié)晶析鹽操作

山鋁利用二段蒸發(fā)工藝進(jìn)行結(jié)晶析鹽，蒸發(fā)NT濃度提高至280～300 g/L，沉降分離后利用40 m2轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)過濾，結(jié)晶鹽進(jìn)入燒結(jié)法配料，濾液進(jìn)入拜耳法配料。利用40 m2轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)相對(duì)壓濾機(jī)可有效控制濾餅水分，降低附液進(jìn)入燒結(jié)法的倒補(bǔ)堿現(xiàn)象，并實(shí)現(xiàn)過濾機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于強(qiáng)制循環(huán)出料溫度較高，通過對(duì)沉降槽流程進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器出料在沉降槽中循環(huán)緩沖。隨著溫度降低，溶液過飽和度進(jìn)一步提高，促進(jìn)二次結(jié)晶的形成，有利于提高過濾機(jī)產(chǎn)能。通過穩(wěn)定強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)料量、濃度，避免因氧化鋁、苛性堿濃度影響，而造成結(jié)晶鹽黏度大、粒度細(xì)、沉降效果差現(xiàn)象的發(fā)生，減少濾液浮游物含量，達(dá)到強(qiáng)化排鹽的目的。

3.3 改造種分風(fēng)攪拌系統(tǒng)

新建種分槽攪拌系統(tǒng)全部改用機(jī)械攪拌。這主要由于機(jī)械攪拌具有動(dòng)力消耗低、攪拌時(shí)固體顆粒在整個(gè)槽內(nèi)分布均勻、循環(huán)量高、結(jié)疤少的優(yōu)點(diǎn)，與空氣攪拌相比較最大的優(yōu)點(diǎn)是避免了鋁酸鈉溶液與CO2的接觸，減少了溶液碳酸化的反應(yīng)發(fā)生，有效降低流程碳酸鈉含量［4］。

3.4 拜耳法精液與燒結(jié)法精液合流碳分

拜耳法精液與燒結(jié)法精液合流進(jìn)行碳酸化分解，碳分母液進(jìn)入燒結(jié)法系統(tǒng)配料。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)格控制混合精液A/S（鋁酸鈉溶液中Al2O3與SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比），拜耳法精液與燒結(jié)法精液按照體積比6:4進(jìn)入連續(xù)碳酸化分解，小時(shí)碳分混合精液體積100 m3，拜耳法精液NT、Nk（以NaAlO2和NaOH形態(tài)存在的Na2O）、Nc分別為173.85 g/L、142.00 g/L、30.53 g/L，進(jìn)行碳酸化分解后，每小時(shí)排除拜耳法系統(tǒng)碳酸鈉1 831.80 kg（60×30.53）。拜耳法精液量按15 000 m3/d進(jìn)行組織。經(jīng)過碳分分解后，這部分碳酸鈉進(jìn)入燒結(jié)法配料，可降低拜耳法精液碳酸鈉濃度2.93 g/L（1 831.80×24/15 000）。

4 改進(jìn)效果

通過以上措施，山鋁拜耳流程中碳酸鈉含量大幅度降低，改進(jìn)前（2009-11～2010-03）后（2010-03～06）測定的系統(tǒng)碳酸鈉濃度平均值見表1。

表1 改進(jìn)前后拜耳法流程中Nc濃度（g/L）變化

對(duì)回廠赤泥濾液進(jìn)行苛化，降低流程N(yùn)c的同時(shí)，降低堿損失。通過加強(qiáng)石灰乳有效鈣的控制及添加量，預(yù)防或抑制了反苛化反應(yīng)，在保證苛化率的同時(shí)減少Al2O3損失，減少流程中Nc的循環(huán)累積。強(qiáng)化結(jié)晶析鹽操作，增加循環(huán)流程，增加結(jié)晶量，成為降低拜耳系統(tǒng)碳酸鈉含量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，除鹽效果明顯。種分分解采用機(jī)械攪拌取代原有空氣攪拌，有效減少了鋁酸鈉與CO2的接觸，對(duì)系統(tǒng)碳酸鈉的升高有一定抑制作用。將拜耳法精液與燒結(jié)法精液合流進(jìn)行碳分，碳分母液進(jìn)入燒結(jié)法配料，有效降低拜耳系統(tǒng)碳酸鈉，該工藝關(guān)鍵在于控制好合流精液A/S，從而保證碳分產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］楊重愚.輕金屬冶金學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

［2］楊重愚.氧化鋁生產(chǎn)工藝（修訂版）［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

［3］畢詩文，于海燕，楊毅宏，等.拜耳法生產(chǎn)氧化鋁［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［4］畢詩文.氧化鋁生產(chǎn)工藝［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

Abstract:ract:The calcium and magnesium compounds of the bauxite formed carbonate in dissolution process and the sodium aluminate solution absorbed the CO2in the air formed sodium carbonate and so on.It resulted in the concentration increase of sodium carbonate in the flow,reduced the dissolution rate of alumina and increased the consumption of evaporator energy and other adverse effect. Some improvement measures were taken,such as inhibiting the anti-causticization reaction,strengthening crystallization,adopting mechanical stirring instead of air mixing and gathering the sodium aluminate solution from Bayer process with the sodium aluminate solution from sintering process to carbonating.Therefore,it reduced the amount of Nc accumulation in process and the concentration of Nc in evaporation liquor decreased to 30.57 g/L from 46.59 g/L.

Key words: rds:alumina production;Bayer process;sodium carbonate;cycle accumulation

Reason Analysis and Reducing Measures of Concentration Increase of the Sodium Carbonate in Bayer Process Flow

WANG Lei,LU Yu,WANG Jia-wen

（The Alumina Plant of Shandong Branch of China Aluminum Co.,Zibo 255052,China）

TF821

B

1004-4620（2010）06-0019-02

2010-07-16

王磊，男，1977年生，2000年畢業(yè)于中南大學(xué)有色金屬冶金專業(yè)?，F(xiàn)為中國鋁業(yè)山東分公司氧化鋁廠生產(chǎn)運(yùn)行科調(diào)度長，工程師，從事氧化鋁生產(chǎn)工藝技術(shù)工作。