1、赤泥的分离和洗涤1一 概述1 分离洗涤步骤：1.1 赤泥浆液稀释：（一般要加絮凝剂）溶出的赤泥浆液进入搅拌槽，用赤泥弄洗液稀释，搅拌均匀后进入送入沉降槽。稀释的目的（作用）：（1）降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解（2）使铝酸钠溶液进一步脱硅：稀释使溶液的浓度降低，二氧化硅的过饱和度增大；溶液中有大量的赤泥粒子作种子；溶液的温度较高，有利于脱硅反应。（3）有利于赤泥分离：根据斯托克斯公式，稀释后黏度降低。（4）便于沉降槽的操作12 沉降分离：在沉降槽内，槽中的上清液溢流至铝酸钠溶液收集容器，经叶滤送去分解析出氢氧化铝，卸渣口排出的浓赤泥浆为底流。排出的赤泥送入混合槽。有些拜耳法氧化铝厂在稀释浆
2、液进入分离沉降槽之列，先将大于 150#筛(100u m)的粗粒分离，即所谓“除砂”处理，以防止它在沉降槽、过滤机和管道中沉淀而造成堵塞。此外，砂状粗粒与细粒相比，洗涤用水较少，有利于流程中的水平衡，还可降低能耗。除砂的多少取决于铝土矿的来源，与磨矿方法关系不大。其除砂装置有：耙式分级机、水力旋流器、分级槽，砂子一般含水 30%，日本横滨厂则采用的是分级槽，大于 60#筛(250 u m)的粗粒自分级槽底流排出，再用螺旋分级机二次洗涤后作水泥原料。1.3 赤泥反向洗涤：用前一周期洗涤液通过搅拌清洗混合槽中赤泥，在再由混合槽输送至洗涤沉降槽分离，洗涤次数要在 5-7 次，洗到赤泥中的氧化钠的损失
3、为 0.3%-1.8%1.4 粗液控制过滤：2末次洗涤后的赤泥再经过一次过滤，使赤泥含水量降低到 45%以下， 即可成为净赤泥。2 赤泥的分离与洗涤：2.1 目的：赤泥分离的目的：将稀释矿浆中的铝酸钠溶液和赤泥分开，以获得工业上认为纯净的铝酸钠溶液。赤泥洗涤的目的：回收赤泥中带有的氧化钠和氧化铝，减少以附液形式损失于赤泥中的氧化钠和氧化铝。2.2 赤泥稀释、沉降分离与洗涤流程：2.2.1 流程图：（1）工艺流程图：3（2）设备流程图：2.2.2 两种流程：在沉降槽中进行赤泥分离时，溶液在沉降槽中的停留时间为 5-12h，作业温度在 95 度以上，以利于沉降和防止或减少铝酸钠溶液的分解。从分离沉
4、降槽得到的赤泥含有一定量的铝酸钠溶液，需要一系列串联的洗涤槽中进行反向洗涤。洗涤次数取决于最后赤泥是否过滤。如不过滤，一般需洗 4- 6 次；如果过滤，则需 23 次。因此，目前氧化铝生产赤泥分离工序中应用的主要有下列两种工艺流程：（1）沉降分离槽+连续多次反向洗涤槽的流程：这是目前较普遍采用的流程。耗水量较多，但易于管理，且能充分洗涤。所需的洗水量和洗涤级数要根据设备费、人工费和当地的苛性钠价格等最佳条件来决定。（2）沉降分离槽+23 级洗涤槽+转筒过滤机的流程3 拜耳法赤泥沉降及压缩性能：3.1 沉降性能：用赤泥颗粒沉降速度表示。 （沉降速度越大，沉降性能越好，可提高沉降槽产能）生产规定以
5、 10 分钟或 5 分钟的沉降速度为参考。 （即以 100ml 量筒取满赤4泥浆液，沉降 10 分钟或 5 分钟后观察清液层高度作为赤泥的沉降速度，单位为mm/10min）3.2 压缩性能：用压缩液固比和压缩速率表示。（1）压缩液固比：赤泥浆液在接近生产的实际条件下静止沉降，经过长时间得到的最终稳定泥层的液固比（生产上一般指沉降 30min 后的浓缩赤泥浆的液固比。越小越好）（2）沉降高度百分比：指一定体积（100ml）的赤泥浆沉降一定时间（30min）后，赤泥层高度与浆液总高度的百分比。越小越好（3）压缩速率：达到压缩液固比所需的时间。越大越好4 赤泥洗涤效率:赤泥洗涤效果的好坏通常用洗涤效
6、率表示：指通过洗涤后回收的碱液占进入洗涤系统总碱量的百分比，计算公式为： kg1%10)( 氧 化 钠 量 ，吨 赤 泥 进 入 洗 涤 系 统 的 的 质 量 ，吨 弃 赤 泥 带 走 的 氧 化 钠洗 涤 效 率KG5二 拜耳法赤泥浆液特征1 拜耳法浆液：（1）浆液类型：拜耳法浆液属于细粒子悬浮液，他的很多性质与胶体相似。（2）沉降的区域：赤泥沉降过程根据溶液固含的多少分自由沉降区、过渡区和压缩区。（3）网状结构：在干扰沉降和赤泥压缩阶段形成形成网状结构是赤泥浆液的重要特征之一，网状结构的形成使赤泥的干扰沉降速度明显降低，压缩性能变坏，不利于其分离和洗涤过程。 （这种网状结构在强烈搅拌、高
7、频振荡和离心力作用下受到破坏，比如沉降槽中耙机的搅拌）2 拜耳法赤泥：（1）颜色：红色的固体微粒。（2）主要成份：以含水铝硅酸钠为主，即钠硅渣。其次还有含水氧化铁或氧化钛。因添加石灰，赤泥中还有钙钛矿及水化石榴石等。（3）密度：拜耳法赤泥的真密度约为 26 289cm3，是絮凝性强的微粒。（4）浓度：赤泥分离前浆液中的固体颗粒浓度为 510，经沉降浓缩后，浓度增到 30 一 45。（5）产量：赤泥量及其沉降特性取决于铝土矿的品位和产地，每吨氧化铝所产赤泥量为 0.6-1.0t 不等。（6）沉降速度：赤泥浆液中固体颗粒的沉降速度，视所用铝土矿的种类、预处理和溶出条件的不同而各异。前五分钟赤泥沉速
8、一般为 30-60mm5min。6三 影响赤泥沉降的因素1 矿物的形态：1.1 化学成分：降低赤泥沉降速度：黄铁矿、胶黄铁矿、针铁矿；高岭石，蛋白石；金红石。 （他们生成的水分子中吸附着较多的 和水分子）NaOHAl;)(4增加赤泥沉降速度：赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿、水绿矾；锐钛矿。 （他们生成的水分子中吸附着较少的 和水分子）aOHl;)(41.1.1 针铁矿：在高压溶出是完全脱水，生成高度分散的氧化铁，而在赤泥稀释和沉降过程中却又重新水化，变成胶态的亲水性很强的氢氧铁。将针铁矿转变为赤铁矿可以避免这一现象。1.1.2 高岭石：在溶出时生成亲水性很高的水合铝硅酸钠沉淀。1.1.3 金红石和锐钛
9、矿：锐钛矿可以大大提高赤泥的沉降；金红石使得赤泥难易沉降。1.2 赤泥颗粒的大小：根据斯托克斯公式，赤泥的沉降速度可表示为：7铝 酸 钠 溶 液 黏 度铝 酸 钠 溶 液 密 度赤 泥 颗 粒 密 度赤 泥 颗 粒 直 径重 量 加 速 度沉 降 速 度dgWd0218)(赤泥的沉降速度与赤泥粒子直径的平方成正比。 （赤泥过细使得沉降速度降低，赤泥过粗使得溶出化学反应不完全，在实际生产中一要避免赤泥过磨，二要防止赤泥跑粗，一般在 98-300um 之间为好）2 溶出浆液的稀释浓度：由于溶出后得到的氧化钠浆液浓度较高，这样的铝酸钠溶液非常稳定，无非直接分解，必须将氧化钠的浓度降低到中等浓度为 1
10、25g/l-145g/l 才可以。（这样的溶液处于介稳状态，具有一定的稳定性又不会发生水解）稀释方式：用前一周的赤泥洗涤液进行稀释，稀释后溶液稳定性降低使分解速度加快，并且可以使赤泥洗涤液中的碱和氧化铝得到回收，达到较高的分解率，使拜耳法的生产效率提高。过度稀释：如果过度稀释溶液会使其稳定性急剧下降，造成铝酸钠溶液水解，而使赤泥中的氧化铝的损失增大。另外由于进入流程的水量增大，也会增加蒸发工段的负担和费用。3 稀释浆液的温度：温度升高，会使黏度和密度下降，加快赤泥沉降。最低温度为 94 度：保证在较低浓度及低苛性比值的铝酸钠溶液在稀释后保持其温度性。4 黏度：溶液的黏度增加使赤泥的沉降速度变小
11、。铝酸钠溶液的黏度遵循下列公式：8a05 底流液固比：进料液固比为 8-12，沉降底流液固比为 3.0-4.5（若沉降时间不够使得沉降槽底流液固比大于 5 时，后面的洗涤过程无法保证，特别是 1 号洗涤沉降速度大大降低）赤泥浓缩于赤泥在压缩区的停留时间有关，它随沉降槽高度增大而增大，所以为了有较好的压缩性能，沉降槽要有一定的高度。 （推出的高度高直径小的新型沉降槽）6 絮凝剂的使用：6.1 絮凝剂的种类：6.1.1 天然高分子絮凝剂：麦类和薯类加工产品（面粉和土豆淀粉）和副产品（麦麸） 。优点：溢流清亮度高、廉价、抗剪切力强。缺点：溶解度较小、不稳定、用量大。6.1.2 合成絮凝剂：有聚丙烯酸
12、铵、聚丙烯酰胺和含氧肟酸类絮凝剂。（1）聚丙烯酸钠为胶状高分子絮凝剂，在絮凝时有 30-60 秒的诱导时间，注意加入方式（一点加入和多点加入） ；聚丙烯酰胺也有诱导时间，但用量比前者少，我国使用这个。缺点在于分离所得的滤液澄清度不够，任需要采用叶滤机进行控制过滤。（2）XH 系列絮凝剂：具有较快的沉降速度和好的上清液澄清度。6.2 絮凝剂的作用机理：絮凝剂为表面活性剂，包含极性基团和非极性基团，能够降低液固界面的表面张力，增大液固界面的接触角，促进表面活性剂在界面上的聚集。即发生吸附。两个阶段：吸附和絮凝9作用机理的表现形式：搭桥作用、脱水效应、电中和效应。6.3 影响絮凝效果的因素：6.3.
13、1 内因：絮凝剂的化学分子结构絮凝剂的相对分子质量6.3.2 外因：配置方式: 先配置成一定浓度，使其分子链成初步伸展状态，进而便于使用时得到均匀分散。应用方式:使用时应按需要量添加，用量过大时使得悬浮液成稳定的结构网，甚至使悬浮液不沉淀。添加地点：分次且多点加入（聚丙烯酰胺添加到分离沉降槽的总分料箱比加到稀释槽泵的出口处效果显著提高）水解度赤泥的沉降分离应水解度的不同而产生不同的絮凝效果。 （部分水解的最好）赤泥浆液的浓度。6.4 絮凝剂的配置：水温度：70-85 度水中浮游物：小于 15mg/l加入量：每吨于赤泥加入 0.1-0.2kg 国产 A1000 号絮凝剂。国产絮凝剂要散开加入槽内
14、，搅拌 4-5 小时，使其充分溶解后，再把配置好的絮凝剂用计量泵打入沉降槽。进口絮凝剂用专用工具加入槽内，搅拌 1-2 小时，使其充分溶解后，再把配置好的絮凝剂用计量泵打入沉降槽中。7 有机物：（1）黄腐酸：随着黄腐酸增加，底流压缩液固比增大，赤泥压缩性能急剧恶化。（2）黑腐酸：同样恶化赤泥沉降，但并没有黄腐酸厉害，它不随黑腐酸的浓度10增加而变化，且含量也没有黄腐酸多。四 赤泥沉降设备1 沉降槽：1.1 定义：沉降槽是液固分离设备中的一种，他是利用悬浮液中固体颗粒的重力，使悬浮液分成清液和浓密矿浆的一种脱水装置。1.2 工作过程：悬浮液通过进料管加入中心加料筒内，同时加入絮凝剂，经过混合和絮
15、凝后，清液沿径向以逐渐减小的流速至周边溢出，悬浮液中的悬浮颗粒在重力作用下沉降至底部，然后由刮板刮集至底流处，存液体压力作用不断浓集，经底流排出口排出。下面为单层沉降槽：耙式单层沉降槽的示意图：111.3 沉降槽的动态原理：传统的沉降槽理论，是以间歇式沉降试验为基础，认定沉降槽中某一横截而上的液固比均等，因而形成了极限平面的概念和沉降槽产能只正比于沉降面积而与高度无关的理论。因此，在工业，生产中，尽量缩短多层沉降槽或大直径单层沉降槽的进料筒，期望料浆进入后尽快分布于整个横截面，使固体均匀下沉，清液均匀上升，形成直线柱状运动。但在连续运行的沉降槽中，情况完全不同。在直径 1 x2m 沉降槽半工业
16、试验过程中通过槽边视镜观察，只能看12到清楚的压缩泥层与清液的分界面，看不到悬浮沉降层。这说明在连续运行的沉降槽中悬浮沉降层只集中于进料筒周围的某一区域内，某一截面上的固相浓度(即液固比)是不相等的，或者说极限平面只足存某一范围内。如图所示：料浆流出进料筒时，清液向上流动，较粗颗粒初步分离直接下沉，较细颗粒则随上升液体带走，在离心力和重力的作用下，随上升流速度的减慢而不断与清液分离。随着料浆的连续进入，进料筒出口处初步分离的液体和在沉降、压缩区排出的液体不断上升，总体形成一个清液上升、固体下沉的反向干涉运动场。对于一定直径的颗粒，其所受的浮力及重力一定，沉降速度也一定(不能说值不变)。如果清液
17、上升速度大于此颗粒沉降速度，则不能分离沉降，最终进入溢流。也就是说，某一清液上升速度，对应有一临界的颗粒直径，清液上升速度越大，颗粒的临界直径要求越大，即溢流浮游物禽量越高。由于初步分离的液体受到进料筒出口以下液柱静压力的作用，其上升路线将随液柱高度的变化而改变。在图中，当液面处于高位“I”时，液柱静压较大，初步分离的液体将沿曲线上升，出口处扩散半径(d)较大，上升流比较分散，实际上升速度较小：相反，当液面处于低位“II”时，液柱静压较小，清液将沿曲线上升，扩散半径小。上升流比较集中，则实际上升速度较大，被带起的颗粒较多，带起的高度也较高，而被带起颗粒在离心力的作用下抛向液面，很难再次沉降，最
18、终使溢流浮游物升高。进料筒出口以上液柱高(h)为沉降槽的13“有效高度” ，出口处液体扩散半径(d)所构成的而积为沉降槽的“相对有效面积(S)” ，hd 为其“有效长径比” 。 “有效高度”和“有效面积” ，有一定的变量关系，即“有效长径比”是一个实际存在的特殊尺寸，必须通过特殊的试验装置来测定，并建立数学模型，这一问题有待于进一步研究。 “有效高度”越高，“有效面积”越大，在一定的清液实际上升速度下，进料量可以加大，单位面积溢流量也就越高。这就是单层沉降槽单位面积产能提高的主要原因。目前国内拜耳法分离沉降槽，单层槽和同直径的血层槽相比，单位面积产能提高了 4 倍以上，一台单层槽完全可当一台五
19、层槽运行。相反，多层槽由于有效高度”很小，实际扩大了无效面积(S)” ，从而限制了单位面积产能(设计为O 25m3m2h)。因此，对于高效单层沉降槽而言，筒体高度和进料简长度(或有效高度)是一个相辅相成的配套尺寸，笼统地考察沉降槽长径比(表观长径比)对产能及质量的影响是不完善的。 “表现长径比”小于“有效长径比”越多，则无效面积越大，不但占地面积增大，而且产能仍受到限制。相反，如果“表观长径”大大超过“有效长径比” ，则产能同样不能提高，因此时清液实际上升速度超过颗粒临界沉速，溢流质量难于保证。在工业生产中， “有效高度”还受沉降槽主体尺寸和安装高度的限制，具体来说就是料浆流出进料筒后不能直接
20、冲击压缩泥层，即进料筒出口与压缩层应有一定的距离，否则将造成无效压缩，致使底流 LS增大，溢流质量降低。另外耗机要有一定的提升范围。由于沉降、压缩区排出的液体不断上升，加上被清液带卜去的微粒需要借助液体径向流速减慢而进一步沉降，故沉降槽总面积需在一定程度上大于有效面积。1.4 分类： （1）单层沉降槽：耙式单层沉降槽（2）多层沉降槽：单位沉降面积的材料消耗和投资少，节省占地资源。14（3）高效沉降槽（4）超级沉降槽和高锥沉降槽沉降槽的产能和底流压缩程度和高度有很大关系。大型单层沉降槽：直径 30-50m、高度在 4-8m 有的达 10m 以上。 （资料表明：单层沉降槽按溢流流量计算的单位产能比
21、多层沉降槽高 1-2 倍，而赤泥压缩程度高 0.5-1 倍，因此分离洗涤效率高，分离次数可以减少，使得由6-8 次洗涤降低为 5 次）赤泥分离和洗涤的最佳工艺配置是大型平底沉降槽加深锥高效沉降槽。1.5 赤泥特点对沉降槽的影响：赤泥的氧化铝生产过程中生成的工业废物，其性松软，含碱量高，流动性差，易结疤，粒径小，液体与固体颗粒的密度差小，赤泥的沉降速度小，致使沉降槽各项指标处于一个一般水平：进料量为 100130m3h，溢流浮游物 1O -3Ogl，底流液固比3O40。随着氧化铝生产的快速发展，赤泥的分离逐渐成为氧化铝生产工艺流程中的“瓶颈” ，大大限制了氧化铝的生产发展。沉降槽的高效化对改善赤
22、泥的分离15和洗涤与提高氧化铝生产的技术经济指标尤为迫切和重要。2 过滤机：经沉降槽沉降洗涤后的底流经过赤泥过滤机再经过一次液固分离和洗涤，尽可能减少以附液形式夹带于赤泥中的氧化钠和氧化铝，过滤后赤泥堆放。将沉降槽和过滤机结合使用的方案可以减少洗水的用量，从而降低了蒸发费用。 （但对于一些燃料便宜的地区这一点是次要的。 ）其过滤机的类型为：（1）转筒真空过滤机：（2）拆带式真空过滤机：16五 拜耳法赤泥堆放干法堆存：堆存方式为：先用赤泥挚底，逐层压实筑底，筑底厚度为 600800mm。然后分区轮换堆放，靠自然蒸发进一步脱水。在干燥季节，还需要定期通过喷水装置大面积喷水，以防赤泥灰尘对空气的污染。
