一种新型泥层界面仪在氧化铝赤泥沉降中的应用

韩 威，梁 艳

（龙口东海氧化铝有限公司，山东 龙口 265713）

拜尔法生产氧化铝的过程中，铝矾土经高温高压溶出后得到含赤泥和铝酸钠溶液的赤泥浆液。将赤泥和铝酸钠溶液分离，获得符合晶种分解要求的溶液进行下一步分解，分离赤泥经洗涤回收附着的氧化铝和氧化钠后，赤泥送往压滤工序进行下一步处理后堆存。其中赤泥与铝酸钠溶液的分离是关键，此过程在赤泥沉降槽中进行，目前国内外大多数的氧化铝厂采用深锥高效沉降槽（如图1）。深锥高效沉降槽具有一个高而陡的锥体，这个特点便于赤泥颗粒絮凝成团而沉到锥底部分[1]，因为底层流体静压强大，深锥沉降槽末次底流固含可达50%左右，便于后续工艺的进行。

图1 我国某氧化铝厂深锥沉降槽结构示意图

1 赤泥沉降分离槽的控制要点

对于持续作业的赤泥沉降槽，沿槽高度从上至下可以大致分成三个层：清液层、沉降层和浓缩层，实际上这三个层的分界线是不明显的。赤泥浆液进入沉降槽后由于重力等因素，赤泥固体颗粒开始下沉而清液上升，在任意时间液体上升的速度都应小于颗粒下沉的速度，否则沉降槽就会出现跑浑现象；同时底部浓缩层的赤泥也需稳定排出，否则长时间的赤泥固体沉降可能造成赤泥无法排出，产生积泥现象。为了最终获得沉降槽的溢流液中浮游物含量小于0.2g/L的高质量溢流铝酸钠溶液和底部液固比不大于5的合格底流，必须保证沉降槽处于平衡状态下工作。

因此能够准确掌握每一液层料位的高低、每层的固体含量，对于生产调度和指标调控都非常重要；各料浆层的厚度需得到良好的控制生产才能正常进行，控制不好容易跑浑，影响铝酸钠溶液精制，严重的情况下可能造成垮槽，对生产造成严重影响。

2 新型泥层界面仪的介绍

近年来一种新型泥层界面仪在国内外的氧化铝厂不断应用，该泥层界面仪采用先进的探头技术，成熟的软件设计分析，能够在线监测赤泥沉降槽的运行状态。这种新型泥层界面仪可以准确测量沉降槽的多个运行参数，其中包括清液层、沉降层和浓缩层各层的液位高度，清液层固体浮游物的浓度，浓缩层固体的含量以及清液层溶液的苛性碱浓度。通过上述六个运行参数的准确测量，能够为生产操作人员控制赤泥沉降作业提供很大的帮助支持。

3 新型泥层界面仪优势的分析

这种新型的泥层界面仪是一个集多种测量功能于一体的智能化测量系统，目前在国内外多个氧化铝工厂不断推广并投入使用。通过对拜耳法赤泥沉降工作原理及沉降槽控制要点的分析，结合实际生产中多项生产控制指标数据的对比，阐明新型泥层界面仪在生产使用中所带来的好处。

3.1 准确测量沉降槽各层液位防止跑浑

氧化铝生产中，当分离沉降槽的溢流浮游物＞0.5g/L，溢流就会变得浑浊，这种现象称之为沉降槽跑浑[2]。此时浆液在后续工艺的叶滤机上无法正常通过，大量的泥浆堵塞滤布，严重影响生产。短时间的跑浑，可以通过操作进行扭转；若长时间跑浑，则很难扭转，严重影响后续工艺的进行。

分析沉降槽跑浑的原因主要有：①料浆的性质，其中包括铝土矿中各种化学成分、铝土矿的溶出效果和矿浆的稀释浓度。②操作条件的控制，主要包括沉降槽的进料方式、平衡操作、絮凝剂的质量及添加量、沉降槽的温度控制。在无法控制前面工序来料性质的情况下，如何做好沉降槽的操作条件的控制就至关重要，这其中沉降槽的平衡操作更是重中之重。

通过泥层界面仪不断多次地测量沉降槽中从上到下各液面中固体的含量，从而判断出各层的液位高度，能够实时监测到沉降槽各层的高度变化情况，及时调整保证沉降槽的平稳运行，防止跑浑等不利于生产的现象发生。

3.2 测量分离槽溢流苛性碱浓度

赤泥沉降槽的一个重要目的就是获得合适浓度指标的铝酸钠溶液；降低铝酸钠溶液浓度，便于晶种分解，高压溶出后的铝酸钠溶液一般浓度较高，高浓度的铝酸钠溶液是很稳定的，不能直接进行分解，必须加以稀释而使铝酸钠溶液的氧化铝处于中等浓度，使溶液的稳定性下降，为后续的分解工序提供高分解速度和分解率、提高分解槽的产能以及拜耳法的循环效率提供条件。

目前大多数的氧化铝厂的溶液分析都在实验室中进行，通过化学方法进行分析，分析所得结果较实际生产有滞后且分析数量有限，对生产调度调控产生一定影响。此界面分析仪能够实时测量溶液中苛性碱的浓度，且经与实验室的数据进行对比发现（图2），测量数据非常准确。

图2 测量数据对比

3.3 加强清液层浮游物的控制

由于从拜耳法赤泥分离沉降槽出来的铝酸钠溶液还有一定浓度的固体浮游物，不能直接送往种子分解工序进行分解。如果不清除这些浮游物，在晶种分解时这些浮游物会随氢氧化铝一起析出，从而影响氢氧化铝产品的化学质量。清除这些浮游物的过程叫做拜耳法粗液的精制，目前工业生产上粗液精制的设备主要是立式叶滤机，叶滤机是固液分离设备，适用于低固含溶液。沉降槽溢流的低浮游物是能够使其更好地发挥自身的处理能力的必要条件。

泥层界面仪通过周期测量，可以实时监控清液层浮游物的情况，根据浮游物的情况对赤泥沉降槽的进料量、洗水量及底流出料量进行相应调整，时刻保持沉降槽的溢流浮游物处于较低的水平，为后续工艺创造良好的生产条件。

3.4 显著减少絮凝剂添加量

当前各氧化铝公司都往沉降槽中添加絮凝剂，这种添加剂已经被证明对提高赤泥沉降速度有很大帮助。絮凝剂都是包括极性和非极性两种基团的表面活性剂，能够降低固液界面的界面张力，增大固液界面的接触角，促进表面活化剂在界面上的聚集[3]。

所以在添加絮凝剂后，赤泥沉降槽料浆中微小的赤泥固体颗粒在絮凝剂的帮助下能够相互吸附絮凝成为大颗粒，加速了赤泥沉降过程。

大多数氧化铝厂使用的是合成的高分子絮凝剂，絮凝剂的售价普遍不低，大量的使用会造成生产成本增加。在使用泥层界面仪后，由于能够实时监测沉降槽的运行状态，优化控制泥层的液位，进一步优化底流密度，使沉降槽可以一直处于比较稳定的平衡状态，能够通过生产数据的累计分析，得出絮凝剂的最佳添加量，降低其单耗，降低成本。

3.5 有效抑制探头结垢，保证测量数据准确

在拜耳法氧化铝生产工序中，由于铝矾土组分的差异，添加剂和各工序条件的影响，一部分液相中的化合物会因为溶解度小而从溶液中析出，形成附在设备本体的结疤。结疤的形成对很多的计量仪表等设备会产生较大影响，影响测量数据的准确性，进而会误导操作人员，对正常生产造成影响。赤泥分离沉降槽中以Al(OH)3的结疤为主[4]。

该泥层界面仪在完成每次测量之后，设备自带的清洗平台会对缆绳及测量探头进行一定压力的水力清洗，清洗的水量和时间根据清洗的效果进行设置，正常设置时间为5s～20s，水量约为50mL/s。这样可以有效地抑制探头结疤，消除因结疤对测量结果的影响，同时减少工人日常维护的工作量。

3.6 提高赤泥沉降槽自动化控制水平

目前随着人工成本的日渐升高，国内外的氧化铝工厂纷纷提高自动化程度，减员增效。通过泥层界面仪的测量数据结果与沉降槽底流泵进行关联，根据泥层的高度自动调整底流泵的运行频率，能够有效地进行排泥，始终保证沉降槽底部赤泥处于合适的密度。

4 结语

近年来国内氧化铝的产能逐年增加，行业竞争日渐激烈，如何降本增效是各个公司都在钻研的课题，提高工厂的自动化水平，减员增效，优化生产指标，稳定生产控制都是各公司采用的方法。此新型泥层界面仪的应用，由于拥有以上的优势特点，对生产控制提供很大帮助，非常值得在氧化铝行业进行推广使用。