拜耳法生产氧化铝中脱除有机物的研究

易武平

(贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

0 引 言

近十年来，我国的氧化铝行业高速发展，全国氧化铝的产能由2010年的3 620万t剧增到2019年的8 614万t。目前，我国新建氧化铝厂基本上都采用拜耳法生产。

拜耳法生产氧化铝过程中，铝土矿中的有机物会进入溶出矿浆中，并在循环母液中不断积累。近年来，我国部分氧化铝厂有机物含量高的问题逐渐显现出来，比如平果氧化铝厂分解母液中有机碳含量就达到7 g/L。当生产中有机物含量累积到一定程度后，将对生产带来一系列不利的影响。因此，拜耳法生产氧化铝中有机物的脱除研究具有十分重要的意义。

1 氧化铝生产过程中有机物的来源及种类

氧化铝生产过程中有机物的来源主要有以下几个方面：

1.1 铝土矿

铝土矿尤其是三水铝石矿通常含有万分之几至千分之几的有机物。这些有机物可以分为腐殖酸及沥青两大类。铝土矿带入的腐殖酸类有机物约占系统中有机物总量的96 %，是拜耳法溶液中有机物的最主要来源。

1.2 有机添加剂

有机添加剂主要有：用于赤泥沉降分离及洗涤的高分子絮凝剂、分解分级过程中添加的消泡剂和结晶助剂等。

拜耳法生产氧化铝系统中有机物的种类复杂，至今为止，有机物的成分也没彻底统计出来。C.Sato等人指出，拜耳法溶液中的碳，大概96%来自于铝土矿，其中26 %是碳酸钠，18 %是草酸钠，56 %是有机钠盐。

2 有机物对氧化铝生产过程的影响

拜耳法生产氧化铝过程中，有机物含量过高将对生产带来很多不利的影响，主要体现在以下几个方面。

2.1 溶液物理性质的改变

铝酸钠溶液中有机物含量增加会使溶液的沸点、粘度、比重和比热增加，溶液粘度增大会导致物料输送阻力增大，增加泵的扬程。

2.2 影响产品质量

有机物含量增大，会导致成品氢氧化铝产品略带红褐色，有机物夹杂在产品内部会降低氧化铝产品的白度，有机物浓度增大，氢氧化铝产品容易变细易碎。

2.3 对分解分级工序的影响

(1)溶液中有机物浓度的增大，会降低晶种分解率；

(2)有机物过多会生成细粒子氢氧化铝；

(3)溶液中腐殖酸盐等有机物含量较高时，晶种分解槽内容易产生大量气泡和泡沫；

(4)溶液中有机物容易饱和析出，会加速晶种分解槽内的结疤速率。

2.4 对溶出、蒸发等工序的影响

在氧化铝溶出工序，有机物会阻碍铝土矿与溶液接触而降低铝土矿的溶出率。溶液中有机物的存在导致溶液的粘度增加，会降低赤泥的沉降速率。

在蒸发工序中，草酸盐容易在蒸发设备内析出结疤，降低设备蒸水产能。

2.5 增大碱损失量

溶液中有机物会与碱反应生成各种有机钠盐，造成生产系统碱的损失。

2.6 减少设备的有效容积

溶液中有机物含量太高时，系统的料浆在生产中会产生大量泡沫，从而减少设备的有效容积。从某氧化铝厂现场了解到，分解槽中泡沫的高度高达5 m左右，占到了分解槽体积的1/6，已严重影响到了生产的正常运行。

3 拜耳法生产氧化铝过程中脱除有机物的主要方法

拜耳法生产氧化铝过程中脱除有机物的研究一直是氧化铝行业的一个重要课题。国内外也有关于这方面的大量试验与研究，下面介绍几种有机物的脱除方法。

3.1 铝土矿焙烧法

铝土矿焙烧法是通过焙烧铝土矿中有机物，从源头上脱除铝土矿中的有机物的方法。

通过此法可脱除铝土矿中的绝大多数有机物，然而此法存在热损失大，能耗高，生产成本高等问题，此法在氧化铝行业并未得到工业化应用。

3.2 离子交换法

离子交换法是采用离子交换树脂将有机分子被交换到树脂上而实现分离的方法。

Pierre发明了让母液通过阳离子交换树脂，除去铁、硅、钛、锌等阳离子以及溶液中的有机物。然而此法成本较高，也存在树脂再生困难的问题。因此，此法在氧化铝行业并未得到工业化应用。

3.3 分解母液焙烧法

分解母液焙烧法是将分解母液与氢氧化铝混合，混合后矿浆通过高温焙烧后除去其中有机物杂质，并生成固体铝酸钠。该法存在能耗较大，设备投资高且易结疤、腐蚀等问题，此法仅在国外部分氧化铝厂得到应用。

3.4 结晶法

结晶法是通过蒸发浓缩和添加晶种等方法使铝酸钠溶液中的有机物主要是草酸钠失稳而结晶析出的方法。

国内某采用三水铝石矿生产氧化铝的厂脱除草酸盐的流程为：部分蒸发母液经蒸发站浓缩至Nk约260 g/L，先经板式换热器与循环水换热至约55 ℃，再经多级降温槽自然降温并析出草酸盐结晶，部分草酸盐结晶作为晶种返回至首台自然降温槽，其余草酸盐浆液经泵送入压滤机进行固液分离，滤液送至化清液制备工序，滤饼经厂内小堆场暂存后，定期外销处理，其流程见图1。

图1 某氧化铝厂结晶法脱除有机物流程图Fig.1 Flow chart of organics elimination by crystallization process from an alumina refinery

结晶法工艺简单成熟，设备运行要求低，草酸盐脱除率高，易于工业生产，工业应用广泛，但是存在蒸发浓缩需消耗能量，结晶会带走部分氧化铝和苛性碱，有机物脱除不彻底等问题。

3.5 细种子洗涤-石灰苛化法

细种子洗涤-石灰苛化法是利用草酸盐析出时极易吸附细颗粒氢氧化铝、易溶于热水的特点，生产上对细种子进行冷热水交替洗涤，洗涤后向洗液中加入石灰乳进行苛化反应去除草酸盐的方法。

国内某氧化铝厂采用进口澳大利亚铝土矿生产氧化铝，该矿总有机碳含量较高，经过一段时间的运行，有机物的积累已经影响了生产的正常运行。该厂采用二段分解生产砂状氧化铝的技术，一段附聚、二段长大，该工艺附聚效率的高低直接影响产品的质量，而有机物极易附聚在细种子上，因此，对细种子进行洗涤可提高细种子的活性，提高附聚效率。

“细种子洗涤-石灰苛化法”具体流程为：从分解来的富含草酸盐的细种子浆液进入细种子过滤立盘，第一级过滤采用冷水喷淋洗涤，分解母液返回分解，过滤的滤饼富含大量草酸盐，过滤的滤饼进入细种子洗涤立盘，采用热水喷淋洗涤，去除细种子表面的草酸盐，草酸盐富集在细种子洗液里面，细种子洗液进入草酸盐苛化槽，往苛化槽中加入石灰乳，石灰乳与草酸盐发生反应生成草酸钙固体，苛化反应后的浆液经沉降过滤分离后滤渣送往赤泥堆场，其流程见图2。

图2 某氧化铝厂细种子洗涤-石灰苛化法脱除有机物流程图Fig.2 Flow chart of organic elimination by fine-seed cleaning - lime causticization from an alumina refinery

该系统采用间断运行的方式，当细种子表面草酸盐富集到一定程度后开启草酸盐苛化系统，低于一定数据时停止运行该系统。通过该系统，可以将草酸盐的脱除率控制在60 %以上，维持了系统中草酸盐类的平衡，同时又将生产过程中氧化铝的损失率控制在50 %以下，稳定了生产，降低了运行成本。

细种子洗涤-石灰苛化法工艺简单成熟，易于操作，设备运行要求低，在国内外氧化铝厂应用广泛，易于工业化应用，但是石灰用量大、利用率低、铝损失等问题。

4 结 语

拜耳法生产氧化铝过程中有机物的脱除方法较多，各有利弊，大多数方法还处在研究阶段，只有少数已经取得工业化应用。从上述比较可以看出，结晶法和细种子洗涤-石灰苛化法适合草酸盐类有机物的脱除，是目前较易实现工业化应用的方法。