專利名稱:制取氧化鋁過程中的赤泥分離技術(shù)的制作方法
本發(fā)明涉及氧化鋁生產(chǎn)中添加絮凝劑的沉降分離赤泥的工藝，更具體地說是在燒結(jié)法制取氧化鋁中，添加絮凝劑的沉降法分離赤泥的工藝。
制取氧化鋁的方法有拜爾法、燒結(jié)法。在這二種工藝中所生成的熟料溶出漿液(以下簡稱漿液)中均含有赤泥，因為赤泥影響以后的工藝，必須把赤泥從漿液中分離除去。赤泥是氧化鐵、鋁硅酸鈉、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)鋁硅酸鈣、氧化鈦及其他堿不溶物，呈細粒狀，分散在整個漿液中，很難分離。赤泥的量由于氧化鋁的生產(chǎn)方法不同而異，拜爾法的赤泥量為礦石量的10～50%，隨礦石的組成的變化而變化。燒結(jié)法的赤泥量為熟料的30%～50%。如不迅速，徹低有效地從漿液中將赤泥分離出來，會大大地降低氧化鋁的回收率，影響赤泥的洗滌效率。
在拜爾法和燒結(jié)法的配料及工藝均有不同之處，因此所產(chǎn)生的赤泥的性質(zhì)，成分均有所不同，所以分離赤泥的方法也不同。
在拜爾法生產(chǎn)氧化鋁時，一般在沉降槽中用沉降法進行赤泥的分離，最初多采用天然高分子化合物例如淀粉或含淀粉的物質(zhì)如面粉、麥麩等作為絮凝劑，但絮凝效果小且用量大，影響氧化鋁的回收率，使氧化鋁的回收率降低。近些年來用有機合成的水溶性長鏈高分子電解質(zhì)逐漸代替了淀粉或含淀粉物質(zhì)。與淀粉等相比，有機合成的絮凝劑用量少，絮凝效果高。拜爾法分離赤泥所用的有機合成絮凝劑為聚丙烯酸及其鹽，丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物，以及丙烯酸、丙烯酰胺，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸的三元共聚物等各種有機合成的絮凝劑。但是由于拜爾法形成的赤泥與燒結(jié)法所形成的赤泥在性質(zhì)、成分上均不同，拜爾法分離赤泥所用的絮凝劑，直接用于燒結(jié)法赤泥的分離，均不能獲得滿意的結(jié)果。到目前為止在專利和非專利文獻中尚未看到用添加絮凝劑的沉降法分離燒結(jié)法所形成赤泥的資料。
當前，燒結(jié)法赤泥分離的工藝有沉降過濾機和沉降過濾器等方法，這二種工藝方法雖能實現(xiàn)赤泥的分離，均有較大的缺點。沉降過濾機工藝，流程長，設(shè)備多;而沉降過濾器工藝原材料消耗大，要消耗大量的過濾介質(zhì)(例如尼龍布)、鐵絲和水電等，工人的勞動強度大，工作環(huán)境惡劣，無論是冬還是夏工人都要穿膠布工作服和膠鞋進行操作。而且這二種工藝對熟料質(zhì)量和溶出條件有嚴格的要求。
法國專利FR2276857提出了含有99%至40%的聚丙烯酸和1%至60%的碳酸鈉所組成的組合物絮凝劑，但該組合物僅用于制糖過程中的廢水處理。
本發(fā)明的目的是，為實現(xiàn)燒結(jié)法赤泥的快速分離，提高赤泥的沉降速度，研究出去掉過濾機或過濾器，僅在結(jié)構(gòu)簡單的沉降槽中添加絮凝劑的沉降分離赤泥的工藝來取代設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜勞動強度大的沉降過濾器或沉降過濾機的赤泥分離工藝。減化原工藝的操作和設(shè)備，提高赤泥的洗滌效率和處理能力和氧化鋁的生產(chǎn)能力，降低建廠的設(shè)備投資及原材料的消耗，降低氧化鋁的生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟效益。
本發(fā)明的另一目的是改善工人的勞動條件，減低工人的勞動強度。本發(fā)明的又一目的是，提高赤泥分離和洗滌系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
不同的絮凝劑各有其特性，含有不同性質(zhì)赤泥的漿液亦有其特有的物理化學性質(zhì)，只有二者相適應，絮凝劑才能發(fā)揮其絮凝效力，特別是赤泥的物相組成和帶電性質(zhì)對絮凝劑的絮凝效果有較大的影響，不同性質(zhì)的赤泥需要不同性質(zhì)的絮凝劑來絮凝。選擇絮凝劑更與被絮凝的赤泥的電性有關(guān)，被絮凝的赤泥帶有陽電，應選擇帶陰電荷的絮凝劑，才能有效地使帶陽電荷的赤泥沉淀絮凝下來。眾所周知固體聚丙烯酸鈉中含有大量的-COONa，溶于水后-COONa完全離解成-COO-和Na+，是屬于帶有陰電荷的絮凝劑，而燒結(jié)法所形成的赤泥帶少量陽電荷，將聚丙烯酸的的堿金屬鹽中的一種鹽溶解在無機酸堿金屬鹽、銨鹽溶液中，由于溶液中存在著大量無機酸的堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽，使溶液中的離子強度增大，降低了聚丙烯酸鹽的表觀離解度，而使這樣組合而成的絮凝劑對帶少量陽電的赤泥具有良好的絮凝效果，這是本發(fā)明的特點之一。
本發(fā)明是一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離燒結(jié)法形成的赤泥的工藝，將分子量至少400萬的聚丙烯酸堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽溶于堿金屬的無機酸鹽的水溶液中所組成的組合物作為沉降分離燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁形成的赤泥的組合物絮凝劑，該組合物絮凝劑的組成中的聚丙烯酸堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽的濃度為0.1～18克/升，所加入的堿金屬的無機酸鹽的量使組合物絮凝劑溶液的離子強度達到0.05～1.4。配制的方法是將堿金屬的無機酸鹽加熱溶于水中，在攪拌下徐徐加入聚丙烯酸堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽，加熱使其完全溶解。將上述配制好的組合物絮凝劑溶液和待分離除去赤泥的槳液按比例分別導入一混合器中，混勻，再注入到一容器的中部，被絮凝沉降的赤泥進入容器下部的沉降區(qū)，從容器赤泥排出口排出，除去赤泥后形成的澄清液進入容器上部的澄清區(qū)，從容器溢流排出。所加入的組合物絮凝劑的量，以聚丙烯酸堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽的量計，聚丙烯酸堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽的加入量(干基)為干赤泥量的百萬分之五以上。
為了更好地分離燒結(jié)法赤泥，在絮凝劑組合物中的聚丙烯酸的堿金鹽、銨鹽中的一種鹽較好是聚丙烯酸的鋰鹽、鈉鹽、鉀鹽、銣鹽、銫鹽、銨鹽中的一種鹽，但以鈉鹽更好;堿金屬的無機酸鹽較好的是碳酸鋰、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸銣、碳酸銫等，但以碳酸鈉、碳酸鉀更佳。
聚丙烯酸鈉單獨溶于水中，加到待分離出赤泥的漿液中，也有一定的絮凝效果，但效果不如本發(fā)明的組合物絮凝劑。
表一本發(fā)明的組合物絮凝劑水溶液與聚丙烯酸鈉水溶液作為絮凝劑時對赤泥絮凝效果的比較絮凝劑 漿液 清液 赤泥含量 絮凝劑加入量 沉降速度 5分鐘比重 比重 克/升 (聚丙烯酸鈉/ 米/小時 后的固克/升 克/升 干赤泥量%) 液比不加絮凝劑 1.30 1.24 100 0 0.56 12聚丙烯酸鈉 1.30 1.24 100 0.01 4.30 4.4本發(fā)明組合 1.30 1.24 100 0.0032 8.09 3.32物絮凝劑在聚丙烯酸鈉溶液中加入碳酸鈉、碳酸鉀等無機酸鹽組成的組合物絮凝劑對赤泥的絮凝效果好，其對赤泥的沉降速度是聚丙烯酸鈉為絮凝劑時的1.88倍。
碳酸鈉、碳酸鉀對聚丙烯酸鈉有較好的助絮凝效果，但硝酸銨有更好助絮凝作用，在生產(chǎn)氧化鋁的流程中引入硝酸銨對以后的工藝有影響，還是以加入碳酸鈉、碳酸鉀為更好。加入的碳酸鈉、碳酸鉀的量以使絮凝劑溶液的離子強度達到0.05～1.4，但以離子強度0.2～0.925為佳。離子強度在0.05～1.4的范圍內(nèi)對聚丙烯酸鈉均有助絮凝效果，溶液中的離子強度在0.05～0.2和0.925～1.4之間時助絮凝效果略有減低。
隨著聚丙烯酸鈉分子量的增大，組合物絮凝效果增大，使赤泥沉降速度加快，但以聚丙烯酸鈉的分子量為900萬至1500萬為好，分子量小于900萬以下絮凝效果差，分子量大于1500萬的聚丙烯酸鈉不易溶于水，且不易合成制造。
燒結(jié)法制取氧化鋁是采用堿石灰燒結(jié)法配料，調(diào)配成合乎要求的生料漿，在回轉(zhuǎn)窯中于1250℃～1350℃進行燒結(jié)生成熟料，用含有氫氧化鈉、碳酸鈉的燒結(jié)法調(diào)整液溶解熟料形成溶出漿液(簡稱漿液)，此時熟料中的鋁以鋁酸鈉的形式進入漿液中，漿液中的固體不溶物就形成了燒結(jié)法赤泥。待分離除去赤泥的漿液中的固體不溶物(即赤泥)的含量＜200克/升，漿液的溫度為60°～95℃，漿液中氫氧化鈉和氫氧化鉀的總濃度以Na20計為90克～120克/升，鋁酸鈉以Al203計為90～130克/升，碳酸鈉和碳酸鉀的總濃度以Na20計為17～27克升，分離除去赤泥后的澄清液的Na2O/AI2O3的摩爾比為1.1～1.25。固相赤泥的粒度分布為+60篩占2.5～34.6%(篩上殘留)+160篩占11.3～50.0%。
所謂碳分母液就是精制液經(jīng)碳酸分解后所得的液相。碳分母液中含有氫氧化鈉、氫氧化鉀、鋁酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈉等物質(zhì)。由于碳分母液中含有大量的堿金屬的碳酸鹽，因此用適當稀釋后的碳分母液來溶解聚丙烯酸鈉來配制組合物絮凝劑最好。
用于燒結(jié)法分離赤泥的組合物絮凝劑最好是將聚丙烯酸鈉溶于碳分母液中配制，其好的配方為聚丙烯酸鈉的分子量在900萬～1500萬之間，聚丙烯酸鈉的濃度為0.5～10克/升，碳酸鈉、碳酸鉀的總濃度以Na2O計為5～70克/升。由于是用碳分母液配制，在此組合物絮凝劑中還含有氫氧化鈉、氫氧化鉀，它們的總濃度以Na2O計為0.5～7克升，還含有鋁酸鈉以Al2O3計為1～4克/升。
二、三價的金屬離子可與聚丙烯酸鈉形成不溶性的聚丙烯酸鹽，降低絮凝赤泥的效力，用碳分母液配制的組合物絮凝劑溶液，由于碳分母中有大量碳酸根存在可以防止二價鈣，二價鎂離子與聚丙烯酸鈉生成沉淀，以提高組合物絮凝劑的絮凝效果。
組合物絮凝劑的配制法是在一定體積的水中加入一定體積的碳分母液，使碳酸鈉、碳酸鉀的總濃度達到絮凝劑配方中所要求的濃度(氫氧化鈉、氫氧化鉀、鋁酸鈉也會在上述的濃度范圍內(nèi))混勻，升溫到30°～100℃，最好為60°～80℃，在攪拌下徐徐加入顆粒狀的聚丙烯酸鈉，使其完全溶解。
將配制好的組合物絮凝劑溶液和待分離除去赤泥的漿液按比例分別導入混合器中混勻，混合均勻后的含有絮凝劑的漿液液體從沉降槽的頂部注入到沉降槽中部，在沉降槽中保持其溫度在60°～95℃之間，沉降槽的上部為澄清區(qū)，下部為赤泥的沉降區(qū)。在赤泥沉降區(qū)的下部裝有一緩慢轉(zhuǎn)動的耙機，分離除去赤泥的澄清液從沉降槽的溢流口溢流排出，被絮凝沉降的赤泥落入沉降區(qū)的下部，在耙機的驅(qū)動下從沉降槽的赤泥排出口排出。
絮凝沉降赤泥時所加入的組合物絮凝劑的量，以聚丙烯酸鈉的量計，加入聚丙烯酸鈉(干基)的量為干赤泥量的百萬分之五至千分之三。聚丙烯酸鈉(干基)的加入量若小于干赤泥量的百萬分之五絮凝沉降速度太低，而大于干赤泥量的千分之三，絮凝沉降速度并不增大，反而略有減小，且使氧化鋁產(chǎn)品成本增大。
用本法從沉降槽中溢流出來的澄清液的浮游物的含量小于沉降過濾器的澄清液中的浮游物的含量。本發(fā)明的底流液固比和氧化鋁的分離溶出率以及熟料中氧化鈉的分離溶出率均不低于沉降過濾器的指標。例如在本發(fā)明的實驗中氧化鋁分離溶出率平均值達88.75～90.8%，沉降過濾器的氧化鋁分離溶出率為87.7%;本發(fā)明的熟料中氧化鈉分離溶出率達92.41～93.76%，而沉降過濾器的氧化鈉分離溶出率為92.38%。
本發(fā)明的優(yōu)點是第一，實現(xiàn)了燒結(jié)法的絮凝劑沉降分離赤泥的工藝，加快了赤泥的沉降速度，以結(jié)構(gòu)簡單的沉降槽代替結(jié)構(gòu)復雜的沉降過濾器，去掉了原材料消耗大，勞動繁重的過濾真空系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)，簡化了操作和生產(chǎn)設(shè)備，降低了該工藝部分的建廠投資。
第二，降低了澄清液浮游物，減少了廢赤泥的循環(huán)量，從而可以減少熟料窖的負荷，提高了熟料的品位，對熟料質(zhì)量的變化也有較大的適應性，增加了燒結(jié)法的氧化鋁的生產(chǎn)率。氧化鋁生產(chǎn)能力提高了12%左右。
第三，由于去掉了過濾真空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)，減掉這二個系統(tǒng)的備件，節(jié)約了大量過濾介質(zhì)、鐵絲、壓縮空氣、水、電等項消耗，按生產(chǎn)一噸氧化鋁計，上述消耗的費用是組合物絮凝劑費用的3.2倍，降低了氧化鋁的成本，按年產(chǎn)氧化鋁16.53萬噸計，與沉降過濾器比可得凈收入90萬元，經(jīng)濟效益巨大，減少了對環(huán)境的污染。
第四，去掉了更換過濾介質(zhì)的作業(yè)，方便了操作，減少了清理、檢修的工作量，改善了工人的勞動工作環(huán)境、勞動條件，減輕了工人的勞動強度。
用以下非限定性實施例更具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明的范圍不受這些實施例的限定。
實例1將120毫升(長250毫米)的沉降管，置于80℃的恒溫水浴中，加入5毫升80℃的組合物絮凝劑溶液，該組合物絮凝劑含碳酸鈉、碳酸鉀的總濃度以Na2O計40克/升，分子量1000萬的聚丙烯酸鈉(河南省汲縣第一化工廠產(chǎn))的濃度為1.0克/升，還含有氫氧化鈉，氫氧化鉀總濃度以Na2O計為4克/升，鋁酸鈉以Al2O3計4克/升。加入組合物絮凝劑的量，以聚丙烯酸鈉的量計，聚丙烯酸鈉(干基)的加入量為干赤泥量的萬分之二;在另一個同樣裝置的120毫升(長250毫米)的沉降管中加入80℃的蒸餾水5毫升，再與上述二個沉降管中各加入80℃的比重1.28克/升含赤泥量139克/升的漿液110毫升，混勻，測量其總高度為225毫米。經(jīng)5分鐘或10分鐘測量它們的清液層的高度。其中添加組合物絮凝劑的清液層的高度5分鐘時達139.9毫米。10分鐘后清液層高度達149.5毫米。沒有添加絮凝劑的沉降管5分鐘時清液層高度僅為53.7毫米，10分鐘后97.3毫米。
實例2基本操作同實例1，唯恒溫水浴的溫度為85℃，加入聚丙烯酸鈉(干基)的量為干赤泥量的萬分之二，漿液比重1.28克/升，漿液的赤泥含量115克/升，聚丙酸烯鈉的濃度1.0克/升。在兩管中與漿液混合均勻后的液體總高度為224毫米，5分鐘、10分鐘后添加組合物絮凝劑的沉降管清液層的高度分別為153毫米，160毫米;加5毫升水的沉降管5分、10分鐘后的清液層的高度分別為36毫米、102毫米。
實例3將800毫升水加到200毫升燒結(jié)法的碳分母液中混勻，使混勻后的溶液中碳酸鈉、碳酸鉀的總濃度以Na2O計30克/升，加入分子量1000萬的聚丙烯酸鈉1克(即其濃度為1克/升)，加熱至80℃，并保持80℃在攪拌下使聚丙烯酸鈉完全溶解。
將Al2O3/SiO2的重量比2.5，Na2O/Al2O3+Fe2O3的摩爾比為0.95，CaO/SiO2+TiO2的摩爾比為1.96的熟料溶出后形成漿液，其漿液的比重為1.30克/升，漿液中的赤泥量為100克/升，含Al2O3112克/升，Na2O90克/升SiO2 5克/升，漿液的溫度為80℃。
將80℃的組合物絮凝劑溶液與上述待分離赤泥的80℃的漿液按比例分別導入混合器中混合均勻后，從沉降槽頂部注入到沉降槽中部，混合均勻后的含有絮凝劑的漿液液體在沉降槽中保持80℃，5分鐘后上層清液的高度是混合的漿液液體的總高度的67%，浮游物量為2克/升。絮凝劑的加入量，以聚丙烯酸鈉的量計，聚丙烯酸鈉(干基)的加入量為干赤泥量的萬分之一。
實例4.5.6.7.
基本操作同實例3.唯漿液的比重為1.305克/升，含赤泥量為140克/升，添加組合物絮凝劑的量，以聚丙烯酸鈉的量計，聚丙烯酸鈉(干基)的添加量分別為干赤泥量的0，萬分之一，萬分之二，萬分之三，萬分之八，5分鐘后，清液層的高度是混合均勻的漿液液體總高度的15.1%，62.2% 68.95%.72.1%.70.8%。
實例8.9.10.11.12.13.
基本操作同實例3，唯漿液赤泥含量為110克/升，組合物絮凝劑的的添加量，以聚丙烯酸鈉的量計，聚丙烯酸鈉(干基)的加入量為干赤泥量的萬分之二，組合物絮凝劑中含碳酸鈉、碳酸鉀的總含量以Na2O計分別為5克/升，20克/升，30克/升，54克/升，70克/升，氫氧化鈉、氫氧化鉀的總含量與碳酸鈉、碳酸鉀的總含量按次序一一對應分別為0.5克/升，2克/升，3克/升，5.4克/升，7克/升，5分種后各清液層的高度分別為混勻的漿液液體總高度的45.0%.62.4%.67.8%.68.95%.67.4%.62.3%。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離赤泥的工藝，將分子量至少400萬的聚丙烯酸的堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽溶于堿金屬的無機酸鹽的水溶液中所組成的組合物作為赤泥的絮凝劑，本發(fā)明的特征是(1)分離燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁形成赤泥時所說的組合物絮凝劑中的聚丙烯酸的堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽的濃度為0.10～18克/升，加入無機酸堿金屬鹽后的組合物絮凝劑溶液的離子強度達到0.05～1.4，(2)將堿金屬的無機酸鹽加熱溶于水中，徐徐加入聚丙烯酸的堿金屬鹽，銨鹽中的一種鹽，在攪拌下，加熱使其溶解完全，(3)將配制好的組合物聚凝劑和待分離除去赤泥的漿液，按比例分別導入一混合容器中，混勻，再注入到一容器的中部，被絮凝沉降的赤泥進入容器下部的沉降區(qū)，從容器赤泥排出口排出，除去赤泥后形成的澄清液進入容器上部的澄清區(qū)，從容器溢流排出，(4)所加入的絮凝劑的量，以聚丙烯酸的堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽的量計，聚丙烯酸堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽的加入量(干基)為干赤泥量的百萬分之五以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離赤泥的工藝，其特征是，所說的組合物絮凝劑中的聚丙烯酸的堿金屬鹽、銨鹽中的一種鹽為聚丙烯酸鈉，所說的無機酸鹽為碳酸鈉、碳酸鉀。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離赤泥的工藝，其特征是，將聚丙烯酸鈉溶于碳分母液中配制組合物絮凝劑溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1、2或3的一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離赤泥的工藝，其特征是，所說的組合物絮凝劑的組成為聚丙烯酸鈉的分子量為900萬至1500萬，聚丙烯酸鈉的濃度為0.5～10克/升，碳酸鈉、碳酸鉀的總濃度以Na20計為5～70克/升。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降赤泥的工藝，其特征是，溶解聚丙烯酸鈉的溫度為30°～100℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離赤泥的工藝，其特征是，溶解聚丙烯酸鈉的溫度為60°～80℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離赤泥的工藝，其特征是，組合物絮凝劑溶液和待分離赤泥的漿液混合的漿液液體的溫度保持在60°～95℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的一種氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離赤泥的工藝，其特征是，所加入的聚丙烯酸鈉的量(干基)為干赤泥量的百萬分之五至千分之三。
專利摘要
一種用于燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)中的沉降分離赤泥的工藝方法，以聚丙烯酸鈉和堿金屬碳酸鹽組成的組合物為赤泥的組合物絮凝劑，可用碳分母液溶解聚丙烯酸鈉來配制該組合物絮凝劑溶液。赤泥的絮凝溫度為60°～95℃，本發(fā)明的赤泥分離工藝分離赤泥的速度快、適應性強、成本低。用結(jié)構(gòu)簡單的沉降槽代替了結(jié)構(gòu)復雜的沉降過濾器，簡化了操作和設(shè)備，改善了工人的勞動條件和強度，降低了氧化鋁成本，提高了氧化鋁的生產(chǎn)能力。
文檔編號B01D21/01GK86104039SQ86104039
公開日1987年12月30日 申請日期1986年6月17日
發(fā)明者陳長榮, 趙國永, 尹耕科, 鄭祉秋, 嚴培生 申請人:鄭州鋁廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan