如何在氧化铝生产中高效应用絮凝剂_氧化铝生产絮凝剂制备
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如何在氧化铝生产中高效应用絮凝剂
摘要：氧化铝生产中只注重絮凝剂的选型，对絮凝剂的配制和使用条件关注较少。通过对絮凝剂特性的分析和数据对比试验，确立了合成高分子絮凝剂在生产应用过程中的配制和使用条件。为絮凝剂在生产上的高效应用提供了参考。
要害词：絮凝剂；分子量；赤泥悬浮液；沉降性能
在拜耳法、烧结法或联合法处理一水硬铝石、三水铝石或混合型铝土矿的氧化铝生产工艺过程中，溶出后的赤泥浆液是一种由铝酸钠溶液和不同粒级的赤泥颗粒组成的分散物系，即赤泥悬浮液。这种悬浮液只有通过沉降分离，叶滤机过滤才能得到满足分解条件的铝酸钠溶液，最终分解出品质较高的氢氧化铝产品。该工序中，沉降分离效果的好坏直接影响着整个系统的正常运行。各氧化铝厂家经常因为赤泥悬浮液不能在沉降槽正常分离而压迫溶出系统停料，同时叶滤机因为溢流浮游物太高而负荷很重，使产能降低，导致沉降槽冒槽，出现员工和设备一起“累”的局面。
要抓好赤泥悬浮液的沉降分离，除在设备上选择高效沉降槽外，还要选择好合适的絮凝剂。经过多年的实验室和工业试验，适合赤泥沉降分离的絮凝剂优选出很多，如：麦麸、淀粉、A一1000、英国663、NALCO 9779、Ciba HP21、艾森97等。然而大多氧化铝厂家只注重絮凝剂的选型，对絮凝剂的溶解方式、存放时间、使用浓度及添加方式有所忽略，所以，絮凝剂在生产使用中往往得不到较满足的效果。本文依据絮凝剂的特性，从配制和使用方法出发，讨论如何应用絮凝剂，才能达到高效沉降的效果。
1、合成高分子絮凝剂的种类及絮凝特性
目前，广泛应用于氧化铝工业生产中絮凝剂有天然高分子絮凝剂和合成高分子絮凝剂两大类，前者主要有：淀粉、麦麸等；后者主要包括聚丙烯酰胺类和异羟肟类絮凝剂。一般来说，天然高分子絮凝剂在赤泥分离过程用量大，沉速较慢，还可能导致铝酸钠溶液中有机物含量过高，所以氧化铝生产中合成高分子絮凝剂的应用较为普遍。合成高分子絮凝剂与赤泥易形成多点吸附，这缘于赤泥中非平衡态的固体表面有阳离子，而絮凝剂中羟基、羧基等水解后产生的阴离子能形成较强的作用力，絮凝剂与赤泥产生吸附后，形成絮团，通过重力场的作用进行沉降，达到液固分离的目的。1．1 聚丙烯酰胺类絮凝剂
聚丙烯酰胺简称PAM，产品主要形式有水溶液胶体、粉状及胶乳三种。粉状产品若能防止结团，比胶体产品易溶，乳胶产品溶解性能最好。提高温度能促进溶解，但一般不宜超过50℃，以防止降解及产生其他反应。水解PAM会同溶液中的多种金属阳离子相互作用，如在的体系中，这些相互作用通常导致生成粘稠的凝胶团。
常见的聚丙烯酸钠(如A—lOOO)在铝酸钠浆液分离中，其行为主要与赤泥的种类有关，赤泥的沉降速度随赤泥中钛铁矿(或钙钛矿)含量的增加而增加。同时，赤泥中铁的存在形态也影响着絮凝效果。当赤泥中的铁以氢氧化铁Fe(OH)、针铁矿FeOOH(直径一般小于1 m)等形式存在时，由于颗粒的溶剂化较强，絮凝剂与固相表面间的作用力将更弱，难以产生紧密的吸附，形成絮团。生产中通过提高浆液苛性比、温度或加入含钙物质来促使针铁矿转化为赤铁矿，改善赤泥的沉降性能。
1．2 异羟肟类高分子絮凝剂
随着氧化铝生产技术的发展，对液固分离也提出了更高的要求，开发的异羟肟类絮凝剂(如NAL—CO 9779、Ciba HP21等)相比于聚丙烯酸(酰胺)类絮凝剂，在絮凝过程中具有鲜明的特征。(1)作用力强，形成的絮团稳定性好。以烧结法为例，当溶出黄料时，加入异羟肟类絮凝剂后，沉降性能相对于聚丙烯酸钠有明显的提高。(2)没有诱导期，吸附速度快。试验结果表明，相对于聚丙烯酸钠，溢流的清亮度提高60％-90％。
2、合成高分子絮凝剂高效应用的影响因素
合成高分子絮凝剂的应用主要决定于其在水溶液中的行为，水是它的最好溶剂，实用中很重视它的水溶性，一般认为粘度和分子量愈大，絮凝效果会愈好。不同絮凝剂有不同的絮凝效果，每种絮凝剂的高效应用与溶解方法、温度、搅拌速度、浓度、添加点等有关。2．1 溶解温度的影响
表1是用蒸馏水在不同溶解温度下溶解聚丙烯酸钠的一组实验数据。沉降实验时赤泥悬浮液固含为71 g／L；絮凝剂的使用浓度3／1 0000，添加量30g／t一千赤泥。实验数据表明，随着温度升高溶解时间缩短，絮凝剂分子量降低，沉降性能减弱。尤其在75℃以上的高温下配制时，由于高温水溶液会降解絮凝剂的分子链，所以其分子量快速降低而沉速变慢。这与合成高分子絮凝剂不宜高温溶解(最佳不高于50℃)的特性相吻合。在生产上为了使絮凝剂能充分溶解，常用80E左右的热水化解配制，甚至是前一个班提前配制絮凝剂以备下个班用。如此高的温度配制．且再陈放数小时，因此，在碰到沉降槽跑浑时，絮凝剂的效果当然不能发挥其尽。笔者多次在实验室配制絮凝剂的实验时，根据絮凝剂的使用要求，用4012左右含3％～10％NaOH的水溶液在2小时内即可将粉状絮凝剂化解均匀。另外，向水溶液里加进2％体积的2一丙醇，可防止絮凝剂的粘度因陈放而变化。2．2 搅拌速度的影响
合成高分子絮凝剂的粘度和分子量随搅拌速度增加而下降，见表2数据。这是由于在快速搅拌作用下剪切力使大分子链伸展断裂，缠结点的数目因此有所降低，因而导致分子量下降，沉降性能降低。试验室配制絮凝剂时搅拌速度应小于200r／min，在生产上常用的挂链式搅拌转速控制在30r／min左右，输送时也应避免选用离心泵。2．3 使用浓度及添加量的影响
在一定限度内絮凝剂的沉降性能随着使用浓度的增大而增大，但其最佳使用浓度应满足分子链有足够的延伸。当配制的使用浓度太大，分子链不能充分伸展，堆积密度过大时，会降低絮凝效果，同时沉降槽中会出现粘稠的胶团。合成高分子絮凝剂的使用浓度通常为0．02％ ～0．1％。同样，赤泥悬浮液中絮凝剂的添加量也不是越大越好，添加量过大，一方面会导致垮槽事故，另一方面会造成铝酸钠溶液中有机物含量偏高，变得更加粘稠，降低沉速。从表3看出，当A一1000的添加量增大到80g／t一千赤泥时，赤泥沉降速度反而下降。
2．4 添加点的影响
生产上为了使合成絮凝剂与赤泥悬浮液混合均匀，形成沉降絮团，一般选择向料浆进料管中直接加入絮凝剂，以便使絮凝剂在进沉降槽之前就与料浆充分混合。此时，加入点的选择非常重要，由于沉降槽进料管的流速通常在1．5m／s以上，管内很轻易形成紊流，破坏高分子絮凝剂的分子链，降低沉降效果。所以，不能在离进料口太远的位置选择加入点，以免破坏分子链。
某氧化铝厂在离沉降槽进料口的不同位置加入合成絮凝剂，实验结果见表4。从结果看出，10分钟后量筒内清液层总高基本相近，但在3m处加入絮凝剂后，料浆清液层的浮游物比其他点明显偏低。说明该厂絮凝剂加入点应选择在距进料口3m处较好。各氧化铝厂的规模不同导致设备的规格型号不同，所以应通过试验来确定絮凝剂的最佳添加点。
2．5 其他因素对沉降性能的影响
氧化铝生产过程中铝土矿的矿物组成和赤泥悬浮液固含对沉降分离性能均有较大的影响。有资料表明，铝土矿中黄铁矿、针铁矿、高岭石、蛋白石、金红石等在生成赤泥过程中易吸附较多的Al(OH)
一、Na 和吸附水，不利于沉降分离。而有赤铁矿、菱铁矿、磁铁矿、水绿钒等物相有利于沉降。
赤泥悬浮液固含对沉降分离性能的影响从表5的数据看出，随着固含的增大，沉降速度明显下降。主要原因是：高固含浆液的赤泥颗粒进入赤泥浓缩层时置换出大量溶液向上流动，固含愈高置换出的溶液愈多，溶液向上的流速愈大，形成干涉沉降，导致赤泥颗粒保持悬浮，降低沉降速度。
3、结语
(1)从絮凝剂的特点看出，当铝土矿中含有不利沉降的针铁矿时，可适量添加含钙物质促使针铁矿转化为赤铁矿，改善赤泥的沉降性能。另外，沉降系统选择异羟肟类絮凝剂的前景看好。
(2)溶解絮凝剂时水溶液温度不应超过50℃ ；搅拌速度要偏小控制，满足絮凝剂溶解即可，生产上常用的挂链式搅拌速度一般在30r／mln；为了加快溶解速度，可选用含碱浓度3％～10％的水溶液。(3)合成高分子絮凝剂的使用浓度通常为0．02％～0．1％。太浓时会降低絮凝效果，同时沉降槽中会出现粘稠的胶团；过量的添加絮凝剂会使溶液更加粘稠，反而会降低沉降速度。
(4)进料管内形成的紊流，易破坏高分子絮凝剂的分子链，降低沉降效果。所以，各氧化铝厂应根据自身设备的规格型号来选定絮凝剂的最佳添加点。
(5)生产上应稳定铝土矿成分和分离沉降槽的固含，增大固含，会影响絮凝剂的沉降性能。
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