氧化铝氟化盐拜耳法赤泥分离洗涤三种流程的比选韩安玲(沈阳铝镁设计研究院,辽宁沈阳110001)摘要:本文介绍了深锥沉降槽的特点。
列举了三种赤泥沉降分离洗涤工艺流程:(1)深锥沉降槽分离、4次深锥沉降槽洗涤;(2)平底沉降槽分离、3次平底沉降槽加一次过滤洗涤;(3)平底沉降槽分离、2次平底沉降槽加2次深锥沉降槽洗涤。
在同等条件下对上述流程进行洗涤平衡计算及经济分析比较。
关键词:拜耳法;赤泥;沉降分离洗涤;流程;深锥沉降槽中图分类号:TF803.23 文献标识码:B 文章编号:10021752(2005)03001004溶出后的稀释浆液是铝酸钠溶液和赤泥的混合物,将两者分离为纯净的铝酸钠溶液和高固含的赤泥是分离作业的目的;用水洗涤分离赤泥得到高固含、低附碱的弃赤泥浆是洗涤作业的任务。
作为固液分离设备的沉降槽,在氧化铝工业中广泛应用。
由于早期的沉降理论认为,沉降槽的产能只与沉降面积有关与高度无关,因而早期建设的氧化铝厂普遍采用高度1.8~ 2.8m的单层或多层沉降槽。
近些年来,随着沉降理论的发展和技术进步,其结构形式发生了很大变化,沉降槽的性能也有突破性的提高,原来使用的高度小的单层和多层沉降槽已逐步被淘汰。
考核沉降槽固液分离的效果,不仅要看其产能高低,还要看其溢流净度(溢流浮游物含量)和底流固含多少,这些产量、质量指标对于衡量沉降槽性能的先进性和取得较好的技术经济效益是至关重要的。
现代沉降理论、实验和生产实践证明,上述三项指标均与沉降槽高度有关。
适当提高沉降槽的高度,使泥浆层受到进一步压缩,可增加底流固含;液体穿过更高的清液层得到进一步澄清提高了溢流的净度。
因此,在新建的氧化铝厂和老厂的技术改造中,赤泥分离洗涤沉降槽已被大型高帮平底沉降槽、深锥沉降槽所取代。
深锥沉降槽是上世纪70年代由加拿大铝业公司和贝克工业设备公司开发研制并应用于氧化铝工业中的新型沉降槽。
其进料管专利E-DUK的结构能从清液层中汲取溶液,有效地稀释进料浆液的固含,使赤泥的沉降过程在有利于赤泥沉降的状态下进行,其絮凝剂进料方式为多点加入,该絮凝剂具有快速絮凝和降解作用。
不断增大的高度/直径(H/D 1)等诸多方面的改进对提高沉降槽的产量和技术指标起到了很大作用。
1 深锥沉降槽深锥沉降槽的进料结构(见图1)图1 进料筒结构原理图2 大型平底沉降槽和深锥沉降槽的比较大型平底沉降槽、深锥沉降槽的规格和性能指标见表1。
进料技术条件Na2O浓度:Na2O k165g/l收稿日期:2004-10-08固体含量:4%~6%温度:~100固体粒级分布:~500 m100%~315 m 98.5% ~63 m 75%表1 大型平底沉降槽、深锥沉降槽的规格和性能指标大型平底沉降槽深锥沉降槽沉降槽直径D,m3612沉降槽高度H,m 4.5~612~18底流固含,%~30(用于分离赤泥) 4035~40(用于分离赤泥洗涤) 44(1~3次洗涤)48~52(末次洗涤)溢流固含,mg/l<250<200溢流产能,m3/(m2.h)0.5~6固体产能,t/(m2.h)0.04~0.080.3絮凝剂加入量(与絮凝剂种类有关)附碱损失Na2O,kg/t-赤泥(与流程有关)近年来赤泥干法堆存逐渐兴起,对赤泥外排提出了更高要求,除附碱浓度低( 1~2g/l)以外,固含一般在45%以上,因而深锥沉降槽得到广泛应用。
3 赤泥沉降洗涤流程根据大型平底沉降槽和深锥沉降槽的特点,以年产氧化铝80万吨规模为比较基础,组合三种固液分离流程进行分析比较。
3.1 深锥沉降槽分离、4次深锥沉降槽洗涤(流程1)3.1.1 主要设备选用 20m深锥沉降槽2台,用于分离; 20m 深锥沉降槽5台,4台用于洗涤,1台互备,其中三、四次洗涤沉降槽的直筒段较一、二次洗涤槽高3m 。
图2 流程1:深锥沉降槽分离,4次深锥沉降槽洗涤3.1.2 特点(1)流程简单:由于深锥沉降槽底流固含较高,经过四次反向洗涤即可达到弃赤泥附碱损失 5kg/t-干赤泥的指标要求。
省去了赤泥过滤和相配套的稀释浆液脱砂两个工序。
(2)沉降槽的底流固含高,分离沉降槽通常在42%~44%,末次洗涤沉降槽底流固含高达48%~52%,这种高固含的赤泥经剪切泵流化后用GEHO 泵外排适于干法堆存,有利环保。
(3)沉降槽单位面积产能高,泥量、溢流能力均为大型平底沉降槽的几倍之多(见表1)。
(4)占地面积小,约为大型平底沉降槽的30%左右。
(5)由于深锥沉降槽体积小,物料在沉降槽内停留时间短,因而水解损失小,并有利自动化控制。
(6)散热损失小,散热面积约为大型平底沉降槽的80%,不用向槽内通蒸汽即可保证沉降温度之需。
(7)进料装置的专利技术可加大进料L/S,有利沉降,对进料L/S 要求放宽。
由于上述的诸多优点,深锥沉降槽成为当前国内外新建或扩建氧化铝厂逐渐采用的最新的沉降技术及装备。
在国外有40多台,我国在贵州铝厂技术改造工程中引进一套6台 12 (12~15)m 深锥沉降槽,并于2001年11月投产,经2001年11月~2002年6月的适应调整期,2002年7月以来运行效果良好。
其他氧化铝厂也相继采用。
这种流程的不足之处:(1)絮凝剂用量较大,操作控制要求较高,且控制系统引进费用较多。
(2)对生产波动的适应性较差。
(3)在实际操作中,为保证泥筒出料畅通,底流排除量要比正常量加大2倍:1/3排至下一级,2/3返回泥筒中指定的方位,增加了电能消耗,泥浆管道复杂化,安装操作上多有不便。
3.2 平底沉降槽分离、3次平底沉降槽加一次过滤洗涤(流程2)3.2.1 主要设备选用 46 6m 平底沉降槽6台,其中2台用于分离,1台互备,3台洗涤。
8台100m 2转鼓过滤机正常运行6台,清理检修换布2台及与其配套的真空系统。
图3 流程2:平底沉降槽分离,3次平底沉降槽加1次过滤机图4 流程3:平底沉降槽分离,2次平底沉降槽加2次深锥沉降槽洗涤3.2.2 特点:(1)技术成熟可靠,在山西铝厂和平果铝厂有多年的生产实践。
(2)沉降槽操作简便易行适应性强,可在50%~100%负荷范围内稳定运行。
(3)絮凝剂用量较低。
缺点:(1)沉降槽的底流固含低,不宜干法堆存。
如采用干法堆存尚需与过滤机组合,而为保证过滤机的正常运转需加设水旋器除砂、洗砂工序,使该流程复杂化。
(2)通过热平衡计算,即使在一般条件下(环境温度12 ,风速2.6m/s,保温层表面温度35 时,每个沉降槽的温度损失达6 ),为保证过滤机的操作温度80 和沉降槽的正常运行,需向沉降系统通入蒸汽,热耗较高。
目前,山西铝厂的大型 42 6m沉降槽经常通入蒸汽才能保证正常操作。
3.3 平底沉降槽分离、2次平底沉降槽加2次深锥沉降槽洗涤(流程3)3.3.1 主要设备选用 46 6m平底沉降槽5台, 20m深锥沉降槽2台。
其中平底沉降槽2台用于分离,1台互备,2台用于一、二次洗涤;2台深锥沉降槽分别用于三、四次或四次洗涤。
当平底槽4台运行时,2台深锥槽全部投入运行;当平底槽5台全部投入运行时,只投入1台深锥槽,另一台深锥槽清理检修。
DORR-OLIVER公司为中州铝厂拜耳法赤泥沉降分离洗涤做的设计采用了平底沉降槽与深锥沉降槽的组合流程如图4。
这种组合流程具备上述两种流程的优点,同时也在某种程度上存在它们的缺点。
末次洗涤采用深锥沉降槽代替过滤机进一步浓缩赤泥是一项简便易行的举措。
上述三种流程均是为满足赤泥干法堆存对外排赤泥高固含的需要而设置的。
应该指出的是,这种高固含的赤泥浆密度大(1.5左右)、黏度高(50100厘泊甚至更高)难以输送,需要在外排前经流化剪切降低黏度再与高压GEHO泵配套排至堆场,电耗高,费用大。
近来有的氧化铝厂将深锥沉降槽设置在堆场附近;沉降槽排出的低固含赤泥用一般隔膜泵输送至深锥槽就地浓缩,实现干法堆存,这种做法不无可取之处,值得研究。
至于外排赤泥高固含与低固含输送以及赤泥干法堆存等利弊尚需进一步分析。
4 三种流程的经济比较(以年产氧化铝80万吨规模为比较基础)4.1 三种流程洗涤平衡计算计算条件:稀释浆液液体成分:Na2O165g/l Na2O c7g/l k=1.48洗水用量: 4.5t/t-赤泥(洗水含Na2O1g/l)按各设备特点确定分离洗涤各槽的底流L/S。
以1t赤泥为计算基准。
计算结果如表2。
表2 三种流程洗涤平衡计算结果附碱损失Na2O k,kg/t-泥折算碱耗费用元/t-Al2O3流程1 2.1 6.9流程2 2.78.8流程3 3.511.44.2 三种流程的投资费用和运行费用表3 三种流程相关费用的计算结果投资费用,万元运行费用,元/t-Al2O3流程1509431.0流程2905333.6流程3581033.15 结论(1)深锥沉降槽结构特点及絮凝剂的合理加入,使其具备了评价沉降槽的 三高 指标:产能高、底流固含高、溢流净度高,是用于赤泥分离、洗涤比较先进的设备。
但絮凝剂费用高且目前尚需依靠国外进口,对生产波动的适应性较差,操作控制要求较高。
(2)通过对三种流程的比较可以看出:流程1,投资费用和运行费用均较低;流程3次之;流程2投资费用高很多,运行费用亦较高。
应该说明的是,由于大型平底槽对生产波动的适应性很强,操作控制十分简单,后面二级沉降洗涤采用深锥沉降槽又能满足直接外排赤泥高固含的要求,投资费用不高,运行费用尚可,所以流程3目前仍被广泛采用。
参考文献:1 美国贝克工艺设备公司EIM CO Deep Cone Thickener在拜耳法氧化铝生产中应用的简介 Z .2 侯用兴.沉降槽高效化技术改进 A .第四届全国轻金属冶金学术会议论文集 C .2001.3 杨重愚主编.轻金属冶金学 M .中南工业大学,1991.4 杨重愚主编.氧化铝工艺学 M .冶金工业出版社,1982.(责任编辑 张文军)。