粉煤灰代替石灰乳在拜耳法生產中的應用試驗

洪玉明

（中國鋁業山東分公司電解鋁廠，山東淄博 255052）

試驗研究

粉煤灰代替石灰乳在拜耳法生產中的應用試驗

洪玉明

（中國鋁業山東分公司電解鋁廠，山東淄博 255052）

為減少氧化鋁損失，降低生產成本，利用電廠廢渣粉煤灰作為新型助濾劑，代替部分石灰乳用于鋁酸鈉溶液精濾系統，以助濾劑添加量、助濾劑固含、粉煤灰與石灰乳摻配比例為主要影響因素設計正交試驗，結果表明，最佳工藝條件為：助濾劑添加量0.35%、化灰固含260 g/L、粉煤灰與石灰乳摻配比例1∶1。產業化應用表明，粗精液氧化鋁濃度相差由2.32 g/L降至1.61 g/L，每年可產生經濟效益387.09萬元。

拜耳法；鋁酸鈉溶液；精濾；粉煤灰；石灰乳

1 前言

中國鋁業山東分公司（簡稱山鋁）利用海外三水鋁石型鋁土礦、采用低溫拜耳法溶出工藝生產氧化鋁。目前鋁酸鈉粗液葉濾工序均是使用石灰乳作為助濾劑，添加量為1‰～3‰，山鋁3條生產線滿負荷生產時，每天大約需要300 m3石灰乳。由于當前石灰石資源匱乏，石灰乳制作成本較高，使用石灰乳作為助濾劑對于目前嚴峻的市場形勢來說已經沒有任何優勢。

為了降低石灰乳的消耗，進而降低氧化鋁的生產成本，山鋁從2013年開始開展利用電廠廢渣粉煤灰制作新型助濾劑技術研究，將熱電廠鍋爐排出的粉煤灰經過過濾、除雜等一系列處理后，得到符合要求的粗顆粒粉煤灰，與石灰乳按一定比例混合，制作成助濾劑?；旌现鸀V劑通過石灰乳泵送到葉濾機原液槽內與粗液進行混合，添加助濾劑后的原液進入葉濾機進行葉濾，從而制備出合格的精液，助濾后的固體殘渣通過硅渣泵送到赤泥洗滌系統。

2 應用試驗

2.1 助濾原理

石灰乳中有效鈣（FCaO）與鋁酸鈉溶液反應，生成鋁酸三鈣，隨著反應時間的延長，鋁酸三鈣進一步反應生成水化石榴石，這是一種疏松、多孔的固體物質，助濾效果更好于鋁酸三鈣，吸附在濾餅上可增大濾餅的疏松度，增加透氣性，減少過濾阻力，另外也使得濾餅易于從濾布上脫落下來，易于卸餅，生產中則通過連續添加石灰乳，增加石灰反應時間，從而確保葉濾機過濾能力。

添加石灰乳作為助濾劑，其弊端是石灰乳中FCaO與鋁酸鈉溶液反應生成鋁酸三鈣和水化石榴石，特別是水化石榴石中SiO2飽和度低（0.1～0.5），增加了鋁酸鈉溶液中Al2O3的損失，造成粗精液Al2O3差值增加，降低了精液產出率和循環效率，物流量提高，造成動力消耗升高。

2.2 試驗設計及結果

為研究各因素對粗液葉濾能力的影響，確定3個主要因素，因素A（助濾劑添加量）、因素B（助濾劑固含）、因素C（粉煤灰與石灰乳摻配比例），每個因素取3個水平，采用L9（34）正交表來安排試驗。各因子水平：助濾劑添加量（%），A1=0.3，A2=0.4，A3= 0.5；助濾劑固含（g/L），B1=260，B2=270，B3=280；粉煤灰與石灰乳摻配比例，C1=1∶1，C2=2∶1，C3=3∶1。

試驗中采用鋁酸鈉精液浮游物來反映同一個因素不同水平對試驗結果的影響大小，并以此確定該因素應取的最佳水平。粉煤灰、粗液化學成分見表1、表2，正交試驗設計及結果見表3。

表1 粉煤灰化學成分%

表2 粗液化學成分g/L

通過直觀分析法，由表3得到因素的主次順序是：固含（因素2）＞摻配比（因素3）＞添加比（因素1），主要因素取最好水平為260 g/L。由此得到各因素的最佳搭配為A1B1C1，即最佳工藝條件為：助濾劑添加量0.35%、化灰固含260 g/L、粉煤灰與石灰乳摻配比例為1∶1。

3 產業化應用情況

2013年12月20日，山鋁在某氧化鋁生產線正式將粉煤灰與石灰乳的混合漿液作為鋁酸鈉溶液的助濾劑，助慮效果見表4。其中10—20日為石灰乳助濾期間的分析結果，21—31日為粉煤灰與石灰乳混合助濾的分析結果。

表3 正交試驗設計及結果

12月中旬，粗液Al2O3濃度176.89 g/L，粗精液氧化鋁濃度相差2.32 g/L；12月下旬，粗液Al2O3濃度176.45 g/L，粗精液氧化鋁濃度相差1.61 g/L。對比中下旬石灰乳和粉煤灰、石灰乳混合助濾數據，粗精液氧化鋁濃度差顯著降低，浮游物指標變化不大，說明粉煤灰代替部分石灰乳在工業生產中具有與石灰乳相當的助濾效果，同時明顯降低了氧化鋁的化學損失。

4 經濟效益評價

1）降低石灰乳用量，減少石灰消耗。在粗液量600 m3/h，按照3.5‰添加比例，利用粉煤灰助濾劑，減少石灰乳用量1/2，每年減少石灰乳量9 198 m3，石灰乳單價130元/m3，則年節約石灰乳119.57萬元。

2）減少鋁酸鈉溶液氧化鋁損失。石灰乳FCaO與鋁酸鈉溶液反應生成鋁酸三鈣和水化石榴石，每反應168 kg CaO損失Al2O3102 kg；9 198 m3石灰乳含FCaO 1 846 t（石灰乳FCaO200.78 g/L），年減少Al2O3損失1 120.78 t，折氧化鋁價值267.52萬元。因此，粉煤灰作為助濾劑，每年可產生效益387.09萬元。

表4 2013年12月助濾劑產業化應用分析結果

5 結論

5.1 粉煤灰能夠達到石灰乳助濾劑同樣的技術效果，葉濾機過濾能力、運行參數穩定。

5.2 粉煤灰助濾劑能夠降低鋁酸鈉溶液Al2O3損失，縮小拜耳法粗精液苛性比ak差值。

5.3 突破了粉煤灰循環利用技術，降低了石灰乳消耗，達到了粉煤灰廢物回收的目的，減少了排放量。

Application Experiment of Fly Ash Instead of Lime Milk in Bayer Process Production

HONG Yuming

（The Electrolytic Aluminum Plant of Shandong Branch,Aluminum Corporation of China,Zibo 255052,China）

To reduce the loss of alumina and the production costs,using slag,fly ash of power plant as a new type of filter aid,that can instead of part of the lime milk used in sodium aluminate solution precision filtration system.The orthogonal test was designed,there are four main factors affecting test:the adding quantity of filter aid,solid content,fly ash and lime slurry blending ratio.The results showed that the optimum technological conditions was:filter aid gray solid content were 0.35%and 260 g/L,the mix ratio of fly ash and lime milk was 1∶1.Industrial application showed that the concentration difference of coarse alumina with that of semen alumina was reduced to 1.61 g/L from 2.32 g/L,it could produce economic benefits about 3.870 9 million Yuan a year.

Bayer process;sodium aluminate solution;fine filter;fly ash;lime milk

TF821

A

1004-4620（2015）01-0036-02

2014-06-30

洪玉明，男，1985年生，2008年畢業于貴州大學冶金工程專業?，F為中國鋁業山東分公司電解鋁廠助理工程師，從事電解鋁、氧化鋁生產工藝技術工作。