我國(guó)是當(dāng)今世界氧化鋁第一生產(chǎn)大國(guó)，但是，我國(guó)的鋁土礦資源不僅短缺且品質(zhì)差，絕大多數(shù)有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的礦山的鋁土礦的鋁硅比平均值僅為5左右，不適宜用簡(jiǎn)單拜耳法（鋁硅比需＞9）生產(chǎn)氧化鋁。因此，目前我國(guó)許多氧化鋁廠采用拜耳法和燒結(jié)法聯(lián)合流程生產(chǎn)氧化鋁，即先用改良的拜耳法處理鋁硅比大于7的鋁土礦，然后再用燒結(jié)法處理拜耳法赤泥回收其中氧化鋁和氧化鈉（串聯(lián)法），或選用拜耳法和燒結(jié)法并聯(lián)、混聯(lián)流程生產(chǎn)氧化鋁，也有選擇富礦燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的。目前，在我國(guó)生產(chǎn)的氧化鋁產(chǎn)品中至少有五分之一來(lái)自燒結(jié)法。未來(lái)，隨著我國(guó)鋁土礦資源逐年的高消耗，鋁土礦品位的不斷下降，燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁比例還將進(jìn)一步增大。
燒結(jié)法通常指堿石灰燒結(jié)法，適宜處理中低品位（3~5）鋁土礦，但工藝復(fù)雜、能耗高、產(chǎn)品成本高、赤泥排放量大，污染環(huán)境，亟待改進(jìn)優(yōu)化才能適應(yīng)我國(guó)鋁工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。
燒結(jié)法中熟料的快速溶出和液固分離技術(shù)是簡(jiǎn)化工藝流程、節(jié)約投資、減少占地、降低能耗、提高氧化鋁和氧化鈉回收率、降低赤泥堿量、提升赤泥資源化利用水平的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。但是，受濾布結(jié)硬現(xiàn)象的困擾，燒結(jié)法溶出漿料一直采用沉降法進(jìn)行液固分離。所以，消除鋁酸鈉漿料液固分離時(shí)濾布結(jié)硬現(xiàn)象即成為一重要的攻關(guān)課題。
1、燒結(jié)法溶出漿料液固過(guò)濾分離時(shí)濾布的結(jié)硬現(xiàn)象
對(duì)燒結(jié)法溶出漿料快速進(jìn)行液固分離最簡(jiǎn)捷的辦法就是過(guò)濾分
離。雖然過(guò)濾機(jī)型有很多種，但是，卻難以用來(lái)過(guò)濾分離鋁酸鈉漿料，根本原因是過(guò)濾分離時(shí)，溶液中的鋁酸鈉在抽濾過(guò)程中易水解和分解析出Al(OH)3，即發(fā)生下述反應(yīng)：
(1)NaAl(OH)4﹢aq → NaOH﹢Al (OH)3﹢aq
(2)NaAl(OH)4﹢CO2 → Na2CO3﹢Al (OH)3﹢H2O
這些析出的Al(OH)3在抽濾過(guò)程中，易在濾布的表面和毛細(xì)通道中聚集結(jié)晶，造成濾布毛細(xì)通道堵塞，使濾布逐漸失去過(guò)濾性能。與此同時(shí)，隨著濾布周而復(fù)始地使用，結(jié)晶體不斷充實(shí)編織纖維體間的空間，最后使濾布結(jié)硬，無(wú)法再過(guò)濾分離鋁酸鈉漿料。
2、前人對(duì)熟料溶出漿料快速液固分離的工作
無(wú)疑地，不使用濾布是防治和消除濾布結(jié)硬問(wèn)題最簡(jiǎn)便的方法。所以，研究人員首先想到的是選用無(wú)濾布的過(guò)濾機(jī)用來(lái)分離燒結(jié)法溶出漿料。
2002年底鄭州鋁廠與上海離心機(jī)研究所聯(lián)合選用LW530X2270NY型臥式離心機(jī)對(duì)燒結(jié)法熟料溶出漿料進(jìn)行液固分離試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，試驗(yàn)樣機(jī)處理量達(dá)40M3/時(shí)，并且在熟料溶出漿料中添加絮凝劑的前提下，獲得粗液中浮游物的平均值為1.92g/L；赤泥稠漿的水份為37.12%；赤泥氧化鋁溶出率的平均值為95.81%的結(jié)果。與同期沉降槽底流赤泥氧化鋁溶出率92.2%相比較提高了3.61%。2003年中南大學(xué)潘長(zhǎng)躍和山東氧化鋁廠劉金星等人也做過(guò)類似的試驗(yàn)，雖然實(shí)現(xiàn)了熟料溶出漿料的快速液固分離，但粗液的浮游物平均值高達(dá)7.69g/l. 在這些試驗(yàn)中，都存在離心機(jī)軸承易損壞、進(jìn)料口易磨損、出渣口易堵塞、筒壁易結(jié)疤、維修次數(shù)多等不足，驗(yàn)證了這類設(shè)備難以滿足氧化鋁生產(chǎn)大流量、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
2006年“燒結(jié)法溶出赤泥過(guò)濾濾布結(jié)硬的防治與再生技術(shù)研究”被列為國(guó)家“十一五”科技攻關(guān)課題“高效低耗氧化鋁選冶技術(shù)研究”的主要研究項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目由中鋁山西分公司和鄭州輕金屬研究院聯(lián)合攻關(guān)，項(xiàng)目組依據(jù)大量氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)分析和實(shí)驗(yàn)室研究成果在山西鋁廠進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)。2007年9月，工業(yè)試驗(yàn)取得突破性進(jìn)展。試驗(yàn)過(guò)濾機(jī)連續(xù)運(yùn)行6天，開(kāi)發(fā)出一整套高效分離技術(shù)，可使熟料的氧化鋁的凈溶提高2%以上。2010年~2011年間，山西鋁廠與沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)院在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大型過(guò)濾機(jī)（72m2）的赤泥過(guò)濾分離試驗(yàn)，但運(yùn)行中出現(xiàn)濾布折皺和跑偏現(xiàn)象，阻礙了過(guò)濾機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。該項(xiàng)研究中采用高苛性比堿液溶解結(jié)硬濾布上的氫氧化鋁，使用的苛性堿溶液溫度較高，溶煮時(shí)間長(zhǎng)，易損傷濾布，是使濾布出現(xiàn)松弛和折皺現(xiàn)象的主要原因。并且，僅靠溶煮是不能快速地完全清除濾布毛細(xì)通道中的析出物的，因此，濾布在線再生不夠徹底。目前，該項(xiàng)研究仍在優(yōu)化中。
還有報(bào)道研究人員曾嘗試用板框壓濾機(jī)、翻盤過(guò)濾機(jī)和濾布袋過(guò)濾分離熟料溶出漿料的，終因?yàn)V布結(jié)硬和不能連續(xù)作業(yè)而未能在氧化鋁生產(chǎn)中得到工業(yè)化應(yīng)用。
3、消除濾布結(jié)硬現(xiàn)象的研究
我們對(duì)結(jié)硬濾布進(jìn)行堿液浸泡消除結(jié)硬現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用一定濃度的NaOH溶液浸泡結(jié)硬濾布一定時(shí)間后，濾布的結(jié)硬狀況即有所改變，但濾布的過(guò)濾性能卻不能得到完全恢復(fù)再生。這表明濾布表面和近表面的毛細(xì)通道口的Al(OH)3晶體已被溶解，但毛細(xì)通道中的Al(OH)3晶體并沒(méi)有被NaOH溶液溶解。特別是，短時(shí)間浸泡濾布，濾布的結(jié)硬狀況改觀不大，由此推斷，濾布的結(jié)硬主要是濾布毛細(xì)通道中析出的Al(OH)3晶體充填所致。
既然用適當(dāng)溫度和濃度的NaOH溶液可以消減濾布的結(jié)硬，就表明濾布上的Al(OH)3結(jié)晶是完全可被NaOH溶解的，毛細(xì)通道中的Al(OH)3結(jié)晶只要能與NaOH接觸，即能被溶解和清除。
采用中斷過(guò)濾，用適當(dāng)溫度和濃度的NaOH代替鋁酸鈉漿料，抽濾溶解濾布中的Al(OH)3結(jié)晶是可行的。但破壞了工藝的連續(xù)作業(yè)，這樣做NaOH溶液消耗大，還需一套加熱保溫NaOH溶液存儲(chǔ)系統(tǒng)。要不中斷連續(xù)過(guò)濾，必須考慮采用快速溶解毛細(xì)通道中Al(OH)3結(jié)晶的方法。實(shí)驗(yàn)中，我們采用了超聲波清洗槽對(duì)結(jié)硬濾布進(jìn)行溶洗，發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)溫度和濃度的NaOH溶液中，借助超聲波可很快地完全消除濾布的結(jié)硬現(xiàn)象，使濾布恢復(fù)近100%的過(guò)濾性能。
超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)使溶液產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)微小的真空泡（空化作用），當(dāng)泡爆破時(shí)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)大的沖擊能，可將所遇到的固著物打散，加之超聲波頻率高、波長(zhǎng)短、穿透能力強(qiáng)，特別適合清理復(fù)雜結(jié)構(gòu)和毛細(xì)通道中的污垢，再加之空化作用可有效地促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，所以，設(shè)計(jì)選擇了帶有超聲波的溶洗裝置來(lái)消除濾布結(jié)硬現(xiàn)象。
超聲波溶清洗裝置如圖1所示意，主要由盛液槽、超聲波發(fā)生器、加熱裝置和濾布導(dǎo)向輥構(gòu)成。
濾布途經(jīng)溶洗槽時(shí)受到堿溶液和超聲波的共同作用，其纖維縫隙間的結(jié)晶體被快速溶解成鋁酸鈉又回到溶液中，即達(dá)到了溶洗濾布消除濾布結(jié)硬的目的。
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