CN108946777A - 一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法，过程如下：将拜耳赤泥脱碱工艺产生的稀碱液进行精制处理得到精制稀碱液，将所述精制稀碱液与拜耳法分解母液或蒸发母液按照体积比为1.0～2.0采用阳离子膜扩散渗析分离器进行处理，得到α_k＜2.00的低α_k铝酸钠溶液和α_k＞6.50的高α_k铝酸钠溶液；所述低α_k铝酸钠溶液再进入种分工序进行分解，所述高αk铝酸钠溶液经过蒸发后用于溶出铝土矿，或者直接进入拜耳法溶出工序用于溶出铝土矿。本发明不仅可以回收利用赤泥脱碱工艺产生的稀碱液，而且可以使拜耳法种分分解率提高到65%以上，进而实现了大幅提高拜耳过程效率的目的。

Description

一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法

技术领域

本发明属于氧化铝生产工艺技术领域，具体涉及一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法。

背景技术

赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的强碱性固体废弃物，由于生产工艺及铝土矿品位的差别，生产1t氧化铝约产生1.0～2.0t赤泥。2017 年中国氧化铝产量6902万t，赤泥外排量超过8200万t。赤泥碱性强、盐分高、综合利用难，主要以堆存为主。近年来，国内发生多起因赤泥堆存引发的土壤及地下水污染事故，对周边地区环境安全及居民生活均产生了重大影响。结合氧化铝生产过程，开发形成的高效低成本赤泥脱碱技术是决定我国氧化铝工业未来实现绿色可持续发展的关键技术之一。

目前国内外现有的赤泥脱碱方法有石灰水热法、常压石灰法、石灰纯碱烧结法等。在现有的赤泥脱碱方法中，人们对常压石灰法研究较多，该方法的技术比较成熟，具有脱碱效果稳定可靠等优点。然而，赤泥的常压石灰脱碱工艺运行中每处理1吨赤泥(干基)预计会产生3～6m³苛性碱浓度不超过20g/L的稀碱液。由于赤泥常压石灰脱碱工艺产生稀碱液数量庞大，直接返回氧化铝生产流程会导致氧化铝生产的蒸汽消耗量显著升高，从而导致氧化铝生产成本升高。

目前国内外的拜耳法氧化铝厂普遍存在着分解时间长、分解率低等问题，通常情况下种分分解率在50%左右，这就意味着在拜耳法氧化铝生产过程中有一半左右的氧化铝在液相中作无效的循环，液相中无效循环的氢氧化铝量大会造成占用设备多、投资大、动力消耗大等问题，给拜耳法氧化铝生产过程的节能降本造成障碍。因此，强化种分过程，大幅度提高种分分解率，对提高拜耳法过程循环效率进而获取更好的经济效益具有重要意义。

专利CN105836771B提出了一种提高拜耳法种分分解率和循环效率的方法：将温度40～50℃的蒸发母液与温度40～50℃的蒸发回水按流量比1:1-1.2的配比关系流入阳离子膜扩散渗析器，经过逆流扩散渗析分离处理后得到回收液和残液；所述回收液的苛性碱浓度N_k为110～140g/L，Al₂O₃10～25g/L；所述残液的苛性碱浓度N_k为45～60g/L，Al₂O₃10～25g/L。将所述残液送拜耳法分解工序进行分解，所述回收液送蒸发工序。氧化厂如果将所有蒸发回水送到阳离子膜扩散渗析器用于处理拜耳蒸发母液，则其最大处理的母液的量约为总母液量的30%左右；在精料液分解浓度、温度等各参数不变的前提下，可使一次母液循环进入晶种分解的精料液量增加7%左右，母液一次循环分解率可提高7个左右百分点，达到57%～62%；回收碱与未经处理的母液混合后，可使蒸发母液的α_k值提高，碱循环效率提高20%左右。采用该技术提高分解率时存在的困难是蒸发回水本来已经大部分用于洗涤赤泥和产品，因此在实际应用时不可能将大量的蒸发回水改作其它用途，因此可用于提高分解率的蒸发回水量有限，采用该方法提高分解率的实际效果受到较大制约。

专利CN107585781A提出了一种提高拜耳法生产氧化铝过程效率的方法：将降温至30～70℃拜耳法分解母液或蒸发母液和扩散液通入阳离子膜扩散渗析分离器进行分离处理，得到α_k为1.50～2.00的低α_k铝酸钠溶液和α_k＞6.00的高α_k铝酸钠溶液；所述扩散液为水或N_k 1～30g/L、α_k＞2.50的铝酸钠溶液。将所述低α_k铝酸钠溶液送拜耳法分解工序进行分解，将所述高α_k铝酸钠溶液送拜耳法蒸发工序。采用该技术处理拜耳法分解母液或蒸发母液，不仅能使拜耳法的总分解率提高到68%以上，还将使循环母液分子比提高至4.40以上，拜耳法循环效率增加幅度超过35%，有效提高了生产的经济效益。

该技术与专利CN105836771B相比有了较为明显的技术进步，如：蒸发法母液的进料温度可以提高到50℃以上，甚至可以达到70℃；使用流程中N_k1～30g/L、α_k＞2.50的铝酸钠溶液作为扩散液，为降低新水用量并提高过程效率创造了条件；拜耳法种分分解率可以达到68%以上。但在应用该技术时无法有效解决拜耳法氧化铝生产碱耗较高的问题。

根据赤泥脱碱工艺的特点，结合进一步优化改进专利CN107585781A的需要，本发明提出了一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法。

发明内容

本发明的目的就是针对赤泥脱碱工艺产生的稀碱液浓度低、数量大和难以有效回收利用以及拜耳法氧化铝生产过程循环量大、效率低的现状提出了一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

在拜耳法末次洗涤底流或过滤后的赤泥中按照CaO与赤泥中Na₂O含量的摩尔比为1～6：1加入石灰或石灰乳，赤泥加入石灰混合后料浆液相中全碱浓度为2～50g/L，最好不超30g/L；在固含为100～500g/L、温度为70℃～110℃的条件下，反应0.4～8小时；反应后的料浆进行分离、洗涤后可得到拜耳赤泥脱碱液、脱碱赤泥洗液和外排的脱碱赤泥，将拜耳赤泥脱碱液和脱碱赤泥洗液混合后即可得到拜耳赤泥常压脱碱的稀碱液。

进一步的，将拜耳法赤泥常压石灰脱碱工艺的稀碱液进行过滤得到精制稀碱液；将所述精制稀碱液与拜耳法分解母液或蒸发母液按照体积比为1.0～2.0通入阳离子膜扩散渗析分离器进行分离处理，得到α_k＜2.00的低α_k铝酸钠溶液和α_k＞6.50的高α_k铝酸钠溶液；所述低α_k铝酸钠溶液进入种分工序进行分解，所述高α_k铝酸钠溶液经过蒸发后用于溶出铝土矿，或者直接进入拜耳法溶出工序用于溶出铝土矿。

进一步的，所述拜耳赤泥常压石灰脱碱工艺产生的稀碱液由赤泥添加石灰脱碱产生的拜耳赤泥脱碱液和脱碱后赤泥的洗液混合而成。

进一步的，所述赤泥脱碱工艺产生的稀碱液在进入所述阳离子膜扩散渗析分离器前需要进行精制处理，精制处理的工艺过程如下：在赤泥脱碱稀碱液中加入1～2g/L的水合铝酸钙作助滤剂，用叶滤机进行过滤后得到精制稀碱液，所述精制稀碱液的苛性碱浓度N_k为3～20g/L，浮游物含量≤0.03g/L。

进一步的，所述精制稀碱液降温至50～70℃进入所述阳离子膜扩散渗析分离器。

进一步的，所述分解母液或蒸发母液进入阳离子膜扩散渗析分离器的流量相对于膜面积为1.0～3.6L/m²·h，进入所述阳离子膜扩散渗析分离器的精制稀碱液的流量为所述分解母液或蒸发母液的1.0～2.0倍。

进一步的，所述精制稀碱液与拜耳法分解母液或蒸发母液逆向流经所述扩散室后得到α_k＞6.50的高α_k铝酸钠溶液，经过蒸发后用于溶出铝土矿，或者直接进入拜耳法溶出工序用于溶出铝土矿。

进一步的，所述铝酸钠溶液进入阳离子膜扩散渗析分离器时的温度为50～70℃。

进一步的，在所述阳离子膜扩散渗析分离器内部膜的两侧，所述精制稀碱液与分解母液或蒸发母液逆向流动。

本发明的有益效果：

本发明的一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法，通过将赤泥脱碱工艺的稀碱液用于膜渗析处理铝酸钠溶液的工艺过程，不仅解决了赤泥脱碱产生的稀碱液的高效利用难题，而且利用了膜分离处理铝酸钠溶液技术实现了大幅提高拜耳过程效率目的。

附图说明

图1为一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种高效利用赤泥脱碱稀碱液的方法，通过将赤泥脱碱工艺的稀碱液用于膜渗析处理铝酸钠溶液的工艺过程，不仅解决了赤泥脱碱工艺稀碱液的高效利用难题，而且对膜分离处理铝酸钠溶液、提高拜耳法过程效率的工艺进行了优化和改进。

其工艺过程的步骤如下：

（1）在拜耳法末次洗涤底流或过滤后的赤泥中按照CaO与赤泥中Na₂O含量的摩尔比为1～6：1加入石灰或石灰乳，赤泥加入石灰混合后料浆液相中全碱浓度为2～50g/L，最好不超30g/L；在固含为100～500g/L、温度为70℃～110℃的条件下，反应0.4～8小时；反应后的料浆进行分离、洗涤后可得到拜耳赤泥脱碱液、脱碱赤泥洗液和外排的脱碱赤泥，将拜耳赤泥脱碱液和脱碱赤泥洗液混合后得到拜耳赤泥脱碱的稀碱液。

（2）将拜耳法赤泥常压脱碱工艺得到的稀碱液中加入1～2g/L的水合铝酸钙作助滤剂进行过滤精制得到精制稀碱液，所述精制稀碱液的苛性碱浓度Nk为3～20g/L，浮游物含量≤0.03g/L。

（3）将所述精制稀碱液降温至50～70℃进入所述阳离子膜扩散渗析分离器；

（4）将分解母液或蒸发母液降温至50～70℃，与所述精制稀碱液逆流进入阳离子膜扩散渗析分离器，所述分解母液或蒸发母液的流量相对于膜面积为1.0～3.6L/m²·h，进入所述阳离子膜扩散渗析分离器的精制稀碱液的流量为所述分解母液或蒸发母液的1.0～2.0倍。

（5）分解母液或蒸发母液和精制稀碱液通过阳离子膜扩散渗析分离器处理可得到α_k＜2.00的低α_k铝酸钠溶液和α_k＞6.50的高α_k铝酸钠溶液；所述低α_k铝酸钠溶液再进入种分工序进行分解，所述高α_k铝酸钠溶液经过蒸发后用于溶出铝土矿，或者直接进入拜耳法溶出工序用于溶出铝土矿。

下面结合实例对本发明做进一步的说明。

实施例1

N_k浓度为150g/L及α_k为1.45的分解原液经过拜耳种分后可得到N_k浓度为160g/L及α_k为2.80的分解母液。将上述分解母液降温至50℃，使其以1.0L/m²·h的流速(相对于膜面积，下同)进入阳离子膜扩散渗析分离器的渗析室，得到低α_k铝酸钠溶液，所述低α_k铝酸钠溶液N_k为80g/L，Al₂O₃浓度为70.14g/L，α_k为1.88；将拜耳赤泥常压石灰脱碱的稀碱液加入2g/L的水合铝酸钙作助滤剂，经过过滤精制得到苛性碱浓度N_k为3g/L的精制稀碱液，将所述精制稀碱液降温至50℃，以1.0L/m²·h的流速进入阳离子膜的另一侧的扩散室，与所述分解母液逆流流经扩散室后得到高α_k铝酸钠溶液，所述高α_k铝酸钠溶液的N_k为84g/L，Al₂O₃浓度为4.03g/L，α_k为34.42。上述分离过程中氧化铝的泄漏率为3.00%。将上述膜分离得到的低α_k铝酸钠溶液返回到分解工序后，晶种分解的终点α_k为2.80，对于N_k 150g/L、α_k为1.45的分解原液，其总的分解率从48.21%升高至65.18%。

实施例2

N_k 158g/L、α_k为1.40的分解原液经过拜耳法晶种分解后，得到苛性碱浓度N_k为169g/L、Al₂O₃浓度为101.46g/L及α_k为2.74的分解母液。将上述分解母液降温至70℃，使其以2.0L/m²·h的流速进入阳离子膜扩散渗析分离器内阳离子膜一侧的渗析室，得到低α_k铝酸钠溶液，所述低α_k铝酸钠溶液N_k为62g/L，Al₂O₃浓度为65.10g/L，α_k为1.56；将拜耳赤泥常压石灰脱碱的稀碱液加入1g/L的水合铝酸钙作助滤剂，经过过滤精制得到苛性碱浓度N_k为20g/L的精制稀碱液，所述精制稀碱液降温至70℃，以3.0L/m²·h的流速进入阳离子膜的另一侧的扩散室，与所述分解母液逆流流经扩散室后得到高α_k铝酸钠溶液，所述高α_k铝酸钠溶液的N_k为104g/L，Al₂O₃浓度为6.76g/L，α_k为25.33。上述分离过程中氧化铝的泄漏率为7%。将上述膜分离得到的低α_k铝酸钠溶液返回到分解工序后，晶种分解的终点α_k为2.74，对于N_k158g/L、α_k为1.40的分解原液，其总的分解率从48.91%升高至69.47%。

实施例3

N_k168g/L、α_k为1.45的分解原液经过拜耳法晶种分解后，得到苛性碱浓度N_k为179g/L、Al₂O₃浓度为101.19g/L及α_k为2.91的分解母液。将上述分解母液蒸发至苛性碱浓度N_k为309g/L、降温至70℃后，使其以3.6L/m²·h的流速进入阳离子膜扩散渗析分离器内阳离子膜一侧的渗析室，得到低α_k铝酸钠溶液，所述低α_k铝酸钠溶液N_k为90g/L，Al₂O₃浓度为94.62g/L，α_k为1.56；将拜耳赤泥常压石灰脱碱的稀碱液加入1g/L的水合铝酸钙作助滤剂，经过过滤精制得到苛性碱浓度N_k为20g/L的精制稀碱液，将所述精制稀碱液降温至70℃，以5.8L/m²·h的流速进入阳离子膜的另一侧的扩散室，与所述蒸发母液逆流流经扩散室后得到高α_k铝酸钠溶液，所述高α_k铝酸钠溶液的N_k为190g/L，Al₂O₃浓度为13.92g/L，α_k为22.47。上述分离过程中氧化铝的泄漏率为7.01%。将上述膜分离得到的低α_k铝酸钠溶液返回到分解工序后，晶种分解的终点α_k为2.91，对于N_k168g/L、α_k为1.45的分解原液，其总的分解率从50.17%升高至71.64%。

实施例4

N_k168g/L、α_k为1.45的分解原液经过拜耳法晶种分解后，得到苛性碱浓度N_k为179g/L、Al₂O₃浓度为101.19g/L及α_k为2.91的分解母液。将上述分解母液蒸发至苛性碱浓度N_k为309g/L，降温至65℃后，使其以2.0L/m²·h的流速进入阳离子膜扩散渗析分离器内阳离子膜一侧的渗析室，得到低α_k铝酸钠溶液，所述低α_k铝酸钠溶液N_k为84g/L，Al₂O₃浓度为92.47g/L，α_k为1.50；将拜耳赤泥常压石灰脱碱的稀碱液加入1g/L的水合铝酸钙作助滤剂，经过过滤精制得到苛性碱浓度N_k 为20g/L的精制稀碱液，将所述精制稀碱液降温至65℃，以4.0L/m²·h的流速进入阳离子膜的另一侧的扩散室，与所述蒸发母液逆流流经扩散室后得到高α_k铝酸钠溶液，所述高α_k铝酸钠溶液的N_k为162g/L，Al₂O₃浓度为9.88g/L，α_k为26.95。上述分离过程中氧化铝的泄漏率为7.05%。将上述膜分离得到的低α_k铝酸钠溶液返回到分解工序后，晶种分解的终点α_k为2.91，对于N_k 168g/L、α_k为1.47的分解原液，其总的分解率从50.17%升高至73.40%。

实施例5

N_k 112g/L、α_k为1.35分解原液经过拜耳法晶种分解后，得到苛性碱浓度N_k为120g/L、Al₂O₃浓度为64.60g/L及α_k为3.04的分解母液。将上述温度50℃的分解母液以1.6L/m²·h的流速进入阳离子膜扩散渗析分离器内阳离子膜一侧的渗析室，得到低α_k铝酸钠溶液，所述低α_k铝酸钠溶液N_k为52g/L，Al₂O₃浓度为50g/L，α_k为1.71；将拜耳赤泥常压石灰脱碱的稀碱液加入1g/L的水合铝酸钙作助滤剂，经过过滤精制得到苛性碱浓度N_k为8g/L的精制稀碱液，将所述精制稀碱液降温至50℃，以2.0L/m²·h的流速进入阳离子膜的另一侧的扩散室，与所述分解母液逆流流经扩散室后得到高α_k铝酸钠溶液，所述高α_k铝酸钠溶液的N_k为84g/L，Al₂O₃浓度为4.33g/L，α_k为31.91。上述分离过程中氧化铝的泄漏率为5.00%。将上述膜分离得到的低α_k铝酸钠溶液返回到分解工序后，晶种分解的终点α_k为3.04，对于N_k 112g/L、α_k为1.35的分解原液，其总的分解率从55.59%升高至74.06%。

实施例6

N_k 112g/L、α_k为1.35分解原液经过拜耳法晶种分解后，得到苛性碱浓度N_k为120g/L、Al₂O₃浓度为64.60g/L及α_k为3.04的分解母液。将上述温度50℃的分解母液以2.6L/m²·h的流速进入阳离子膜扩散渗析分离器内阳离子膜一侧的渗析室，得到低α_k铝酸钠溶液，所述低α_k铝酸钠溶液N_k为52g/L，Al₂O₃浓度为50g/L，α_k为1.66；将拜耳赤泥常压石灰脱碱的稀碱液加入1g/L的水合铝酸钙作助滤剂，经过过滤精制得到苛性碱浓度N_k为8g/L的精制稀碱液，将所述精制稀碱液降温至50℃，以3.40L/m²·h的流速进入阳离子膜的另一侧的扩散室，与所述蒸发母液逆流流经扩散室后得到高α_k铝酸钠溶液，所述高α_k铝酸钠溶液的N_k为70g/L，Al₂O₃浓度为3.33g/L，α_k为34.42。上述分离过程中氧化铝的泄漏率为5.00%。将上述膜分离得到的低α_k铝酸钠溶液返回到分解工序后，晶种分解的终点α_k为3.04，对于N_k112g/L、α_k为1.35的分解原液，其总的分解率从55.59%升高至75.16%。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种系统降低拜耳法过程碱耗并提高过程效率的方法，将拜耳法赤泥常压石灰脱碱工艺的稀碱液进行过滤得到精制稀碱液；将所述精制稀碱液和拜耳法分解母液或蒸发母液采用阳离子膜扩散渗析分离器进行处理，得到α_k＜2.00的低α_k铝酸钠溶液和α_k＞6.50的高α_k铝酸钠溶液；所述低α_k铝酸钠溶液进入种分工序进行分解，所述高α_k铝酸钠溶液经过蒸发后用于溶出铝土矿，或者直接进入拜耳法溶出工序用于溶出铝土矿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拜耳法赤泥常压石灰脱碱工艺的稀碱液由拜耳赤泥脱碱液和脱碱赤泥洗液混合而成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拜耳法赤泥常压石灰脱碱工艺的稀碱液在进入所述阳离子膜扩散渗析分离器前需要进行精制处理，精制处理的工艺过程如下：在所述拜耳法赤泥常压石灰脱碱工艺的稀碱液中加入1～2g/L的水合铝酸钙做助滤剂，用叶滤机进行过滤后得到所述精制稀碱液，所述精制稀碱液的苛性碱浓度Nk为3～20g/L，浮游物含量≤0.03g/L。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精制稀碱液降温至50～70℃进入所述阳离子膜扩散渗析分离器。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分解母液或蒸发母液进入阳离子膜扩散渗析分离器的流量相对于膜面积为1.0～3.6L/m²·h，进入所述阳离子膜扩散渗析分离器的所述精制稀碱液的流量为所述分解母液或蒸发母液的1.0～2.0倍。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拜耳法分解母液或蒸发母液进入阳离子膜扩散渗析分离器时的温度为50～70℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述阳离子膜扩散渗析分离器内部膜的两侧，所述精制稀碱液与分解母液或蒸发母液逆向流动。