CN113292087A - 一种氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氧化铝生产领域，具体涉及一种氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法。该方法包括以下步骤：蒸发结晶溶于水后形成蒸发结晶溶液，所述蒸发结晶溶液与硝酸钙或硝酸镁反应，形成沉淀和含硝酸钠的溶液；所述沉淀由钙、镁离子与体系中的酸根离子结合得到，所述酸根离子至少包括碳酸根、草酸根、硫酸根、镓酸根、钒酸根等；所述含硝酸钠的溶液作为脱硫剂返回应用到氧化铝生产系统中。本发明中，利用蒸发大结晶与硝酸钙或硝酸镁反应，生产氧化铝系统低价硫脱除的脱硫剂，降低硝酸钠的使用成本。同时通过脱除碳酸根等酸根离子，可以降低铝酸钠母液的有害成分，有利于获得产品质量好的氧化铝。
Description
技术领域
本发明属于氧化铝生产领域，具体涉及一种氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法。
背景技术
拜耳法氧化铝生产过程中，矿石和石灰中的无机碳会在高温下生成碳酸钠，其在流程中不断积累，到一定程度，就会影响到正常生产，造成生产成本升高，甚至威胁到正常的生产运行。为了解决拜耳法氧化铝生产过程中产生的碳碱在生产氧化铝的过程中的不断积累，目前工业生产中处理的主要方法是蒸发强制排盐，其主要工艺流程是将循环母液用强制高效蒸发至300g/L以上浓度，使其中所含的碳酸钠形成结晶析出，在盐沉降槽沉降分离后将底流送至压滤机压滤，形成排盐滤饼渣，其主要成份为：碳酸钠、氢氧化铝、氢氧化钠、草酸钠等。
目前工业生产中采用的排盐滤饼渣的处理方式是采用石灰乳进行苛化处理，其反应方程式如下：
Ca(OH)2+Na2CO3＝CaCO3↓+2NaOH
Ca(OH)2+2Al(OH)3(加热)＝Ca(AlO2)2↓+4H2O
另在拜耳法氧化铝生产过程中，矿石中的杂质低价位硫元素，会给氧化铝生产带来极大危害，不仅会造成生产成本大幅度升高，严重时甚至影响产品质量和生产的安全平稳运行。故现有生产中多采用对铝土矿进行预处理脱硫，或在生产工艺过程中进行除硫来避免硫元素对生产的影响。
公布号为CN111994929A的中国发明专利申请公开了一种拜耳法生产氧化铝过程中排盐滤饼渣的处理方法与应用，其是以硝酸处理所述排盐滤饼渣，使其中的碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化铝和碳酸钾和氢氧化钾等被完全反应，以此方法获得的中和液调至碱性后，再加入拜耳法生产氧化铝的系统溶液中，达到系统脱硫目的，并使其中的钠、钾、铝等有用成分可回收进入氧化铝系统溶液中再次利用。
该方法中生成的中和液可以替代传统脱硫剂硝酸钠使用，但硝酸的用量较高，酸碱中和浪费大量的氢氧化钠，整体脱硫成本高；同时硝酸与排盐滤饼渣反应的环节，易产生大量的二氧化碳泡沫，容易出现溢槽等工业生产安全性问题，工艺的工业适应性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，解决现有氧化铝生产系统脱硫剂的使用成本高的问题。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，包括以下步骤：蒸发结晶溶于水后形成蒸发结晶溶液，所述蒸发结晶溶液与硝酸钙或硝酸镁反应，形成沉淀和含硝酸钠的溶液；所述沉淀由钙、镁离子与体系中的酸根离子结合得到；
所述酸根离子至少包括碳酸根；
所述含硝酸钠的溶液作为脱硫剂返回应用到氧化铝生产系统中。
本发明的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，利用蒸发大结晶与硝酸钙或硝酸镁反应，生产氧化铝系统低价硫脱除的脱硫剂，降低硝酸钠的使用成本。同时通过脱除碳酸根等酸根离子，可以降低铝酸钠母液的有害成分，有利于获得产品质量好的氧化铝。另外，该方法的整体反应过程温和、平稳，对工业生产的安全性有利。
视铝土矿的成分不同，蒸发结晶除碳酸钠等，还有可能含有硫酸钠、二氧化硅、三氧化二铁、钒、铬、镓等成分，此时对应的，所述酸根离子还包括草酸根、硅酸根、铁酸根、钒酸根、铬酸根、镓酸根、硫酸根中的一种、两种或三种以上。
优选的，所述蒸发结晶溶液的质量分数为30～40％。
为更好的促进原料混合反应，优选的，硝酸钙以硝酸钙溶液的形式，与蒸发结晶溶液混合反应。硝酸钙溶液的质量分数可以控制在35-45％。
从成本方面考虑，优选的，所述硝酸钙溶液由氧化钙原料和硝酸反应得到。氧化钙原料为含氧化钙或氧化钙转化物的生产原料，优选的，所述氧化钙原料选自石灰、石灰石、电石渣、铝酸钙中的一种或两种以上组合。
优选的，所述硝酸镁以硝酸镁溶液形式与蒸发结晶溶液混合反应；所述硝酸镁溶液由氧化镁原料和硝酸反应得到，所述氧化镁原料选自氢氧化镁、碳酸镁、白云石、铝酸镁中的一种或两种以上组合。氧化镁原料为含氧化镁或氧化镁转化物的生产原料，更优选的，所述氧化镁原料选自白云石或氢氧化镁。
为进一步降低成本，优选的，所述硝酸钙溶液由石灰乳和硝酸反应得到。
更优选的，所述石灰乳的质量分数为10～25％。
优选的，所述应用到氧化铝生产系统中是应用到铝土矿的高压溶出过程。
附图说明
图1为本发明的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法工艺流程图。
具体实施方式
铝土矿拜耳法高压溶出时添加NaNO3脱硫，发生的化学反应主要有：
H2O+4NO3 -+2S2-＝4NO2-+S2O3 2-+2OH- (1)
7H2O+8NO2 2-+6S2-＝4N2+3S2O3 2-+14OH- (2)
4H2O+8NO3 -+5S2-＝4N2+5SO4 2-+8OH- (3)
9H2O+8NO3 -+10S2-＝4N2+5S2O3 2-+18OH- (4)
本发明主要利用蒸发结晶与硝酸盐反应，制备硝酸盐，生产氧化铝系统低价硫脱除的脱硫剂，具体工艺流程图如图1所示。
以石灰、电石渣等原料与水混合，再和硝酸中和形成硝酸盐溶液；蒸发大结晶溶解后形成含有碳酸根等酸根离子的蒸发结晶溶液，蒸发结晶溶液与硝酸盐溶液进行沉淀反应，过滤，分离的滤渣和含硝酸钠的滤液，此滤液作为脱硫剂返回氧化铝系统配料。
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。以下实施例中，所用原料如无特殊说明，均为市售原料；“％”如无特殊说明，均为质量分数。
实施例1
本实施例的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，针对某矿石生产氧化铝流程产出的蒸发结晶，其主要成分组成如表1所示，具体采用以下步骤：
表1实施例1的蒸发结晶的主要组成
| 样品名 | NaOH(％) | Al(OH)<sub>3</sub>(％) | Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>(％) | Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>(％) | Na<sub>2</sub>C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>(％) |
| 大结晶成分 | 37.4 | 22.4 | 29.1 | 3.65 | 0.33 |
(1)石灰(以100％计算)220公斤，加入880升水配置20％石灰乳，加入硝酸495公斤(以100％计算)反应，生成含硝酸钙644公斤的硝酸盐溶液。
(2)蒸发结晶1300公斤，加入2400升水溶解，形成溶质总质量分数35％左右的蒸发结晶溶液，与步骤(1)的含硝酸钙644公斤(以100％计算)的硝酸盐溶液(质量浓度35-45％)反应，Na2CO3、Na2SO4、Na2C2O4转化成碳酸钙(约357公斤)、硫酸钙(约45公斤)、草酸钙(约5.6公斤)等沉淀，作为滤渣收集另行处理；滤液中含硝酸钠约668公斤，作为脱硫剂返回氧化铝系统配料(作为脱硫剂应用到高压溶出过程)。
实施例2
本实施例的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，针对某矿石生产氧化铝流程产出的蒸发结晶，其主要成分组成如表2所示，具体采用以下步骤：
表2实施例2的蒸发结晶的主要组成
(1)石灰(以100％计算)210公斤，加入840升水配置20％石灰乳，加入硝酸472公斤(以100％计算)反应，生成含硝酸钙615公斤的溶液。
(2)蒸发结晶650公斤，加入1200升水溶解，形成溶质总质量分数35％左右的蒸发结晶溶液，与步骤(1)含硝酸钙615公斤的溶液反应，生成碳酸钙(约385公斤)等沉淀，作为滤渣收集另行处理；滤液中含硝酸钠约638公斤，作为脱硫剂返回氧化铝系统配料(作为脱硫剂应用到高压溶出过程)。
蒸发结晶中，NaOH、Al(OH)3(存在形式为铝酸钠等)为母液有益成分，利用上述工艺过程，有益成分的含义基本不受影响，可以同时脱除蒸发结晶中的二氧化硅、三氧化二铁、钒、铬、镓、碳酸钠、硫酸钠等危害氧化铝产品质量的有害成分。
成本方面，氧化铝流程中每吨氧化铝脱硫剂(固体硝酸钠)的成本约3.5元，采用该工艺后可以降低至1.5元，节约2元左右，对于年产200万吨的氧化铝厂每年可以节约成本400万元左右。
以上实施例以硝酸钙溶液为例说明了蒸发结晶的利用过程，硝酸镁的应用情形类同，通过氧化镁原料与硝酸反应可形成含硝酸镁溶液，进而实现与蒸发结晶溶液中相应酸根离子的结合。具体地，可以白云石或氢氧化镁、铝酸镁等为含镁原料，依据溶液酸根离子的量(可以依据碳酸根离子，或者依据碳酸根离子和其他酸根离子)，确定相应的原料用量，从而实现本发明的目的。
在本发明的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法其他实施例中，如蒸发结晶中含有二氧化硅、三氧化二铁、钒、铬、镓等成分(分别以硅酸盐、铁酸盐、钒酸盐、铬酸盐、镓酸盐形式存在)，可通过实施例的方法去除，从而脱除危害氧化铝产品质量的成分。
蒸发结晶溶液的质量分数可以在30～40％作用调整，如30％、32％、38％、40％等，可以获得与实施例相当的实验效果；另外配制石灰乳时，可以调整石灰乳的质量分数为10％、15％、18％、23％、25％等，其具体实施效果基本与实施例相当。
Claims (10)
1.一种氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：蒸发结晶溶于水后形成蒸发结晶溶液，所述蒸发结晶溶液与硝酸钙或硝酸镁反应，形成沉淀和含硝酸钠的溶液；所述沉淀由钙、镁离子与体系中的酸根离子结合得到；
所述酸根离子至少包括碳酸根；
所述含硝酸钠的溶液作为脱硫剂返回应用到氧化铝生产系统中。
2.如权利要求1所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，所述酸根离子还包括草酸根、硅酸根、铁酸根、钒酸根、铬酸根、镓酸根、硫酸根中的一种、两种或三种以上。
3.如权利要求1所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，所述蒸发结晶溶液的质量分数为30～40％。
4.如权利要求1或3所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，硝酸钙以硝酸钙溶液的形式，与蒸发结晶溶液混合反应。
5.如权利要求4所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，所述硝酸钙溶液由氧化钙原料和硝酸反应得到。
6.如权利要求5所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，所述氧化钙原料选自石灰、石灰石、电石渣、铝酸钙中的一种或两种以上组合。
7.如权利要求4所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，所述硝酸钙溶液由石灰乳和硝酸反应得到。
8.如权利要求7所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，所述石灰乳的质量分数为10～25％。
9.如权利要求1所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，所述硝酸镁以硝酸镁溶液形式与蒸发结晶溶液混合反应；所述硝酸镁溶液由氧化镁原料和硝酸反应得到，所述氧化镁原料选自氢氧化镁、碳酸镁、白云石、铝酸镁中的一种或两种以上组合。
10.如权利要求1所述的氧化铝生产系统蒸发结晶的处理方法，其特征在于，所述应用到氧化铝生产系统中是应用到铝土矿的高压溶出过程。
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