CN113912093B - 一种氧化铝生产蒸发母液增浓和排碳酸钠盐方法 - Google Patents

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Abstract

一种氧化铝生产蒸发母液增浓和排碳酸钠盐方法，涉及一种拜耳法生产氧化铝环节中的工艺方法。其特征在于取消了强制循环蒸发器，取消了传统的对部份蒸发母液进行超浓缩蒸发作业，将拜耳法氧化铝生产过程中正常损耗消耗所需补充的碱采用固体烧碱或者高浓度液体烧碱与需要排盐的部份蒸发母液配制成排盐原液直接加到排盐沉降槽中，并分批加入无水乙醇，进行碳酸钠析出排盐，将沉降的碳酸钠结晶及沉降槽底流泵送过滤机进行碳酸盐和蒸发碱液的液固分离；分离出的固相进行苛化处理(苛化处理后苛化液送回拜耳法生产系统)或送烧结法生产氧化铝，分离出的液相和沉降槽溢流即是排盐后符合技术规程条件的排盐后母液，一同入母液槽后进行循环碱液调配。

Description

一种氧化铝生产蒸发母液增浓和排碳酸钠盐方法
技术领域
本发明属于氧化铝生产工艺，特别涉及拜耳法中蒸母液增浓和排碳酸钠盐方法。
背景技术
氧化铝生产中铝酸钠溶液中的Na2O包括氢氧化钠(俗称苛性碱NaOH)、碳酸钠(俗称碳碱Na2CO3)、硫酸钠(Na2SO4)等。由于铝土矿和石灰等生产原料的带入二氧化碳(CO2)在溶出过程的反苛化反应、以及溶液在输送过程带入空气中的CO2等原因，使流程中的碳酸钠含量不断升高。对于拜耳法生产氧化铝来说，只有NaOH中的OH—能溶出铝土矿中的氧化铝得到铝酸钠溶液，而碳酸钠升高达到溶液的平衡溶解度后不但增加系统的循环液量，影响氢氧化铝分解产品质量，而且会造成溶液在蒸发或溶出的闪蒸过程铝酸钠溶液碱浓度较高的环节结晶析出堵塞管道，严重时会造成生产流程中断。利用溶液中苛性碱浓度的升高或者温度的降低、当碳酸钠含量超过平衡溶解度后碳酸钠结晶析出这一特性来排出过多的碳酸钠，此过程称之为排盐。因此，通常在拜耳法生产工艺中要设置专门的蒸发母液超浓缩蒸发--排盐工序以减少系统碳碱的含量。生产上，通常对铝酸钠溶液分解后的分解母液采取4—7效降膜蒸发器蒸浓后，Na2Ok浓度达到180-250g/l,部份再通过强制循环蒸发器进行进一步提高碱浓度，达到280-320g/l，以提高碳酸钠的过饱和度，然后将高浓度的铝酸钠溶液(即排盐原液)送入排盐沉降槽内，加入部份晶种，降低溶液温度后，由于碳酸钠的平衡浓度降低从而使碳酸钠结晶析出，碳酸钠晶体由排盐沉降槽底流进入排盐过滤机进行液固分离，过滤滤饼即碳酸钠结晶进行苛化反应后返回拜耳法流程或送烧结法系统生产氧化铝；沉降槽溢流和过滤机滤液即为碳酸钠含量较低的排盐母液，排盐母液与另一部分浓度相对较低的蒸发母液混合调配后成为循环母液。一般氧化铝企业控制排盐前铝酸钠溶液中的Nc/Nt≤12％，排盐母液与未经排盐的部份蒸发母液混合后的循环母液中Nc/Nt≤10％，以保证生产安全稳定。此技术的缺点是，强制循环蒸发器投资大、运行能耗成本高。
在生产过程中，由于部分苛性碱NaOH与氧化硅反应形成钠硅渣(NaO·Al2O3·1.7SiO2·nH2O)进入赤泥被排除流程，以及其他损耗，因此每生产1吨氧化铝需要补充所消耗的NaOH 50-150公斤(因矿石质量高低而异)，即所谓的拜耳法生产氧化铝"补碱"。通常拜耳法补碱的方法，是在碱液调配循环碱液时按要求将液碱直接加入到循环碱液中。生产操作中，进行循环碱液调配要计算和调整蒸发原液、蒸发母液和液碱三种溶液的流量比例。
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提出一种能取消强制循环蒸发器、使蒸发母液提高浓度排盐的方法，并有效简化拜耳法母液蒸发工艺、降低蒸发蒸汽消耗、降低成本费用，简化循环碱液调配的工艺流程、使碱液调配操作更加方便准确、排盐效率高，满足生产条件的氧化铝生产中排除碳酸盐的方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提出一种能取消强制循环蒸发器、使蒸发母液提高浓度排盐的方法，并有效简化拜耳法母液蒸发—强制循环超浓缩蒸发—排盐工艺、排盐效率高的氧化铝生产中排除碳酸盐的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
将氧化铝生产的原料低浓度液体烧碱(≤42％)改为高浓度(≥50％)的液体烧碱或者固体烧碱，方法是将部份需要排盐的部份蒸发母液(碳酸钠浓度较高)与液体烧碱混合后配制成Na2Ok的浓度为300g/L以上的排盐原液以实现排盐。
将排盐原液直接加入到排盐沉降槽中，并分批加入无水乙醇，从而在沉降槽中碳酸钠结晶析出，底流进行碳酸盐和铝酸钠溶液的液固分离；分离出固相进行苛化处理或送烧结法生产氧化铝，分离的液相和沉降槽溢流即为碳酸钠浓度较低的排盐母液，一同入循环母液槽后进行循环碱液调配。
排盐时排盐液Na2Ok的浓度为300g/L--320g/L。
更优选的，将需要排盐的部份蒸发母液(碳酸钠浓度较高)直接进行溶解固体烧碱，配置成300--500g/L的高浓度排盐原液，然后送到排盐沉降槽排盐，分批加入无水乙醇；更优选的，使用固体烧碱直接与蒸发母液混合配制的排盐液排盐时Na2Ok的浓度为310-400g/L。
优选的无水乙醇分1-3批加入，更优选的，无水乙醇分2批加入；
优选的第1批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的0.5％-5％，第2批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的3％-10％；更优选的，第1批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的1％-3％，第2批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的5％-7％；最优选的，第1批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的2％，第2批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的6％。
优选的，第1批无水乙醇在高浓度排盐原液送到排盐沉降槽时加入，第2批无水乙醇在第1批无水乙醇加入后20-40min加入，任选的，第3批无水乙醇在第2批无水乙醇加入后10-30min加入；优选的，第2批无水乙醇在第1批无水乙醇加入后30min加入，任选的，第3批无水乙醇在第2批无水乙醇加入后20min加入。
优选的，本发明所述排除碳酸盐的方法还包括乙醇回收步骤，所述回收的乙醇可循环用于排碳酸钠盐。
本发明的有益效果：
本发明将拜耳法氧化铝生产过程中所需补充的高浓度液体烧碱与蒸发母液(部份)混合直接加到排盐沉降槽中，并分批加入无水乙醇，进行碳酸钠析出排盐，或者用蒸发母液(部份)直接溶解氧化铝生产过程中所需补充的固体烧碱，配制成高苛性碱浓度的排盐原液送到排盐沉降槽中，并分批加入无水乙醇，进行碳酸钠析出排盐，取消了强制循环蒸发器，取消了传统的对部分蒸发母液进行超浓缩蒸发作业，并将沉降的碳酸钠结晶及沉降槽底流泵送过滤机进行碳酸盐和蒸发碱液的液固分离，分离出的固相进行苛化处理或送烧结法生产氧化铝，分离出的液相和沉降槽溢流即是排盐后符合技术规程条件的排盐后母液，一同入母液槽后进行循环碱液调配。
本发明的方法将常温高浓度苛性碱的液碱加入到排盐沉降槽中，降低了沉降槽溶液的温度，提高溶液的苛性碱浓度，通过分批加入无水乙醇加快了碳酸盐结晶的析出速度和析出量，排盐后铝酸钠溶液中的Nc/Nt由蒸发母液的11％以上降到5％以下，混合后的循环母液中Nc/Nt≤10％，实现了排盐，达到工厂技术指标要求，且本发明排盐时分批加入的无水乙醇可通过乙醇回收步骤回收。
因此，本发明氧化铝生产蒸发母液增浓和排碳酸钠盐方法通过取消了强制循环蒸发器，取消了传统的对部分蒸发母液进行超浓缩蒸发作业，提高了碳酸盐的排除效率和排出量，降低了工程投资、降低了蒸汽消耗、降低了运行费用、降低了氧化铝生产成本，并提高了氧化铝的生产效率。
具体实施方式
下面通过具体实施例进行详细介绍，以下实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：一种氧化铝生产蒸发母液增浓和排碳酸钠盐方法，其过程是将补充拜耳法系统的固体烧碱或者高浓度液碱和经过降膜蒸发器蒸发的母液，通过泵送到排盐沉降槽中，并分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的2％，在高浓度排盐原液送到排盐沉降槽时加入，第2批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的6％，在第1批无水乙醇加入后30min加入。铝酸钠溶液中的碳酸钠过饱和而析出并进入锥底沉降槽，排盐沉降槽溢流即为排盐后低碳酸钠含量的母液，沉降槽的底流为碳酸钠含量极高的料浆，采用离心泵送排盐过滤机进行液固分离，滤液和沉降槽溢流经回收乙醇后一同进入溢流槽，与蒸发母液按比例混合后的循环母液进行循环碱液的调配作业。
实施例2：一条年产80万吨的拜耳法氧化铝生产线，将补充生产系统的液碱按10--20m3/h和Na2Ok浓度为250g/l、温度85℃的蒸发母液40-80m3/h加入排盐沉降槽，并分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为蒸发母液体积的3％，在蒸发母液送到排盐沉降槽时加入，第2批加入的无水乙醇的量为蒸发母液体积的5％，在第1批无水乙醇加入后40min加入。沉降槽的底流采用滤机进行液固分离，滤液和沉降槽溢流一同进入溢流槽后回收乙醇，用泵送循环碱液母液槽，从而不用运行强制循环蒸发器利用高浓度烧碱按比例混合蒸发母液实现了碳酸钠的排盐。
实施例3：一条年产80万吨的拜耳法氧化铝生产线，将部分碳酸钠浓度较高的需要排盐的Na2Ok浓度为250g/l、温度85℃的蒸发母液60-80m3/h直接进行溶解固体烧碱6000kg—8000kg，配制成320--350g/L的高浓度排盐原液，然后送到排盐沉降槽排盐，并分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为蒸发母液体积的1％，在蒸发母液送到排盐沉降槽时加入，第2批加入的无水乙醇的量为蒸发母液体积的10％，在第1批无水乙醇加入后30min加入排盐沉降槽的温度度控制在65-75℃，Nk(Na2Ok)浓度320-350g/L。沉降槽的底流采用滤机进行液固分离，滤液和沉降槽溢流一同进入溢流槽后回收乙醇，用泵送循环碱液母液槽，从而不用运行强制循环蒸发器利用高浓度烧碱按比例混合蒸发母液实现了碳酸钠的排盐。所需要的排盐量、排盐液流量和排盐液浓度控制根据生产需要适当调整，既达到了排盐后较低的碳酸钠浓度，又保证了排盐量。
效果例1：无水乙醇加入量和加入时机对碳酸钠排盐效果的影响
排盐原液：Na2Ok浓度为250g/l、温度85℃的蒸发母液，溶解固体烧碱配制成Nc/Nt＝12％的高浓度排盐原液。
实验分组：
(1)本发明1组：在排盐原液中分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的2％，第2批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的6％，在第1批无水乙醇加入后30min加入；
(2)本发明2组：在排盐原液中分1批加入无水乙醇，无水乙醇的量为排盐原液体积的8％；
(3)对比例1组：分两批加入温度85℃的纯净水，其中第1批加入的纯净水的量为排盐原液体积的2％，第2批加入的纯净水的量为排盐原液体积的5％，在第1批无水乙醇加入后30min加入；
(4)对比例2组：在排盐原液中分1批加入无水乙醇，其中无水乙醇的量为排盐原液体积的8％，加入时间为开始排盐30min后加入；
(5)对比例3组：在排盐原液中分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的2％，第2批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的6％，在第1批无水乙醇加入后10min加入；
(6)对比例4组：在排盐原液中分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的6％，第2批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的2％，在第1批无水乙醇加入后30min加入；
(7)对比例5组：在排盐原液中分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的0.1％，第2批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的6％，在第1批无水乙醇加入后30min加入；
(8)对比例6组：在排盐原液中分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的2％，第2批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的4％，在第1批无水乙醇加入后30min加入；
(9)对比例7组：在排盐原液中分2批加入无水乙醇，其中第1批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的2％，第2批加入的无水乙醇的量为排盐原液体积的15％，在第1批无水乙醇加入后30min加入；
(10)空白组：排盐原液直接进行排盐。
实验方法，测量排盐开始后0.5h、1h、2h排盐原液中Nc/Nt值，具体实验结果参见表1。
实验结果：
表1无水乙醇加入量和加入时机对碳酸钠排盐的影响
Figure BDA0003286164400000071
表1实验结果显示本发明1-2组相对于空白组在第0.5h具有明显更低的Nc/Nt值，显示了通过按照本发明方法分批次加入无水乙醇明显提高了碳酸盐的排除量，虽然第2h时空白组Nc/Nt值同样达到了低于7％的效果，但第1h时空白组Nc/Nt值仍为8.4％，明显高于7％，而第1h时本发明1-2组排盐原液Nc/Nt值已均低于7％，显示了本发明方法分批次加入无水乙醇明显提高了碳酸盐的排除效率。
对比例1组使用等体积的温度85℃的纯净水替换了本发明中的无水乙醇，而由于纯净水的加入导致排盐原液中碳酸盐浓度和苛性碱浓度的降低导致碳酸盐的排除效率和排除量的明显降低；对比例2组调整了无水乙醇的加入时机为始排盐30min后加入，由于无水乙醇加入前，部分碳酸钠已经结晶析出，导致排盐原液中碳酸盐的浓度降低，因此排盐开始30min后加入无水乙醇虽然同样明显加快了碳酸盐的排除，但其排除效率仍然明显低于本发明方法，其中第1h排盐原液Nc/Nt值仍明显高于7％；对比例3组测试了第2批无水乙醇加入时机对碳酸盐排除的影响，由于第2批无水乙醇在第第1批无水乙醇加入后10min加入，相当于两批无水乙醇均在第0.5h内加入，因此，第0.5h时排盐原液Nc/Nt值取得了低于本发明方法的效果，但其第1h时排盐原液Nc/Nt值仍然高于7％，显示了第2批无水乙醇的提前加入，明显降低了排盐原液在0.5h以后的排盐效率；对比例4组测试了第1批、第2批无水乙醇的加入量的替换对排盐效果的影响，实验结果显示，由于第1批无水乙醇加入量的增加，0.5h时对比例4组排盐原液中Nc/Nt值低于本发明1组，但由于第2批无水乙醇用量的降低，导致第0.5h以后排盐原液的排盐效率受到了明显影响，第1h时对比例4组排盐原液中Nc/Nt值仍在7％以上；对比例5组测试了第1批无水乙醇加入量对排盐效果的影响，实验结果显示，由于第1批无水乙醇用量的降低，导致了对比例5组排盐原液在第0.5h时Nc/Nt值明显高于本发明1-2组，且第1h时排盐原液中Nc/Nt值同样高于7％；对比例6组测试了降低第2批无水乙醇加入量对排盐效果的影响，实验结果显示，由于第2批无水乙醇用量的降低，导致了对比例6组排盐原液虽然在第0.5h时Nc/Nt值与本发明1-2组相当，但其第1h时排盐原液中Nc/Nt值仍高于7％；对比例7组测试了提高第2批无水乙醇加入量对排盐效果的影响，实验结果显示，虽然第2批无水乙醇用量明显增加，但其排盐效果却呈现出明显减弱的结果，显示了提高第2批无水乙醇的用量并不利于提高排盐效果，并且还会加重乙醇回收的负担。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种氧化铝生产蒸发母液增浓和排碳酸钠盐方法，其特征在于，将拜耳法氧化铝生产过程中正常损耗消耗所需补充的苛性碱采用固体烧碱或者高浓度液体烧碱与经过降膜蒸发器蒸发的母液配制成Na2Ok 的浓度为300g/L以上的排盐原液直接加入到排盐沉降槽中混合，并分批加入无水乙醇进行排盐，取消昂贵的强制循环蒸发器，将沉降底流进行析出碳酸盐晶体和蒸发母液的液固分离；分离出的固相经过滤分离后进行苛化处理或送烧结法系统生产氧化铝，沉降槽和过滤机分离的液相，即为排盐后碳酸钠浓度较低的铝酸钠母液，一同入循环母液槽后进行循环碱液调配成为下一道工序用的循环母液，所述无水乙醇分2批加入，第1批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的2%，在高浓度排盐原液送到排盐沉降槽时加入，第2批加入的无水乙醇的量为高浓度排盐原液体积的6%，在第1批无水乙醇加入后30min加入；所述高浓度液体烧碱的浓度为50wt.%以上。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铝生产蒸发母液增浓和排碳酸钠盐方法，其特征在于，所述排盐原液中Na 2 Ok 的浓度为300-500g/L。
3.根据权利要求1或2所述的一种氧化铝生产蒸发母液增浓和排碳酸钠盐方法，其特征在于，还包括乙醇回收步骤，回收的乙醇循环用于排碳酸钠盐。
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