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摘要：一步酸溶法固液沉降分离技术是粉煤灰酸法提取氧化铝的核心工艺，文章针对沉降分离工艺采用单因素试验研究方法，重点考察了絮凝剂的种类、料浆固含、料浆温度及絮凝剂的添加量对稀释料浆固液分离沉降效果的影响，获得了最优工艺参数，为粉煤灰提取氧化铝固液沉降分离工艺技术优化提供理论依据，也对絮凝剂的应用有较大的参考作用。
关键词：絮凝剂；粉煤灰；稀释料浆；沉降分离技术
0引言
一步酸溶法工艺技术和传统拜耳法相比采用的是铝土矿生产氧化铝工艺，具有尾渣减量化、工艺流程短、溶剂酸可循环利用、副产物品质高等诸多技术优势，可以实现废弃粉煤灰资源的高效综合利用，极大地降低环境污染。该工艺技术是将电厂废弃粉煤灰粗灰和细灰与易回收盐酸混合搅拌进行高温反应，经酸溶出、固液沉降分离和洗涤、去除伴生元素、氯化铝蒸发结晶和氯化铝焙烧等工序，制备出满足冶金指标的工业氧化铝产品。
盐酸浸出粉煤灰料浆具有铝含量高、酸浓度高、料浆固含高、分离难度大等特点，经过洗液稀释后才能适合固液分离，稀释料浆的固体颗粒是二氧化硅白泥，液体是高浓度氯化铝、低浓度氯化铁等氯化物的混合液[1]，其性质如表1所示。白泥固体颗粒的本身重力使其沉降，但沉降速率慢，而料浆的黏度和布朗运动产生扩散阻力阻止颗粒下沉。沉降分离过程中由于白泥颗粒尺寸较小比表面积大，颗粒选择某种离子后，在白泥颗粒和溶液的相界面上出现双层结构，使白泥颗粒带有同性电荷。带有电荷的白泥颗粒相互排斥很难聚集成大颗粒沉降压缩，这就需要加入一定量的絮凝剂使其加速聚集成大颗粒易于沉降分离。分离出的氯化铝粗清液在经过板框压滤机除杂过滤出浮游物合格的清液，为树脂除杂提供合格的原料[2]。
氧化铝溶出料浆分离洗涤的方法主要是沉降槽加絮凝剂分离和板框压滤机过滤，好的絮凝剂的加入既极大地提高固液快速分离的效率，又提高了沉降槽的使用价值，降低了板框压滤的工作负荷。影响溶出料浆沉降分离的因素主要有白泥料浆的固含、温度、絮凝的添加量、絮凝剂的种类等。本文针对沉降分离工艺主要影响因素进行研究，确定出絮凝剂的种类、固含、温度及絮剂的添加量对沉降性能的影响，获得了最优的沉降分离实验技术参数。
1絮凝剂作用机理
絮凝剂对白泥的凝聚效果决定于絮凝剂自身的组成和性质及被沉降料浆的性质。一步酸溶法稀释料浆中阳离子，如表2所示，属于高浓度强酸性高温体系。絮凝使微小的白泥颗粒和悬浮物颗粒在有机高分子絮凝剂物质的作用下，中和颗粒之间表面电荷，降低小颗粒之间的排斥力，从而小颗粒间相互靠拢，絮凝剂架桥作用形成高分子链[3]，白泥颗粒结合在一起，体积逐渐变大，当颗粒体积增大到一定体积和重量时，它从稀释料浆中分离出来慢慢沉降。
酸法生产氧化铝工艺中稀释料浆添加絮凝剂后，固液沉降分离分为吸附和絮凝两个过程。吸附过程是絮凝剂高分子链上的官能团以多种形式在白泥颗粒表面发生吸附，形成初级絮体。絮凝过程使初级絮体通过与白泥颗粒或其他絮体相互吸附，逐渐增大形成尺寸相对较大、空间结构致密的絮体。絮状物的尺寸越大，结构就越致密，沉降就越迅速。
2实验部分
2.1实验原料
粉煤灰溶出工艺稀释料浆，絮凝剂(61366)、絮凝剂(61328)、絮凝剂(61520)、蒸馏水，实验用絮凝剂为聚丙烯酰胺类。
2.2实验设备
电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PE公司)：料浆中金属元素含量测试；恒温水域槽：实验温度控制在50～95℃;沉降管：容积为300 mL，实验时管中装250 mL料浆；磁力搅拌电热板：用于絮凝剂的配制。
2.3实验方法
将0.10 g 3种絮凝剂分别溶解在100 mL纯净水中，在恒温40℃的磁力搅拌电热板上加热搅拌12 h以上，使絮凝剂充分溶解。
将配置好的稀释料浆加热到实验温度，移入沉降管中，加入一定量的絮凝剂，混匀并开始计时，每隔一定时间记录清夜层的高度，并计算前5 min的平均沉降速率和40 min的底泥压缩固含。
3实验结果与讨论
3.1不同种类絮凝剂对稀释料浆沉降性能的影响
本实验主要对比研究3种絮凝剂对稀释料浆沉降性能的影响。实验条件：稀释料浆固含为60 g/L，温度85℃,氯化铝浓度220 g/L±10 g/L，酸度≤1%，絮凝剂为絮凝剂61366，絮凝剂61328，絮凝剂61520，絮凝剂添加量3 mL。沉降实验结果如表3和图1所示。
实验结果表明，絮凝剂61366、絮凝剂61328、絮凝剂61520，5 min的沉降速率分别为：1.67 m/h、1.24 m/h、1.02 m/h，其中：絮凝剂61366的沉降速率最大，40 min时三种絮凝剂固含分别为187.5 g/L、187.5 g/L、182.9 g/L，说明压缩性能基本一致。絮凝剂61366沉降性能最佳的主要原因是其分子量大，与白泥颗粒发生聚合反应效率高，且形成的颗粒最大，由于其重力远大于氯化铝溶液产生的浮力。因此，其对稀释料浆的沉降速率影响最大，沉降分离效果最好。絮凝剂61366在10 min时底泥压缩性能已经达到最大，其他两种絮凝剂在40 min时达到最大，也说明絮凝剂61366的沉降性能最佳。沉降反应一定时间后底泥逐渐增多，下沉泥层对下降的泥层产生一定的阻碍，泥层越多，阻碍作用越大，沉降性能逐渐变差。通过对比3种絮凝剂沉降性能，得出絮凝剂61366的沉降性能最佳。
3.2不同固含对稀释料浆沉降性能的影响研究
本实验主要对不同固含对稀释料浆沉降性能的影响进行对比研究。实验条件：稀释浆固含60 g/L、80 g/L和90 g/L，温度85℃,氯化铝浓度220 g/L±10 g/L，酸度≤1%，絮凝剂选用61366，絮凝剂添加量3 mL。沉降实验结果如表4和图2所示。
实验结果表明，固含60 g/L、80 g/L、90 g/L稀释料浆5 min的沉降速率分别为1.67 m/h、1.43 m/h、1.33 m/h。其中，固含60 g/L的稀释料将沉降速率最大，随着固含的增大，沉降分离性能逐渐减弱。40 min时3种固含条件下底泥固含分别为187.5 g/L、200.0 g/L、216.3 g/L，底泥固含逐渐增大，说明压性能随固含的增大有所提高。
固含60 g/L的稀释料浆沉降速率最大的原因是料浆悬浮小颗粒在沉降过程中，属于干涉沉降，所受到的阻力主要是悬浮小颗粒之间的碰摩、擦撞。料浆固含越大所受的机械阻力越大，料液中悬浮的大量小颗粒沉降缓慢，而且小颗粒向下沉降时，会与压缩层的氯化铝溶液反向流动，进行颗粒和溶液的置换，局部的流体由颗粒间或颗粒与器壁间的空隙向上涌起，形成上升股流，进而增加了流体的阻力。置换出的液体随着固态含量的增加而增加，从而使液体上行的动力变大，进而流体阻力阻碍小颗粒的沉降，使沉降速度降低，清液高度低。
3.3不同温度稀释料浆沉降性能的影响
本实验主要研究不同温度对稀释料浆沉降性能的影响。实验条件：稀释料浆固含为60 g/L；温度50℃、70℃、85℃;氯化铝浓度220 g/L±10 g/L，酸度≤1%。沉降实验结果如图3和表5所示。
实验结果表明，温度50℃、70℃、85℃的稀释料浆，5 min的沉降速率分别为1.37 m/h、1.43 m/h、1.66 m/h，其中，温度85℃的稀释料浆沉降速率最大，随着温度的增大，沉降分离性能逐渐增强。40 min 3种温度条件下底泥固含分别为153.1 g/L、166.7 g/L、178.6 g/L，料浆压缩性能随底泥固含温度升高而逐渐增强。
稀释浆料随着温度的升高，沉降率逐渐增加。主要原因是随着料浆温度的升高，絮凝剂与白泥颗粒发生聚合反应速率提高，提高了分离效率。其次，随着温度的升高，加入絮凝剂的料浆黏度降低，沉降过程中的沉降阻力越小也有利于悬浮小颗粒的沉降。随着温度的升高沉降速率增加，沉降固含均增加，说明温度的升高有利于底泥的压缩，压缩性能进一步提高，结合实际生产中后续工艺过滤设备的要求，稀释降料浆工序的温度控制在85℃,该温度下工艺合理可行，效果最佳[4]。
3.4不同絮凝剂添加量对稀释料浆沉降性能的影响
本实验主要研究不同絮凝剂添加量对稀释料浆沉降性能的影响。实验条件：稀释料浆固含80 g/L，温度85℃,氯化铝浓度220 g/L±10 g/L，酸度≤1%，絮凝剂添加量3 mL、4 mL、5 mL。沉降实验结果如表6和图4所示。
实验结果表明，絮凝剂61366加入不同量絮凝剂(3 mL、4 mL、5 mL)后，5 min的沉降分离速率分别为1.43 m/h、1.43 m/h、1.39 m/h。随着絮凝剂量的增加，分离速率不增反而减小。40 min时絮凝剂(3 mL、4 mL、5 mL)添加量的料浆底泥固含分别为200.0 g/L、200.0 g/L、188.7 g/L，当絮凝剂添加量最大时底泥固含反而有所减小，压缩性能变差。主要原因絮凝剂是一种高分子聚合物，絮凝剂的添加遵循适量原则，大量添加絮凝剂自身会发生团聚现象，不利于与白泥颗粒发生聚合反应，也不利于底泥的压缩。因此，当絮凝剂的添加量达到5 mL时稀释料浆的沉降速率反而降低，沉降分离效果变差。因此絮凝剂的加入量采取适度原则0.2 kg/t干白泥为最佳。
4结语
絮凝剂的种类、稀释料浆的固含、料液温度及絮凝剂的添加量是影响沉降分离的效果的主要因素，一步酸溶法粉煤灰提取氧化铝工艺中，不同的实验条件，絮凝沉降效果不同。通过实验对比研究了絮凝剂61366、絮凝剂61328、絮凝剂61520 3种絮凝剂沉降分离性能，结果表明絮凝剂61366是分离性能最好的一种，适用于一步酸溶法稀释料浆固液沉降分离工艺。稀释料浆的沉降速率与料浆的固含息息相关，固含越大沉降速率越小，沉降分离速率与料浆固含成反比效果。并通过对3种不同温度下稀释料浆沉降分离性能对比研究，结果表明，随着稀释料浆温度的升高，沉降速率提高，沉降效果显著，得出一步酸溶法工艺85℃的稀释料浆沉降分离效果最佳。沉降速率随着絮凝剂添加量的增加先增大然后减小，絮凝剂添加量达到一定量时，沉降速率不会随着添加量的增大而增大，因此絮凝剂的加入量选择0.2 kg/t干白泥时最佳。
参考文献：
[1]郭昭华.粉煤灰盐酸法提取氧化铝工艺原理与技术[M].北京：科学出版社，2017(12)：208-210.
[2]姜学海.氧化铝生产中如何高效应用絮凝剂[J].轻金属，2008(3)：17-18.
[3]邢永康.絮凝剂在酸法生产氧化铝工艺中的应用研究[J].轻金属，2021(10)：14-15.
[4]李文清，邹萍.粉煤灰盐酸生产氧化铝工艺中溶出料浆的沉降分离研究[J].轻金属，2019(10)：13-14.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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一步酸溶法粉煤灰提取氧化铝沉降分离工艺影响因素研究论文
人参与 2025-01-06 11:19:23 分类 : 管理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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