采用超浓缩法从拜尔法溶液中排除草酸钠和碳酸盐的方法

摘要

本发明公开了一种采用超浓缩法从拜尔法溶液中排除草酸钠和碳酸盐的方法，该方法是将氧化铝系统的母液进行浓缩，浓缩后母液中的液体送入氧化铝生产系统，固相溶解后送入一段苛化槽下苛化2～4小时得B浆液，将B浆液冷却到50～70℃后送入二段苛化槽，在50～70℃的条件下苛化1.5～3.0小时得C浆液，将C浆液送入分离洗涤机，洗液送入氧化铝生产系统，残渣送至氧化铝赤泥洗涤系统。本发明不但排除效果好、流程简单、投资少、生产经营成本低、而且氧化铝损失少，具有很好的使用价值和经济价值。

说明书

技术领域：

本发明涉及到一种采用超浓缩法从拜尔法溶液中排除草酸钠和碳酸盐的方法，属于排除拜尔法溶液中草酸盐和碳酸盐的技术领域。

技术背景：

氧化铝生产流程中草酸钠的来源主要为铝土矿的携带，其次是为满足生产需要而添加的含有机物的辅助材料(如：絮凝剂、润滑剂、防沫剂等)。因草酸钠在流程中不断积累，当积累达到一定的浓度后将给氧化铝生产带来极大的危害，其主要危害为：1、降低产品质量：草酸钠在铝酸钠溶液中的溶解度随着温度的降低而降低，拜尔法生产中的分解是一个降温过程，这就为草酸钠结晶的析出创造了便利条件，从而严重影响产品质量。2、草酸钠促使细颗粒氢氧化铝晶体的产生，从而造成产品粒度不合格，在分解过程中草酸钠随氢氧化铝同时析出，因此在氢氧化焙烧过程将造成产品粒度进一步细化，草酸钠与氢氧化铝共同析出，会导致氢氧化铝晶体碱的含量增高。3、降低了分解过程中附聚效率和结晶长大的速度，使分解产出率降低和循环效率降低。4、含草酸钠较高的溶液在输送与储存过程会产生大量的泡沫，造成设备不能满足负荷运行。5、草酸钠达到饱和浓度后，将在种子立盘过滤机，精液热交换的换热面、分解槽内壁周边及蒸发器的加热面等位置析出，这不仅造成设备本身产能降低，而且会导致设备清洁周期缩短，设备运转率低；此外还会造成蒸发器、热交换设备的传热效果降低。6、氧化铝生产中有大量的常压设备，稍有不慎这此设备中碱液或料浆随同有机物泡沫一起溢流出来，影响工业卫生与环境保护。

现有草酸钠的排除方法主要有：1、焙烧法：对铝土矿进行预焙烧，或对氧化铝生产过程的细颗粒氢氧化铝进行焙烧，此法虽能有效的排除草酸钠，但是它建设投资高，能耗高和污染环境。2、氢氧化铝洗液苛化法：为了获得细晶种需进行两次分级和一次细氢氧化铝的沉降，然后对沉降的底流进行分离与洗涤，其洗液在加入过量的石灰的条件下进行苛化，来实现草酸钠的排除。此法第一流程复杂：不仅操作维护工作量大，建设投资高，而且只宜用于两段分解，因一个氧化铝工厂细氢氧化铝的量有限，洗液中草酸钠的量就更有限，因此草酸钠的排除量少；第二、因增加了细氢氧化铝的洗涤工序，所以需增加了用水量，进一步增加了氧化铝生产用水的困难，且会增加热能消耗；第三、洗液苛化需加过量的石灰，由此而造成洗液中氧化铝与石灰完全反应生成铝酸钙固相，氧化铝损失较大。3、氧化法：是在氧化铝生产流程中选择合适的地点加入氧化剂，使拜尔法溶液中的草酸钠转化为碳酸盐。此法虽具有明显的排除有机物的效果，又不消耗大量的热能和昂贵的试剂，也不会造成环境的污染等优点，但具有氧化过程生成的碳粒很小，难以除去的缺点，目前无法在工厂推广应用。4、石灰吸附法：它是在母液中加入石灰以吸附溶液中的有机物，以达到排除有机物的目的。该方法曾在某工厂进行试用，实践证明：不仅有机物排除的效果差，而且石灰会与铝酸钠反应生成铝酸钙，造成氧化铝损失。5、离子交换法：是将拜尔法溶液通过离子交换树脂，以达到排除溶液中有机物的目的，此法不仅存在有离子交换树脂再生难，成本高的问题，而且有机物的排除量也很有限。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种草酸钠排除效果好、流程简单、投资少、生产经营成本低、氧化铝损失少的采用超浓缩法从拜尔法溶液中排除草酸钠和碳酸盐的方法，可以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案：该方法是将氧化铝系统的母液进行浓缩，使母液中苛化氧化纳浓的度达到300～370g/l，经过浓缩后母液中的液体送入氧化铝生产系统，固相用80～100℃或稀碱溶液(因稀碱溶液为含碱冷凝水或工业废水，因这两种水中可能会含有一定的碱，碱浓度通常＜10g/l)溶解成碳酸性氧化钠浓度为10～14％的A溶液；将A溶液送入一段苛化槽，并在一段苛化槽内加入石灰或石灰乳，加入石灰或石灰乳的量为碳酸性氧化钠量的1.2～1.4倍，并在75～95℃的条件下苛化2～4小时得B浆液，将B浆液冷却到50～70℃后送入二段苛化槽，并在二段苛化槽内加入石灰或石灰乳，加入石灰或石灰乳的量为草酸钠量的0.5～1.0倍，在50～70℃的条件下苛化1.5～3.0小时得C浆液，将C浆液送入分离洗涤机，洗液送入氧化铝生产系统，残渣送至氧化铝赤泥洗涤系统。

对氧化铝系统的母液的浓缩可采用浓缩器进行浓缩或加入高浓度苛性碱液进行浓缩。

在对氧化铝系统的母液进行浓缩时加入有草酸钠晶种或碳酸钠晶种。

草酸钠晶种系数一般为0.5～1.2，碳酸钠晶种系数一般为0.3～1.0。

在对氧化铝系统的母液进行浓缩时的温度为103～110℃。

在对氧化铝系统的母液进行浓缩时的温度为103～108℃。

对B浆液进行冷却的系统为水冷器。

为了更好的排除草酸钠和碳酸盐，申请人进行了大量的试验研究：下例数据为本发明的部分试验数据：其中Nk表示溶液中苛化氧化钠浓度(Na2Ok)，Nc表示溶液中碳酸性氧化钠浓度(Na2Oc)，NT表示溶液中全碱浓度(Na2OT)，AO指溶液中氧化铝浓度(Al2O3)。C有是指溶液中草酸钠(Na2C2O4)中有机碳含量，ΔC有指C有的析出(沉积)率(％)。

超浓缩晶种系数：

(1)将Nk＝153g/LC_有＝2.46～8.0g/L的母液(超浓缩原液)超浓缩至Nk约300g/L时，可看出草酸钠的结晶析出率，随原液C_有的提高而提高(如表1)：

表1

  序号 结果 名称 条件  NT  (g/L)  AO  (g/L)  Nk  (g/L)  Nc  (g/L)  C_有  (g/L)  Nc/NT  (％)  ΔC_有  (％)  1  超浓缩前  163.8  91.35  153.0  15.3  2.46  9.1  66.89  超浓缩后  335.4  191.38  314.0  21.4  1.81  6.4  2  超浓缩前  168.3  91.35  153.0  15.3  4.0  9.1  71.39  超浓缩后  331.2  213.35  309.0  22.2  2.51  6.7  3  超浓缩前  168.3  91.35  153.0  15.3  6.0  9.1  73.36  超浓缩后  321.2  181.84  303.0  18.2  3.6  5.7  4  超浓缩前  168.3  91.35  153.0  15.3  8.0  9.1  75.97  超浓缩后  312.6  179.27  298.0  14.6  4.31  4.7

(2)将Nk＝136.8g/L、C_有＝1.44g/L的母液(超浓缩原液)进行超浓缩，随着超浓缩液Nk值的提高，草酸钠的析出率提高，当超浓缩液Nk值达360g/L左右时，可看出其析出率达峰到值(如表2)

表2

  序号 结果 名称 条件  NT  (g/L)  AO  (g/L)  Nk  (g/L)  Nc  (g/L)  C_有  (g/L)  Nc/NT  (％) ΔC_有 (％)  1  超浓缩前  160.4  82.9  136.8  23.6  1.44  14.7  70.3  超浓缩后  333.4  172.04  310.0  23.4  1.06  7.0  2  超浓缩前  160.4  82.9  136.8  23.6  1.44  14.7  75.3  超浓缩后  352.6  101.78  335  17.6  0.98  14.7  3  超浓缩前  160.4  82.9  136.8  23.6  1.44  14.7  81.3  超浓缩后  374.2  200.19  364.0  10.2  0.79  2.7  4  超浓缩前  160.4  82.9  136.8  23.6  1.44  14.7  79.2  超浓缩后  399.0  219.27  386.0  13.0  0.91  3.3

3、将Nk＝136.8g/LC_有＝1.80g/L的母液(超浓缩原液)进行超浓缩，研究结果表明：在超浓缩原液C_有较高的条件下，同样随着超浓缩液Nk值的提高，草酸钠的析出率提高，当超浓缩液Nk值达360g/L左右时，其析出率达峰值(如表3)

表3

  序号 结果 名称 条件  NT  (g/L)  AO  (g/L)  Nk  (g/L)  Nc  (g/L)  C_有  (g/L)  Nc/NT  (％) ΔC_有 (％)  1  超浓缩前  160.4  82.9  136.8  23.6  1.80  14.7  71.7  超浓缩后  338.2  160.19  318.0  20.2  1.24  6.0  2  超浓缩前  160.4  82.9  136.8  23.6  1.80  14.7  78.6  超浓缩后  350.2  183.48  336.0  14.2  1.07  4.1  3  超浓缩前  160.4  82.9  136.8  23.6  1.80  14.7  82.8  超浓缩后  370.2  179.93  354.0  16.2  0.82  4.4  4  超浓缩前  160.4  82.9  136.8  23.6  1.80  14.7  81.3  超浓缩后  390.2  200.19  376.0  14.2  1.05  3.6

4、将表2序号“3”析出的结晶进行一段苛化，研究结果表明：在苛化原液Nc＝14％，t＝95℃T＝3小时的条件下，C_有的沉积率为76.45％，其超浓缩析出物经一段苛化C_有的沉积率(如表.4)

表4

5、将表4中试验号“7”～“9”的苛化料浆冷却到50～70℃，并按加入石灰进行二段苛化，其C_有沉积率在一段苛化基础上提高10％以上。

例：将试验号“7”的料浆冷却到50，并加入石灰：

当石灰加入量：

苛化2小时，草酸钠总苛化率(含一段和二段)：85.71％

苛化2小时，草酸钠总苛化率(含一段和二段)：87.63％

6、添加晶种的试验结果

将表2中序号“3”和“4”条件进行添加晶种试验，结果表明：添加晶种不仅可略提高苛化草酸钠的沉积率(ΔC_有)，而且使析出草酸钠含结晶水(H₂O_结)量大幅度降低，添加晶种对草酸钠析出的影响表(如表5)

表5

7、将表4(一段苛化)中试验号“7”的苛化渣及该试验的料浆进行二段苛化的苛化渣进行重新溶解试验，两类试验的结果其C_有的重新溶解规律基本一致：洗涤过程氧化铝浓度对C_有重新溶解率影响小，相反温度对C_有的重新溶解率影响大，苛化渣有机碳重新溶解试验结果如表6)。

表6

  序号  Nk(g/L)  AO(g/L)  温度(℃) 重溶C_有(％)  1  4.0  4.8  70  2.9  2  4.0  4.8  70  3.1  3  4.0  4.8  80  5.1  4  4.0  4.8  95  7.5  5  6.0  7.2  60  3.4  6  6.0  7.2  70  4.2  7  6.0  7.2  80  7.6  8  6.0  7.2  95  10.8  9  8.0  9.6  60  3.6  10  8.0  9.6  70  7.1  11  8.0  9.6  80  11.5

  序号  Nk(g/L)  AO(g/L)  温度(℃) 重溶C_有(％)  12  8.0  9.6  95  15.2

与现有技术比较，本发具有如下优点：

1、超浓缩草酸钠结晶析出率高：如将母液超浓缩至360g//l(NK)时：不添加晶种C_有析出率达81.3％，添加晶种(晶种系数1.0)C_有析出率达82.1％。)；超浓缩过程添加晶种可使超浓缩渣中结晶水的含量降至13％(不加晶种结晶水的含量约为30％)。即表明添加晶种使析出的草酸钠结晶好，颗粒较粗，有利于渣的分离与洗涤，防止了细粒的渣重新进入溶液系统；超浓缩的草酸钠结晶经一段苛化，草酸钠进入固相的沉积率可达76％，经二段苛化后草酸钠总的沉积率(含一段)可达85.7～87.6％；苛化后的草酸钠渣稳定性较好，在60～70℃温度下进行洗涤重新溶解进入溶液的量仅2.9～3.1％；超浓缩原液经超浓缩、一段苛化和分离洗涤后，其原液中草酸钠的总排除率约为57％；超浓缩原液经超浓缩、二段苛化和分离洗涤后，其原液中草酸钠的总排除率约为67％。

2、流程简单、速度投资少；为了有效的排除拜耳溶液中的草酸钠，本研究仅是对氧化铝生产中原有的蒸发、排盐(Na2CO3)、苛化及生产中补碱等工序的流程及工艺参数做进一步的优化和调整；并不增加新的工序、仅增加少量装备；超浓缩使拜尔溶液中结晶析出一般选用高效蒸发器，在草酸钠结晶析出的过程同样是一个水的蒸发浓缩过程与此同时溶液中的碳酸钠等盐类一起析出，故此举起了一举三得的作用；大多数的氧化铝厂均需设置碳酸盐的苛化与分离、洗涤系统。本发明中草酸钠的苛化与分离、洗涤可与碳酸盐系统共用一套装置。

在氧化铝厂生产厂中均需设置强苛性碱液(NaOH含量42～48％)储存与输送系统，本发明可利用原有的全套装备，仅需将强苛性碱改为输送到超浓缩系统即可。以上几点看出：本排除草酸钠的方法与前有其他方法相比，不仅流程简单和对氧化铝生产系统没有任何负作用，而且建设投资省。

3、生产经营成本低；本发明既不增加新的工序与装备，在草酸钠排除过程不需添加任何药品与试剂(晶种循环使用)，也没有一个再生与回收问题；由此说明本发明的实施不但不会增加生产成本，相反由于能有效的将草酸钠从流程中排除，达到了消除草酸钠对氧化铝生产的危害，使氧化铝生产成本有所降低。

4、氧化铝损失少：超浓缩草酸钠结晶是与溶液分离后溶解然后苛化，晶体中的溶液仅为一点附液进入苛化，故此法氧化铝损失较少。

附图说明：

图1为本发明的生产流程图。

具体实施方式：

实施例1：如图1所示，先将氧化铝生产系统中的母液(拜尔法溶液)注入到超浓缩器1进行超浓缩，在对氧化铝系统的母液进行浓缩时的温度为103℃，经过超浓缩器1浓缩后，母液中苛化氧化纳浓(Nk)的度达到300g/l。再将经过超浓缩器1浓缩到规定值的母液(母液与高浓度苛化碱液混合液)经超浓缩出料泵2输送到分离沉降槽3，液体经过分离溢流送入氧化铝生产系统，分离底流(固相)经底流泵5送至盐过滤机6进行过滤，滤液(液体)也送入氧化铝生产系统，将固相(滤饼)排入水溶解槽7内，并用80℃热水或稀碱溶液溶解成碳酸性氧化钠浓度为10％的A溶液，所用的稀碱溶液为含碱冷凝水或工业废水，因这两种水中可能会含有一定的碱，碱浓度通常＜10g/l；A溶液经溶解槽出料泵8输送到一段苛化槽9，在一段苛化槽9内加入石灰或石灰乳，加入石灰或石灰乳的量为碳酸性氧化钠量的1.2倍，并在75℃的条件下苛化2小时得B浆液；对分离后的固体(Na2C2O4和Na2CO3的混合物)进行一段苛化的目的是使碳酸钠转化为苛性碱(Na2CO3+Ca(OH)2＝CaCO3↓+2NaOH)和尽量使草酸钠转化为草酸钙Na2C2O4+Ca(OH)2＝CaC2O4↓+2NaOH)。B浆液经泵10送到冷却器11，冷却器11为水冷器，在冷却器11内冷却到50℃后经管道送入二段苛化槽12，在二段苛化槽内加入石灰或石灰乳，加入石灰或石灰乳的量为草酸钠量的0.5倍，草酸钠的两可根据现场采样分析所得，因在现在的实际生产中，每班至少要进行两次取样分析，因此根据取样分析就可以确定溶液中有机碳的含量，根据草酸钠的分子式Na2C2O4就可以算出溶液中草酸钠量。在50℃的条件下苛化1.5小时得C浆液，C浆液经泵13送至分离与洗涤机14，洗液送入氧化铝生产系统，洗后渣送至氧化铝赤泥洗涤系统。

实施例2：如图1所示，先将氧化铝生产系统中的母液(拜尔法溶液)注入到超浓缩器1进行超浓缩，在对氧化铝系统的母液进行浓缩时的温度为110℃，其优选温度108℃，经过超浓缩器1浓缩后，母液中苛化氧化纳浓(Nk)的度达到370g/l。也可在超浓缩器的出口加入适量的高浓度苛化碱液(42～48％的NaOH)，使母液与高浓度苛化碱液混合液中苛化氧化纳浓(Nk)的度达到370g/l；再将经过超浓缩器1浓缩到规定值的母液(母液与高浓度苛化碱液混合液)经超浓缩出料泵2输送到分离沉降槽3，液体分离溢流送入氧化铝生产系统，分离底流(固相)经底流泵5送至盐过滤机6进行过滤，滤液(液体)也送入氧化铝生产系统，将固相(滤饼)排入水溶解槽7内，并用100℃热水或稀碱溶液溶解成碳酸性氧化钠浓度为14％的A溶液，A溶液经溶解槽出料泵8输送到一段苛化槽9，在一段苛化槽9内加入石灰或石灰乳，加入石灰或石灰乳的量为碳酸性氧化钠量的1.4倍，并在95℃的条件下苛化4小时得B浆液；对分离后的固体(Na2C2O4和Na2CO3的混合物)进行一段苛化的目的是使碳酸钠转化为苛性碱(Na2CO3+Ca(OH)2＝CaCO3↓+2NaOH)和尽量使草酸钠转化为草酸钙Na2C2O4+Ca(OH)2＝CaC2O4↓+2NaOH)。B浆液经泵10送到冷却器11，在冷却器11内冷却到70℃后经管道送入二段苛化槽12，在二段苛化槽内加入石灰或石灰乳，加入石灰或石灰乳的量为草酸钠量的1.0倍，在70℃的条件下苛化3.0小时得C浆液，C浆液经泵13送至分离与洗涤机14，洗液送入氧化铝生产系统，洗后渣送至氧化铝赤泥洗涤系统。

实施例3：如图1所示，先将氧化铝生产系统中的母液(拜尔法溶液)注入到超浓缩器1进行超浓缩，在对氧化铝系统的母液进行浓缩时的温度为107℃，经过超浓缩器1浓缩后，母液中苛化氧化纳浓(Nk)的度达到360g/l。也可在超浓缩器的出口加入适量的高浓度苛化碱液(42～48％的NaOH)，使母液与高浓度苛化碱液混合液中苛化氧化纳浓(Nk)的度达到360g/l；再将经过超浓缩器1浓缩到规定值的母液(母液与高浓度苛化碱液混合液)经超浓缩出料泵2输送到分离沉降槽3，液体分离溢流送入氧化铝生产系统，分离底流(固相)经底流泵5送至盐过滤机6进行过滤，滤液(液体)也送入氧化铝生产系统，将固相(滤饼)排入水溶解槽7内，并用90℃热水或稀碱溶液溶解成碳酸性氧化钠浓度为12％的A溶液，A溶液经溶解槽出料泵8输送到一段苛化槽9，在一段苛化槽9内加入石灰或石灰乳，加入石灰或石灰乳的量为碳酸性氧化钠量的1.3倍，并在85℃的条件下苛化3小时得B浆液；对分离后的固体(Na2C2O4和Na2CO3的混合物)进行一段苛化的目的是使碳酸钠转化为苛性碱(Na2CO3+Ca(OH)2＝CaCO3↓+2NaOH)和尽量使草酸钠转化为草酸钙Na2C2O4+Ca(OH)2＝CaC2O4↓+2NaOH)。B浆液经泵10送到冷却器11，在冷却器11内冷却到60℃后经管道送入二段苛化槽12，在二段苛化槽内加入石灰或石灰乳，加入石灰或石灰乳的量为草酸钠量的0.8倍，在60℃的条件下苛化2.2小时得C浆液，C浆液经泵13送至分离与洗涤机14，洗液送入氧化铝生产系统，洗后渣送至氧化铝赤泥洗涤系统。在对母液进行超浓缩的同时为进一步提高草酸钠的结晶量可通过晶种泵4向超浓缩器1内加入加入晶种：其中加入的草酸钠晶种系数一般为0.5～1.2，碳酸钠晶种系数一般为0.3～1.0，此举不仅使盐结晶析出率有所提高，更为有效的是使析出结晶中结晶水含量大幅度降低。