一种氧化铝生产过程中有机物的排除方法及系统

摘要

本发明提供一种氧化铝生产过程中有机物的排除方法，包括以下步骤：在氢氧化铝分解前精液中添加结晶助剂；将添加结晶助剂的氢氧化铝分解前精液与分解母液进行换热；换热后的氢氧化铝分解前精液与分解种子过滤后的氢氧化铝晶种在混合槽内混合搅拌得到混合液，搅拌速度为70‑90r/min；搅拌后的混合液进入分解槽内分解；对附着在分解槽的结疤进行洗涤苛化处理。该方法将有机物结晶析出过程调整至种子分解工段进行，为有机物析出提供更好的反应环境，再于换热器与分解槽之间新增混合槽，通过结晶助剂和搅拌的作用产生更加均匀、大小一致的晶种颗粒，促使氢氧化铝颗粒径变粗及引起有机物形态和临界浓度变化，诱生大的有机物晶簇，达到提高有机物析出量的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及氧化铝生产技术领域，具体涉及一种氧化铝生产过程中有机物的排除方法及系统。

背景技术

有机物的积累和危害是大多数拜耳法氧化铝厂生产中必须面对的问题，有机物的排除也是氧化铝生产中的一个世界性难题。有机物对氧化铝生产的影响是多方面的，表现在产品的产量、质量及其它技术经济指标都受到严重影响。

公开号为CN105668598A的中国发明专利申请公开了一种在氧化铝生产过程中脱除草酸钠的方法，其是在分解母液(即晶种分解后得到的母液)中加入结晶助剂，将加入结晶助剂后的分解母液进行蒸发浓缩，然后用泵输送到结晶槽，在结晶槽内再次加入结晶助剂搅拌均匀，在不断搅拌的情况下缓慢加入工业液碱或片碱直至得到含草酸钠和碳酸钠晶体的悬浮液；将结晶槽内的悬浮液输送到沉降槽进行沉降分离，底流过滤后得到滤饼是草酸钠和碳酸钠结晶混合物，将滤饼送排盐苛化工序进行苛化，滤液和沉降槽的溢流送氧化铝生产的蒸发母液槽。该方法的关键技术在于将分解母液蒸发浓缩使有机物临界浓度发生变化，然后在结晶槽中析出。但该方法在实际生产过程中存在晶种被污染而失去活性的问题，晶种槽内的晶体被溶液中的有机碳化合物逐渐污染而失去活性，影响有机物的析出；同时过滤很困难，最终影响有机物的处理效果。

发明内容

针对上述存在的问题，提供一种能够提高有机物析出量的氧化铝生产过程中有机物的排除方法。

一种氧化铝生产过程中有机物的排除方法，包括以下步骤：

在氢氧化铝分解前精液中添加结晶助剂；

将添加结晶助剂的氢氧化铝分解前精液与分解母液进行换热；

换热后的氢氧化铝分解前精液与分解种子过滤后的氢氧化铝晶种在混合槽内混合搅拌得到混合液，所述搅拌速度为70-90r/min；

搅拌后的混合液进入分解槽内分解，随着氢氧化铝分解的过程，有机物也从溶液中结晶析出，附着在分解槽的结疤上；

对附着在分解槽的结疤进行洗涤苛化处理：将从分解槽上清理出来的结疤用90-100℃的热水在球磨机中进行研磨生成结疤料浆，研磨过程结疤中的有机物被溶解于热水中，结疤料浆进入料浆槽，再经过料浆泵打入平盘过滤机进行液固分离得到滤液和滤饼；滤液进入苛化槽，与苛化槽中加入的石灰乳发生苛化反应，反应后的苛化料浆再打入沉降槽进行沉降分离，沉降溢流为含碱溶液，送到氧化铝生产线的二洗沉降槽；沉降底流为有机物苛化后废渣，打入外排管排出氧化铝生产线的流程外。

通过对有机物在拜耳法溶液中的平衡溶解度与溶液温度及浓度之间的关系研究，发现在整个氧化铝生产流程中，氢氧化铝种子分解工段的物料温度较有利于有机物的结晶析出。然而，在实验过程中，若将结晶助剂、分解种子过滤后的氢氧化铝晶种及精液一并加入分解槽，其得到的分解槽结疤料中的有机物含量也不高，研究分析其主要原因是因为分解槽内搅拌速度不宜过高，通常为4.8r/min，搅拌速度过慢，不利于有机物析出。另一个原因为分解槽中物料量较大，约为5000-5500m³，而晶种与已加入有结晶助剂的精液流量约为1200m³/h，直接加入到分解槽中混合不充分。

该方法的核心思路为：在种子分解工段进行有机物结晶析出，在换热器和分解槽之间增设混合槽，在种子分解工段，通过在氢氧化铝分解前的精液中添加有结晶助剂，含结晶助剂的精液在换热器与分解母液换热降温后送至混合槽内，同时分解种子过滤来的氢氧化铝晶种也进入到混合槽中，混合槽中带有搅拌器，搅拌速度达到70-90r/min，最后将搅拌后的混合液进入到分解槽进行分解，在此过程中，有机物结晶析出附着在分解槽的结疤上。

该方法将结晶助剂添加在氢氧化铝分解前的精液中，再经由上料泵、换热器后与氢氧化铝晶种混合，其能够增加结晶助剂与精液的混合及反应时间，更利于有机物后续的析出；且精液、氢氧化铝晶种及结晶助剂在进入分解槽前先进入一混合槽内混合，再利用混合槽上的搅拌器以70-90r/min的转速进行高速搅拌，不仅能够使得其混合更均匀，提高后续氧化铝的产品质量，还能够改善晶体的粒度分布，利于有机物后续析出。实验表明，混合槽内的搅拌低于70r/min，搅拌速度过慢，后续在分解槽中有机物难以析出；混合槽内的搅拌大于90r/min，则搅拌速度过快，导致氢氧化铝晶体被打碎，细晶体比例增加，后续得到的氧化铝产品质量下降。通过改进结晶助剂的添加方式以及结合混合槽上的高速搅拌作用，能够在分解槽内产生更加均匀、大小一致的晶种颗粒，促使氢氧化铝颗粒径变粗及引起有机物形态和临界浓度变化，诱生大的有机物晶簇，使得有机物在分解槽中的结晶析出量提高。

在对分解槽结疤进行周期清理的过程中，现有技术通常采用分解母液对分解槽结疤进行研磨，其会导致系统中的碱损失。本方法采用热水代替分解母液对含有机物的分解槽结疤料进行研磨，其能够将有机物从结疤料中单独溶解出来，允许过滤后的滤液进行苛化处理将有机物形成废渣排出，相较于采用分解母液溶解有机物的方式，该方法不会造成分解母液的浪费，也避免有机物在母液循环过程中积累。采用热水进行研磨，也可以使得热水与有机物在研磨过程中充分接触，在研磨的同时对结疤料进行洗涤，无需另设溶解槽进行二次溶解，效率得到提高，且有机物溶解效果好，生产成本得以降低。

此外，上述氧化铝生产过程中有机物的排除方法将有机物结晶析出过程调整至种子分解工段进行，不需要蒸发浓缩和结晶槽，不存在晶体污染而失去活性以及过滤困难影响有机物析出的问题，同时蒸发浓缩需要消耗蒸汽，会增加生产能耗，上述方法无蒸汽能耗，投资小，成本低。

进一步地，在对附着在分解槽的结疤进行洗涤苛化处理的步骤中，还包括向平盘过滤机加热水，以对平盘过滤机中的结疤料浆进行二次喷淋洗涤的步骤。该方法将清理出来的分解槽内含有机物的结疤用90-100℃的热水在球磨机中进行研磨，研磨过程结疤中的有机物被溶解于热水中，生成结疤料浆，进入料浆槽，再经过料浆泵打入平盘过滤机进行液固分离，在过滤过程，加热水对结疤料进行二次喷淋洗涤，将结疤料中的有机物进行二次洗涤，经过研磨溶解和二次洗涤后，结疤料中的有机物几乎全部溶解进了溶液中，能够进一步提高有机物的排除效果。用90-100℃的热水对含有机物的结疤进行研磨，能够促进有机物的溶解。

进一步地，所述结晶助剂的加入量为15体积PPM-20体积PPM。添加结晶助剂不仅能够提高氧化铝产品的质量，而且有利于有机物的析出。

进一步地，在混合槽内混合搅拌的时间为2-5min。搅拌时间过短，易导致混合不充分，反应时间不足，搅拌时间过长，产生过多的细粒子，影响产品强度，另一方面要求混合槽容积越大，导致成本增加。

进一步地，所述混合槽的体积为40-100m³。经研究发现，在进入分解槽前，将精液、结晶助剂及氢氧化铝晶种通入一尺寸比分解槽小的混合槽内(分解槽尺寸通常为φ14m*h36m)，再配合高速搅拌，能够进一步提高有机物的析出量。

进一步地，通过换热过程控制分解首槽41的温度为61-63℃。现有技术中，分解首槽的温度通常控制为58-60℃，本方法进一步将分解首槽的温度调节在61-63℃，经研究发现，当分解初温(分解首槽温度)从约63℃逐渐降温至分解末温(分解末槽温度)约45℃时，更有利于有机物的析出，且不影响氢氧化铝分解，分解首槽温度高于63℃导致有机物晶体析出量下降，低于61℃易导致氢氧化铝产品强度下降。

进一步地，所述对附着在分解槽的结疤进行洗涤苛化处理的步骤中，还包括将滤饼送入滤饼槽，并在滤饼槽内将滤饼与分解精液混合后形成晶种料浆，再将该晶种料浆通入氧化铝生产线中分解槽的步骤。过滤得到的滤饼，其主要成分是氢氧化铝。现有技术中，通常将平盘过滤机处理回收后的滤饼与氧化铝生产线上制得氢氧化铝一块焙烧得到氧化铝，然而，分解槽中分解首槽上结疤中含有的氢氧化铝质量通常较差，回收后导致产品的整体质量下降。本方法将滤饼在滤饼槽内与分解精液混合后作为晶种送往分解槽进行分解，即能回收氢氧化铝，又作为分解晶种，提高分解率，根据生产数据，采用该方法后分解首槽分解率提高0.5％。

本发明还提供一种氧化铝生产过程中有机物的排除方法构成的氧化铝生产过程中有机物的排除系统，包括上料泵、换热器、混合槽、分解槽、球磨机、料浆槽、料浆泵、平盘过滤机、供水装置、苛化槽及沉降槽，所述上料泵与所述换热器的入口连接，以将添加结晶助剂的氢氧化铝分解前精液通入所述换热器与分解母液进行换热，所述换热器的出口与所述混合槽连接，所述混合槽上装设有搅拌器，所述分解槽与所述混合槽连接，换热后的精液与分解种子过滤后的氢氧化铝晶种在所述混合槽内混合搅拌后进入所述分解槽内分解，随着氢氧化铝分解的过程，有机物也从溶液中结晶析出，附着在分解槽的结疤上；所述球磨机用于对从所述分解槽清理出的结疤进行研磨，所述球磨机的出口与所述料浆槽连接，所述料浆槽通过所述料浆泵与所述平盘过滤机连接，所述供水装置与所述球磨机的入口连通，以向所述球磨机供水；所述平盘过滤机的出口连接所述苛化槽，所述沉降槽与所述苛化槽连接。

进一步地，所述球磨机的入口处安装有输送机，通过该输送机将从所述分解槽清理出的结疤通入所述球磨机内进行研磨。

进一步地，所述排除系统还包括滤饼槽，所述平盘过滤机还连接所述滤饼槽，所述滤饼槽还与分解槽连接。

进一步地，所述供水装置还与所述平盘过滤机连通，以向所述平盘过滤机供水。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

将有机物结晶析出过程调整至种子分解工段进行，为有机物析出提供更好的反应环境，再于换热器与分解槽之间新增混合槽，通过结晶助剂和搅拌的作用产生更加均匀、大小一致的晶种颗粒，促使氢氧化铝颗粒径变粗及引起有机物形态和临界浓度变化，诱生大的有机物晶簇，使有机物从溶液中析出，形成有机物固体，并沉积在分解槽中，在分解槽周期清理时，将有机物固体和分解槽结疤一起清理出来，再对含有机物的分解槽结疤料进行热水研磨、过滤处理，将有机物从结疤料中单独溶解出来，添加石灰乳将有机物进行苛化，形成废渣排出生产系统，达到减少有机物对生产影响的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中氧化铝生产过程中有机物的排除系统的上料泵、换热器、混合槽、分解槽的连接示意图。

图2为本发明实施例中氧化铝生产过程中有机物的球磨机、料浆槽、料浆泵、平盘过滤机、供水装置、滤饼槽、苛化槽、沉降槽的连接示意图。

主要元件符号说明：1-上料泵、2-换热器、3-混合槽、4-分解槽、41-分解首槽、5-球磨机、6-料浆槽、7-料浆泵、8-平盘过滤机、9-供水装置、92-供水管、94-水阀、10-滤饼槽、11-苛化槽、12-沉降槽、13-搅拌器、14-输送机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请同时参见图1及图2，本发明实施例1提供一种氧化铝生产过程中有机物的排除系统，包括上料泵1、换热器2、混合槽3、分解槽4、球磨机5、料浆槽6、料浆泵7、平盘过滤机8、供水装置9、滤饼槽10、苛化槽11及沉降槽12。

上料泵1与换热器2的入口连接，以将添加结晶助剂的氢氧化铝分解前精液通入换热器2与分解母液进行换热，换热器2的出口与混合槽3连接。在本实施方式中，换热器2采用板式换热器，可以理解，在其他实施方式中，换热器2也可以采用其他类型的换热器。混合槽3上装设有搅拌器13，以对混合槽3内的物料进行搅拌。搅拌器13可采用现有技术的搅拌装置，其通常包括搅拌桨叶及驱动搅拌桨叶转动的电机等驱动装置，搅拌桨叶位于混合槽3内，电机等驱动装置装设在混合槽3上。优选地，混合槽3的体积为40-100m³，混合槽3的体积可根据实际生产的精液流量确定。分解槽4与混合槽3连接，换热后的精液与分解种子过滤后的氢氧化铝晶种在混合槽3内混合搅拌后进入分解槽4内分解，随着氢氧化铝分解的过程，有机物也从溶液中结晶析出，附着在分解槽4的结疤上。在本实施方式中，分解槽4的数量为13个，13个分解槽4依次连通，其中与混合槽3连接的分解槽4为分解首槽41。混合槽3内的溢流通入分解首槽41内进行分解，分解首槽41的溢流通入下一次分解槽4，以此类推，使得混合槽3内的物料依次进入13个分解槽4内进行连续分解。可以理解，在其他实施方式中，分解槽4的数量也可以根据实际需要设定为其他数目。

球磨机5用于对从分解槽4清理出的结疤进行研磨，在本实施方式中，球磨机5的入口处安装有输送机14，通过该输送机14将从分解槽4清理出的结疤通入球磨机5内进行研磨。输送机14可采用现有技术的皮带输送机等。球磨机5的出口与料浆槽6连接。料浆槽6通过料浆泵7与平盘过滤机8连接。供水装置9与球磨机5的入口连通，以向球磨机5内供水。平盘过滤机8连接滤饼槽10，滤饼槽10还与分解槽4连接，在本实施方式中，滤饼槽10通过输送泵与分解首槽41连接。平盘过滤机8的出口连接苛化槽11，沉降槽12通过输料泵与苛化槽11连接。在本实施方式中，供水装置9还与平盘过滤机8连通，以向平盘过滤机8内供水。供水装置9可包括供水管92及安装在供水管92上的水阀94，供水管92与热水供应设备，例如，热水池等连接，水阀94用于控制相应供水管92的通断。

本发明还提供采用上述氧化铝生产过程中有机物排除系统排除有机物的方法，包括以下步骤：

S1：在氢氧化铝分解前精液中添加结晶助剂。结晶助剂的加入量为精液体积流量的百万分之十七(17体积PPM)。添加结晶助剂不仅能够提高氧化铝产品的质量，而且有利于有机物的析出。

S2：将添加结晶助剂的氢氧化铝分解前精液与分解母液进行换热。在该步骤中，通过上料泵1将添加结晶助剂的氢氧化铝分解前精液送往换热器2处与分解母液进行换热，使得添加结晶助剂的氢氧化铝分解前精液温度降低。

S3：换热后的氢氧化铝分解前精液与分解种子过滤后的氢氧化铝晶种在混合槽3内混合搅拌得到混合液，混合槽3内的搅拌速度为70r/min，搅拌时间为5min。

S4：混合搅拌后的混合液进入分解槽4内分解，随着氢氧化铝分解的过程，有机物也从溶液中结晶析出，附着在分解槽4的结疤上。

S5：对附着在分解槽4的结疤进行洗涤苛化处理：将从分解槽4上清理出来的结疤用90℃的热水在球磨机5中进行研磨生成结疤料浆，研磨过程中结疤中的有机物被溶解于热水中，结疤料浆进入料浆槽6，再经过料浆泵7打入平盘过滤机8进行液固分离，得到滤液和滤饼；滤液进入苛化槽11，与苛化槽11内加入的石灰乳发生苛化反应，反应后的苛化料浆再打入沉降槽12进行沉降分离，沉降溢流为含碱溶液，送到氧化铝生产线的二洗沉降槽(图未示)；沉降底流为有机物苛化后废渣，打入外排管排出氧化铝生产线的流程外；滤饼进入滤饼槽10，在滤饼槽10内与分解精液混合后形成晶种料浆，将该晶种料浆通入氧化铝生产线的分解首槽41。

具体地，在步骤S5中，采用人工清理的方式将结疤从分解槽4上清理出来。在对附着在分解槽4的结疤进行洗涤苛化处理的步骤中，还包括通过供水装置9向平盘过滤机8加温度为100℃的热水，以对平盘过滤机8中的结疤料浆进行二次喷淋洗涤的步骤。

具体地，在步骤S2中，通过换热过程控制分解首槽41的温度为61℃。

实施例2

实施例2的氧化铝生产过程中有机物的排除系统及方法与实施例1的大致相同，不同之处在于：在本实施方式中，结晶助剂的加入量为精液体积流量的百万分之十五(15体积PPM)；混合槽3内的搅拌速度为87r/min，搅拌时间为3min；通入球磨机5及平盘过滤机8中热水的温度均为100℃；通过换热过程控制分解首槽41的温度为62℃。

实施例3

实施例3的氧化铝生产过程中有机物的排除系统及方法与实施例1的大致相同，不同之处在于：在本实施方式中，结晶助剂的加入量为精液体积流量的百万分之二十(20体积PPM)；混合槽3内的搅拌速度为90r/min，搅拌时间为2min；通入球磨机5及平盘过滤机8中热水的温度均为90℃；通过换热过程控制分解首槽41的温度为63℃。

对比例1

对比例1提供一种氧化铝生产过程中有机物的排除方法，其与实施例3的步骤大致相同，不同之处在于，对比例1中结晶助剂不是在换热前加入精液中，也没有另设混合槽3，而是将氢氧化铝分解前精液、结晶助剂及分解种子过滤后的氢氧化铝晶种一块送入分解槽4中进行氢氧化铝分解，随着氢氧化铝分解的过程，有机物也从溶液中结晶析出，附着在分解槽4的结疤上。其余步骤及参数与实施例3相同。

对比例2提供一种氧化铝生产过程中有机物的排除方法，其与实施例3的步骤大致相同，不同之处在于分解首槽41的温度，在本实施方式中，通过换热过程控制控制分解首槽41的温度为65℃。

对采用本发明实施例3及对比例1-2的排除方法得到的分解首槽41结疤中有机物的含量、分解结疤中有机物的平均含量(从每个分解槽4中槽底和槽壁不同高度的结疤料中各取6个样品分析其中的有机物含量，取平均值)、分解首槽结疤加水球磨后溶液中有机物(TOC)浓度及分解首槽结疤加水球磨后溶液中草酸盐(Na₂C₂O₄)浓度，进行测试，得到如下数据：

(备注：TOC指总有机碳，草酸盐是有机物中的一种)

根据上表中实施例3和对比例1可以看出，通过改变结晶助剂的添加方式及增加混合槽3的高速搅拌后，更有利于有机物从溶液中结晶析出，分解首槽41结疤中的有机物(总TOC)含量有大幅度提高，为有机物含量很高的物料，分解首槽结疤加水球磨后溶液中有机物(TOC)浓度及分解首槽结疤加水球磨后溶液中草酸盐(Na₂C₂O₄)浓度均提高。根据上表中实施例3和对比例2可以看出，分解首槽41的温度对有机物的析出具有较大的影响，分解首槽41温度大于63℃时，有机物析出量有所降低。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。