山东冶金20150410

第37卷第4期2015年8月

山东冶金

Shandong Metallurgy

Vol.37No.4August 2015

拜耳法分解槽内结疤分析及防治

周定方，赵瑜，徐良振

（龙口东海氧化铝有限公司，山东龙口265700）

摘

要：结合山东某氧化铝厂在使用澳洲矿进行拜耳法生产中种分槽内过快结疤导致沉槽的状况，对槽内结疤的成分和表

面形貌进行分析，确定种分槽内结疤以单斜晶系的α-Al （OH ）3为主。分析认为，泡沫夹带、降温幅度过大、草酸盐大量析出、添加剂使用不当等均可造成结疤过快生长。根据生产情况，可以从降温幅度、泡沫夹带、有机物脱除、碱洗频率和效率、设备适当改进等方面减缓结疤的生长速度。关键词：拜耳法；分解槽；结疤；α-Al （OH ）3图分类：TF821

文献标识码：A

文章编号：1004-4620（2015）04-0021-03

收稿日期：2014-12-31；修回日期：2015-07-15作者简介：周定方，男，1987年生，2012年毕业于中南大学有色冶金专业，硕士。现为龙口东海氧化铝有限公司生产部助理工程师，从事氧化铝生产技术工作。

1前

言

拜耳法种分过程中，受物料、化学反应、设备以

及生产作业等影响，铝酸钠溶液中的各种析出物很容易在分解槽槽壁上形成结疤，若不及时清理，就会威胁到分解槽的安全运行。

山东某氧化铝厂采用两段法分解工艺生产砂状氧化铝，其种分槽为Intermig 改型多层桨叶式大型机械搅拌分解槽（Φ14m×30m ），槽内安装有垂直挡板和提料筒，采用压缩风提料。在使用澳洲矿进行生产的过程中，分解槽的槽壁、挡板以及提料筒等料浆浸没部位，出现了大量结疤，厚度多在0.3～1.0m，导致实际槽存减少，搅拌电流偏高。严重的是，部分分解槽在运行或退槽过程中，结疤脱落，压停搅拌，发生沉槽事故。由于部分结疤块重达数百公斤至数吨，甚至出现了脱落结疤扯裂挡板、砸断桨叶的重大事故，同时脱落的小结疤块在分解系统中循环，又造成宽板流道和旋流器大量堵塞，给生产带来极大被动。因此，为了稳定生产，对分解槽结疤原因进行系统分析，以便采取相应的措施减少结疤，确保分解槽正常稳定运行。

2结疤的物相分析

2.1

结疤的化学组成

对分解槽槽壁上脱落的结疤进行多元素化学组成分析，其XRF 半定量分析结果如表1所示。结合XRD 物相分析结果（见图1），分解槽中的结疤主要以单斜晶系的α-Al （OH ）3为主，并含有少部分碱，结晶度略有区别。这种类型结疤也称为三水铝石，从能量角度看，在与晶种分解直接相关的三水铝

石、拜耳石和诺耳石中，三水铝石能量较低，具有热力学意义上的稳定性［1］。

表1

槽壁结疤的化学组成（质量分数）%

结疤部位顶部中部底部

Al 2O 362.8261.4661.45Na 2O 2.013.182.60SiO 20.0770.1970.092Fe 2O 30.0490.0180.022CaO

0.0170.0060.006K 2O

0.0100.0060.0061020304050607080

2-Theta （°）

强度（C P S ）

底部中部顶部

a

b c 图1分解槽内结疤的X-RD 图谱

2.2

结疤的表面形貌

槽内结疤的表面形貌如图2所示，从SEM 图上

可以看出结疤的表面形貌有较大的差异，槽顶部结疤中细粒子数量较多，细颗粒相互集合、粘结和包裹在一起，颗粒间界面清晰，团聚现象比较明显（图2a ）；中槽壁上的结疤，则呈现棱角分明的“镶嵌”式多晶体，Al （OH ）3粒度相对较粗（图2b ）；槽壁底部的部分结疤，呈板片状的粒子完全聚集在一起，结合得非常致密，颗粒间无明显界面，几乎看不出晶粒镶嵌痕迹（图2c ），此类结疤强度很大，非常结实，容重多在1830～2140kg/m 3。

3结疤的成因分析

1）槽壁顶部结疤。由于澳洲矿有机物含量高，料浆在冲击和料风等作用下，容易产生大量泡沫。尤其是在固含相对较高的长大段分解槽内，一些细小的颗粒极易存在于泡沫中，形成海绵状的鲜橙色或黄褐色的泡沫夹带，这些泡沫夹带粘稠，流动性差，长期漂浮在料浆表面，厚度可达10～30cm。由于分解槽内料浆长期保持高液位，顶部带料泡沫既

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不流走也难消散，就极易粘附在顶部槽壁上，和料浆逐渐连结、长大成结疤块，部分难以自行剥落溶解，悬在分解槽顶，最终结疤过大而整块脱落。分解槽顶部结疤容重小，约在1280～1510kg/m 3，部分相对较酥，用热水长期泡洗后，即可散开，结疤与正常料浆中Al （OH ）3激光粒度对比结果如表2所示（质量分数），结疤中-45μm 粒子约占30%，而正常料浆中约占10%，一定程度上证实了顶部结疤中细粒子含量较多，即多是泡沫夹带形成的，这与图2a 中的SEM 形貌对应一致。

表2

分解槽顶部结疤与正常料浆中氢氧化铝粒度分布%

氢氧化铝料浆中结疤中

≤10μm 0.176.25

10～45μm 10.3529.96

45～75μm 35.7710.81

75～105μm 34.1115.72

≥105μm 19.6037.26

2）槽壁上的结疤。此类结疤多出现于分解槽槽壁、挡板及提料筒等处，容重多在1550～1910kg/m 3

。其中机械搅拌桨叶距槽内壁约2.5m，搅拌

转速较慢（5.1r/min ），在槽壁、挡板及提料筒等处，料浆动能消耗较快，搅拌强度偏低，存在搅拌盲区，料浆中的Al （OH ）3等析出物很容易粘附、沉积在这些盲区处，并逐步形成坚硬的结疤。由于分解槽壁处降温幅度较大，尤其带有宽板降温的长大初期的分解槽，料浆过饱和度相对高，铝酸钠溶液在大幅降温和晶种作用下，很容易在分解槽内壁、挡板等钢板上急剧析出，并附聚长大，加速了结疤的生成。这也在生产中得到了证实：运行同样时间的分解槽，宽板降温槽的结疤生成速度（月均5～10cm ）明显快于自然降温槽（月均3～7cm ）；长大初期槽的结疤生成速度（月均3～7cm ）快于长大末段槽（月均2～5cm ）。

3）槽壁底部结疤。受料浆温度、黏度及搅拌转速低等影响，分解槽内存在固含差，槽底部的固含略高于上部，部分氢氧化铝在槽底靠近槽壁处长期沉积形成结疤。底部沉积的结疤体积过大时，也会影响到搅拌驱动和提料，造成底层桨叶扭曲，电机负荷增加，且易导致提料筒堵塞，致使提料困难，反过来又易造成槽内固含积累过多，加剧了槽壁上的结疤。

4）草酸盐类结疤。该氧化铝厂采用澳洲矿，纯拜耳法生产工艺，澳洲矿有机物含量高，经过溶出—沉降转化分离后，部分成为草酸盐、甲酸、乙酸、腐殖酸等有机物进入分解系统中循环。拜尔法生产中的分解是ー个降温和碱浓度略升高的过程，也就为某些有机物的结晶析出创造了条件。有理论研究表明，在拜耳法铝酸钠溶液中，草酸钠的溶解度与温度成正比，与碱浓度成反比［2］。因此，铝酸钠精液中约占总有机碳15%～25%的草酸盐（以草酸钠计）就成了危害最大的有机物。

有文献研究表明，由于草酸钠结晶较细，比表面积较大，很容易粘附Al （OH ）3或者沉积进入长大的Al （OH ）3晶格中，

改变氢氧化铝的表面性质，加速种分槽内的Al （OH ）3结疤生成速度

［3］

。分解槽内草酸钠、碱浓度、温度等变化趋势如图3所示，大部分草酸钠的析出主要集中在固含相对较高的长大段，即Al （OH ）3逐渐析出并长大的阶段，草酸钠随着作为晶种的Al （OH ）3在分解槽内反复循环，最终在槽内饱和、析出，尤其在降温较剧烈处，草酸钠的析出急剧增加。

8642

9070503010

附聚段长大初期长大中间段长大末段

温度/℃180

1601402.82.01.2

分解槽内

N a 2C 2O 4碱浓度/（g ·L -1）

固体表面N a 2C 2O 4

含量/（k g ·t -1）

溶液中碱浓度

料浆温度

料浆固体表面

Na 2C 2O 4含量

溶液中Na 2C 2O 4浓度

图3不同分解段料浆中各物质含量的变化

长大初期，结疤表面Na 2C 2O 4含量平均为4.86（0.59、6.37、7.63）kg/t；长大中间段，平均为11.86（9.20、8.48、18.67、11.09）kg/t；长大末段，平均为5.74（5.56、5.92）kg/t。对比图3中正常料浆表面的草酸钠含量，结疤表面的草酸钠含量还是很高的，多在5.5～11.1kg/t，比正常料浆中固体表面的草酸钠（≤3.5kg/t ）多了1倍左右，这表明析出的草酸钠和部分氢氧化铝形成结疤沉积在槽壁上，或者草酸钠进入结疤中，而非富集在料浆中Al （OH ）3表面被带走。

a 顶部

b 中部

c 底部

图2分解槽内结疤的SEM 形貌

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但这从另一方面证实了草酸钠的大量析出和槽内结疤的过快生长有较大关系。

5）添加剂的影响。在目前的氧化铝行业中，一些工厂为了强化分解率、粗化粒度或者消除泡沫，使用一些结晶助剂、消泡剂等添加剂。这些添加剂大多为表面活性剂，可以改变氢氧化铝和溶液的界面性质，甚至种分过程各物质的平衡状态，使用不当也可能造成Al（OH）3、草酸盐等在槽壁上过快结疤。不同类型的添加剂在界面上的作用机理不同：

①强化铝酸根离子的缔合或者与Al3+形成新的缔合物［4-5］；

②改变Al（OH）3表面的zeta电位［6］和润湿性，从而改变粒子在溶液中的分散性；

③强化氢键的形成和吸附架桥作用，促进细颗粒的析出和聚集［7］；

④改变草酸钠在槽内料浆中的平衡及晶体形态［2，8］，使草酸盐结疤增加。

以上机理均可能改变种分过程的平衡状态或界面性质，添加不当会引发粒子的非正常聚集、粘结或生长，故在选择添加剂时应做出详细的论证。

目前文献报道的各种影响因素大多为实验结果建立的经验模型，其应用有一定的局限性。在工业生产中，分解料浆处于动态连续变化中，各反应的实际平衡状态和生产控制较为复杂，分解料浆温度、浓度、固含、粒度以及非草酸盐类有机物等也可能相互影响。因此Al（OH）3在分解槽内过快结疤的原因还有待长期观察和进一步研究。

4结疤的预防

氧化铝生产中，受物料、设备、矿浆流动、化学反应等影响，结疤不可避免，已被国际铝业协会列为优先发展领域之一［9］。对于分解槽内结疤来说，如何有效地减少或减缓结疤的生成，是今后工作的重点。

1）加强生产操作，根据生产条件精细控制好降温幅度，减少单槽大幅降温；控制好液量，减少泡沫夹带；保证分解槽正常提料，防止槽内固含长期过高，减少沉积型结疤和搅拌负荷。

2）采用适当的工艺脱除系统中积累的有机物，尤其是维护系统中草酸钠的平衡，目前工业上较为成熟的减少有机物积累的方法有：草酸钠结晶法，晶种洗涤—石灰苛化法，对铝土矿进行煅烧、氧化等预处理。

3）选择消泡剂、结晶助剂等添加剂时要经过详细论证、分析和观察，减少负面作用，同时不同种类添加剂不宜频繁更换或者混用。

4）对设备进行一些改进。如加长底层2个搅拌桨叶长度，以增强搅拌强度，减少槽底部氢氧化铝结疤［10］；还有研究人员用特殊装置定期向槽内吹送压缩空气，使槽内周边的料浆处于均匀的悬浮状态，防止料浆在槽周边的盲区内沉积，减轻槽内壁结疤［11］等。

5）加强分解槽的结疤检测和碱洗效率。可使用红外热像仪等设备对分解槽定期进行检测，根据槽壁温差和搅拌电流的变化判断电解槽的结疤状况，同时对结疤较多的分解槽，控制好碱洗温度和碱液αk，及时进行碱洗，防止结疤扩大。

5结论

5.1物相和化学分析表明，分解槽内结疤主要以单斜晶系的α-Al（OH）3为主，不同部位结疤的表面形貌、结晶度和容重略有区别。

5.2分解槽内的结疤主要出现在长大段槽内，降温幅度过大、泡沫夹带过多、草酸盐析出量偏大、添加剂使用不当等均可造成电解槽结疤速度加快。

5.3受物料和设备影响，分解槽内的结疤不可避免，可以从降温幅度、泡沫夹带、有机物脱除、碱洗频率和效率、设备适当改进等方面减缓结疤的生长速度。

参考文献：

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（下转第26页）

拜耳法分解槽内结疤分析及防治

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开，第1层充填体胶结达到要求强度后，在不影响第1层开采的前提下，尽快施工转层斜坡道和下一分层采准工作，以保证矿房接续。

3.6人行通风

人员可由斜坡道及穿沿脉联络巷道到达-100/-150m大巷水平及各工作地点。新鲜风流由-150m 水平通过斜坡道和穿沿脉联络巷道到达各工作水平，冲洗工作面后，通过上盘各条溜井和泄水井到达-100m水平。为加强通风效果，矿房内部采用局扇通风。

4应用效果

机械化盘区下向分层进路胶结充填采矿法取得了较好的技术经济指标：盘区月生产能力15000 t，出矿品位Fe44.96%，损失率5%，贫化率8%，千吨采准比6.46m。采用钢筋网吊挂胶结充填体作为采矿直接顶板，顶板稳固性高，保证了作业人员的安全，改善了作业环境，提高了劳动生产率，解决了顶板冒落问题。BM281凿岩台车掘进采矿大大提高了生产效率和采矿安全系数，与配套设施2m2铲运机、装药服务车、运药车等大型设备形成完整的生产线，采矿机械化程度提高，适合大中型矿山采矿。参考文献：

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西部探矿工程，2002（5）：71-72.

［3］解世俊.金属矿床地下开采［M］.2版.北京：冶金工业出版社，2008：245-257.

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［5］高建科.大规模下向胶结充填采矿法在金川镍矿的应用［J］.

金属矿山，2005（Z）：36-39，59.

Application of Mechanized Panel Downward Slicing Drift Cut-and-fill Stoping

in Mazhuang Iron Ore

MA Yuanlei

（Laiwu Mining Co.Ltd.,Laiwu Iron and Steel Group,Laiwu261100,China）

Abstract:Combined with the characteristics of the iron ore deposit,this article introduced the application of under the tiered approach

cemented fill mining method in mazhuang iron ore.The arrangement of mining layout,mining technology,filling and other processes

were described in detail.The mining method under the protection of cemented backfill excavation of large cross section Approach for

Mining,mining way from top to bottom,mining projects using jumbo,scraper,charging service vehicles,trucks and other large

equipment transport powder.The mining safety factor is higher,panel production capacity is15000t per month,the ore grade Fe is

44.96%,loss rate is5%,dilution rate is8%,more than one thousand tons of Mining is6.46m.

Key words:iron ore;mining;cement filling mining method;layered approach;downwards

（上接第23页）

Analysis and Prevention of the Scale in Bayer Precipitation Tanks

ZHOU Dingfang,ZHAO Yu,XU Liangzhen

（Longkou Donghai Alumina Co.,Ltd.,Longkou265700,China）

Abstract:According to the practical situation of an alumina factory in Shandong Province using Australia bauxite to Bayer process,

the excessive scale growth causing some precipitation tanks to sink was researched.The main ingredient of the scale in the tanks,

monoclinicα-Al（OH）3was determined by the analysis of ingredient and surface topography.Analysis showed that the excessive

scale growth was attributed to the superfluous slurry foam,excessive level in temperature dropping,large amounts of oxalate

precipitation,bad use of additive,etc.Based on the actual production,the following measures were suggested to slow down the scale

growth:temperature dropping,slurry foam eliminating,organics removing,frequency and effect of soda-washing,and equipment

improving etc.

且且

且且26