碱液制备石灰乳的工艺技术研究

碱液制备石灰乳的工艺技术研究 2(M)3中国有色金属学会第五届学术年会集 Aug 碱液制备石灰乳的工艺技术研究 赵清杰，杨巧芳 (中国铝业公司郑州研究院，河南郑州450041) 摘要:碱液制备石灰乳可避免用水配制石灰乳的缺点，对氧化铝厂提高产量、节能降耗有着重要的 意义。深入研究了碱液化灰时，不同条件对化灰浆流动度的影响以及灰浆固含对灰浆有效钙的影响， 提出了工业应用的条件。 关键词:碱液化灰;流动度;石友乳;氧化铝 the Process Lime On WhiteResearch Technology ofAqueous Alkali-prepared Zhao Qing-j泌，Yang Qiao_缸ng (ZhengzhouResearchInstitute ofChinaAluminumIndustryCorporation，Zhengzhou，Henan450041，China) off white can ward of lime lime the defects white and alkali—-prepared water——prepared Abstract:Aqueous contribute and to the the oxide increase reduction ofaluminum ofenergy significantly ofproduction consumption plant(While influences into was had different on conditions alkali-slaked lime(it found that different deeply aqueous researching and the of white influenee on of slaked white the lime solid the lime exerted tlle calcium an effective content flowabillty of the white(Based on lime test results(some conditions of industrial forward( are application put oxidealkali-slaked white，Aluminum Key Words:Aqueous ，Flowability，Lime lime 在采用拜尔法生产氧化铝的管道化溶出过程中， 目筛，在马弗炉内于1000。C下煅烧30min，自然冷却 石 后混匀，存于干燥器中待用。石灰成分:CaO。为 灰以石灰乳的形式作为溶出添加剂加入到溶出过程 巾。石灰乳通常是采用加水配制而成，因水对矿浆有 91(5l,，CaO伪87(26,。 一定程度的稀释，既加重了蒸发负担，在相同流量下 碱液:取自某氧化铝厂的种分母液和蒸发母液。 义减少了矿石的配人量，致使产量有一定程度的降低。 经调配后，制成4种碱液，化学成分见表1 用碱液配制高固含的石灰乳，因其水分少，可避 表1碱液的化学成分免用水配制石灰乳的缺点，同时灰渣又可以用于烧结 I 241(35 121 44 —塑呈—一—坠—————』—————型L————2 98』L一一220m 法配料而返回流程。因此，在管道化溶出系统实现碱2 218 55 10960 199D 3(01 3 203 74 99 40 3(00 18Im 液配制石灰乳，对提高产量、节能降耗有着重要意义。 4 42 8620fn 34m 2 72 l 碱液制石灰乳的原理 3试验结果与讨论 在一定的条件下，石灰加入到碱液中，发生的主 要化学反应如下: 3(1影响灰浆流动度的条件研究 CaO+H20=Ca(OHl2灰浆的流动度是用中空的阿斯圆锥来测定的。通 常认为可泵性流动度应大于75 3Ca(OH)2+NaAl02--*3CaO?A1203?6H20+NaOH+aq mm，否则泵送灰浆较 在管道化溶出过程中加人碱液石灰乳，从而保证 困难。 了溶出原液的浓度，更有利于溶出过程的进行。 为了确定温度、石灰量、碱液浓度对灰浆流动度 大小的影响规律，采用正交法安排试验，在反应时间 2试验原料为30min的条件下，试验结果见表2。 石灰:取由某氧化铝厂煅烧的石灰，消化后过100 收稿日期:2003—07一14 143赵清杰，等:碱液制备石灰乳的工艺技术研究 会议文集 为了尽可能地与生产实际相符合，根据氧化铝厂 表2正交试验结果 墼型丛!型!!煎塑堡‘!，!) 型壅塑!趔! 丝堕塑呈塑些!羔】 混合母液(Nx200?l左右)温度80?的情况，采用块l 8l l;695 I 150 74 95 199 2 J70 状石灰进行反应，考察灰浆有效钙含量与灰浆流动性、 64】 95 】90 220 同含等的关系，以指导生产。4 帅 l 50 I帅 96 110 l 22(1 85 5 70 3(3(1灰浆流动度与灰浆中有效钙的关系 帅 1w’ 18l t;66 灰浆巾有效钙含量是影响灰浆流动度的主要冈 70 7 I 50 220 98 70 88 * I 70 I 8l 素，采用混合母液化灰，试验结果见网2。从网中可 I蚰 759 70 Iql 240 2“ ? 280 以看出，随着灰浆中有效钙含量的增加，流动性变差。 247 245112 247 当灰浆中的有效钙含量为170鲫时，流动度为26I 247 m 205 76mm， ?fl 37 75 7 可以满足泵送要求。 试验中发现，肖石灰量加大，即灰浆巾的有效钙 从正交试验结果可知，在选定的试验条件下，影 响灰浆流 增加至一定量时，灰浆温度升高，在有效钙为194鲫 加量的增(随着石灰添 动度的最大因素是石灰添加量 的情况下，灰浆温度达到了106?，大大超过混合母 着温度的降)，其次是反应温度(随 加，灰浆流动度下降 液80?的温度。因此，表现为流动度较差。)，在碱液?浓度 低，灰浆流动度增大 180,220虮范嗣内，碱液浓度对灰浆流动度的影响 小。根据生产实际及碱液温度情况，确定反应温度最 为 80?。采用不同浓度的碱液，在80?的温度下反应30 rain，反应后石灰添加量对灰浆流动度的影响表3。 袭3石灰添加量与灰浆流动度的关系 碱蝴1丽J笔导L孺r 94 , IOlI 50 图2灰浆流动庄与灰浆中有效钙的关系 91 93 170 舢 lq0 黼 舒 73 3(3-2灰浆固含与灰浆有效钙的关系 从表3可以看出，要使不同浓度的碱液在80?的 混合母液制石灰乳后，灰浆固含与灰浆有效钙之 温度下反应30 min，并保证对应的流动度大于75 mm， 间的关系见图3 相应的石灰添加量应不大于180 g，l。同时可以看出， 500 随碱液浓度的降低，其流动度增大。 400 ? 300 3(2反应时间对灰浆流动度的影响 札200 趸 采用NKl99朗的碱液，在石灰添加量为190卵， 100 0 温度为80?的情况下，灰浆流动度随时间的变化关系 126 140。 如图1所示。 有效钙f一1 图3灰浆固含与灰浆有效钙的关系 从图3可以看出，灰浆固含随灰浆巾有效钙含量 几乎成直线关系增加，要想保持灰浆的有效钙含量不 g，l;从流动度 小于170妒，则应使灰浆同含大于405 考虑，灰浆中有效钙含量应不超过175卵。因此，罔4 对应的灰浆固含不应超过425 g，l，故灰浆巾的同含应 控制在405,425鲫。 困l反应肘闻与灰浆流动度的关系 3(3(3石灰乳固相的物相组成 从图l巾可以看出，化灰浆液的流动度随时间的 为了比较碱液制备的石灰乳与水制备的石灰乳同延长而稍有增大。 相组成的差异，对石灰乳同相进行了x一射线衍射分 3(3采用块状石灰制备石灰乳的效果 (下转第160页) 会议文集枝 妒 韭 研 免 与 开 根据，普通搅拌的桨端线速度值应在3(3,4之间 正磊 而该值既符合此范围，义与几何相似槽体巾的叶片端 m,s极其相近。根据几何相似放大，只 部线速度3(34 要槽巾叶片端部线速度相同，搅拌效果就肯定相同。 其巾:仔—一系数，此处取187(3l; a——空心轴内外径之比，依经验取0(9。 因此，以上数据本所确定的传动参数及桨叶根据上式算得轴径为:小327mm(外径)×16mm(壁 尺寸正确，其搅拌效果也应与相似槽的测试结果相同。 厚)。 6使用效果 (3)传动参数的确定。传动齿箱的选择很重要，需 力、径根据搅拌功率、传动比、齿箱输出轴所需承受的轴向 现在，用于选精矿料浆槽的2向搅拌装置已运转 择。由于国了两个多月，效果良好，槽顶与槽底的固含差小于5,， 向力、扭矩及齿箱工作环境等诸多条件进行选 齿箱的生产厂槽底结疤较少，搅拌质量达到设计要求，而且使用中 内无大功率大传动比且可承受较大轴向力 FLENDER公司搅 拌专用齿箱未出现任何故障，只要液面没过最下一层叶片，无论 家，最后选用了德国 H4Rvll，实际传动比为103(639，输出轴 液面多高，停电半小时后均能再次启动而无任何机械 可承受轴向力100 kN，径向力15 kN，额定输出扭矩 损坏，能够满足生产要求。 60 。 kNm用于特铝分解槽的4台搅拌装置现正在施工巾。 P-反过来核算搅拌功率JD和搅拌轴转速m，可得: 除运转结果令人满意外，还有项目投资优势:经粗略 -45(894 kW及m=14(28 rpm。至于搅拌轴径，其值变 计算，若从国外购买类似桨叶，约需花费190万元, nl×16 化不大，为购买及加工方便，取整选用小325 台，自行研制仅需47万元，台。每台节约设备投资143 mlTI无缝钢管。 万元，这样公司6台搅拌装置共可节约858万元，这 还不计备件费用。(4)桨端线速度核算。本次设计桨叶的端部线速度 为:v=不×肺×d=仃×14(28×4(5=3(36m,s。 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? (上接第143页) 低，体现了碱液制备石灰乳用于溶出过程的优越性。 4结论析，从图谱分析，碱液制备的石灰乳，固相的主要成 (1)在选定的试验条件下，影响灰浆流动度的最大分为3CaO?AI:O，?6H:0和Ca(OH)，，并含有少量 因素是石灰添加量，随着石灰添加量的增加，灰浆流3CaO?AI:O，?(8-12)H:0，用水制备的石灰乳固相的主 动度下降;其次是反应温度，随着温度的降低，灰浆要成分为Ca(OH):，含有少量CaCO，和其他杂质。 3(4石灰乳用于拜尔法的溶出试验 流动度增大;当碱液浓度在N-180,220鲫范围内时， 碱液浓度对灰浆的流动度的影响不大。 采用碱液浓度NK为181卵的循环母液，在270。C 的溶出温度 (a)与水制备的石 (2)灰浆中的有效钙增加至一定量时，由于化学反 下，用碱液制备的石灰乳 灰乳(h)分别用于拜尔法溶出，其加入量均按矿石量的 应为放热过程，导致灰浆温度升高，流动度急剧变差。 7,J]13人时，其溶出结果见表4。 (3)灰浆固含随灰浆有效钙含量几乎成直线关系 表4 溶出对比试验结果 增加。对于采用80qc的混合碱液(Nx200?1)来讲， “灰乳 溶;H时问 溶出a- 赤泥^^ 溶出率(* 要想保持灰浆的有效钙含量不小于170印，并具有一 Hn n n 定的流动度，灰浆中的固含应控制在405,425虮。 b n (4)溶出过程中采用碱液制备的石灰乳比采用水i ‰‰。罨嘶 n 制备的石灰乳溶出率高、溶出液的苛性比值低，因此， 从试验结果可以看出，在其他条件相同的情况下， 碱液制备石灰乳用于拜尔法溶出过程具有明显的技术 溶出过程巾采用碱液制备的石灰乳比采用水制备的石 经济优势。 灰乳溶出率高、赤泥的铝硅比低、溶出液的苛性比值