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拜耳法氧化铝生产中草酸钠平衡浓度研究

大C-会员头像-www.bzwz.com标准物质网 大C 0 311 2021-03-12
【摘要】在纯拜耳法生产氧化铝的过程中,当流程中草酸钠浓度达到饱和浓度后会对生产稳定性和产品质量带来严重影响,如何稳定流程中草酸钠的浓度是各企业解决问题的关键。本文从影响草酸钠饱和浓度的几个方面入手,研究溶液温度、苛性碱浓度、氧化铝浓度对精液中草酸钠饱和浓度的影响,为企业解决草酸钠析出对生产和产品质量的彩响提供参考依据.
  • 拜耳法生产氧化铝具有流程简单、能耗低等一系列优点,现已应用于国内绝大部分企业。纯拜耳法企业一般运行5~8年后,流程中有机物积累达到最大值,需进行有效处理,否则将对生产流程和产品质量造成严重影响。有机物在流程中不断循环累积后,最终形成碳酸钠、草酸钠、低分子钠盐和部分长链高分子有机物,其中草酸钠是对生产和产品质量危害较大而又难于去除的有机物。各企业去除草酸钠的方法和流程各有特点,目前在国内去除草酸钠的工艺主要有结晶排除法、氧化法、晶种洗涤法和蒸浓排盐法。

    本文结合某企业近期流程中有机物对生产的影响,研究分析了溶液温度、苛性碱浓度和氧化铝浓度对精液中草酸钠平衡浓度的影响。工业铝酸钠溶液中草酸钠的平衡浓度受溶液温度、溶液成分、晶种等诸多因素影响。工业溶液与纯铝酸钠溶液中草酸钠的平衡浓度有较大差异,为取得对工业生产有实际参考价值的研究成果,本文中所有实验原料均取自生产现场。拟采用溶液中草酸钠浓度一段时间内不发生显著变化时浓度作为平衡浓度。

    1草酸钠对生产的影响

    纯拜耳法氧化铝生产企业铝酸钠溶液中草酸盐浓度达到一定程度后,会造成许多生产问题。进入流程中的有机物逐渐转变为易溶的草酸钠和碳酸钠。溶液中的碳酸钠有成熟的方法除去,但是草酸钠就很难除去,它在溶液中不断累积,达到过饱和。

    草酸钠一般以溶解的草酸钠和结晶草酸钠两种形态存在于铝酸钠溶液中。一般认为,溶解在溶液中的草酸钠对生产过程是没有影响的,但是,Roberto等研究了草酸钠浓度在临界浓度以下时对产量、产品质量、分解动力学等的影响。结果表明,当草酸钠的浓度达到5g/L时,结晶活化能降低了12%。改变了氢氧化铝的表面性质、疏松性和成核率。

    对分解工序有较大的影响,草酸钠爆发性析出会增加氧化铝的成核频率,降低结晶强度,导致氢氧化铝粒度严重细化,焙烧过程破损加剧,氧化铝产品粒度和氧化钠超标。因草酸钠在分解槽壁结晶析出而频繁退槽,缩短分解时间,造成分解率降低,甚至造成分解槽因草酸钠结晶析出而垮槽,致使分解系统不能正常运行。

    对种子过滤工序的影响,种分过程析出的细小草酸钠晶体堵塞立盘过滤机的滤布,降低滤布的透气率,降低了滤布吸附的滤饼厚度,导致滤液产出率大幅下降,致使企业被迫减产。某企业因流程中草酸钠的爆发性析出,造成分解槽频繁垮槽,立盘过滤机产能急剧下降,生产被迫减产运行。而产品质量因草酸钠的析出,造成分解成核猛增,产品粒度严重细化。

    为了解决企业生产瓶颈,于是对草酸钠的平衡浓度进行了此次研究,企业根据本文研究得出的结果,对生产控制进行了及时调整,流程中草酸钠浓度得到了稳定控制,生产组织长期得到了稳定、高效运行,且产品质量也得到了稳定控制。

    2影响因素试验研究

    影响铝酸钠溶液中草酸钠平衡浓度的因素主要有溶液温度、苛性碱浓度、氧化铝浓度和氢氧化铝晶种粒度等,为了对企业的实际生产具有指导性,本次特针对可操作性较强的溶液温度、苛性碱浓度和氧化铝浓度进行试验研究。

    2.1温度对精液中草酸钠平衡浓度的影响

    为研究温度对精液中草酸钠平衡浓度的影响,掌握在不同温度下铝酸钠溶液中草酸钠的平衡浓度,进行如下实验分析。为了消除生产现场精液中其它杂质的干扰,将某企业蒸发母液添加一定量的分析纯氢氧化铝,加热煮沸,使氢氧化铝全部溶解,用热水稀释成苛性碱浓度为170g/L、氧化铝浓度187.45g/L、全碱浓度183.74g/L的铝酸钠溶液,让主要成分浓度与实际生产中的铝酸钠溶液保持一致作为实验精液。

    热水中草酸钠的添加量相当于向稀释后的溶液中添加Na2C2O4为5g/L。将精液加热至70°C,置于烧杯中,加某企业氢氧化铝干晶种(折算为干晶种添加量800g/L,干晶种是指氢氧化铝晶种用沸水洗涤并过滤后,完全烘干的晶种,沸水洗涤的目的是除去晶种中的草酸钠)。用保鲜膜密闭烧杯,在不同水浴温度的磁力搅拌加热器中保温搅拌。一定时间后取部分溶液用快速定性滤纸过滤,取滤液测草酸根浓度。从表1可以看出在初始阶段,由于过饱和度很高,精液中草酸钠浓度大量析出,随着时间的增加,草酸钠浓度下降幅度减小,在84小时后基本趋于稳定。

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