一种拜耳法生产氧化铝过程中草酸盐的控制方法及控制系统与流程

本发明涉及氧化铝生产，具体涉及一种拜耳法生产氧化铝过程中草酸盐的控制方法及控制系统。

背景技术：

1、在拜耳法生产氧化铝过程中，铝土矿中的有机杂质会与碱液反应，生成包括草酸钠在内的多种有机物。当采用几内亚等地区的高硅、高铁、高有机物矿石时，溶出过程会产生大量的草酸钠。草酸盐在铝酸钠溶液中的积累会引发一系列严重问题：首先，草酸盐会显著增加溶液粘度，降低传热效率与设备产能；其次，草酸盐倾向于在氢氧化铝晶种表面以针状结晶析出，毒化晶种表面，严重阻碍氢氧化铝晶体的附聚与长大，导致产品粒度急剧细化，影响过滤与洗涤效率；此外，针状草酸盐结晶易在管道、蒸发器和换热器表面形成以草酸钙为主要成分的致密硬垢，造成设备传热系数下降、能耗升高，甚至引发非计划停机；最终，产品中残留的草酸盐在焙烧时分解，会增加氧化铝产品中的钠含量，降低产品品质。

2、现有技术中，对于草酸盐的控制主要有热水洗涤苛化法和草酸盐结晶排盐法。热水洗涤苛化法流程冗长，氧化铝损失大且草酸盐脱除不彻底。草酸盐结晶排盐法则依赖于自然降温结晶，析出效率低，且析出的草酸盐呈针状，固液分离困难，难以从系统中有效排除。

技术实现思路

1、本发明的目的是开发一种草酸盐脱除率高，氧化铝损失可控的拜耳法生产氧化铝过程中草酸盐的控制方法及控制系统。

2、本发明通过如下的技术方案实现：

3、一种拜耳法生产氧化铝过程中草酸盐的控制方法，包括以下步骤：

4、s1.将拜耳法流程中富集草酸钠的溶液与石灰乳混合进行苛化反应，反应条件控制为温度85～95℃、搅拌速度150~250r·min-¹，氧化钙添加量按溶液中草酸根离子浓度动态计算，控制cao/c2o42-摩尔比=1.3~1.5:1，反应后固液分离，得到草酸钙沉淀和净化后的溶液；

5、s2.在经过步骤s1处理后的种分分解原液中，添加草酸盐析出形态控制剂，草酸盐析出形态控制剂添加量依据分解原液中残余草酸根浓度动态调整，在分解过程中，草酸盐析出形态控制剂作用于晶种表面并改变草酸盐的结晶习性，诱导残余的草酸盐以球形或类球形晶体析出；

6、s3.将蒸发站排出的高温高浓蒸发母液，经过换热降温至50~55℃后，送入带有超声波振荡装置的草酸盐分解槽，并添加晶种以促进草酸盐结晶析出，随后，使用压滤机进行液固分离，分离出的固体为草酸盐产物，液体则作为循环母液返回系统。

7、可选的，所述步骤s1中，反应时间控制在60~120min，采用在线粒度监控或定时取样沉降观察，当反应浆料d50粒径分布由单峰向双峰过渡或沉降速度明显减缓时终止反应，防止生成的铝酸钙复盐包裹未反应石灰。

8、可选的，所述步骤s2中，草酸盐析出形态控制剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠或水解聚马来酸酐中的一种或多种，草酸盐析出形态控制剂的添加量依据分解原液中残余草酸根浓度调控，当液相草酸根浓度≥1.5g/l时，草酸盐析出形态控制剂添加量为10~30ppm，利用高分子吸附作用抑制草酸钠针状生长，直至液相草酸根浓度回落至1.5g/l以下，当液相草酸根浓度<1.5g/l时，根据氢氧化铝产品粒度反馈，可选择添加草酸盐析出形态控制剂5~10ppm或停止添加。

9、可选的，所述步骤s2中，还包括与草酸盐析出形态控制剂添加联动的工艺参数调控步骤：当粒度粗化阶段精液草酸根浓度≥1.8g/l时，在添加草酸盐析出形态控制剂的同时，将种分首槽温度降低1~2℃、末槽温度维持≥55℃，以协同促进草酸盐的大量成球析出。

10、可选的，所述步骤s3中，超声波振荡装置的频率为15~25khz，功率密度为1.0~1.5w/cm²。

11、可选的，所述步骤s3中，压滤机包括立式压滤机和卧式压滤机，其中，立式压滤机用于分离草酸盐晶种，其滤板为不锈钢材质，卧式压滤机用于处理大部分析盐后的母液，且在处理前向待过滤的析盐母液中加入1.0~1.5wt%的活性溶出渣作为助滤剂。

12、可选的，所述步骤s3中，换热降温采用两级换热流程，第一级实现预冷，利用循环冷却上水将110℃蒸发母液降温至75~80℃，第二级实现余热回收，利用经压滤后温度为45~50℃的冷滤液将母液进一步降温至50~55℃，同时将滤液升温至60~70℃返回系统，回收热量。

13、一种拜耳法生产氧化铝过程中草酸盐的控制系统，包括：

14、化学沉淀单元，用于接收含草酸钠的溶液并使其与石灰乳反应，包括反应釜、草酸盐浓度在线分析仪、搅拌控制机构、石灰乳精准投加机构及反应终点监测机构；

15、形态控制析出单元，设置于种分槽之前，用于调控草酸盐晶体形貌，包括oca添加机构及液相草酸盐浓度在线分析仪；

16、强化分离排除单元，包括依次连接的分级换热与余热回收机构、超声波结晶槽组、助滤剂混合槽及压滤分离机构；

17、其中，所述反应釜具有加热保温夹套，所述石灰乳精准投加机构依据草酸盐浓度在线分析仪监测的来液中的c2o42-浓度调节石灰乳流量，反应终点监测机构包括在线粒度监控仪或沉降速率探头，用于防止铝酸钙复盐包裹；

18、所述oca添加机构包括计量泵及储罐，所述液相草酸盐浓度在线分析仪实时检测精液及循环母液中c2o42-浓度；

19、所述分级换热与余热回收机构包括相连接的第一级换热器和第二级换热器，所述第一级换热器采用循环冷却水作为冷源，将来自蒸发站的母液预冷至75~80℃，所述第二级换热器采用压滤后温度为45~50℃的冷滤液作为冷源，将75~80℃母液进一步降温至50~55℃，同时将冷滤液加热至60~70℃返回生产流程；

20、所述超声波结晶槽组接收50~55℃的降温母液，其配置晶种添加口和插入式超声波振荡器。

21、可选的，所述形态控制析出单元中，液相草酸盐浓度在线分析仪与oca添加机构和种分槽温度控制系统联锁，依据液相草酸盐浓度在线分析仪的监测值联锁控制oca添加量及种分槽温度，液相草酸盐浓度在线分析仪监测到c2o42-浓度持续高于2.0g/l时，发出报警信号，提示化学沉淀单元需检查石灰活性或增加停留时间。

22、可选的，还包括防结疤与清洗单元，所述防结疤与清洗单元包括与第一级换热器、第二级换热器及压滤分离机构连接的稀酸溶液管路以及工业水管路，用于定期对设备进行在线水洗以消除草酸盐及碳酸盐结疤，稀酸溶液管路输送浓度为5~10%的硫酸或盐酸。

23、本发明的有益效果是：

24、本发明草酸盐脱除率高，氧化铝损失可控，通过优化的高温苛化沉淀工艺（85~95℃）及基于草酸根浓度的石灰精准投加策略（cao/c2o42-摩尔比=1.3~1.5:1），实现了草酸根脱除率≥85%，同时将氧化铝损失量严格控制在单位脱除1kg草酸根的氧化铝损失≤1.8kgal2o3，避免了传统苛化法氧化铝大量流失的弊端；

25、从源头解决针状结晶危害，首创性地在种分过程引入草酸盐析出形态控制剂（oca）并结合阶梯式浓度调控与温度微调，成功将草酸盐的析出习性从有害的针状或树枝状诱导转变为低表面活性的球形或类球形晶体，此举彻底消除了针状结晶对氢氧化铝晶种的毒化作用，显著改善了产品粒度分布，有效延长了系统粒度细化的大修周期；

26、分离效率和处理能力大幅提升，集成超声波振荡强化结晶（频率15~25khz）与专用耐碱压滤系统，草酸盐结晶速率提升30~50%，促使析出的草酸盐晶体粒径显著粗化，草酸盐脱除效率高，极大改善了浆料的过滤与洗涤性能，配合赤泥浆助滤剂的使用，系统对蒸发母液的处理能力提升至不低于330m³/h，实现了草酸盐的高效物理排除；

27、节能减排与防结垢效果突出，构建了两级换热与余热回收网络，利用压滤后冷滤液回收蒸发母液显热，在将母液精准降温至结晶窗口（50~55℃）的同时，将滤液升温后返回系统，有效降低了全流程蒸汽消耗，同时，超声波防聚并作用与分级降温策略相结合，使得换热器及管道表面的草酸盐结疤速率显著下降，延长了设备运行周期，降低了清洗维护频次；

28、产品质量显著改善，通过全流程的草酸盐协同控制，减少了草酸钠在氢氧化铝颗粒表面的夹杂与吸附，最终焙烧所得氧化铝产品中的碱金属杂质（如na2o）含量有效降低，产品纯度与白度得到提升。