拜耳法赤泥沉降分离因素的探讨
拜耳法赤泥沉降分离因素的探讨
兰军1,吴贤熙1,周梅2,解元承1,马黎1,刘彬彬1
(11贵州大学化学工程学院,贵阳550003;21成都理工大学材料与化学化工学院,成都610059)
摘要:通过正交试验重点探讨了在添加絮凝剂的情况下,固含、沉降温度、絮凝剂添加量对赤泥沉降分离过程的影响。稀释矿浆温度越高、稀释矿浆固含越低,赤泥沉降速度越快;而赤泥沉降速度先随絮凝剂浓度增加而增加,达到一定浓度后沉降速度又会降低。关键词:赤泥;沉降分离;固含;温度;絮凝剂浓度
中图分类号:TF821 文献标识码:A 文章编号:1007-7545(2008)06-0015-03
Study on Settling and Separating of B ayer Process R ed Mud
L AN J un 1,WU Xian 2xi 1,ZHOU Mei 2,XIE Yuan 2cheng 1,MA Li 1,L IU Bin 2bin 1
(11School of Chemistry and Chemical Engineering ,Guizhou University ,Guiyang 550003,China ;
21College of and Chemistry &Chemical Engineering ,Chengdu University of Technology ,Chengdu 610059,China )
Abstract :The influences of t he temperat ure ,solid content of diluted slurry and flocculant content on set 2tling and separating of Bayer Process red mud are especially discussed 1When diluted slurry temperat ure beco mes higher and t he solid content of diluted slurry get s lower ,t he settling velocity of red mud will be 2come faster.And t he settling velocity of red mud wit h concent ratio n of flocculant s increased becomes fas 2ter ,but when concent ration of flocculant s reaches certain extent ,settling velocity of red mud will reduce 1K eyw ords :Red mud ;Settling and separating ;Solid content ;Temperat ure ;Flocculant s content
基金项目:贵州科学技术基金项目(黔科合J 字[2005]2097号)作者简介:兰军(1983-),男,四川广安人,硕士研究生1
拜耳法溶出后的稀释浆液是铝酸钠溶液和赤泥的混合物,则将两者分离为纯净的铝酸钠溶液和高固含的赤泥是拜耳法氧化铝生产过程中的主要工序之一。由于固液分离不好使生产不能正常进行,直接影响固液分离效率和氧化铝的产出率。赤泥的沉降分离是一个极其复杂的物理化学过程,其过程主要的影响因素是[1-2]:矿石成分和品位;磨矿粒度;溶出液苛性比值;稀释浓度;赤泥浆液固含;沉降槽温度;絮凝剂选型和用量;沉降槽结构。本文结合实验,简要论述了影响赤泥快速分离的部分主要因素。
1 试验原料和试验方法
111 试验原料
试验所用高品位铝土矿采于贵州清镇猫场,主
要成分(%):Al 2O 359175、Fe 2O 312194、SiO 29169、S T 0165、Na 2O 0104。铝土矿的粒度范围控制如下:+01147mm 10%、-01147～+0111mm 10%、-0111～+011mm 25%、-011～+01074mm 45%、-01074mm 10%。试验所用铝酸钠母液按实际生
产调配而成,苛性比值a k =314,其化学成分(g/L ):Al 2O 3108187、Na 2CO 350146、Na 2SO 413174、NaO H 290132。试验所用絮凝剂是分析纯聚丙烯
酰胺。112 试验方法11211 溶出试验
溶出实验在无机盐间接加热的XYF -544×6型高压釜中进行。钢弹容积150mL ,转动速度45r/min ,等熔盐温度达到比所需溶出温度高15℃时,
加入钢弹,并同时记录时间。当达到所需时间时取出钢弹,冷却出料。11212 絮凝剂的溶解和熟化
絮凝剂的溶解和熟化是在带搅拌器恒温水浴中进行。搅拌器的转速可以调节,以防止搅拌太快,使絮凝剂降解。溶解后的浓度为012%的溶液。11213 沉降试验方法
(1)高压溶出所得赤泥浆,加水稀释到所需要
求。(2)在电炉上加热至所需温度。(3)按要求加人规定数量的絮凝剂,同时用玻璃棒充分搅拌。(4)倒人沉降管内,用铁丝做的搅拌器在沉降管内上下运动几次。(5)立即启动秒表记录不同时刻赤泥界面的高度。(6)沉降10min 时,抽取清液用分光光度计测其透光率。(7)最后测出沉降1小时时的压缩液固比。(8)分离上面的清夜和下面固体2赤泥。
2 试验结果及讨论
211 试验结果
本次试验研究赤泥沉降的部分影响因素:赤泥浆液固含、沉降温度、絮凝剂浓度。并进行了正交设计,正交水平值设计为:固含(g/L ):60、70、90;沉降
温度(℃):95、90、85;絮凝剂浓度(%):0102、0104、0106,结果见表1。
表1 正交试验结果
T able 1 The results of orthogonal test
实验号
实验条件固含
(A )沉降温度
(B )絮凝剂浓度
(C )0～6min
平均沉降速率
1113114902211117803312112754122113105223115236321018757131115778232114029
33311410Ⅰj 417054154531767Ⅱj 41377413941501121643
Ⅲj
315603170841375R j
11145
01837
01734
根据极差R j 值可知,赤泥沉降影响因素由主到次为A 、B 、C 。最佳的试验条件:A1B1C2,即赤泥浆液固含60g/L 、沉降温度95℃、絮凝剂浓度0104%。最佳试验条件下的试验结果是在0～6min 过程中的平均沉降速率为11885cm/min 。212 试验讨论
21211 赤泥浆液固含对赤泥沉降的影响
为了更全面知道浆液固含对赤泥沉降速率的影
响,在正交试验的基础上,进一步对其进行了全面的研究。在相同的溶出碱液浓度,相同的稀释浓度、相
同的沉降温度(95℃)、添加相同的型号和浓度
(0104%)的絮凝剂的情况下,研究了浆液固含对赤泥的沉降速率的影响。试验结果见图1～2。从图1～2可知赤泥的沉降速率随固含的增加而降低
。
图1 0～2min 平均沉降速率随浆液固含
的变化曲线
Fig 11 R elationship bet w een the average velocity of settling and separating before 2min and
solid content of diluted
slurry
图2 2～10min 平均沉降速率随浆液
固含的变化曲线
Fig 12 R elationship bet w een the average velocity
of settling and separating at 2～10min and solid content of diluted slurry
赤泥浆液固含的高低对其沉降分离性能有较大
的影响,随着固含的增大,沉降速度呈明显的下降。固含影响赤泥沉降速度的主要机理是:高固含浆液的赤泥颗粒进入赤泥浓缩层时置换出大量溶液向上流动,固含越高置换出的溶液越多,溶液向上的流速越大,且流体的速度梯度也增大,形成干涉沉降[3-4]。干涉沉降的形成使赤泥颗粒保持了很大程度的悬浮,导致沉降速度降低。
21212 沉降温度对沉降速率的影响
稀释矿浆温度是赤泥沉降行为的主要影响因素之一。从表1可以看出赤泥沉降速率随温度的升高而变大。本次试验对在相同条件下溶出的浆液,不同温度下的沉降过程进行了研究。试验结果见图3。从图3可知,在其它条件相同的条件下,赤泥的平均沉降速率随温度的升高而增加
。
图3 不同温度下,浆液中上清液高度随时间的变化曲线
Fig 13 The relationship bet w een the height of limpid liquid and time at different
temperature 赤泥沉降过程是液固分离过程,铝酸钠溶液的黏度随温度升高而减小,温度越高,黏度越小,赤泥沉降速度越快[5]。另外,温度高,溶液越稳定,氧化铝水解损失少,所以保证沉降槽温度至关重要。生产实践上,要求分离温度不低于95℃,洗涤温度不低于90℃。
21213 絮凝剂浓度对沉降速率的影响
在溶出温度245℃、溶出时间60min 的条件下,采用聚丙烯酰胺絮凝剂进行了絮凝剂添加量对赤泥沉降性能的影响试验,正交试验的结果见表1。并对在相同条件下溶出的浆液,添加不同浓度的絮凝剂对沉降效果的影响进行了研究。试验结果见图4。从图4可知,在试验条件范围内,絮凝剂的浓度
对浆液沉降有很大的影响,沉降速率先随絮凝剂的浓度的增加而增大,然后在随浓度的增加而降低。根据本试验结果以及工业生产的实际经验,絮凝剂的添加量以0104%～0105%为宜。
赤泥沉降分离过程中添加絮凝剂是目前工业上普遍采用的且行之有效的加速赤泥沉降的办法。絮凝剂种类繁多,有天然高分子类,如淀粉、麸皮等;人工合成高分子类,如聚丙烯酸钠、聚丙稀酰胺等。在絮凝剂作用下,处于分散状态的小赤泥颗粒互相联合成团
[6]
,粒度增大,使沉降速度大大增加。
絮凝剂
图4 不同絮凝剂浓度下,上清液
高度随时间的变化曲线
Fig 14 The relationship betw een the height of limpid liquid and time at different
flocculants content
的加入量并不是越多越好,原则上在保证赤泥沉速
和澄清度前提下要尽量少加,加入量过大会增加溶液中的有机物含量致使赤泥的黏度增加,甚至还会形成稳定性高、密度小的絮凝团,影响赤泥的沉降和压缩性能,造成其流动性差,不利于赤泥输送[7]。不同性质的絮凝剂沉降性能各不相同,在选择絮凝剂时,必须经过试验室考查和鉴定。
3 结论
(1)随着固含的增加赤泥的沉降速率会降低,固
含越低赤泥沉降速率越大;
(2)赤泥的沉降速率随着沉降温度的升高而增加,最佳的沉降温度为95℃;
(3)赤泥的沉降速率随絮凝剂浓度的增加而先增加后降低。赤泥沉降的絮凝剂的最佳浓度范围0104%～0105%。
参考文献
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降分离絮凝剂的研究[J ].轻金属,1996(7):7-14.
[7]杨金妮,刘晓社,李文化.絮凝剂在氧化铝生产赤泥沉降
分离中的应用[J ].轻金属,2003(4):10-12.
沉淀分离法.
一、本章的教学目的与要求 了解沉淀分离法的原理及应用 二、授课主要内容 §3—1 无机沉淀剂分离法 一、氢氧化物沉淀分离法 二、硫化物沉淀分离法 §3—2 有机沉淀剂分离法 一、分析功能团analytical radical 二、有机沉淀反应与沉淀剂 三、重点、难点及对学生的要求 掌握沉淀分离法的原理及使用条件 四、主要外语词汇 deposition 五、辅助教学情况（多媒体课件） 六、复习思考题 1阐述沉淀剂分类 2什么是分析功能团？ 七、参考教材references 参考书：《工业分析》机械工业出版社、重庆大学出版社，1997年，第一版《分析化学》武汉大学、华师大五校合编，2001年，第五版 《分离及复杂物质分析》邵令娴编，化学工业出版社，1984年，第一版
利用沉淀反应进行分离： 举例：①Fe3+，Al3+、Ca2+、Mg2+络合滴定； ②Fe3+，Al3+低含量时掩蔽EDTA测Ca2+，Mg2+，如水硬度； ③Fe3+，Al3+高含量时先分离自掩蔽后测。 §3—1 无机沉淀剂分离法 一、氢氧化物沉淀分离法 可生成氢氧化物的离子较多，根据沉淀物的溶度积，可大致算出各种金属离子开始析出沉淀时pH值。 例如：测定Fe3+ 已知Ksp Fe(OH)3=3.5×10-38 当溶液中[Fe3+]=0.01 M 开始沉淀的pH值[OHˉ]3[Fe3+]≥Ksp = 3.5×10-38 [OHˉ]≥1.5×10-12；pOH≤11.8；pH ≥2.2； 沉淀完全进行时，溶液中[Fe3+]残留10-6 M，已知99.99%的铁Fe3+被测定， 此时[OHˉ] = 10-10.5，pOH = 10.5，pH = 3.5 即测定Fe3+的pH为2.2～3.5 根据Ksp可算出金属离子的沉淀pH范围，各种离子沉淀时的pH值不同，有的在较低的pH值时能测定，有的在较高pH值时开始沉淀，因而可控制pH进行分离。
2沉淀分离技术
第二讲沉淀分离技术 2 学时 ※、通过本章学习应掌握的内容 1、什么是沉析？ 2、沉析法纯化蛋白质的优点有哪些？ 3、沉析的一般操作步骤是什么？ 4、何谓盐析？其原理是什么？ 5、盐析操作时常用的盐是什么？ 6、影响盐析的主要因素有哪些？ 7、有机溶剂沉析法的原理是什么？ 8、影响有机溶剂沉析的主要因素有哪些？ 9、等电点沉析的工作原理是什么？ 10、其它常用的沉析方法有哪些？ 、沉淀分离的目的及其方法 沉淀分离技术是经典的化学分离技术。沉淀的概念是指溶液中的介质在适当条件下由液相变成固相而析出的过程。 沉淀技术的目的包括两个：⑴通过沉淀使目标成分达到浓缩和去杂质的目
的。当目标成分是以固相形式回收时，固液分离可除去留在溶液中的非必要 成分；如果目标成分是以液相形式回收时，固液分离可使不必要的成分以沉淀形式去除。⑵通过沉淀可使已纯化的产品由液态变成固态，有利于保存和进一步的加工处理。沉淀分离技术通常包括下列各种沉淀方法： ⑴无机沉淀剂沉淀分离法：通常是以盐类作为沉淀剂的一类沉淀方法，如盐析法， 多用于各种蛋白质和酶类的分离纯化，以及某些金属离子的去除。常用的沉淀剂 有：硫酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化纳等。 ⑵有机沉淀剂沉淀分离法：以有机溶剂作为沉淀剂的一种沉淀分离方法，多用于生物小分子、多糖及核酸类产品的分离；有时也用于蛋白质的沉淀和金属离子的去除；用于酶的沉淀分离时，易导致酶的失活。常用到的沉淀剂有：丙酮、乙醇、甲 醇等。 ⑶非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法：采用非离子型的多聚体作为目标成分的沉淀剂，适用于生物大分子的沉淀分离，如酶、核酸、蛋白质、病毒、细菌等。典型的 非离子型多聚体是聚乙二醇（PEG），根据其相对分子量的大小, 有PEG600、 PEG4OO0 PEG20000等型号。 ⑷等电点沉淀法：主要是利用两性电解质在等电点状态下的溶解度最低而沉淀析出的原理。适用于氨基酸、蛋白质及其它属于两性电解质组分的沉淀分离，如大豆蛋 白“碱提酸沉”的提取方法。 ⑸共沉淀分离法：又可称为生物盐复合物沉淀法，用于多种化合物特别是一 些小分子物质的沉淀。它是利用沉淀的同时对其它待分离成份吸附共沉淀而 达到除杂的目的
分离技术-习题
分离技术思考题与习题 第一章绪论 1.分离技术在定量分析中有什么重要性？ 2.定量分离分析对常量和微量组分的回收率要求分别是什么？ 3.选择分离方法的依据主要是什么？ 第二章沉淀与共沉淀分离法 1. 设计下列各组离子的系统分离方案 (1). Ag+、K+、Fe3+、Cr3+、Hg2+ (2). Hg22+、Cu2+、Al3+、Ba2+ 2. 氢氧化物沉淀分离中，常用控制溶液pH的试剂有哪些？举例说明。 3. 用氢氧化物沉淀分离时，常有共沉淀现象，有什么方法可以减少沉淀对其他组分的吸附？ 4.写出下列有机试剂的分子式或结构式： 吡啶，六次甲基四胺，尿素；丁二酮肟，8-羟基喹啉， 铜试剂（DDTC），铜铁试剂。 5. 某试样含Fe，A1，Ca，Mg，Ti元素，经碱熔融后，用水浸取，盐酸酸化，加氨水中和至出现红棕色沉淀（pH约为3左右），再加六亚甲基四胺加热过滤，分出沉淀和滤液。试问：为什么溶液中刚出现红棕色沉淀时，表示pH为3左右？过滤后得到的沉淀是什么？滤液又是什么？试样中若含Zn2+和Mn2+，它们是在沉淀中还是在滤液中？ 6. 查阅资料，在药物分析中，沉淀分离法有哪些类型？各有何特点？ （以后小组讨论） 7. 什么是共沉淀现象? 沉淀分离法和共沉淀分离法的区别是什么? 8. 什么是均匀分配？什么是非均匀分配？均匀分配和非均匀分配谁更有利于微量组分的富集?为什么? 9. 分析影响吸附共沉淀分离的主要因素。
第3章《萃取分离法》习题 1．饮用水中有少量CHCl3，取水样100mL，用10mL戊醇萃取，有91.9%的CHCl3被萃取。计算取10mL水样用10mL戊醇萃取时，氯仿被萃取的百分率。 2．当三氯乙酰丙酮分配在CHCl3和水中时，得到如下结果：当溶液的pH=1.16时，分配比为2.00，当pH=6.39时，分配比为1.40。求它在氯仿和水中的分配系数K D和离解常数K HA。 3．吡啶(P Y)时一种弱碱，在水中有下列平衡： 吡啶在水和氯仿之间的分配系数为K D=2.74 104，求在pH=4时，吡啶在水和CHCl3之间的分配比是多大？（设吡啶P Y在CHCl3中没有聚合反应）。 4．在pH=6时，用双硫腙氯仿溶液萃取A，其萃取率为95％。同样条件下，B 仅被萃取5％，求这两种金属离子的分离系数是多少？ 5．有一金属离子鳌合物于pH3从水相萃入甲基异丁基酮中，其分配比为5.96，现取50.0毫升含该金属离子的试液，每次用25.0毫升甲基异丁基酮于pH3萃取，要求萃取率为99.9％，问一共要萃取多少次？ 6．用30毫升10－3mol·L-1鳌合剂（HR）的有机溶剂去萃取150毫升10－5mol·L-1的某金属离子，已知以MR2形式萃取的百分率为33％，计算若用75毫升5×10－4mol·L-1的试剂进行萃取时的萃取百分率是多少？（结果说明什么？）7．含某一金属离子试液100毫升，浓度为10－5mol·L-1，于pH5，用20毫升，10－3mol·L-1的HR的有机溶剂萃取，MR2萃取率为33％，计算在pH6时，以50毫升5×10－4mol·L-1的试剂萃取率为何值？（计算结果说明什么？）8．某物质2.00毫克，用萃取进行分离，已知其分配比D＝99。问用等体积萃取一次后，有多少毫克的该物质被萃取？分出有机相后，如果用等体积的水相洗一次，问有多少毫克该物质被反萃取？损失有百分之几？ 9. 画图并说明索氏萃取器的分离原理。 10.什么是超临界流体萃取？超临界流体与普通的液体和气体相比有何特点？
分析化学中常用的分离和富集方法
第8章 分析化学中常用的分离和富集方法 教学目的：学习各种常用分离和富集方法的原理、特点及应用，掌握复杂体系的 分离与分析；分离法的选择、无机和有机成分的分离与分析。 教学重点：掌握各种常用分离和富集方法的原理、特点及应用。 教学难点：萃取分离的基本原理、实验方法和有关计算。 8.1 概述 干扰组分指样品中原有杂质（溶解）或加入试剂引入的杂质，当杂质量少时可加掩蔽剂消除干扰，量大或无合适掩蔽剂时可采用分离的方法。 分离完全的含义：（1）干扰组分少到不干扰；（2）被测组分损失可忽略不计。 完全与否用回收率表示 100?分离后测得的量回收率＝％原始含量 对回收率的要求随组分含量的不同而不同： 含量（质量分数） 回收率 1％以上 >99.9％ 0.01－1％ >99% 0.01%以下 90－95％ 常用的分离方法：沉淀、挥发和蒸馏、液－液萃取、离子交换、色谱等。 8.1.1沉淀分离法 1.常量组分的分离（自己看书：5分钟） （1） 利用生成氢氧化物 a. NaOH 法 b. NH3法（NH 4＋存在） c. 有机碱法 六次（亚）甲基四胺 pH ＝5-6 d. ZnO 悬浮液法 pH ＝6 （2） 硫化物沉淀 （3） 有机沉淀剂 2.痕量组分的共沉淀分离和富集 （1） 无机共沉淀分离和富集 a. 利用表面吸附进行共沉淀 CuS 可将0.02ug 的Hg 2＋从1L 溶液中沉淀出 b. 利用生成混晶 （2） 有机共沉淀剂 灼烧时共沉淀剂易除去，吸附作用小，选择性高，相对分子质量大，体积也大，分离效果好。 a. 利用胶体的凝聚作用进行共沉淀：辛可宁，丹宁，动物胶b. 利用形成离子缔合物进行共沉淀：甲基紫，孔雀绿，品红，亚甲基蓝c. 利用“固体萃取剂”进行共沉淀。 8.1.2挥发和蒸馏分离法 挥发法：选择性高 As 的氢化物，Si 的氟化物，As 、Sb 、Sn 、Ge 的氯化物 蒸馏法：N －NH 4＋－NH 3↑（酸吸收） 利用沸点不同，进行有机物的分离和提纯。 8.2 液－液萃取分离法 8.2.1萃取分离法的基本原理 萃取：把某组分从一个液相（水相）转移到互不相溶的另一个液相（有机相）的过程。 反萃取：有机相→水相
2 沉淀分离技术
第二讲沉淀分离技术2学时 ※、通过本章学习应掌握的容 1、什么是沉析？ 2、沉析法纯化蛋白质的优点有哪些？ 3、沉析的一般操作步骤是什么？ 4、何谓盐析？其原理是什么？ 5、盐析操作时常用的盐是什么？ 6、影响盐析的主要因素有哪些？ 7、有机溶剂沉析法的原理是什么？ 8、影响有机溶剂沉析的主要因素有哪些？ 9、等电点沉析的工作原理是什么？ 10、其它常用的沉析方法有哪些？ 一、沉淀分离的目的及其方法 沉淀分离技术是经典的化学分离技术。沉淀的概念是指溶液中的介质在适当条件下由液相变成固相而析出的过程。 沉淀技术的目的包括两个：⑴通过沉淀使目标成分达到浓缩和去杂质的目的。当目标成分是以固相形式回收时，固液分离可除去留在溶液中的非必要成分；如果目标成分是以液相形式回收时，固液分离可使不必要的成分以沉
淀形式去除。⑵通过沉淀可使已纯化的产品由液态变成固态，有利于保存和进一步的加工处理。 沉淀分离技术通常包括下列各种沉淀方法： ⑴无机沉淀剂沉淀分离法：通常是以盐类作为沉淀剂的一类沉淀方法，如盐析法，多用于各种蛋白质和酶类的分离纯化，以及某些金属离子的去除。常用的沉淀剂有：硫酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化纳等。 ⑵有机沉淀剂沉淀分离法：以有机溶剂作为沉淀剂的一种沉淀分离方法，多用于生物小分子、多糖及核酸类产品的分离；有时也用于蛋白质的沉淀和金属离子的去除；用于酶的沉淀分离时，易导致酶的失活。常用到的沉淀剂有：丙酮、乙醇、甲醇等。 ⑶非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法：采用非离子型的多聚体作为目标成分的沉淀剂，适用于生物大分子的沉淀分离，如酶、核酸、蛋白质、病毒、细菌等。典型的非离子型多聚体是聚乙二醇（PEG），根据其相对分子量的大小，有PEG600、PEG4000、PEG20000等型号。 ⑷等电点沉淀法：主要是利用两性电解质在等电点状态下的溶解度最低而沉淀析出的原理。适用于氨基酸、蛋白质及其它属于两性电解质组分的沉淀分离，如大豆蛋白“碱提酸沉”的提取方法。 ⑸共沉淀分离法：又可称为生物盐复合物沉淀法，用于多种化合物特别是一些小分子物质的沉淀。它是利用沉淀的同时对其它待分离成份吸附共沉淀而达到除杂的目的。