铝土矿溶出设备结垢防治

为防止和消除在铝土矿溶出设备表面形成结垢所采取的预防措施或进行清理结垢的作业。在铝土矿矿浆加热和溶出时，随着温度的升高，在热交换设备表面沉淀析出某些化合物而形成结垢，致使热交换设备的传热系数减小，设备生产能力降低，热耗增大。因此，铝土矿溶出设备结垢的防治是氧化铝生产过程中一项重要工作。

结垢的形成及组成在铝土矿矿浆加热过程中，其所含硅矿物和钛矿物，随温度升高而分别被苛性碱溶液分解，然后与溶液中的氧化铝、氧化钙等反应，转化为固相析出，部分即在热交换设备表面上沉积形成结垢。一水软铝石型铝土矿中的硅矿物基本是高岭石，三水铝石型铝土矿中的硅矿物除高岭石外还有石英。高岭石在常压温度下先转化为方钠石型硅渣，石英在低温溶出(416K)时不参与反应，从而可大大减轻热交换设备换热面的结垢程度。采用间接高温加热溶出含有较多高温反应硅矿物和钛矿物的一水硬铝石型铝土矿，如中国的河南、广西和俄罗斯北乌拉尔等地的矿石的溶出过程中都会不断有硅、钛等化合物在热交换设备的加热面上析出并形成结垢。在每一温度范围内形成的结垢都有其代表性的组成。硅化合物结垢为水合铝硅酸钠，其主要物相有方钠石、黝方石和钙霞石。方钠石在403K以下的温度形成，黝方石在403～483K温度下形成，钙霞石在493K温度下形成。钛化合物结构主要物相有水合铝酸钙、钛水化石榴石、钙钛矿，高温下还有磷酸钙(磷灰石)。铝酸钙在423～433K温度下开始形成，钙钛矿在513K以上温度形成，磷酸钙在533K以上温度形成。所有垢层尚夹杂有赤铁矿沉淀物。高温下形成的钙钛矿和磷灰石结垢质地致密坚硬，较难消除。

结垢预防在生产上采用的有常压预脱硅、双流法、限制矿浆预热温度、分段保温法等。

常压预脱硅已调配好的铝土矿矿浆在矿浆槽中停留6～10h，使矿浆中的氧化硅在进入热交换器预热之前，充分转变为方钠石析出，即进行预脱硅。所含硅矿物以高岭石为主的各类型铝土矿，普遍采用这种预脱硅方法。

双流法大部分(80%～85%)的循环苛性碱液单独在热交换器逐级预热到规定温度，再与用其余(15%～20%)苛性碱液湿磨产出的矿浆，在直接加热的溶出器内混合。美国拜耳法大都采用这种工艺流程。匈牙利采用双流一三管道管道溶出器。这种设备中的一支管道用于加热循环苛性碱液，另两支管道用于加热矿浆，加热后两股料流合并，再进入保温管道溶出。循环苛性碱液和矿浆定期交换流道，利用苛性碱液自动清洗矿浆加热管道的热交换表面来消除结垢。

限制矿浆预热温度在用直接加热处理一水硬铝石型铝土矿的溶出工艺中，只设2～3级矿浆预热器，矿浆预热温度控制在423K以下，在此温度范围内钛矿物不会参与反应，从而可避免在热交换器表面产生钙钛矿结垢。

分段保温前苏联试验在间接加热溶出铝土矿的流程中，设置温度各约为423K、453K、513K的3个保温罐，矿浆在每一保温罐中停留20～30min进行中间脱硅和脱钛后，能有效减缓结垢在热交换器表面上的形成。

结垢清理采取预防措施尚不足以完全避免结垢的形成，为保证热交换器在接近无结垢状态下运行，必须定期清理热交换器表面上的结垢。清理方法可分机械法和化学法。有的先用化学法使结垢变软，再用机械法清除。

机械清理法主要有三种方法。(1)使用铣刀或钻头，用风动装置驱动，消除热交换器管内壁结垢。(2)用冷凝水一蒸气?昆合物冲洗，将预热器冷凝水导入待清理的加热管，借冷凝水闪急蒸发生成汽水混合物的冲刷力清除结垢。(3)用出口压力高达70～100MPa的高压水束喷射冲洗结垢表面。

化学清理法这是一种用化学试剂部分或全部溶解某些结垢的组分的清理方法。对清理以方钠石为主要成分的结垢，一般用5%～10%的盐酸或硫酸于333～343K温度下清洗。联邦德国理以钙钛矿为主要成分的结垢，则需选择最佳组成的混合酸清洗。如前苏联选用10%盐酸、10%草酸和3%氢氟酸组成的混合酸，另加某种缓蚀剂进行清洗。联邦德国在清理溶出希腊铝土矿的管道结垢时，用由5%～10%硫酸、3%～8%氢氟酸、2%～4%硼酸或草酸组成的混合酸清洗，对管道的高温段再用70～。75MPa的高压水束喷射冲洗。在管道溶出中国广西产铝土矿的半工业试验中，用10%硫酸清洗管道的结垢后，再用30～40MPa的高压水束冲洗。管道的高温段结垢较易清理，这与结垢中含有硅酸镁有关。