[0001] 本发明涉及一种免絮凝剂的高温沉降方法，属于高温沉降技术领域。

[0002] 目前，随着氧化铝矿石品位的不断下降，高碳等富含杂质的矿石进入到氧化铝生产系统。而高碳矿与铝酸钠溶液反应生成碳酸盐，随着系统碳酸盐不停的累积，其对氧化铝生产带来极大的恶劣影响，洗液侧流苛化成为排碳酸钠的必要工序。

[0003] 在洗液侧流苛化系统中，洗液先进行预苛化，经固液分离后固体与洗液进行第二次苛化高温反应，第二苛化高温反应后混合液需在沉降槽进行沉降分离成合格的铝酸钠溶液与苛化渣，分别送往不同工段以满足生产液量平衡。传统的沉降分离技术一般为大型深锥、平底沉降槽和絮凝剂综合的方法进行固液絮凝沉降分离。

[0004] 传统沉降方案工作温度通常100℃以下，为了促进沉降，必须添加絮凝剂促使微小颗粒絮凝成大的絮团来增加沉降速度，以获得合理的沉降能力和清澈的上清液。因此，消耗大量的絮凝剂，增加生产成本，同时有机絮凝剂进入生产系统造成有机物污染生产物料。另外强制降温也会造成能源损失，增加能源消耗。因此在同时满足生产要求的情况下，免絮凝剂的高温沉降技术是非常有意义的。

[0021] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描所述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

[0022] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本实施例提供的免絮凝剂的高温沉降方法借助苛化反应后混合液本身高温度，不
必进行减温可直接进行沉降分离，降低减温备投入成本，减少能耗；同时在高温下沉降，因为溶液的粘度和密度随温度的升高而显著降低，溶液的这种性质非常有利于提高沉降速度，不仅沉速更快，可减少沉降槽1的体积，可大大提高沉降槽1底部出料的压缩性能，还可以去除絮凝剂等促沉剂的添加。

[0023] 周知的，颗粒沉降速度主要受固液密度差、温度、粘度因素影响，斯托克斯静水颗粒自由沉淀公式：2
u=gd (ρs‑ρ)/18μ①
式中，u为颗粒沉降速度(cm/s)；ρs、ρ分别为颗粒和水的密度(g/cm)；g为重力加速
2
度(cm/s)；μ为水的粘附系数(Pa·s)；d为颗粒直径(cm)。

[0024] 通过对铝酸钠溶液密度的测定，推导出铝酸钠溶液密度计算公式：ρ20℃={0 .5+(0.25+0.00144N+0.0009A+0.001865Nc)0.5}②
ρx℃={0.5+(0.25+0.00144N+0.0009A+0.001865Nc)0.5}×(1.011‑0.0005*x) ③
式中，N为苛性碱质量浓度(g/L)；A为氧化铝质量浓度(g/L)；Nc为碳碱质量浓度
(g/L)；ρ20℃为铝酸钠溶液20℃的密度。

[0025] 通过试验测算及多元线性拟合后得出铝酸钠溶液粘度与温度、氧化铝浓度、溶液rp之间的关系：Lnη=‑1.554+1.139×1.645/rp+0.0187×A‑0.0503T④
式中，rp为铝酸钠溶液中氧化铝与苛性碱的质量比值；A为氧化铝质量浓度(g/L)；
η为铝酸钠溶液的粘度（MPa·s）；T为铝酸钠溶液温度。

[0026] 参见图1，为同一溶液浓度下沉速与温度的关系（以90℃为基准点），综合①、③、④公式，铝酸钠溶液中苛化渣的沉速除与本身颗粒大小有关外，但在实际生产中物料颗粒大小相对较稳定，影响最大的因素为溶液温度。150℃时沉速是90℃时沉速的20倍，而200℃时沉速是90℃时沉速的200倍。故本实施例提出的免絮凝剂的高温沉降方法在理论上是具有可行性的。以下为本发明实施例的具体内容。

[0027] 参见图2、图3和图4，本实施例中一种免絮凝剂的高温沉降方法，采用的免絮凝剂的高温沉降设备包括沉降槽1，沉降槽1的内部设有中心进料井2；中心进料井2的边缘分布有若干喷嘴3，每个喷嘴3连接有一个进料管4；进料管4的外端形成有从沉降槽1的侧部伸出的进料口5；沉降槽1的中心连接有搅拌轴6，搅拌轴6经中心进料井2延伸至沉降槽1的下部；搅拌轴6的下端连接有耙机7；搅拌轴6在中心进料井2的底部开口位置的下方连接有锥形导流器8，该免絮凝剂的高温沉降方法将苛化反应后的铝酸钠溶液与苛化渣形成的混合液，通过进料管4输送到沉降槽1内部的中心进料井2；当混合液进入中心进料井2之前，通过喷嘴3对混合液的能量进行涣散，使进入中心进料井2的混合液的速度降低至不大于1m/s，以在不添加絮凝剂的前提下减少混合液进料过程中对沉降槽1内部沉降物料的扰动。

[0028] 本实施例中，沉降槽1包括沉降筒体9、封闭顶盖10和封闭底盖11；封闭顶盖10形成在沉降筒体9的顶部，封闭底盖11形成在沉降筒体9的底部；沉降筒体9呈圆柱形，封闭底盖11呈圆锥形。封闭顶盖10的顶端连接有驱动电机12，驱动电机12的驱动端连接搅拌轴6的顶部。从而可以对沉淀在沉降槽1底部的物料进行搅拌改变沉降物料的流变性能，并调节沉降物料的出料液固比以防止沉降槽1底部堵塞。

[0029] 本实施例中，喷嘴3设有四个，四个喷嘴3均匀分布在中心进料井2的四周；每个喷嘴3的外侧连接有一个进料管4；喷嘴3靠近进料管4一端的口径小于喷嘴3靠近中心进料井2一端的口径。通过采用四个均匀分布的减压式的喷嘴3设计，每个喷嘴3沿进料中心井轴线对称并且设置有能量涣散功能；当高温混合液进入中心进料井2时，浆液的速度降低至不大于1m/s，以小于0.8m/s或0.5m/s为佳。从而高温混合液的速度和动能使得当它撞击到已经在中心进料井2中的沉降固体上时，对沉降槽1中的沉降的固体造成最小的干扰。利用喷嘴3进料方式可减少进料对沉降槽1内部物料的扰动，可免加絮凝剂等促沉剂。

[0030] 本实施例中，苛化反应后的铝酸钠溶液与苛化渣形成的混合液的温度控制在90～200℃。从上文的理论分析和试验可以得到，铝酸钠溶液中苛化渣的沉速除与本身颗粒大小有关外，但在实际生产中物料颗粒大小相对较稳定，影响最大的因素为溶液温度。150℃时沉速是90℃时沉速的20倍，而200℃时沉速是90℃时沉速的200倍。故将混合液的温度控制在90～200℃为佳。借助高温混合液本身温度，不用进行减温减压操作，不用添加絮凝剂等促沉剂可直接快速沉降。

[0031] 本实施例中，封闭顶盖10的顶端连接有安全口13，安全口13连接有安全阀14；安全口13结合安全阀14再结合沉降槽1内压力，可实现设备的本质安全。

[0032] 本实施例中，沉降筒体9的上端侧部连接有溢流口15，溢流口15连接有溢流调节阀16。利用溢流调节阀16自动调节溢流口15出口流量，可有效控制沉降槽1内温度和压力，更有效保障沉降速度。

[0033] 本实施例中，封闭底盖11的下端连接有出料口17，出料口17连接有出料阀18；封闭底盖11的一侧设有循环口19，循环口19连接有循环阀20；出料阀18经第一输送管路21连接有变频泵22，变频泵22连接有出料管路23；出料管路23经第二输送管路24连接循环阀20；第二输送管路24上设有循环控制阀25。

[0034] 具体的，沉降槽1内沉降的物料通过搅拌轴6提供的能量搅拌底部料浆，改变底部料浆的流变性能，降低料浆粘度，改善料浆流动性，以防止堵塞。出料口17输出的物料通过第一输送管路21和出料管路23排出，利用第二输送管路24可以实现自动调节底部出料的液固比，结合循环阀20进一步防止沉降槽1底部出料堵塞的可能。

[0035] 本实施例中，中心进料井2的侧部和沉降槽1的内壁之间连接有中心井支撑架26；中心进料井2的底部开口的口径小于锥形导流器8的最大外径。

[0036] 具体的，中心井支撑架26起到中心进料井2的固定作用，而中心进料井2下部出口处设置锥形导流器8，可以将中心进料井2出料的料浆流向改变，避免料浆直接冲向已经形成的沉降层，防止干扰沉降。

[0037] 在一种可能的实施例中，沉降槽1的封闭底盖11具有倾斜侧面，并且这些倾斜侧面与水平面形成30°～45°之间的角度。大约30°的角度是优选的，可以提供来自沉降筒体9的良好固体流。

[0038] 综上所述，本发明采用的免絮凝剂的高温沉降设备包括沉降槽1，沉降槽1的内部设有中心进料井2；中心进料井2的边缘分布有若干喷嘴3，每个喷嘴3连接有一个进料管4；进料管4的外端形成有从沉降槽1的侧部伸出的进料口5；沉降槽1的中心连接有搅拌轴6，搅拌轴6经中心进料井2延伸至沉降槽1的下部；搅拌轴6的下端连接有耙机7；搅拌轴6在中心进料井2的底部开口位置的下方连接有锥形导流器8，本发明方法将苛化反应后的铝酸钠溶液与苛化渣形成的混合液，通过进料管4输送到沉降槽1内部的中心进料井2；当所述混合液进入所述中心进料井2之前，通过喷嘴3对所述混合液的能量进行涣散，使进入所述中心进料井2的所述混合液的速度降低至不大于1m/s，以在不添加絮凝剂的前提下减少所述混合液进料过程中对所述沉降槽1内部沉降物料的扰动。本发明借助高温混合液本身温度，不用进行减温减压操作，不用添加絮凝剂等促沉剂，可直接快速沉降，降低生产成本，避免有机絮凝剂进入生产系统造成有机物污染生产物料，减少能源消耗。

[0039] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0040] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。