关于氧化铝生产技术探析

关于氧化铝生产技术探析

向千祥

国家电投集团贵州遵义产业发展有限公司564300

摘要：拜耳法氧化铝在铝生产中的能源消耗约占生产成本的30%。随着能源价格的上涨，节能降耗已成为降低铝生产成本的重要途径之一。2010年之前，中国海外拜耳法生产的复合铝能耗一般为10~13GJ/t-Al2O3。一些设计用于海外散居矿的新型铝设备将铝复合能耗降低到9.5GJ/t-Al 2O3以下，这是世界同类企业的领先水平。目前，铝工艺优化设计正逐步应用于国内铝行业，也已成为企业降低成本、提高效率的必要条件和措施。在降低生产能耗和新建和现有铝设备成本方面，工艺优化设计将成为关键因素，也将成为未来铝技术发展的方向和趋势。笔者结合自身多年工作经验，本次主要针对氧化铝生产技术探析，展开深入论述，所得文献与同行业人员共享，望对行业的前进起到一定的促进作用。

关键词：氧化铝；生产系统；节能降耗；优化设计

1氧化铝工艺能耗分析及节能降耗方向

1.1氧化铝工艺能耗分析

在拜耳法铝工艺的制造过程中，工艺能耗主要包括蒸汽、电、水、压缩空气和燃料，其中蒸汽、电和燃料约占工艺能耗的95%。节约能源和降低铝系统能耗的关键是如何尽可能减少这三种能耗。目前，液体煅烧炉用于中国的铝加工。更先进的煅烧炉的能耗也已降至2.9 GJ/t-Al2O3以下，并且几乎没有继续降低能耗的空间。因此，进一步降低蒸汽和电力消耗将是优化设计中节能降耗研究的方向。

1.2氧化铝节能降耗方向

1.2.1蒸汽能耗分析及节能降耗方向

在铝生产系统中，蒸汽消耗是最大的能耗。整个工厂的蒸汽主要用于加热溶解的纸浆和蒸发浓缩降解母液。此外，加热预硅化纸浆、加热整个工厂的热水以及加热每个过程中的化学清洗溶液也必须消耗蒸汽。发酵过程中的蒸汽消耗是铝系统的主要蒸汽消耗。对于从散居地生产铝，发酵过程中1.50~1.75t/t-Al2O3的蒸汽消耗约为0.5~0.75t/t-Al2O3，而在蒸发等其他过程中，蒸汽消耗约0.5~0.75 t/t-Al3O3，这使得消化过程的实际蒸汽消耗非常接近理论值。因此，进一步降低消化过程中蒸汽消耗的措施应该是提高相对溶解速率，以提高整个装置的回路效率，减少蒸汽输送过程中的损失，这是进一步节能和降低消化过程消耗的有效途径和方向。蒸发过程中的蒸汽消耗也是铝系统中的高能耗过程。目前，六种防流降膜效应蒸发技术在铝工业中应用最广泛，其蒸汽比一般可达到0.24吨蒸汽/吨水以下。近年来，七效降膜蒸发技术也逐渐得到应用，其蒸汽比可降低到小于0.2吨蒸汽/吨水。因此，进一步降低蒸发过程中蒸汽消耗的措施主要是采用新的节能蒸发技术，充分回收排汽余热，减少蒸汽输送过程中的损失，这是进一步节能降耗的有效途径和方向[1]。

1.2.2电耗分析及节能降耗方向

能耗是铝生产系统的第三大能耗。对于拜耳工艺厂的国内侨民来说，工艺能耗约为220~260kwh/t-Al2O3。工艺能耗主要是铝生产系统中各种设备的能耗，其中材料运输能耗占总能耗的80%以上。因此，减少能耗的有效措施应从减少生产系统中每小时的物料流量、减少运输设备上的电力负荷、采用合理的总体布局和整合车间配置开始，以减少物料的运输距离，这是一个有效的方法和方向-如何进一步降低整个工厂的工艺能耗。

2氧化铝节能优化技术的设计应用

2.1提高拜耳法循环效率

2.1.1溶出系统优化

（1）溶出温度的控制。干燥剂浆料经过自蒸发预热部分的第九阶段和熔融盐加热的第五阶段，然后进入六个保温容器进行保温和溶液；预干燥温度为100℃~105℃，预干燥时间为8-12小时；BWT1输出物料温度200℃~205℃；当SWT5输出的物料温度大于~265℃时，ak1.48和赤泥A/S-1.15溶解；相对分辨率为93%。优化分辨率指标的关键是在保持A/S赤泥低的同时降低分辨率ak。通常的措施是提高溶液温度，延长溶解时间，调整矿石和碱性利口酒的比例，降低研磨细度，以确保热交换系统的效率。（2） 添加石灰。石灰的添加量从14%减少到9%，这减少了石灰的消耗，降低了铝硅与赤泥的比例，提高了溶解速度。当石灰用量减少到7%～8%时，溶解速率达到最大。随着石灰用量的不断减少，溶解速率也随之降低。找到适量的添加剂，以确保最高的分辨率。根据溶液速率计算合适的碱性剂量，以确保最低溶液ak，提高循环效率[2]。

2.1.2分解系统的优化，提高循环母液ak
（1）优化分解温度。优化储罐退化的温度梯度。共有14个分解罐。第一个罐的温度为60℃±2。前三个罐在恒定温度下结块。通过添加晶体管，它们会在高温区聚集并生长。4#、5#、6#、7#、8#、9#〃罐采用螺旋板式换热器降温。储罐之间的温差为2℃。温度10#、11#、14℃，自然冷却以降低最后一个罐的温度。严格控制温差，避免中间两罐温差过大，降温均匀稳定。分解辊上的盘管板式换热器必须进一步改进。（2） 确保第一个降解槽的固体含量。通过简单的计算，根据精液量添加氢氧化铝种子，以确保第一罐的固体含量。（3） 稳定的降解时间：适当安排供应和排放流量，确保降解槽的稳定性和系统平衡。（4） 降解槽的排放向后移动，第12#和第13#降解槽都可以排放到旋风分离器中。水力旋流器溢流至14#，进入垂直板过滤铝种子，潜流进入平板过滤器。

2.2新型节能技术及大型设备的研发应用
研究、开发和使用新的节能技术和大型设备使铝工业更加节能，减少了消耗。近年来，中国铝业开发了一些新的节能技术，包括七种蒸发降膜的效果技术。汽水蒸发率可达到0.18吨蒸汽/吨水，比六种蒸发效果节省约20%的蒸汽消耗。其节能效果明显[3]。目前已建成投产，运行良好。大型设备也是节约能源的有效方式。它可以减少机组数量和设备的运行性能。例如，大型设备可用于分解Φ18×42m分解罐技术，不仅减少了分解罐的数量和投资，而且节约了能源消耗。0.18m大型储罐降解技术可节约约42%的能耗。此外，蒸发过程在每个动力蒸发器的蒸汽管上采用了一种新型的温度和压力降低，可降低蒸汽饱和度，提高蒸汽热回收率，减少蒸发蒸汽消耗约5.3%。氧化铝设备的每个循环水站均采用无能耗的新型水力机械，可拆除原循环水站的供水泵，节约约4.6kWh/t-Al2O3。
2.3总图布局节能优化设计
1) 根据铝的工艺流程特性，各工艺车间可布置成单向圆形“回程”形式，避免物料的回流和交叉流动，从而降低物料运输的能耗。2） 根据总平面内现场高差，相邻车间必须充分布置，溶液和泥浆必须利用地形高差在自身压力下运输，以减少或取消供应泵，节约能源消耗。例如，高压隔膜泵消化车间可在高处布置精密车间，分解池可根据现场高差逐步布置。3） 热电厂、消化蒸发车间应就近布置，以尽量缩短蒸汽输送管道的长度，从而有效减少蒸汽管道的损失，从而节约整个设备的蒸汽消耗。4） 在保证消防安全的前提下，应尽量减少车间之间的距离，以确保整体布局紧凑，减少整个工厂的占地面积，这不仅可以节省投资，而且可以显著降低材料运输的能耗。
2.4车间配置整合节能优化设计
1) 整合流程，减少车间数量，减少电力传输设备，节约能源消耗。例如，原料磨、预沉淀和高压泵房集成到原污泥制备车间，红污泥沉淀、热水站、红污泥输送和絮凝车间集成到车间，用于处理红污泥，蒸发、分解和焙烧等循环水集成到复杂的循环水系统中。2） 根据工艺流程，一些车间在空间和高度上逐步配置，材料在其自身压力下使用设备之间的高差运输。为了节省能源消耗，一些交通设施被中断。例如，成品过滤、控制过滤、盐出口加固和种子热交换在一个复杂的过滤车间中分层，种子过滤和母液的液体质量回收布置在降解罐顶部，形成一个降解过滤车间[4]。
3结语
随着能源价格的上涨、能源节约和铝生产消耗的减少，它已成为未来铝行业降低成本和提高效率的重要措施之一。在当前铝企业生产指标下进一步降低能耗已成为未来节能降耗的方向和趋势。分析铝能耗分布，优化整个铝生产系统的节能设计，可以有效降低铝生产系统蒸汽消耗、能耗和复杂能耗，这也是铝企业进一步降低生产成本的关键。

参考文献
[1]周发星.氧化铝生产过程能耗的分析[J].世界有色金属,2020(16):23+25.
[2]王宁.氧化铝生产技术的发展现状和未来趋势[J].冶金与材料,2021,38(04):90+92.
[3]卫学武.氧化铝生产技术的发展现状和未来趋势[J].中国高新区,2020(06):171.
[4]许文强,嫣艳,潘晓林,涂赣峰.中国氧化铝生产技术大型化发展现状与趋势[J].矿产保护与利用,2020(01):108-112+118.