澳礦生產氧化鋁采用一二段分解技術的聯合對比分析

摘要：現在一些氧化鋁廠引進澳礦，仍使用一段分解技術，這可能會產生質量問題。文章針對產品質量問題，聯合后續電解鋁的生產投資以及澳礦有機物含量高的特點，對一二段分解工藝進行了對比分析。

關鍵詞：一段分解；二段分解；電解鋁生產；砂狀氧化鋁；有機物含量；澳礦 文獻標識碼：A

中圖分類號：TF821 文章編號：1009-2374（2015）11-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.077

近年來，隨著國內鋁土礦品位的下降，一些氧化鋁廠開始引進國外礦石作為氧化鋁生產的原料，其中以澳礦居多。澳礦的特點是易溶、易磨，但同時有機物（TOC）的含量較高，約為0.22%。雖然礦石來源發生變化，但大多數氧化鋁廠認為二段分解流程長且復雜，設備多，電耗、水耗均較一段分解高，生產指標不好控制，仍采用慣用的一段分解技術。受該工藝的限制，產品為粉末狀（或中間狀）氧化鋁，不能生產電解所需的高品質砂狀氧化鋁，且較高的有機物含量會造成一系列的生產問題。下面針對一二段分解技術聯合后續的電解鋁生產進行效能分析。

1 兩種分解工藝簡介

就添加工序而言，一段分解只有結晶長大段，晶種和精液在首槽一次性加入，只有產品分級無需晶種分級，-45μ<7%粗粒度的做產品，-45μ<12%細粒度的做晶種。二段分解既有附聚段也有結晶長大段，晶種需要進行分級，第一級底流為產品氫氧化鋁，第二級底流和溢流分別做粗晶種和細晶種。粗細晶種分段添加，細晶種添加到附聚段，粗晶種添加到結晶長大段。

2 兩種分解的技術特點

二段分解多利用三水鋁石或者一水軟鋁石生產氧化鋁，澳礦屬于此類礦石。采用低溫、低堿濃度溶出，精液濃度在150g/L以下（指Na2Ok）；晶種量較小，附聚段首槽固含約為150g/L，長大段首槽固含約為450g/ L；分解溫度高，初溫75℃～80℃，終溫55℃；氫氧化鋁分解產出率較低，約為75～85kg-AH/m3-精液。分解時間較一段分解短，一般為32～36小時，目的都是在保證一定產出率前提下確保氧化鋁粒度和強度以及平衡氫氧化鋁粗、細粒度。最終產品粒度-45μm含量為8%～10%，Al2O3耐磨損指數12%～17%。

一段分解精液濃度高，為155～175g/L；晶種量大，分解首槽固含達800g/L左右；分解溫度低，初溫60℃～62℃，終溫50℃～52℃；氫氧化鋁分解產出率較高，約為85～90kg-AH/m3-精液。分解時間長，一般為42～58小時；最終產品粒度-45μm含量為12%～14%，強度較差，Al2O3耐磨損指數20%～30%。此外，一段分解因受溶出定期停車檢修影響，加上受晶種比表面積的影響，氫氧化鋁粒度有周期性細化，生產中必須采取適當措施解決。

3 兩種分解的工藝及產品特點

由以上工藝方框圖可以看出，一段分解包括長大段分解系統、成品分級系統、晶種過濾系統及中間降溫系統；二段分解包括附聚段分解系統、長大段分解系統、成品分級系統、粗細晶種分級系統、細晶種沉降系統、粗晶種過濾系統、細晶種過濾及洗滌系統、草酸鹽脫除系統以及中間降溫系統。相比較而言，二段分解工藝較復雜，設備投入較高。粒度控制方面，需要控制各段的溫度和晶種量，工業生產控制難度較大。相應的水耗、電耗等運行成本均比一段分解高。詳見表1：

但是，二段分解有利于生產出粒度均勻、強度好、比表面積大、粉塵小、溶解性能和流動性能好的砂狀氧化鋁，特別適用于干法煙氣凈化和大型中間自動點式下料預焙槽的推廣以及懸浮預熱及流態化焙燒技術的應用。砂狀氧化鋁在用作鋁電解原料時，具有以下優點：（1）流動性好，由于細粒氧化鋁含量少，因而粉塵量低；（2）高比表面積使其吸附能力強，因而最適用于氣體干法凈化系統，以除去電解槽的煙氣，消除氟污染；（3）高容積密度，可使已有的儲存設備的能力增加，并降低運輸和處理費用。再者，二段分解工藝中有草酸鹽分離洗滌操作，可以排除澳礦中多余的有機物，尤其是以草酸根C2O42-存在的有機鹽。草酸鹽的積累會導致許多生產問題，例如會降低分解速度和分解產出率，造成氫氧化鋁細化，不利于后續晶種分級過濾和細晶種的沉降，增加產品氧化鋁中的堿殘留量，使產品著色，降低產品質量，降低氫氧化鋁的附聚效果，增加氫氧化鋁-草酸鹽結疤的生成量，加速晶種槽和分解槽的結疤速度，增加現場清理和維護的工作量。另外，還會增加沉降工序中懸浮液的濃度，降低赤泥沉降的速度，加速蒸發工序中蒸發器的結垢速度，使蒸發器的傳熱系數下降，汽耗增加。使排鹽蒸發器析出的一水碳酸鈉粒度變細，造成后續排鹽工段的沉降和過濾分離困難等一系列生產過程和產品質量上的問題。有機物的排除，有利于提高生產效率和產品質量。

4 與電解鋁廠的聯合經濟效益估算

因為產品氧化鋁的下一接口多為電解鋁廠，所以投資成本和運行成本不能僅僅從氧化鋁生產對兩種工藝做對比，而應當聯合后續的電解鋁廠對其做聯合的對比分析。一段分解生產出的粉末或中間狀氧化鋁與二段分解的產品砂狀氧化鋁相比，可以降低電解電流效率約1.5%，噸鋁氧化鋁單耗增加10公斤，且煙氣凈化系統運行費用略有提高。按年產40萬噸氧化鋁配套年產20萬噸電解鋁整體估算：

4.1 電解鋁的增效

增長效益：20×1.5%×13400=4020萬元

節電：20×240×0.3=1440萬元

節約氧化鋁單耗：20×0.01×2500=500萬元

4.2 氧化鋁生產成本

氧化鋁生產成本增加：40×120=4800萬元

氧化鋁和電解鋁整體效益，每年節約：4020+1440+500-4800=1160萬元

4.3 兩段分解投資

兩段分解投資增加：3800萬元

可見，采用兩段分解工藝技術，增加的3800萬元投資回收期約為3～4年。

5 結語

從產品質量，聯合后續電解鋁生產投資以及澳礦中有機物的排除來看，二段分解工藝優于一段分解工藝。隨著國外礦石的不斷引進，解決其中有機物含量超標的問題迫在眉睫，處理不當就會影響正常生產，且面對越來越挑剔和嚴峻的氧化鋁市場，產品砂狀氧化鋁有利于提高廠家的產品競爭力。

參考文獻

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作者簡介：鄢艷（1981-），女，四川攀枝花人，東北大學設計研究院（有限公司）工程師，研究方向：氧化鋁生產

工藝。

（責任編輯：蔣建華）