影響無水氟化鋁質量的因素剖析

吳海峰

（多氟多化工股份有限公司，河南焦作454006）

工業技術

影響無水氟化鋁質量的因素剖析

吳海峰

（多氟多化工股份有限公司，河南焦作454006）

氟化鋁是降低電解鋁生產電耗的主要添加劑，實驗以多氟多化工股份有限公司的無水氟化鋁生產工藝為例，闡述了影響無水氟化鋁質量的各種因素并提出改進意見。力求在分享生產經驗的同時，推廣高品質無水氟化鋁的應用，最大限度推進電解鋁行業的節能降耗。通過詳細分析原料水分、粒度以及生產過程中的配比、操作溫度、風量、壓差等因素與產品質量的關系，提出了相應的解決辦法，提高了產品的質量。對上述分析做了總結，提出要想提升無水氟化鋁產品質量就必須從3個方面去著手。

無水氟化鋁；電解鋁；節能降耗

隨著國家對節能降耗目標的不斷強化，許多高耗能企業都面臨著不小的壓力。對于電解鋁行業來說，降低電耗成了節能降耗的重點。無水氟化鋁是降低電耗的主要電解質，其質量是影響電耗的重要因素之一。這樣又為氟化鋁行業帶來了不小的挑戰，迫使無水氟化鋁在產品質量和成本上有更大的突破［1-2］。

目前，多氟多化工股份有限公司（簡稱“公司”）經過多年探索和創新，在提升氟化鋁質量上積累了豐富的生產經驗，從而使電解鋁行業的節能降耗能夠更順利地推行。筆者對影響無水氟化鋁生產的因素做了分析，并說明如何從這些方面加以改進以提升產品質量，力求在分享生產經驗的同時，推廣高品質無水氟化鋁的應用。

1 原料指標

無水氟化鋁生產工藝［3］的原料為氫氧化鋁和無水氫氟酸。公司生產的無水氫氟酸質量分數在99.95%以上，質量穩定，對無水氟化鋁生產基本無影響。而氫氧化鋁的質量對生產起著重要影響，主要表現在以下幾個方面。

1.1 氫氧化鋁水分

從理論上講，氫氧化鋁中的水分越低越好：1）在反應過程中，水含量越少，越有利于提高流化床的反應溫度，降低能耗，節約成本；2）水含量少可減少氟化鋁水解反應，提高氟收率，有利于后續反應。

公司經過長期的生產實踐，也證實了這種理論，不過并非水分越低越好。通過穩定的數據跟蹤可知，公司在生產過程中一般保證下料量穩定在4.5 t/h左右，流化床的溫度為550℃左右，2#變頻羅茨風機的開度為55%。如果使用氫氧化鋁的水分保證在3%（質量分數，下同）以下，則生產的無水氟化鋁中氟的質量分數達61%以上，實際配比（無水氫氟酸和氫氧化鋁的質量比）會降低5%。這種情況較水分高的配比要少，不僅減少了氫氟酸用量，還降低了能耗，從而達到優化產品質量指標的目的。

結合實踐，分析得到可能的原因：1）減少了帶入流化床的水氣量；2）減少了預熱后氧化鋁自身攜帶的水含量；3）整體反應區域下移，減小了流化床溫差，物料反應更均勻。

但如果原料水分過低則會產生飛揚影響下料效果，造成配比操作不平衡、單耗增加等不良影響。經過實踐可知，如果氫氧化鋁水分指標大于5%，則正常生產時流化床溫度一般不會超過550℃，此時操作溫度達不到要求，產品的灼減也會受到影響，嚴重時將會導致產品質量不合格。通過不斷的摸索，公司將采購氫氧化鋁水分的質量分數控制在2%～5%，這樣對生產比較有利。目前，市場上的氫氧化鋁受一些因素的影響，其水分指標不穩定，這就需要供應方在水分指標上加以嚴格的控制。

1.2 氫氧化鋁粒度

無水氟化鋁產品粒度的大小與氫氧化鋁粒度關系較緊密。理論上，原料粒度越大則產品粒徑也越大。但生產中也不盡如此，顆粒大的氫氧化鋁會在流化床反應器內碰撞并細化，其結晶體會破裂，粒度降低，進而影響旋風除塵器的效率［4］。當然，適當調節風量也可以適當改變產品的粒度。

目前，公司規定的發貨粒度標準是在孔徑為45 μm下通過率小于10%。圖1為使用不同廠家氫氧化鋁后無水氟化鋁粒度的情況（中鋁：中國鋁業股份有限公司，武圣：山西武圣鋁業有限公司；廣興：廣興鋁業有限公司；未來：焦作眾合未來鋁業有限公司；晶鑫：河南晶鑫實業有限公司；澠池：澠池易正貿易有限公司）。由圖1可以看出，如果氫氧化鋁的粒度通過率小于7%，則產品就能達到國標一級；如果通過率為7%～9%，則將達到國標二級。所以，為了提高產品質量，建議使用通過率小于7%的氫氧化鋁。

圖1 使用不同廠家氫氧化鋁后無水氟化鋁粒度的情況

2 生產指標

2.1 生產配比

生產配比是指在反應過程中所用無水氫氟酸和氫氧化鋁的質量比。它是反映整個系統物料消耗和操作好壞的重要指標，而如何降低配比是減少成本的重要因素。目前，公司無水氟化鋁中氟質量分數為62%，但理論上無水氟化鋁中氟的質量分數為67%左右，與理論量相差約5%。所以，最大限度地降低配比，提高氟含量也是需要改進的地方。經過分析，總結出改進措施：1）可以增加流化床高度，從而延長反應時間，使物料充分接觸；2）可以增加無水氟化氫用量，提高系統反應濃度，進而提升氟的轉化率；3）可適當調節進氣風量，使氣速和壓差更合理。

結合公司實際情況，確定改動現有流化床設備基本無可能。增加AHF用量，雖可提升氟化鋁產品中氟的含量，但配比增大，尾氣中氟含量也會相對增加，致使無水氟化鋁中氟收率過低，成本偏高，同時過濃的氟化氫對設備也有一定的影響。目前，可行的方案是通過調節風機風量，保證合理的流化壓差。該方案確保了足夠的反應時間，使得配比和產品氟含量得到了相應的改善。

2.2 蒸發器出口溫度

在進入流化床反應之前，無水氫氟酸要經過蒸發器氣化成氟化氫氣體。氟化氫氣體的溫度不僅影響流化床的反應溫度，對天然氣用量也有一定的影響。通過下面的理論計算，可以更直觀地觀察到。假定進入主旋風的氣速為20 m/s，根據流化床容積可知，流化床的空床氣速為1.06 m/s。若保證流化床的反應溫度為560℃，則進入流化床的總氣量（由氟化氫氣體量、配風量及天然氣量組成）需20160 Nm3/h。以合適的氫氧化鋁下料量和配比去換算，得出相應進入流化床內的氣體量為11086 Nm3/h，則一、二次配風加上天然氣的用量就需9074 Nm3/h。為了滿足工藝操作參數，進入流化床反應之前的空氣都經過設定，其溫度和體積一般不會變化，只要提高無水氫氟酸的蒸氣溫度，其氣體體積就會相應增大，相反天然氣用量就越少。所以，提高無水氫氟酸的溫度即可以降低進入流化床的量，并且降低混合室彎管溫度，節約天然氣用量，延長設備壽命。在實際生產中，應盡可能在蒸氣溫度允許的情況下適當將氟化氫氣體溫度提升至50℃左右。

2.3 風量

由于公司流化床的流化方式屬于聚式流化［5］，氣速已經超過臨界速度。在反應過程中，形成的氣泡是流化床內的微型反應器，使反應物從氣泡相轉移到乳相內，起到了傳質作用。產物從乳相到氣泡相內，相當于分離反應物與產物。在這種傳遞過程中，氣泡的效率決定著產品的質量、收率和反應進度，而控制好風量又是決定氣泡效率的關鍵之一。另外，配風也影響著旋風除塵器的效率。根據設計要求，只要進入主旋風分離器的氣速在18～23 m/s［6］的范圍，就能保證其有效地除塵。在實際生產中，氫氧化鋁粒度不是很穩定，為了保證成品粒度符合用戶要求，通過多次測試，可將一次風和二次風調整為0～500 Nm3/h。固含量大的要求風量小，固含量小的要求風量大，進而取得較好的收塵效果。所以，整個無水氟化鋁生產過程中風量的控制是非常重要的。

2.4 流化床溫度

流化床溫度是反應的重要控制參數，它不僅是衡量系統能量分配的指標，也對產品灼減的高低起著決定性作用。若要降低灼減，就必須提高流化溫度，但溫度并非越高越好。目前，流化床設計的操作溫度為560℃，溫度過高，則會縮短設備壽命，反之則會影響產品質量。另外，流化床溫差反映著系統床層結構，而實際生產中的流化床溫差有時會高達20℃，這樣不利于正常生產。因此，應盡可能地將溫差縮小到10℃以內，這種情況下物料流化會更均勻，產品質量更穩定。

2.5 流化床壓差

流化床壓差是反映流化床層高低的重要指標，目前控制范圍為20～24 kPa。如果壓差超過指定控制范圍，則說明物料累積過多，需要排放一定量的物料來保證壓力平衡。另外，壓差可以反映出系統壓力的總體情況。在配風和下料正常的情況下，如果壓差過大，則可能是流化床出口的系統發生了堵塞，會影響整個后續系統的反應。因此，控制好壓差也是操作的關鍵。

3 結論

通過實驗分析可知，若要進一步提高產品質量、降低生產成本，則需從以下3個方面著手：1）要深入了解影響反應過程中原料的各項內在指標，提升原料利用率；2）總結實踐經驗，優化工藝參數及反應條件，多角度、多方位地分析現有問題并提出改進方案；3）結合電解鋁行業要求，從重要指標上著手，提升產品質量，降低成本。

目前，多氟多公司的無水氟化鋁是降低電解鋁電耗主要的電解質，其生產工藝經過不斷的改進，產品質量得到了很大的提升。公司有信心將產品質量提升到更高的檔次，滿足電解鋁行業更嚴格的要求，最大限度地為電解鋁行業服務。

［1］吳海峰，侯利芳.淺析無水氟化鋁余熱和節能技術改造［J］.無機鹽工業，2017，49（4）：41-45.

［2］農志藩.氟化鋁和冰晶石生產過程中的最佳質量控制［J］.無機鹽工業，2015：47（10）：48-53.

［3］胡偉.氟化工生產技術［M］.北京：科學出版社，2010：42-51.

［4］張殿印，王純.除塵器手冊［M］.北京：化學工業出版社，2004：84-87.

［5］中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊［M］.3版.北京：化學工業出版社，2003.

［6］張殿印，王純.除塵器手冊［M］.北京：化學工業出版社，2004：93.

Analysis on affecting factors of quality of anhydrous aluminium fluoride

Wu Haifeng
（Do-Fluoride Chemical Co.，Ltd.，Jiaozuo 454006，China）

Aluminum fluoride is a main additive that can reduce power consumption in the electrolytic aluminium production.Taking anhydrous aluminium fluoride production process of Do-Fluoride Chemical Co.，Ltd.as an example，various factors affecting the quality of anhydrous aluminium fluoride and some suggestions for improvement were put forward.It was aiming for sharing the experience in production and promoting the application of high-quality anhydrous aluminium fluoride as well，so as to promote the energy saving and consumption reduction in the electrolytic aluminum industry as far as possible.Through detailed analysis the relationship between the product quality and various factors，such as the moisture，particle size，mix ratio of the raw materials，operating temperature，air volume，and differential pressure，corresponding solutions were proposed，and the product quality was improved to a higher level.With the summary of above analysis，it suggested that the promotion of the product quality of aluminum fluoride must proceed from three aspects at the same time.

anhydrous aluminium fluoride；electrolytic aluminium；energy saving and consumption reduction

TQ133.1

A

1006-4990（2017）11-0045-03

2017-05-10

吳海峰（1983—），男，本科，化工類工程師，主要從事無機氟化物研發與產業化工作，已公開發表論文5篇，獲得科技進步獎11項。

聯系方式：HF6710@163.com