拜耳法生產中氫氧化鋁粒度的控制方法

王善濤，湯志彩

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

氧化鋁產品粒度的大小是衡量氧化鋁質量的重要參數，目前氧化鋁均以生產砂狀氧化鋁為主，產品的粒度受到生產原礦石和各個工序的調控影響，尤其是在分解工序，晶種的分解是重中之重，分解時的晶種粒度的直徑將直接決定焙燒后的氧化鋁粒度大小，所以在拜耳法生產中根據生產過程的實際情況，把握工藝調控措施，控制好晶種分解后的氫氧化鋁粒度是影響氧化鋁品質的關鍵所在。

1 氧化鋁生產概述

我國民營企業新建設的氧化鋁生產公司主要集中在沿海地區，利用便利的運輸條件大量的采用進口鋁土礦作為料，而中鋁系統在河南、山西等地區的老牌氧化鋁生產企業則以國產礦石作為主要生產原料，國內的礦石多為一水鋁石，其礦石的鋁硅比在4.5左右，工藝管控條件較為細化，生產的氧化鋁多為一級品，總體的生產指標控制也非常優良，但晶種分解工序產出的氫氧化鋁粒度出現周期性細化，且持續時間較長，這直接導致氧化鋁產品質量的下降，過程控制難度增加。氫氧化鋁顆粒吸附更多的雜質對后續的洗滌和過濾也造成很大的困難，使得洗水量增大，顆粒非飛揚損失增大也加重了電力收塵系統的工作負擔。并引起煙氣排放含塵量上升等問題，所以控制氫氧化鋁的粒度、保持均勻且直徑較大的顆粒是生產的關鍵要求。

2 分解工藝概述

分解的主要工作過程是逐步降低溶液溫度并不斷加以攪拌使得溶液中含有的處于不穩定狀態的氫氧化鋁附著在晶種上析出，目前分解工序根據生產工藝的不同，可以分為一段法分解和二段法分解兩種生產工藝。一段分解方法的應用在早期建設的氧化鋁廠更為普遍，其工藝過程為多個分解槽連續進行分解作業，并逐次溢流不斷降溫，兩臺分解首槽和兩臺出料槽以及一臺緩沖槽，其中分解首槽和末槽均為一用一備，總體投用的分解槽數量需要根據總液量和溶液分解的時間而確定，同時投用的分解槽中均運行一臺機械攪拌，通過機械攪拌的旋轉攪動防止槽內的溶液發生沉淀并加快溶液的分解速度，同時在其中添加一定數量的氫氧化鋁作為分解析出的晶種，這些添加的晶種會吸附溶液中小顆粒的氫氧化鋁使得晶種不斷變大。而且在攪拌的過程中也會使得部分晶體破裂形成更多新的晶核。與此同時進行的還有附聚過程，溶液中細小的晶體粘連形成直徑較大的晶體。在分解槽內完成這些反應后再由出料槽的離心式渣漿泵將溶液送入水力旋流器進行旋流分級，旋流器溢流的細液重新返回分解槽繼續附聚長大，旋流器底流粗液進入焙燒工序的平盤過濾機。

3 生產中粒度變化的原因和規律

生產過程穩定但是氫氧化鋁的粒度直徑卻呈現周期性的波動，且波動的周期和幅度以及周期內粒度合格時間與不合格時間又有較大差別；在正常情況下保持分解工序整條流程的相對穩定狀態，縮短粒度分布監測周期、提高作業水平精心操作， 采取常規的工藝調整控制各項生產參數的效果并不明顯，只起到了延長顆粒直徑變化的周期以及降低變化的幅度而無法從根源上杜絕粒度控制困難的問題，所以除了常規控制之外還需采取更多的措施。

4 控制粒度波動的措施

氫氧化鋁粒度周期性的出現細化波動會給生產造成很大的負面影響，尤其是粒度細化周期持續時間較長的情況，這會造成很大的生產損失，所以要根據整個的生產調控過程進行調整強化過程的分析和控制逐步采取以下措施：

4.1 總結分析顆粒直徑變化的趨勢

氫氧化鋁粒度變化數據的和分析對優化生產控制提高作業水平有很大的作用，需要采用合理的分析方法，現在經常使用的主要有篩分和馬爾文粒度分析儀等，利用篩可以測出氧化鋁產品中不同直徑大小的粒子的重量百分比分布，馬爾文粒度分析儀能更快捷的觀察粒子的變化規律，這非常有利于生產系統的超前控制。因而利用先進的觀察儀器和分析方法對觀察的結果和數據進行科學分析和歸納能夠進一步確定系統中影響晶種分解和成核的規律，可以幫助生產操作人員盡早發現有可能出現的粒度變化趨勢及時采取控制措施使得生產過程溫度不至出現粒度控制的大幅度細化。

4.2 調控分解時溶液的溫度

分解溫度對分解工序的一個關鍵性參數，也是影響生產的主要性因素，所以對分解槽溫度的掌握和調整至關重要，也是生產上最直接的控制措施，分解一般采用60多℃的初溫，分解時間約60個小時，末槽的溫度降低到50℃左右，利用寬流道板式換熱器進行中間降溫10℃～13℃。生產企業不同控制參數有所不同，但是根據生產條件的不同掌握分解首槽和分解出料槽的溫度及和各中間分解槽的降溫梯度。

控制分解槽的溫度方式經過實踐證明對控制產品的粒度和提高分解率都有很大的好處。分解槽溫度控制有一定的原則和規律，首先要保持分解槽首槽的溫度控制的較高，逐級降溫時分解初期的降溫速度可適當快些而后期則要盡量慢，后期溫度放慢不僅有利于提高分解率又能夠減緩氫氧化鋁粒度過細的變化趨勢。

4.3 進一步提高分級效果

分級效果的好壞將直接影響氫氧化鋁的分解率和粒度的質量，是確保粒度質量合格的關鍵環節之一，因而加強分級機的操作確保最佳的分級效果能夠很好的滿足分解工序對產品質量和產量的要求。操作中如果出現氫氧化鋁粒度變細的情況可以通過提高進料壓力、降低進料溶液的固含同時提高進料溶液的溫度的方式，進一步提高分級效果以實現更好的粒度分級效果。

4.4 調整分解首槽溶液的固含

正常生產情況下，分解首槽的固含一般控制在700g/L～800 g/L左右，這一指標適合于砂狀氧化鋁的生產，在溶液中加入晶種能夠使溶液反應越過晶核形成階段從而加速溶液的分解，這樣控制也有利于制取顆粒直徑較粗的氧化鋁產品。出現粒度粗化時要及時向焙燒工序的平盤出料降低溶液的固含以避免溶液中成核數量突然升高；出現粒度細化時如果溶液固含較低，則需要根據生產情況適當提高溶液的固含。

4.5 確保液量的穩定平衡

系統液量的穩定對晶種分解工序的每個生產指標都十分重要。每次停車檢修，分解工序作為控制全廠液量平衡最重要工序，系統液量一般會有較大波動。如何最大程度減少影響，及時采取相應預防控制措施就很有必要。比如，在停車之前，將分解首槽溫度適當提高2℃～5℃，保證末槽溫度及中間各種分槽溫度不至于大幅度降低。

5 結語

分解工序的控制條件和生產過程較為關鍵，而一段法工藝生產氧化鋁，氫氧化鋁顆粒會出現周期性波動。雖然這問題有較為成熟的理論基礎但仍需生產企業根據各自的生產工藝特點予以更深入的研究，通過生產上采取的調控措施達到延長粒度細化波動周期和降低氫氧化鋁粒度波動變化的幅度是完全可以做到的，控制氫氧化鋁粒度指標，首先要盡量保證整個生產系統相對穩定。在兼顧分解率和分解槽單位產能同時，優先采取通過調控分解溫度及強化分級機操作來調控粒度；其次當氫氧化鋁粗顆粒明顯增多時和固含低于600g/L 時要適時調整首槽、中槽、末槽固含；當分解時間成為影響粒度主要因素時，可以撤空和并入分解槽來調整分解時間。