氧化鋁生產中實用測控技術的分析

楊 娟

（中鋁山西鋁業有限公司計控信息中心，河津 043304）

氧化鋁是一種高硬度的化合物，常被用于制造耐火材料。伴隨著我國電解鋁、陶瓷、醫藥、機械等行業的飛速發展，市場對氧化鋁的需求量將會不斷增長。在氧化鋁工業的生產過程中會產生很多難以妥善處理的副產品，一般采取將這些副產品添加到水泥原料中，這對環境的影響非常大。生產氧化鋁的鋁土礦是一種不可再生資源，為了努力實現氧化鋁工業發展與資源充分利用，以及優化生態環境相統一，對氧化鋁生產過程做好測控十分重要。

1 氧化鋁的生產方法與工藝

目前氧化鋁的生產方法主要有堿法、酸法、酸堿聯合法、熱法四種。所謂的堿法生產氧化鋁，就是使用堿處理鋁土礦以便得到鋁酸鈉溶液，然后把得到的鋁酸鈉溶液與赤泥分離，此后再進行凈化處理操作，經過前幾步工序會得到的氫氧化鋁與堿液，再經過分離、洗滌與焙燒等工序就可以得到最終產品氧化鋁，目前工業上幾乎全部采用堿法生產氧化鋁。酸法生產氧化鋁就是用無機酸處理鋁礦石得到含鋁鹽溶液，然后用堿中和鹽溶液使鋁成氫氧化鋁析出，然后焙燒氫氧化鋁或各種鋁鹽的水合物晶體便得到氧化鋁。酸堿聯合法的實質是酸法除硅與堿法除鐵的結合。熱法實際上是將礦石里雜質還原，由于得到的物質密度不相同，氧化鋁的密度小會上浮上升到上部，因此不同的物質分離得到氧化鋁渣，這之后再用堿法進行處理進而提取就可以得到氧化鋁。

在氧化鋁生產工藝上，目前主要是拜耳法生產氧化鋁、燒結法生產氧化鋁兩種，其中拜耳法因具有流程簡單、作業方便、能量消耗低、產品質量好等優點而被廣泛采用。拜耳法的工序主要包括原礦漿制備、高壓溶出、赤泥分離與洗滌、晶種分解、氫氧化鋁分離與洗滌、氫氧化鋁焙燒。

2 氧化鋁生產中的測控技術

氧化鋁生產業作為眾多工業生產的一種，為了生產過程中既節省資源又安全，必須做好生產過程的測控工作。在工業4.0的時代潮流中，根據我國工信部制定和發布的智能制造裝備產業發展路線圖規劃，智能制造裝備的發展重點突出表現在兩個方面。一是九種核心智能技術，分別是新型傳感、協同系統、功能安全、健康維護與故障診斷、模塊化與嵌入式控制系統、先進控制及優化、高可靠實時通信網絡、特種工藝與精密制造、識別技術等等。二是八類重要的智能測控裝置及部件，它們包括傳感器系統、伺服控制機構、精密傳動裝置、智能控制系統現場總線、智能儀表、精密儀器、機器人技術、液氣密元件及系統。綜合考慮氧化鋁生產過程中設備特性以及操作環境等，氧化鋁生產的測控技術主要有自控儀表與傳感器技術、電氣控制技術、PLC 技術、自動調節技術、計算機及網絡維護技術等。

在氧化鋁的生產過程中，會使用到許多的自控儀表設備。這包括溫度儀表、壓力儀表、物位儀表、流量儀表及一些過程分析儀表等。由于氧化鋁生產過程會使用大量的強堿性的溶液，并且生產過程需要比較嚴謹的控制好生產溫度、進料速度等，因此通過傳感器的啟用以及自控儀表的數據顯示能夠很好地輔助生產人員判斷生產過程是否符合規定要求，確保生產的氧化鋁具有較好的質量，同時減少資源浪費等情況的發生。

氧化鋁生產過程中涉及到大量的電氣設備，做好這些電氣設備的觀測，通過具體的數據來保障生產具有更高效的可靠性。電氣控制面向的是各種使用電動機作為牽引動力的傳動裝置和由其組成的電氣控制系統，它以實現生產過程自動化為最終目的。電氣控制的核心是電氣控制系統，該系統是由許多控制電器與連接線所組成，它可以實現對生產機械設備進行電氣控制。電氣控制是工業生產自動化的核心組成，電氣控制常用的低壓控制有配電電器（刀開關、轉換開關、空氣斷路器和熔斷器等）和控制電器（接觸器、起動器和各種控制繼電器等）兩種。

在氧化鋁生產過程中，會涉及到許多精細而且連貫性的操作，這是純手工操作所不能實現的，因此采用PLC 技術即可編程邏輯控制器技術。PLC 技術的關鍵是能夠存儲特定程序的存儲器，通過執行一定的邏輯運算，配合使用數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制氧化鋁生產過程，PLC 技術的使用極大地簡化了生產參與人員的操作并提供了有效的數據參考。PLC 技術克服了傳統繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低等諸多缺點，充分利用微處理器的特性，使得生產測控設備輕便化的同時實現了電氣操作維修人員操作習慣與簡單便捷的融合，PLC 的使用使得數據顯示不在僅僅是數字，而是更加直觀有效的圖標，為操作人員提供了更有價值的參考信息。

自動調節技術可以通過氧化鋁生產過程中的實時生產數據收集計算來進一步控制生產過程，使得氧化鋁生產輸出量與與期望值保持一致，該技術涉及到控制器、傳感器以及執行器三個部分。在氧化鋁生產過程中的大量傳感器如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等將生產過程中的實時數據采集并反饋給控制系統，控制系統經過數據計算，如果發生生產過程及輸出與期望值不匹配的情況時，控制器會向執行器發出指令來自動調節氧化鋁的生產過程，這一過程可以極大地解放了工人的雙手，極大地提高了生產效率。

由于現代工業技術飛速發展，氧化鋁的生產過程更多的是采用高集成化的設備配備許多自動化系統進行，而這些信息化的設備及系統不可避免的要涉及到大量的計算機以及網絡的使用，因此計算機維護與網絡技術已經成為氧化鋁生產測控過程中的一大組成部分，這也對現代生產造作人員提出了相應的要求。

伴隨著時代的發展，氧化鋁的生產過程不再單純地是一個化工生產過程，其生產所涉及到的技術內容越來越廣泛，在未來可能會有更多的技術融入到其中，以便實現更加高效安全、節約環保的生產。