新型兩段分解生產砂狀氧化鋁的集成工藝配置

鄢 艷，岳 玲，于水波

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110013）

氧化鋁生產中，針對三水鋁石大多采用高溫、低堿濃度的二段分解工藝。二段分解強調氫氧化鋁晶粒的附聚和長大過程，附聚就是晶種中的細顆粒相互聚集并黏結在一起形成牢固附聚體的過程，是晶體粒度增大的一個重要手段，它是在范德華力、自黏力、附著力以及毛細管力和物質之間的緊密接觸而形成的表面張力等力的共同作用下，微粒物質自發和定向地連接在一起的現象。其有利條件為：較低的初始MR、中等種子添加量、高種子表面積、高過飽和度。

氫氧化鋁晶體的長大，是在晶種表面結晶并沿平面展開，使晶粒直徑長大，這是氧化鋁從液相到固相傳遞的唯一機理，是影響分解槽的分解率和產品粒度的關鍵。在一定條件下，鋁酸鈉溶液加種子分解析出氫氧化鋁可表現為種子晶體的直徑變大。其有利條件為：適中的種子添加量，高起始過飽和度。二段分解工藝分為附聚段和長大段，在附聚段添加細種子，在長大段添加粗種子，通過控制各個階段的溫度和固含以及成品、粗細種子分級系統，可以生產出砂狀氧化鋁。而砂狀氧化鋁作為電解鋁的原料具有流動性好、飛揚損失低、粉塵量低、比表面積高的優點，市場競爭力強。

1 本系統工藝流程簡介

本系統的工藝流程如下：通過向細種子過濾機抽吸和反吹進行過濾，通入部分冷精液沖稀卸下的濾餅，兩者混合后，連同一部分短路熱精液，進入附聚段首槽，附聚完成后通過分解溜槽進入長大段首槽；通過向粗種子過濾機抽吸和反吹進行過濾，通入部分冷精液沖稀卸下的濾餅，兩者混合后，同時進入長大段首槽；混合料漿經過各級長大槽配合中間降溫系統進行分解，分解完成后經長大段倒數第二槽出料經泵部分出料進入成品旋流器組，旋流器組的底流進入成品過濾車間，溢流和剩余分解出料由長大段倒數第一槽進入種子分級旋流器組；種子旋流器組的溢流通過細晶種沉降槽去細種子過濾機，底流去粗種子過濾機。粗細種子過濾的濾液通過其配套的真空受液槽、氣液分離器進入下游車間的母液槽；各個過濾機的溢流進入各自階段分解槽的末槽。

2 新型集成配置與傳統配置對比

對于上述工藝流程，傳統的粗細種子過濾工藝配置采用單獨構建廠房，廠房內單獨設有粗細種子槽和種子泵。過濾后的細種子濾餅經漏斗落入細種子槽內，經精液沖稀后由細種子泵送入附聚段首槽，過濾后的粗種子濾餅經漏斗落入粗種子槽內，經精液沖稀后由泵送入長大槽首槽，過濾機的溢流進車間溢流槽，經泵送入分解末槽。傳統的兩級分級車間采用單獨構建廠房，廠房內設有成品旋流器組溢流槽泵和底流槽泵，種子旋流器組溢流槽泵和底流槽泵。成品旋流器組分級后的溢流進入其溢流槽內，經泵送入種子旋流器進料槽，底流進其底流槽內，經泵送至成品過濾車間，種子旋流器組分級后的溢流進入其溢流槽內，經泵送入種子過濾車間的細種子過濾機，底流進入其底流槽內，經泵送入種子過濾車間的粗種子過濾機。

新型集成工藝配置中，不單獨構建過濾及分級廠房，而是采用鋼結構將過濾及分級系統支撐于分解槽頂。細種子過濾機配置在第一附聚槽和第二附聚槽槽頂，粗種子過濾機配置在第一長大槽和第二長大槽槽頂，過濾后的粗細種子濾餅經精液沖稀后直接進入附聚和長大槽，利用過濾機下料漏斗實現第一、第二分解進料槽的切換。粗細種子過濾機的溢流可以通過位差自流進入各自階段的分解末槽。

本文涉及的新型集成工藝配置是利用鋼結構支撐將成品分級旋流器組配置在長大段倒數第一、第二槽槽頂，長大段倒數第二槽部分出料通過泵送至成品分級旋流器。由于成品底流出料位置高，可以通過自流進入臨近的成品過濾車間，溢流自流進入長大段倒數第一槽。長大段倒數第一槽出料送至種子分級旋流器組，種子分級旋流器組配置在粗細種子過濾機的鋼結構上方，溢流自流進入細種子沉降系統后送至細種子過濾機，底流自流送至粗種子過濾機。

本新型集成配置利用位差實現短距離自流，與傳統的過濾和分級工藝配置相比，固定成本方面很大程度地節省了總圖占地面積，廠房的土建施工量，節省了大量的設備投資如粗細晶種槽泵、過濾機溢流槽泵、成品旋流器組溢流底流槽泵、種子旋流器組溢流底流槽泵。運行成本方面因為簡化了流程，節省了各晶種泵、溢流泵、旋流器底流溢流泵的用電負荷，亦減少現場工人的工作量。縮短物料之間的輸送距離，從而減少了管道敷設長度，有效的減少了人工清理結疤的工作量。

3 本集成工藝配置的工廠實施效果

本文介紹的集成工藝配置近年來已在我院大多數國內外氧化鋁項目上得到了全部或者部分實施，業主反饋效果良好。

實施案例一：我院設計的某國外新建氧化鋁廠年產100萬噸氧化鋁項目種子分解工序設備規格為：19臺φ14m×38.5～30m分解槽，其中兩臺附聚槽，17臺長大槽；兩臺過濾面積為120m2的細種子過濾機連同其配套的真空受液槽、氣液分離器、壓縮空氣儲罐，配置在第一、二附聚槽槽頂；兩臺過濾面積為180m2的粗種子過濾機連同其配套的真空受液槽、氣液分離器、壓縮空氣儲罐，配置在第一、二長大槽槽頂，粗細種子過濾機共用一個鋼結構。

此項目采用一級分級，底流為成品氫氧化鋁，溢流為細種子，兩臺φ200mm水力旋流器組配置在細種子過濾機的上部鋼結構上，旋流器組的底流自流進入相鄰綜合過濾車間的平盤過濾機，溢流自流進下方的細種子過濾機。真空受液槽和氣液分離器的出料液進下游車間的母液槽。

圖1 集成工藝配置的工廠實施效果

其中：1-第一附聚槽 2-第二附聚槽 3-第一長大槽 4-第二長大槽 5-粗種子過濾機 6-細種子過濾機 7-水力旋流器組 8-粗種子真空受液槽 9-粗種子氣液分離器 10-細種子真空受液槽 11-細種子氣液分離器。

實施案例二：我院設計的某國外新建氧化鋁廠85萬噸氧化鋁項目種子分解工序設備規格為：3臺φ14m×30m附聚槽，15臺φ16m×33m長大槽，3臺φ28m的細種子沉降槽；兩臺過濾面積為152m2的粗種子過濾機連同其配套氣液分離裝置，配置在第一、二長大槽槽頂；兩臺φ100mm的種子旋流器組配置在粗種子過濾機的上方，底流自流進入粗種子過濾機，溢流細種子自流進入細種子沉降槽；兩臺φ200mm的成品旋流器組放在臨近綜合過濾車間的分解槽槽頂，底流進綜合過濾車間的平盤過濾機，溢流回分解末槽。氣液分離裝置的出料母液進下游車間的母液槽。

圖2 氣液分離裝置

圖3 下游車間母液槽

其中：1-第一長大槽 2-第二長大槽 3-粗種子過濾機 4-種子旋流器組 5-成品旋流器組 6-粗種子氣液分離裝置

4 結語

隨著原材料價格上漲以及海外建廠包括工廠運行時較高的人工費用支出，設計出節能減耗的氧化鋁廠已經勢在必行，在達到同樣產品效果的同時，將流程簡化，配置集成，可以很大程度上節省建廠投資、運行成本和人員開銷，從而降低生產成本，提高產品競爭力。