某氧化鋁企業(yè)溶出工藝轉(zhuǎn)型升級研究

陳曉靜

（1．河南理工大學，河南 焦作 454000；2.中鋁中州鋁業(yè)有限公司，河南 焦作 454174）

1 拜耳法溶出生產(chǎn)控制條件

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝，依據(jù)“溶出”“稀釋”“分解”“蒸發(fā)”的拜耳循環(huán)，利用不同溫度及堿濃度下氧化鋁在鋁酸鈉溶液的飽和度不同實現(xiàn)礦石中無用礦物的脫離。我國鋁土礦多以一水硬鋁石形態(tài)存在，其溶出條件為高溫高堿：循環(huán)堿液濃度240g/l以上，溶出溫度至少260℃～270℃。

2 選礦拜耳法雙流法溶出工藝的形成及運行情況

作為“九五”重點科技攻關項目的選礦拜耳法，在產(chǎn)業(yè)化的過程中，依據(jù)選精礦礦物組成及其溶出特性，選取“雙流法溶出”工藝[1]。其設計雛形為高溫“雙流法”高壓蒸汽部分直接加熱的工藝。

在流程投產(chǎn)初期，堿液流高溫段出現(xiàn)頻繁泄露，其主要原因集中在以下幾個方面[2]：一是管道連接法蘭與母材有差異，造成之間焊接出現(xiàn)缺陷；二是管道流線設計存在不足，個別區(qū)域出現(xiàn)渦流；三是堿液中氯離子含量高，加上高溫下堿蝕現(xiàn)象嚴重；四是內(nèi)管泄漏時未能及時發(fā)現(xiàn)，造成高壓蒸汽串入，引起堿液沸騰造成空泡腐蝕。后生產(chǎn)進行多方優(yōu)化，迫不得已將堿液高溫新段蒸汽預熱切出流程，全部新蒸汽通過溶出器直接通入，形成“雙流法直接加熱”溶出工藝。

3 直接加熱存在主要問題

直接加熱溶出工藝，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行得以保證。而也因過熱蒸汽直接加熱造成大量新蒸汽冷凝水進入溶出系統(tǒng)，降低了礦漿中苛性堿濃度，造成循環(huán)效率、實際溶出率較低，礦耗升高。大量蒸汽直接通入，造成溶出系統(tǒng)后續(xù)閃蒸的負擔，末閃出料溫度達到145℃，大量熱量排空。且沉降系統(tǒng)赤泥洗水單耗相對較低，洗滌效果欠佳，外排赤泥附堿較高造成堿耗的升高。

4 工藝優(yōu)化思路及改造歷程

4.1 優(yōu)化思路的確定

針對提高蒸汽利用率，降低綜合氣耗，與此同時優(yōu)化溶出系統(tǒng)指標降低氧化鋁生產(chǎn)的礦耗、堿耗，優(yōu)化溶出指標的關鍵點也在減少甚至杜絕直接加熱的新蒸汽量。結合《選礦拜耳法礦漿脫硅脫鈦及間接加熱溶出技術研究應用》在生產(chǎn)上的整體試驗情況[3]，優(yōu)化思路確定為用套管換熱器實現(xiàn)間接加熱模式，加熱后新蒸汽冷凝水通過閃蒸得到二次蒸汽送至蒸發(fā)（0.6Mpa）使用，對應所得冷凝水158℃左右，電導判斷合格時作為鍋爐用水直接上爐，減少熱電鍋爐的自用汽量。將氧化鋁生產(chǎn)及輔助熱電蒸汽制備系統(tǒng)整體考慮，實現(xiàn)全流程綜合節(jié)能降耗。

4.2 工藝流程配置及改造歷程

溶出系統(tǒng)歷經(jīng)部分間接加熱、提高乏汽利用率、全間接加熱及系統(tǒng)優(yōu)化三個改造歷程。

4.2.1 部分間接加熱及脫硅脫鈦技術應用效果

現(xiàn)有套管加熱器的框架，在其上層加層、外側(cè)加寬，布置套管加熱器加熱混合礦漿，將目前全部新蒸汽通入溶出器直接加熱選用三套管進行加熱。

利用現(xiàn)有溶出器優(yōu)化工藝配置脫硅脫鈦流程，在190℃～210℃的溫度段配置脫硅脫鈦流程，避免脫硅脫鈦階段在套管內(nèi)進行，保留部分直接蒸汽。

溶出間接加熱及脫硅脫鈦技術的產(chǎn)業(yè)化應用，溶出αk由1.52降至1.45，且減少溶出新蒸汽直接加熱，末閃出料溫度降至132℃左右，系統(tǒng)壓力降低的同時提高機組進料量，提供充足的提產(chǎn)空間。

4.2.2 提高溶出系統(tǒng)乏汽利用率效果

間接加熱改造后，優(yōu)化了溶出效果，但仍保留部分過熱蒸汽的直接通入，運行過程中與設計結合數(shù)次調(diào)整首效孔板仍存在閃蒸負荷大，料位高，致使自蒸發(fā)器調(diào)節(jié)閥開度小，造成溶出系統(tǒng)乏汽利用率低。

增加一次閃蒸，并匹配相應的乏汽套管作為混合礦漿預熱，提高溶出系統(tǒng)乏汽利用率和溶出預熱溫度。投用后，運行后期末閃壓力降至0.16Mpa左右，周期內(nèi)出料溫度降至128℃左右，新蒸汽節(jié)約1.5t/h.組。

4.2.3 全間接加熱提質(zhì)增效優(yōu)化效果

對比溶出Ⅴ組單流法，溶出工藝選用“套管加熱溶出器停留”全間接加熱的溶出工藝。運行過程中，溶出指標穩(wěn)定，蒸汽消耗遠遠優(yōu)于之前的溶出機組。溶出1-4組在正常運行過程中需有約25t/h.組的直接蒸汽補入（共約100t/h）保證合適的溶出溫度，對比新增溶出機組的運行參數(shù)，主要因為套管換熱面積不足。

從表1可以看出，溶出1-4組單位體積礦漿對應的套管面積與新增的溶出機組對比存在嚴重不足的問題。必須配置相應的間接加熱套管及乏汽套管，并結合現(xiàn)有乏汽套管位置對各級乏汽預熱段面積進行重新配置。

表1 溶出各組加熱面積對比

改造前后新蒸汽及乏汽預熱段的單位原礦漿面積對比如圖1所示。

圖1 改造前后各組單位礦漿對應面積，單位：m2/m3-礦漿

通過本次改造，實現(xiàn)完全間接加熱溶出，直接加熱汽在溶出系統(tǒng)停用，末閃壓力降至0.13Mpa左右，末閃出料溫度降至125℃左右，乏汽套管溫度提高10℃，新蒸汽用量節(jié)約8t/h.組。

4.3 生產(chǎn)組織優(yōu)化

4.3.1 礦緩、堿緩的流程隔離

結合生產(chǎn)運行情況，直接加熱蒸汽掐斷后，溶出蒸汽緩沖器退出流程，生產(chǎn)運行更為安全穩(wěn)定。相應礦漿緩沖器及堿液緩沖器的原設計職能及作用相應減弱，從優(yōu)化流程角度出發(fā)，生產(chǎn)從以下角度進行論證，并經(jīng)設計認可將礦漿緩沖器、堿液緩沖器割出流程。

隔離后運行效果：第一、喂料泵出口壓力會適當下降，穩(wěn)定機組運行。第二、停用堿液脈沖緩沖器、礦漿脈沖緩沖器及其附屬設施。預脫硅單位礦漿輸送電耗平均下降0.14kwh/m3，月均節(jié)電20萬kwh以上。

4.3.2 后級閃蒸過料方式優(yōu)化

考慮1-4組出料彎管最高點高出閃蒸進料平管1米，嘗試低壓段將高度差形成的阻力差轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫欧ζ康膲毫Σ睿M可能的打開閃蒸乏汽閥門，提高閃蒸乏汽預熱溫度。

改造后效果：①末閃壓力方面：改造后末閃壓力由原來0.13MPa降低至0.10MPa以下；②單位原礦漿汽耗由之前的平均0.173降至0.168t/m3以下，降低3%左右。

4.4 改造前后效果對比

選礦拜耳法溶出工藝的升級改造，各階段對應單耗指標如表2所示。

表2 改造前后運行數(shù)據(jù)及單耗對比

高壓汽單耗核算時同口徑按熱焓扣除高溫回水及轉(zhuǎn)送低壓管網(wǎng)的低壓汽熱量，改造前后高壓汽單耗有1.527t/t降至1.272t/t，降耗幅度達到16%以上，該系統(tǒng)年產(chǎn)氧化鋁200萬噸以上，高壓蒸汽成本100元/t，僅高壓蒸汽一項年化直接效益約為5000萬元。

5 綜合降耗影響分析

通過一系列的溶出工藝優(yōu)化，綜合考慮溶出高壓汽耗及溶出回水、送蒸發(fā)二次汽熱量折減的標煤耗，中州選礦拜耳法“雙流法溶出工藝”的系統(tǒng)消耗及工藝指標控制基本接近中等水平，溶出工藝優(yōu)化在降低能耗提質(zhì)增效方面對選礦拜耳法工藝能耗優(yōu)化做出突出貢獻。