拜耳法生產氧化鋁管道溶出 裝置的磨損機理與原因分析

郭靖鵬

（國家電投集團山西鋁業有限公司，山西 原平 034100）

在現實生活中，使用拜耳法生產氧化鋁雖然可以在一定程度上有效保證氧化鋁的產量，同時可以有效降低能耗，但是管道化生產裝置會出現各種問題。事實上，在實際生產過程中，礦漿會以一定的流速、固含、壓力在管道內持續運動，在此過程中會產生巨大的磨損，這就會降低鋼管的強度和剛度，進而導致溶出機組不得不需要開展臨時檢修工作。值得一提的是，每當這種情況發生都會造成巨大的經濟損失。因此，減小礦漿對管道的磨損是十分重要的（如圖1 所示為拜耳法生產氧化鋁工序）。

圖1 拜耳法生產氧化鋁工序

1 管道化溶出技術的優勢

在生產氧化鋁工作過程中，使用管道化溶出技術可以在一定程度上減小氧化鋁的實際損失。因為在使用該技術時，溶出溫度十分高，同時大量自蒸發產生了許多二次蒸汽，在一定程度上提供了大量赤泥洗水，這樣就可以減少赤泥帶走的氧化鋁和堿的量，有效保證了氧化鋁的實際產量。不僅如此，在使用該技術時，涉及的機械設備不具備較大的表面積，從而可以有效降低熱損失，為實際生產工作奠定了基礎。除此之外，氧化鋁自身具備較大的溶解度，可以在一定程度上有效保證循環效率。另外，使用管道化溶出技術可以提高溶出速度，大幅縮減溶出時間，可以有效保證實際產出效率。[1]值得一提的是，在使用該技術時，使用熔鹽進行加熱，能夠有效保證熔鹽與礦漿之間的溫度差在合理范圍內，從而可以實現減少換熱面積的目標。

2 礦漿對管道的磨損機理

2.1 礦漿中固體顆粒的運動特點

事實上，在實際生產過程中，礦漿在內管內的運動方式是不同的，這是由于礦漿中固體顆粒由于自身質量、直徑、粘度等不同，導致礦漿的運動方式存在一定差異。一般情況下，有懸疑質、跳躍質、推移質三種，具體情況詳見表1運動方式的比較。

表1 運動方式的比較

由此可以發現，推移質運動方式會對管道的磨損程度最高，特別是管道的底部，懸疑質是磨損程度最小的。一般情況下，顆粒運動方式的不同對管道的磨損程度也會有一定差異，這主要取決于軸向與徑向動能的相關情況。

2.2 管道磨損機理

對于管道磨損情況而言，出現磨損現象的主要過程是在礦漿固體顆粒與管道內壁相互作用時產生的。事實上，產生管道磨損現象的根本原因是大量單個固體顆粒同時對管道產生持續的作用就會形成管道磨損。具體來說，固體顆粒在管道內運動時會對管壁產生撞擊，這時管壁的軸向和縱向都會受到力的作用，軸向力的作用的大小與磨損面積息息相關，而縱向力的作用的大小與磨損的深度有關。不僅如此，管壁的磨損深度與顆粒的初速度、質量存在著正比例關系，與時間成反比例，磨損面積也是如此。但是，對于磨損深度而言，顆粒的入射角度與之存在正比例關系，而磨損面積則與之成反比例，這是二者之間最大的差異。

3 管道磨損部位解析

在實際工作過程中，相關工作人員結合了礦漿的實際運動情況以及管道的流線性質等，分析了管道出現磨損現象的部位，具體情況詳見如下：對于大彎頭彎管部位而言，該部位處在大彎頭內部，相關工作人員在進行檢修時，檢測工作并不能保證全面性，同時排查工作難度較大；不僅如此，在該部位礦漿的流向成平角式轉向，這在一定程度上增加了管道的實際承壓能力，這也就導致磨損程度更加嚴重；而在大彎管后過渡直管的部位，雖然其在內管的兩側，但其起著幫助礦漿流向改變的作用，這在一定程度上需要該部位具備較大的承壓性能，也會造成巨大的磨損，甚至會出現刺穿的問題；與大灣管過渡部位相同的是，小彎管過渡部位也起著同樣的作用，這無疑對其承壓能力有較高要求。但是，在該部分有部分處于裸露狀態，雖然能夠方便開展檢查維修工作，但是磨損同樣是比較嚴重的。

4 防止管道磨損的措施

要想在實際工作過程中，有效降低礦漿對管壁的磨損程度，盡可能避免管道刺漏問題發生，減少經濟損失，相關工作人員需要結合實際問題和情況，制定有針對性、科學的解決措施，這樣可以在既保證生產產量的同時，降低各種安全問題的發生頻率。具體來說，在實際生產過程中，相關工作人員必須要嚴格把握礦漿細度，將其控制在規定的范圍內。值得注意的是，相關研究表明，如果礦漿細度達到29 微米以上時，在使用溶出裝置開展實際工作時，會在一定程度上加大管道的磨損程度，同時還會提高刺漏次數，對于后續其他工作的開展會造成一定影響；不僅如此，需要將礦漿的預脫硅率控制在實際需求范圍內。因為如果礦漿具備較高的預脫硅率，會在一定程度上均化顆粒細度，從而有效降低顆粒的實際硬度；除此之外，相關工作人員需要結合實際所需，科學地對管道進行結疤沖洗工作。需要注意的是，在開展沖洗工作時，需要根據實際需求對不同級的結疤沖洗效果進行相應的劃分，對于熔鹽段結疤而言，只需要盡可能將其除干凈即可；但對于乏汽段而言，需要保證清理適中，這樣可以在一定程度上保證礦漿的換熱效果，同時可以減輕管道的磨損程度，降低刺漏問題的發生頻率。與此同時，需要控制機組進料量相對穩定。當礦漿流量下滑時，也會對管道造成一定磨損。同時，如果流量短期內迅速增加，還會提高管道的承載壓力，加大磨損程度。[2]因此，保證平穩機組進料量可以有效緩解這一問題，降低磨損問題出現的頻率。

5 結語

在現實生活中，科技水平的提高使生產氧化鋁的工藝更加完善，在一定程度上提高了實際工作效率，同時使用管道溶出技術可以有效降低氧化鋁的實際損失。對于實際生產過程中礦漿對管道造成一定磨損、刺漏問題而言，工作人員需要結合實際情況，在控制礦漿細度，保證預脫硅率等方面入手，降低管道的磨損程度，從而為實際工作提供保障，減少實際損失，有效提高企業實際收益，在一定程度上推動工業行業進一步發展。