氧化鋁生產晶種過濾過程中減少堿蒸汽含量的研究及應用*

韋文濤，張云峰，向學立

（云南文山鋁業有限公司，云南文山663000）

拜耳法氧化鋁生產中晶種過濾系統是給鋁酸鈉溶液（以下簡稱精液）中添加晶種的過程，通常采用的是立盤過濾機進行液固分離，在真空力的作用下，把懸浮液中的濾液抽走，固體顆粒被截留在濾布表面形成濾餅（晶種），再通過反吹風的作用力把濾餅卸到晶種槽[1]。

某公司的晶種過濾系統也是采用立盤過濾機進行晶種過濾，在晶種過濾過程中產生了大量的堿蒸汽，污染了作業環境，容易造成現場操作人員手部、臉部堿燒傷；反吹風中帶有大量的水，在晶種過濾過程中進入生產系統，對工序造成了沖淡，增加了蒸發工序的蒸汽消耗，增加了生產成本。固減少晶種過濾系統的堿蒸汽對生產作業有著重要的意義。

1 立盤過濾機系統的工藝簡介及堿蒸汽形成研究

1.1 工藝流程

圖1 立盤過濾系統工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of vertical disc filtration system

1.2 流程運行概述

分解末槽的氫氧化鋁料漿由自壓方式送至立盤過濾機料漿槽內，經過真空泵產生的負壓抽真空，把料漿內液體吸入透過濾布，進入真空受液槽流入母液槽；而固體被吸附在過濾機濾布上形成濾餅，通過空壓機產生的反吹風壓力，濾餅被吹脫落[2]，掉進晶種槽與降溫后的精液混合，形成料漿，由晶種泵送至分解首槽進行分解作業[3]。

晶種槽內經過降溫后的鋁酸鈉溶液溫度仍有70℃左右，會產生大量蒸汽，往上飄至濾餅卸料區與反吹出來的母液相遇，蒸汽帶走部分堿液，形成堿蒸汽。堿蒸汽隨風到處亂飄，會造成現場操作人員皮膚堿燒傷；堿蒸汽飄至設備管道上會對設備設施造成堿腐蝕，并在作業現場和設備設施上產生大量積料。需要花大量的時間進行清理，增加了操作人員的勞動強度。

1.3 晶種過濾時飄堿蒸汽的原因分析

由于礦石品位問題及工藝設計，某公司分解首槽溫度高位控制，在64℃左右。因此進入晶種槽的精液溫度較高。

表1 精液板式精液出口溫度Tab.1 Plate type and outlet temperature of sodium aluminate solution

通過母液板式降溫后的精液進入晶種槽后溫度仍有70℃。會產生大量的蒸汽，此蒸汽本身不含堿，在往上飄與濾餅相遇，最后經過立盤卸料區時，與反吹風帶出來的堿液混合，才形成了堿蒸汽。

圖2 堿蒸汽流程示意圖Fig.2 Flow chart of alkali vapor

形成堿蒸汽的主要原因：①精液產生的蒸汽在上升過程中與濾餅相遇，帶走了濾餅表面的堿液；②蒸汽繼續往上升與立盤卸料區反吹出來的母液混合，使蒸汽中的堿含量大幅度升高。

1.4 治理堿蒸汽的研究

1） 從源頭治理，降低進晶種槽的精液溫度，減少熱源，降低堿蒸汽含量。此方法會降低分解槽首槽溫度，對分解槽內氫氧化鋁的粒度影響較大。

表2 降低精液溫度的實驗數據表Tab.2 Experimental data for reduction temperature of sodium aluminate solution

降低精液出口溫度，能降低晶種槽內溫度，減少立盤的堿飄堿量，但降低精液出口溫度后，會大幅降低分解槽首槽溫度，影響分解槽內氫氧化鋁的粒度控制，造成氫氧化鋁粒度變細，影響產品質量；

2）加快空氣流動，降低堿蒸汽含量。立盤堿蒸汽溫度高，空氣溫度低，利用低溫空氣與堿蒸汽接觸降溫，減少立盤飄堿現象[4]。為了加強空氣的流動，把晶種過濾廠房立盤過濾機平面的南北兩面所有窗戶全部拆除，利用東南風向西北流動風向，加強了廠房內的空氣流動。冬天冷空氣進入廠房內，把立盤過濾機上方飄的堿蒸汽快速冷凝成液體回落到晶種槽，起到減少堿蒸汽的作用，但由于云南的氣候較熱，寒冷季節較短，所以此方法達不到降低堿蒸汽的目標；

3）降低反吹風壓力，降低立盤轉速，提高濾餅厚度，減少卸料區的反吹母液量，以達到減少立盤過濾機飄堿量。

第一次實驗，穩定轉速，降低反吹風壓力，實驗數據如表3。

表3 降低立盤反吹風壓實驗數據表Tab.3 Experimental data for reduction reverse blowing pressure of vertical disc

從實驗數據可以看出，穩定立盤過濾機轉速，降低反吹風壓力，能減少立盤過濾機卸料區域的反吹母液量，對治理立盤過濾機飄堿現象有明顯效果。但當反吹風壓力降低至0.1 MPa時，立盤過濾機濾餅卸料不完全，立盤過濾機濾餅吹脫率降低，影響過濾機產能。

第二次實驗，穩定反吹風壓力，降低轉速，實驗數據如表4。

表4 降低立盤轉速實驗數據表Tab.4 Experimental data for reduction rotating speed of vertical disc

根據立盤過濾機設計風壓標準，把反吹壓力穩定在0.4 MPa，降低立盤過濾機轉速實驗，從實驗數據可以看出降低立盤過濾機轉速，提高了濾餅厚度，能減少部分反吹母液量，但立盤飄堿現象還是很嚴重，而且轉速降低至1r/min以下時，過濾機產量明顯降低，對分解系統液量平衡影響較大。

第三次實驗，降低轉速，降低反吹風壓力，實驗數據如表5。

表5 降低轉速及反吹風壓實驗數據表Tab.5 Experimental data for reduction rotating speed and reverse blowing pressure of vertical disc

通過實驗得出，當反吹風壓力低于0.2 MPa時，反吹母液量大幅減少，再同時降低立盤過濾機轉速，對治理立盤過濾機飄堿現象有顯著效果；

4）及時更換破布，減少因濾布破損造成的噴濺母液量。當立盤過濾機濾布出現大破布時[5]，立盤轉至卸料區時，反吹風會把濾板內殘留的母液反吹出來，對操作環境污染較為嚴重。但此現象發生頻次為3次/月，較少，只要定期更換濾布就能避免。

2 采取的措施

1）操作優化：①適當降低反吹風量。立盤過濾機是通過反吹風把濾布上的濾餅吹脫，使濾布再生，重復循環作業[8]。但如若反吹風量太大時，會把反吹風中攜帶的水及殘留在濾板內的母液反吹出來，并會造成濾布破損率升高。反吹風壓力由原來的0.4 MPa降至0.2 MPa，適當降低反吹風量至濾餅剛好能卸下，既能減少反吹母液量，又能降低空壓機負荷；②降低立盤過濾機運行轉速，增加濾餅厚度，增加卸料區的密封性及阻力，減小反吹母液量；③減小過濾機頻繁開停車，避免過濾機無負荷情況下抽真空及反吹濾布，既能降低濾布破損率，也可以減少反吹母液量；

2）利用軸流風機代替空壓機生產反吹風，消除反吹風攜帶水的問題。利用空壓機給過濾機供反吹風，需要循環水作為空壓機的輔助介質。流程圖如圖3。

圖3 過濾機舊反吹風流程圖Fig.3 Old flow chart of reverse blowing of filter

空壓機產生的反吹風中含水量較大，大部分可以通過空氣儲罐排水閥排走到回水管，但部分水會被攜帶到過濾機，經測算進入單臺立盤過濾機的水約0.5 m3/h，8臺立盤過濾機運行，每小時進入生產系統水量為4 m3/h，造成晶種過濾系統沖淡嚴重，增加生產成本[6]。

利用新型軸流離心風機代替舊的水環式空壓機生產反吹風，示意圖如圖4。

圖4 過濾機新反吹風流程圖Fig.4 New flow chart of reverse blowing of filter

離心風機不需要用水來做動力介質。在晶種過濾四樓安裝3臺離心通風機，給8臺立盤過濾機供應反吹風，運行電流為78A，比空壓機運行電流（180A）大幅度降低，既降低了過濾機系統的電耗，又徹底消除了反吹風帶水現象；

3）晶種槽頂加乏汽管，把蒸汽引流外排。在晶種槽頂加根DN800的乏汽管至晶種過濾機廠房外。晶種槽內大量蒸汽通過乏汽管引流至廠房外，遇空氣冷凝變成水。使得往上走的蒸汽量大幅度減少，這部分蒸汽再經過濾餅降溫后，再往上飄的堿蒸汽已經很少。如圖5所示。

圖5 晶種槽乏汽流程圖Fig.5 Flow chart of waste steam of seed crystal tank

3 應用效果

3.1 技術效果

1）通過此次研究及應用，大大減少了立盤過濾機的堿蒸汽，解決了現場飄堿的安全隱患，截止2019年5月全部措施實施完后，晶種過濾再沒出現作業人員皮膚堿燒傷現象，并且現場作業環境得到了大幅度的改善，現場積料很少，環境衛生由每天打掃2次降為一周打掃1次，降低了員工的勞動強度；

2）降低立盤過濾機的反吹母液量，減少了種分母液回頭，降低了分解首槽苛性比值，加快了分解速度，有利于提高氧化鋁生產的分解率[7]，提高氧化鋁產量；

3）減少了設備事故。由于飄堿嚴重，過濾機及附屬設備的各潤滑點的加油嘴幾乎全部被堿結疤堵塞，造成加油困難，或者加不進去潤滑油，造成缺油的設備事故頻發。通過減少立盤過濾機的堿蒸汽研究后，設備潤滑油嘴堵塞現象大幅度減少。

3.2 經濟效益

1）改用離心通風機后減少了大量的水進入流程，降低了晶種過濾系統沖淡，間接降低了蒸發器的負荷及減少了新蒸汽消耗[8]。過濾機反吹風帶人系統的水為4 m3/h，蒸發器平均氣水比為0.195。生產1 t蒸汽需要160元的成本。

每小時少使用蒸汽量=0.195×4=0.78 t；

每天節省蒸汽費用=0.78×160×24=2 995.2元；

全年節省蒸汽費用=2 995.2×365

=1 093 248元。

2）降低了過濾機系統的運行電耗。利用離心通風機代替空壓機，離心通風機運行電流78A，只開3臺；而用空壓機帶，運行電流180A，需要開6臺。電單價為0.3元/度。

全年節約電費：（180A×6×380÷1000×24×365）×0.3-（78A×3×380÷1000×24×365）×0.3=844 849.4元。

全年共計節約費用約193.8萬元。

4 結語

1）晶種過濾中堿蒸汽主要是由精液蒸汽與立盤過濾機的反吹母液、濾餅堿液混合形成，采用降低過濾機反吹風壓力、轉速及乏汽引流等措施能大幅降低堿蒸汽的含量，同時消除安全隱患，減少設備事故；

2）引用離心通風機代替老式水環式空壓機，既能降低晶種過濾系統的電耗，又能減少水進入生產系統，減少系統沖淡，降低氧化鋁生產蒸發工序的新蒸汽消耗。全年共計節約成本193.8萬元；

3）通過對晶種過濾系統堿蒸汽的研究及上述技術應用，有效降低了員工勞動強度，改善了作業環境。