拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程中的節(jié)能措施分析

摘要：拜耳法是生產(chǎn)氧化鋁最主要的工業(yè)方法，拜耳法氧化鋁的生產(chǎn)過程會消耗大量的能量，大約占到產(chǎn)品成本的20%～30%，并且當(dāng)前能源的價格在不斷上漲，所以，在拜耳法氧化鋁的生產(chǎn)過程中，控制好能耗能大大降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)的競爭力。

關(guān)鍵詞：拜耳法；氧化鋁；能耗；溶出工序；蒸發(fā)工序

中圖分類號：TF80 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）20-0090-02

1 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁

1.1 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的原理

拜耳法是生產(chǎn)氧化鋁的主要的工業(yè)方法。它的原理是基于拜耳在1889年和1892年分別提出的兩個基本原理，它們分別是：（1）種子分解法原理：采用氫氧化鋁晶粒作為鋁酸鈉溶液分解的種子；（2）溶出工藝原理：在氫氧化鈉溶液中，鋁土礦所含的氧化鋁能溶解為鋁酸鈉?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上所用的拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝也是基于上述兩個基本原理的：將鋁土礦中的氧化鋁用強(qiáng)堿溶液溶解，從而得到鋁化鈉溶液，再對上述溶液降溫、加晶種、攪拌，分解出氫氧化鋁，同時分解后氫氧化鈉堿溶液作為母液，再通過加壓溶解新一批的鋁土礦，此交替過程可由下式清楚地表示出來：

1.2 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝過程

各個工廠應(yīng)用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝因為鋁土礦的具體成分的不同而稍有差別，但是基本流程是相同的，包括的主要生產(chǎn)過程為：（1）將鋁礦粉碎后與氫氧化鈉按一定比例混合，經(jīng)過細(xì)磨制得原礦漿；（2）在溶出器設(shè)備中，高溫、高壓、高堿的環(huán)境下處理原礦漿，使氧化鋁溶出；（3）稀釋壓煮礦漿，在沉降槽中分離赤泥和鋁酸鈉溶液；（4）過濾純化分離后的鋁酸鈉溶液，冷卻、加晶種、結(jié)晶析出氫氧化鋁；（5）將所得氫氧化鋁進(jìn)行分類：細(xì)粒的作為晶種，送往分解槽，粗粒的進(jìn)行焙燒；（6）高溫焙燒氫氧化鋁得到氧化鋁；（7）蒸發(fā)分解母液到一定濃度，補(bǔ)加一部分苛性堿再進(jìn)行配料，為下一批生產(chǎn)做準(zhǔn)備。

2 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的能耗分析

分析上述生產(chǎn)流程可知：拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝過程主要采用的能源包括：蒸汽、電、水、壓縮空氣、燃料。這些能源所用的量的比例如下表1所示：

依據(jù)表1可以看出：蒸汽消耗所占比例是最大的，所以說，減少蒸汽量對于拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程中的節(jié)能具有十分重大的意義。并且，在生產(chǎn)過程中，預(yù)處理、溶出、蒸發(fā)、氫氧化鋁過濾、分離洗滌赤泥等各個工序中都用到了蒸汽消耗，所以下面對各工序中所消耗的蒸汽量進(jìn)行比較，從而找到節(jié)能的切入點。

依據(jù)表2可以看出：在蒸汽的消耗中，溶出和蒸發(fā)兩個過程就占到了67%，是蒸汽消耗的主要工序，所以要想降低整個過程的能源消耗，可以從降低溶出和蒸發(fā)兩個工序的蒸汽消耗方面考慮。

3 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的節(jié)能措施

從上述能耗分析可知：溶出工序和蒸發(fā)工序的蒸汽消耗是整個拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程中最大的一部分能量消耗，所以，降低溶出工序和蒸發(fā)工序的蒸汽消耗，能有效地降低整個生產(chǎn)過程的能耗。所以下面主要對溶出和蒸發(fā)工序進(jìn)行節(jié)能分析，并結(jié)合其他重要工序，討論拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的節(jié)能措施。

3.1 溶出工序的節(jié)能

溶出工序是將礦漿中氧化鋁充分溶出的過程，在此過程中利用的是新蒸汽加熱，并且產(chǎn)生的二次蒸汽再去預(yù)熱其他低溫礦漿。在此過程中可以采取的節(jié)能措施為：（1）提高熱源與礦漿的傳熱效率：通過增大傳熱系數(shù)和盡量減少管道結(jié)疤來提高傳熱速度。傳熱系數(shù)可以通過套管預(yù)熱、外層蒸汽和控制漿流速度等方法來增大，管道結(jié)疤可以通過一定的清洗技術(shù)（例如：高壓清洗或化學(xué)清洗）來定期清理；（2）提高熱量的循環(huán)率：這就要求對閃蒸降溫過程中所產(chǎn)生的二次蒸汽要進(jìn)行充分的利用，可以通過兩方面來達(dá)到目的，一是增加閃蒸級數(shù)，二是把握好閃蒸過程中的料位，控制好閃蒸過程的壓力，從而提高閃蒸操作水平；（3）提高溶出效率：通過增加反應(yīng)釜的個數(shù)和延長溶出時間來實現(xiàn)。

在實行溶出工序節(jié)能的措施前，必須先保證溶出效果，因為這樣能有效地預(yù)防沉降跑渾的現(xiàn)象。影響溶出效果的因素包括：反應(yīng)時間、溶出溫度、循環(huán)母液濃度、攪拌強(qiáng)度、礦石的粒度等。

3.2 蒸發(fā)工序的節(jié)能措施

蒸發(fā)工序中所消耗的能量來源于新蒸汽，此過程是蒸發(fā)濃縮分解母液再重新循環(huán)利用。在此工序中可以采取的節(jié)能措施為：（1）通過最優(yōu)化的方法確定蒸發(fā)效數(shù)：蒸發(fā)效數(shù)越多，單位蒸水量所消耗的新蒸汽越少，從這方面來說，蒸發(fā)效數(shù)的增加使得新蒸汽的經(jīng)濟(jì)性增大。但是，在蒸發(fā)效數(shù)增大的同時，所需的蒸發(fā)器的數(shù)量也增多，這就使得設(shè)備投資增大，所以，蒸發(fā)效數(shù)對設(shè)備投資費用的影響與對新蒸汽的影響是相悖的，所以，應(yīng)該充分考慮未來能源的價格趨勢與當(dāng)前設(shè)備的投資，通過最優(yōu)化的方法來確定蒸發(fā)效數(shù)；（2）使母液和精液之間能夠充分的換熱：這樣就使得熱量交換可以在母液和精制液體之間進(jìn)行，節(jié)省了蒸汽消耗；（3）增加高效的閃蒸裝置：閃蒸設(shè)備的增加可以提高蒸汽的利用率。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁可以根據(jù)原料的不同，來適當(dāng)增加閃蒸裝置，采用蒸發(fā)器和閃蒸器結(jié)合的方式，來提高蒸發(fā)器的產(chǎn)能，從而降低能耗；（4）采用超聲波防垢技術(shù)：超聲波可以粉碎垢質(zhì)、改善成垢物質(zhì)的流變性、在垢質(zhì)和管壁間產(chǎn)生剪切力使垢質(zhì)脫落。所以采用超聲波技術(shù)可以有效地減少蒸發(fā)過程中的積垢，使蒸發(fā)器的使用周期加長，提高產(chǎn)能。

3.3 其他工序的節(jié)能措施

在分離與洗滌赤泥的工序中，減少赤泥洗水，就能提高溶出礦漿的堿液濃度，這既能降低沉降過程中氧化鋁的水解損失，也使母液的濃縮度減小，這就能降低蒸發(fā)工序負(fù)荷，減少所用蒸汽量；在焙燒工序中，氫氧化鋁要經(jīng)過焙燒爐的焙燒才能脫去水得到氧化鋁。當(dāng)前所用焙燒爐多為氣體懸浮焙燒爐和循環(huán)流態(tài)化焙燒爐，已經(jīng)能很高效地使用熱量了，但是焙燒爐排放大量的高溫的煙氣，這些煙氣的熱量占焙燒所消耗的總煙量的30%以上，所以，合理地利用這些煙氣能很好地節(jié)約能耗，這些煙氣可以為其他工序提供熱量。

4 結(jié)語

溶出工序和蒸發(fā)工序的蒸汽消耗約占到總能耗的40%，是能量消耗中最大的一部分，所以，減少這部分能耗能有效地降低拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過程的能量消耗，降低生產(chǎn)成本。本文提出了一些可行的措施，希望相關(guān)工作者能夠繼續(xù)加強(qiáng)對此方面的研究，力求將能耗降到最低，使企業(yè)獲得最大的利潤。

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作者簡介：梁定燦（1981—），男，廣西橫縣人，廣西華銀鋁業(yè)有限公司調(diào)度員，助理工程師，研究方向：拜耳法氧化鋁生產(chǎn)。