管道化溶出過程中結(jié)疤的防治與清理

【摘要】結(jié)疤是在氧化鋁生產(chǎn)過程中設(shè)備和管道表面上生成的固態(tài)物質(zhì)。結(jié)疤是長期困擾氧化鋁生產(chǎn)的一大難題。結(jié)疤的生成，會導(dǎo)致溶出套管換熱器的傳熱系數(shù)嚴(yán)重降低，從而降低機組的運轉(zhuǎn)率，增加能耗，使生產(chǎn)成本升高。消除結(jié)疤要花費大量的費用，增加了一定的運行成本。本文通過對溶出系統(tǒng)結(jié)疤問題進(jìn)行分析，掌握了各種結(jié)疤的對生產(chǎn)的危害、結(jié)疤規(guī)律及影響結(jié)疤的主要因素，提出管道化溶出環(huán)節(jié)有效清除結(jié)疤的方法和防止結(jié)疤生成的措施。從而使設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運行，達(dá)到提高溶出運轉(zhuǎn)率的目的。

【關(guān)鍵詞】氧化鋁生產(chǎn)；管道化溶出；運轉(zhuǎn)率；結(jié)疤；結(jié)疤因素；除垢；防垢

前言

氧化鋁生產(chǎn)溶出過程中套管的結(jié)疤，降低了熱交換的傳熱系數(shù)，增大了蒸汽的消耗。消除結(jié)疤，既要花費大量的費用，增加了運行成本，同時還會影響正常的生產(chǎn)運行。因此，結(jié)疤給生產(chǎn)造成極大的危害，有效減少和防治結(jié)疤的生成顯得尤為重要。

1.結(jié)疤的種類

根據(jù)結(jié)疤的來源及其物理化學(xué)性質(zhì)不同，溶出過程中的結(jié)疤主要有：

1）鋁土礦在預(yù)脫硅及管道化溶出過程中與溶液間的反應(yīng)而產(chǎn)生，鈉硅渣、水化石榴石等。主要在溶出過程中預(yù)熱階段產(chǎn)生。其晶體形態(tài)與溫度、溶液組成、時間等多種因素相關(guān)。

2）鋁土礦中含鈦物質(zhì)在高溫溶出過程中與溶液反應(yīng)而生成。鈦酸鈣和羥基鈦酸鈣，在高溫段容易形成。

3）除以上兩種常見的結(jié)疤外，一水硬鋁石、鐵礦物（針鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦）、磷酸鹽、含鎂礦物、氟化物、及草酸鹽等結(jié)疤相對較少。

2.結(jié)疤在管道化溶出過程中的危害

2.1結(jié)疤的傳熱系數(shù)很小，使傳熱系數(shù)大大降低。結(jié)疤造成套管的傳熱系數(shù)急劇降低，使得熱量不能充分有效利用，增加了大量的能耗。實驗與經(jīng)驗證明，當(dāng)結(jié)疤厚度達(dá)1mm時，所需熱交換面積將增加一倍。

2.2結(jié)疤使套管的有效容積縮小。套管有效容積，因大量的結(jié)疤生成而減少，還會造成溶出機組運行壓力增加，使設(shè)備產(chǎn)能降低。而清理結(jié)疤需要大量費用。特別是溶出套管預(yù)熱器結(jié)疤清理十分麻煩，需要很長時間，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

3.結(jié)疤形成的主要原因

結(jié)疤形成的原因很多，溫度、鋁土礦組成、生產(chǎn)工藝條件等對結(jié)疤的形成及性質(zhì)都有很大影響。了解這些原因?qū)Y(jié)疤的生成規(guī)律，可以總結(jié)出有效地防治結(jié)疤的方法。

3.1溫度影響。溫度在礦漿中各物質(zhì)的反應(yīng)機理、溶解度、結(jié)疤物質(zhì)的組成及形態(tài)、結(jié)疤速度等都有很大影響。在一定的溫度范圍內(nèi)，會產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)疤速度和穩(wěn)定的結(jié)疤成分，還直接與溫度有關(guān)。

3.2礦石的物相成分。鋁土礦的化學(xué)成分和物相組成，直接影響結(jié)疤生成的溫度、物相成分及含量。礦石中的SiO2，以高嶺石形態(tài)存在，在160--170℃以下的低溫區(qū)析出結(jié)疤；以伊利石、葉蠟石、綠泥石等形態(tài)存在，則會在170～220℃析出大量結(jié)疤。山西鋁土礦的二氧化硅主要以高嶺石狀態(tài)存在，故預(yù)脫硅率較高，為60%～80%。

3.3添加石灰的影響。在一水硬鋁石型鋁土礦的溶出過程中必須添加石灰，石灰添加量對結(jié)疤的形成速度及其組成有很大的影響。隨著石灰加入量的增加，在165～210℃時，結(jié)疤厚度較?。辉?45～280℃時，結(jié)疤厚度會明顯加快，造成這種現(xiàn)象的原因，主要是因為低、高溫下生成的結(jié)疤物相不同，低溫時主要是硅渣和鎂渣結(jié)疤，高溫時主要是鈦渣結(jié)疤。

3.4礦漿流速的影響。礦漿的流速越大，紊亂程度會增加，晶核在紊亂的渦流中沖刷結(jié)疤表面，造成結(jié)疤生長速度減慢。在高流速時，礦漿中的固體顆粒，會將已形成的結(jié)疤部分沖刷掉。當(dāng)?shù)V漿流量不變時，隨管道中結(jié)疤增厚，流速加大，結(jié)疤速度隨時間延長降低。對一水硬鋁石型鋁土礦的溶出過程，含有大粒子時，高流速下會造成管道嚴(yán)重磨損，同時還會增加機組阻力。

4.管道結(jié)疤的清理方法

目前，相關(guān)技術(shù)人員對氧化鋁生產(chǎn)中溶出管道結(jié)疤問題進(jìn)行了大量的實驗及研究探討，也得出了一些清除結(jié)疤的辦法，但這些辦法在實際生產(chǎn)中都存在一些問題。依據(jù)結(jié)疤物理化學(xué)成分的不同，常用的方法有以下幾種。

4.1結(jié)疤清除的主要方法

4.1.1化學(xué)清洗法。此方法的基本原理是，先對結(jié)疤進(jìn)行化學(xué)溶解，然后人工清理殘存的結(jié)疤。使用腐蝕性溶劑，會腐蝕管道材料，所以目前很少用了。

4.1.2高壓水清除法。本方法的基本原理是：利用高壓槍噴射出水流沖刷結(jié)垢的表面。目前該方法使用較為廣泛。其優(yōu)點是：對管道沒有腐蝕性，也安全，成本低。

5.防止結(jié)疤生成的措施

預(yù)防結(jié)疤生成的目的在于延緩結(jié)疤形成、延長運行周期、降低清理費用、降低生產(chǎn)成本，提高溶出的運轉(zhuǎn)率，達(dá)到溶出機組的連續(xù)高效穩(wěn)定運行。預(yù)防結(jié)疤的形成有以下的常見的措施：

5.1原礦漿預(yù)脫硅。針對高硅鋁土礦，用預(yù)脫硅的方法，可減少硅渣結(jié)疤。預(yù)脫硅是將合格礦漿在送入礦漿套管預(yù)熱器之前，先在常壓下加入一定量的石灰，在100℃左右與鋁酸鈉溶液反應(yīng)，使礦石中的SiO2生成水合鋁硅酸鈉并析出。

5.2添加晶種法。礦漿在進(jìn)入預(yù)熱器之前，添加與結(jié)疤物相同的種子，使其在晶種表面上優(yōu)先析出并進(jìn)入物料，可降低套管內(nèi)表面的結(jié)疤生成速度。

為了減緩預(yù)熱器的結(jié)疤，可用將赤泥晶種加入到套管預(yù)熱器的方法。該方法不但能降低預(yù)熱器表面結(jié)疤的硬度和速度，還能降低溶液中溶解中SiO2的濃度，從而改善赤泥的沉降性能。

5.3添加石灰法。實驗證明，在160～220℃添加石灰，可減緩結(jié)疤生成速度，而在245～280℃添加石灰卻加快結(jié)疤速度。石灰的加入使鋁酸鈉溶液中的釩酸根、鉻酸根、氟離子及溶液中的磷轉(zhuǎn)化成鈣酸鹽進(jìn)入赤泥中，可降低其在溶液中的積累量，減少結(jié)疤的生成。

6.結(jié)論

在對管道化溶出結(jié)疤問題研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)疤的形成對生產(chǎn)的危害、影響結(jié)疤生成的主要因素、結(jié)疤特點等提出了有效清除結(jié)疤的方法和防止結(jié)疤生成的措施。

1）溶出系統(tǒng)高溫段的結(jié)疤主要成分是鈣霞石，其次是鈦酸鈣等。保溫段結(jié)疤的主要成分是水化石榴石，其次是鈣霞石、羥基鈦酸鈣和鈦酸鈣等。

2）清理結(jié)疤是最常用有效的辦法之一，目前還沒有更好的方法阻止結(jié)疤的生成。對溶出管道結(jié)疤的清除采用水力清洗，清理結(jié)疤效果較好。

3）防止結(jié)疤生成的措施：建議第一，提高脫硅指數(shù)，減少管道硅渣的形成。第二，對于鈣鈦渣的防止可以選擇添加石灰或晶種的方法。第三，可以從運行、清理等方面及操作的改進(jìn)和完善加以防止。

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