澳礦生產(chǎn)氧化鋁采用一二段分解技術(shù)的聯(lián)合對比分析

摘要：現(xiàn)在一些氧化鋁廠引進(jìn)澳礦，仍使用一段分解技術(shù)，這可能會產(chǎn)生質(zhì)量問題。文章針對產(chǎn)品質(zhì)量問題，聯(lián)合后續(xù)電解鋁的生產(chǎn)投資以及澳礦有機(jī)物含量高的特點，對一二段分解工藝進(jìn)行了對比分析。

關(guān)鍵詞：一段分解；二段分解；電解鋁生產(chǎn)；砂狀氧化鋁；有機(jī)物含量；澳礦 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TF821 文章編號：1009-2374（2015）11-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.077

近年來，隨著國內(nèi)鋁土礦品位的下降，一些氧化鋁廠開始引進(jìn)國外礦石作為氧化鋁生產(chǎn)的原料，其中以澳礦居多。澳礦的特點是易溶、易磨，但同時有機(jī)物（TOC）的含量較高，約為0.22%。雖然礦石來源發(fā)生變化，但大多數(shù)氧化鋁廠認(rèn)為二段分解流程長且復(fù)雜，設(shè)備多，電耗、水耗均較一段分解高，生產(chǎn)指標(biāo)不好控制，仍采用慣用的一段分解技術(shù)。受該工藝的限制，產(chǎn)品為粉末狀（或中間狀）氧化鋁，不能生產(chǎn)電解所需的高品質(zhì)砂狀氧化鋁，且較高的有機(jī)物含量會造成一系列的生產(chǎn)問題。下面針對一二段分解技術(shù)聯(lián)合后續(xù)的電解鋁生產(chǎn)進(jìn)行效能分析。

1 兩種分解工藝簡介

就添加工序而言，一段分解只有結(jié)晶長大段，晶種和精液在首槽一次性加入，只有產(chǎn)品分級無需晶種分級，-45μ<7%粗粒度的做產(chǎn)品，-45μ<12%細(xì)粒度的做晶種。二段分解既有附聚段也有結(jié)晶長大段，晶種需要進(jìn)行分級，第一級底流為產(chǎn)品氫氧化鋁，第二級底流和溢流分別做粗晶種和細(xì)晶種。粗細(xì)晶種分段添加，細(xì)晶種添加到附聚段，粗晶種添加到結(jié)晶長大段。

2 兩種分解的技術(shù)特點

二段分解多利用三水鋁石或者一水軟鋁石生產(chǎn)氧化鋁，澳礦屬于此類礦石。采用低溫、低堿濃度溶出，精液濃度在150g/L以下（指Na2Ok）；晶種量較小，附聚段首槽固含約為150g/L，長大段首槽固含約為450g/ L；分解溫度高，初溫75℃～80℃，終溫55℃；氫氧化鋁分解產(chǎn)出率較低，約為75～85kg-AH/m3-精液。分解時間較一段分解短，一般為32～36小時，目的都是在保證一定產(chǎn)出率前提下確保氧化鋁粒度和強(qiáng)度以及平衡氫氧化鋁粗、細(xì)粒度。最終產(chǎn)品粒度-45μm含量為8%～10%，Al2O3耐磨損指數(shù)12%～17%。

一段分解精液濃度高，為155～175g/L；晶種量大，分解首槽固含達(dá)800g/L左右；分解溫度低，初溫60℃～62℃，終溫50℃～52℃；氫氧化鋁分解產(chǎn)出率較高，約為85～90kg-AH/m3-精液。分解時間長，一般為42～58小時；最終產(chǎn)品粒度-45μm含量為12%～14%，強(qiáng)度較差，Al2O3耐磨損指數(shù)20%～30%。此外，一段分解因受溶出定期停車檢修影響，加上受晶種比表面積的影響，氫氧化鋁粒度有周期性細(xì)化，生產(chǎn)中必須采取適當(dāng)措施解決。

3 兩種分解的工藝及產(chǎn)品特點

由以上工藝方框圖可以看出，一段分解包括長大段分解系統(tǒng)、成品分級系統(tǒng)、晶種過濾系統(tǒng)及中間降溫系統(tǒng)；二段分解包括附聚段分解系統(tǒng)、長大段分解系統(tǒng)、成品分級系統(tǒng)、粗細(xì)晶種分級系統(tǒng)、細(xì)晶種沉降系統(tǒng)、粗晶種過濾系統(tǒng)、細(xì)晶種過濾及洗滌系統(tǒng)、草酸鹽脫除系統(tǒng)以及中間降溫系統(tǒng)。相比較而言，二段分解工藝較復(fù)雜，設(shè)備投入較高。粒度控制方面，需要控制各段的溫度和晶種量，工業(yè)生產(chǎn)控制難度較大。相應(yīng)的水耗、電耗等運(yùn)行成本均比一段分解高。詳見表1：

但是，二段分解有利于生產(chǎn)出粒度均勻、強(qiáng)度好、比表面積大、粉塵小、溶解性能和流動性能好的砂狀氧化鋁，特別適用于干法煙氣凈化和大型中間自動點式下料預(yù)焙槽的推廣以及懸浮預(yù)熱及流態(tài)化焙燒技術(shù)的應(yīng)用。砂狀氧化鋁在用作鋁電解原料時，具有以下優(yōu)點：（1）流動性好，由于細(xì)粒氧化鋁含量少，因而粉塵量低；（2）高比表面積使其吸附能力強(qiáng)，因而最適用于氣體干法凈化系統(tǒng)，以除去電解槽的煙氣，消除氟污染；（3）高容積密度，可使已有的儲存設(shè)備的能力增加，并降低運(yùn)輸和處理費(fèi)用。再者，二段分解工藝中有草酸鹽分離洗滌操作，可以排除澳礦中多余的有機(jī)物，尤其是以草酸根C2O42-存在的有機(jī)鹽。草酸鹽的積累會導(dǎo)致許多生產(chǎn)問題，例如會降低分解速度和分解產(chǎn)出率，造成氫氧化鋁細(xì)化，不利于后續(xù)晶種分級過濾和細(xì)晶種的沉降，增加產(chǎn)品氧化鋁中的堿殘留量，使產(chǎn)品著色，降低產(chǎn)品質(zhì)量，降低氫氧化鋁的附聚效果，增加氫氧化鋁-草酸鹽結(jié)疤的生成量，加速晶種槽和分解槽的結(jié)疤速度，增加現(xiàn)場清理和維護(hù)的工作量。另外，還會增加沉降工序中懸浮液的濃度，降低赤泥沉降的速度，加速蒸發(fā)工序中蒸發(fā)器的結(jié)垢速度，使蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)下降，汽耗增加。使排鹽蒸發(fā)器析出的一水碳酸鈉粒度變細(xì)，造成后續(xù)排鹽工段的沉降和過濾分離困難等一系列生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量上的問題。有機(jī)物的排除，有利于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4 與電解鋁廠的聯(lián)合經(jīng)濟(jì)效益估算

因為產(chǎn)品氧化鋁的下一接口多為電解鋁廠，所以投資成本和運(yùn)行成本不能僅僅從氧化鋁生產(chǎn)對兩種工藝做對比，而應(yīng)當(dāng)聯(lián)合后續(xù)的電解鋁廠對其做聯(lián)合的對比分析。一段分解生產(chǎn)出的粉末或中間狀氧化鋁與二段分解的產(chǎn)品砂狀氧化鋁相比，可以降低電解電流效率約1.5%，噸鋁氧化鋁單耗增加10公斤，且煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用略有提高。按年產(chǎn)40萬噸氧化鋁配套年產(chǎn)20萬噸電解鋁整體估算：

4.1 電解鋁的增效

增長效益：20×1.5%×13400=4020萬元

節(jié)電：20×240×0.3=1440萬元

節(jié)約氧化鋁單耗：20×0.01×2500=500萬元

4.2 氧化鋁生產(chǎn)成本

氧化鋁生產(chǎn)成本增加：40×120=4800萬元

氧化鋁和電解鋁整體效益，每年節(jié)約：4020+1440+500-4800=1160萬元

4.3 兩段分解投資

兩段分解投資增加：3800萬元

可見，采用兩段分解工藝技術(shù)，增加的3800萬元投資回收期約為3～4年。

5 結(jié)語

從產(chǎn)品質(zhì)量，聯(lián)合后續(xù)電解鋁生產(chǎn)投資以及澳礦中有機(jī)物的排除來看，二段分解工藝優(yōu)于一段分解工藝。隨著國外礦石的不斷引進(jìn)，解決其中有機(jī)物含量超標(biāo)的問題迫在眉睫，處理不當(dāng)就會影響正常生產(chǎn)，且面對越來越挑剔和嚴(yán)峻的氧化鋁市場，產(chǎn)品砂狀氧化鋁有利于提高廠家的產(chǎn)品競爭力。

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作者簡介：鄢艷（1981-），女，四川攀枝花人，東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司）工程師，研究方向：氧化鋁生產(chǎn)

工藝。

（責(zé)任編輯：蔣建華）