氧化鋁溶出機組提產(chǎn)途徑

楊亮華

摘 ?要：某公司一期氧化鋁溶出機組，設計單系列年產(chǎn)40萬噸，投產(chǎn)后就達到設計產(chǎn)能，但仍有很大的提產(chǎn)潛力。文章分析了溶出機組產(chǎn)能現(xiàn)狀及生產(chǎn)實踐，指出可以通過技術改造、優(yōu)化操作運行、強化計劃檢修等措施，達到溶出機組單系列年產(chǎn)48萬噸的能力。

關鍵詞：溶出機組;進料量;運轉(zhuǎn)率;產(chǎn)能;改造

前言

氧化鋁行業(yè)競爭激烈處于高度市場化，生產(chǎn)成本的高低決定企業(yè)是否盈利、能否在行業(yè)中生存，提高氧化鋁產(chǎn)能是降低生產(chǎn)成本的重要手段。高壓溶出是氧化鋁生產(chǎn)的核心工序，提高溶出機組產(chǎn)能勢在必行。

1 工藝簡介

高壓溶出工序是氧化鋁生產(chǎn)的核心工序，主要作用是將鋁土礦中的氧化鋁溶解到鋁酸鈉溶液中。

合格的原礦漿在單套管加熱器內(nèi)用壓煮溶出二次蒸汽加熱至100℃后進入預脫硅槽，經(jīng)8小時預脫硅后補入適量合格的循環(huán)堿液，由隔膜泵送入壓煮溶出6級套管預熱器內(nèi)預熱至約160℃，再經(jīng)5級帶機械攪拌的預熱壓煮器和7臺加熱壓煮器間接加熱至260℃，最后保溫溶出60分鐘溶出。溶出后礦漿經(jīng)11級自蒸發(fā)降溫，自蒸發(fā)的二次蒸汽用于預熱礦漿，降溫后的溶出礦漿進入稀釋槽，同時加入拜爾法赤泥洗液稀釋溶出礦漿。該公司為串聯(lián)法生產(chǎn)工藝，燒結法粗液也送入稀釋槽內(nèi)。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 產(chǎn)能分析

在溶出反應中，礦石中的硅與部分氧化鋁形成鈉硅渣，最終作為赤泥排出，因此礦石中的鋁硅比和氧化鋁含量是影響溶出產(chǎn)能的重要因素。

該公司一期工程設計為串聯(lián)法生產(chǎn)工藝，溶出機組兩個系列，單系列年產(chǎn)量為40萬噸。具體設計情況與運行現(xiàn)狀，詳情見表1。

由表1可以看出，該公司由于循環(huán)效率遠高于設計值，在進料量和運轉(zhuǎn)率不如設計的條件下產(chǎn)能仍達到45萬噸。但是進料量、運轉(zhuǎn)率和溶出能力仍有很大提升潛力，如果解決這些問題，產(chǎn)量可以進一步提升。

2.2 存在問題

2.2.1 溶出機組進料量低。高壓溶出機組設計進料量為510m3/h。投產(chǎn)后長期保持進料量為480m3/h，原因是投產(chǎn)初期礦石鋁硅比高，480m3/h的進料量可以滿足整個拜爾法系統(tǒng)的生產(chǎn)運行。同時還有其他原因制約溶出機組進料量提升，具體表現(xiàn)為：壓煮器過料管結疤嚴重，造成溶出機組運行壓力過高，限制進料量的進一步增加;閃蒸槽孔板尺寸是按照480m3/h正常生產(chǎn)選擇的，進一步提產(chǎn)后會造成前兩級閃蒸槽頻繁出現(xiàn)帶料。

2.2.2 溶出機組運轉(zhuǎn)率低。該公司2012年與2013年的溶出機組平均運轉(zhuǎn)率為91.83%，通過停車原因分析，影響運轉(zhuǎn)率的主要因素為：周期性的溶出倒組停車時間長，每次倒組停車需要30小時，每45天進行一次倒組，對全年運轉(zhuǎn)率影響3.08%;溶出系統(tǒng)事故停車多，平均每月3次，主要是閃蒸槽過料管和四套管磨漏造成的臨時停車，其次是輔機系統(tǒng)原因而被迫停車，影響運轉(zhuǎn)率3.01%;其他外界因素影響機組運轉(zhuǎn)率2.08%。

2.2.3 溶出率指標不高。該公司氧化鋁溶出率偏低的主要原因是鋁土礦在堿液環(huán)境溶出過程中，反應條件不理想，具體表現(xiàn)有：壓煮器攪拌封密頻繁泄漏，造成攪拌運轉(zhuǎn)率低，降低了溶出反應速率;加熱管束結疤清理效果差、換熱效率低，造成溶出溫度偏低;壓煮器聯(lián)排管堵塞嚴重，造成壓煮器滿罐率偏低，減少了溶出反應時間。溶出率指標完成不理想，間接的限制了溶出液αK的下降，影響了循環(huán)效率的提高。

3 提高溶出機組產(chǎn)能的有效途徑

3.1 提高進料量

3.1.1 清理壓煮器過料管結疤。該公司溶出機組投產(chǎn)運行7年，在高溫段的壓煮器過料管形成嚴重結疤，結疤最大厚度達到30mm，管道通過物料截面積減少44%，在壓煮器過料管中形成大量結疤在同行業(yè)中很少有，這與生產(chǎn)操作條件以及礦石成分等因素有關。通過化驗，結疤主要成分為Ti、P、Ca、Si等，成份復雜。其中Ti、Ca、Si結疤產(chǎn)生的原因是在生產(chǎn)過程中添加一定量的石灰，在高溫下石灰與鈦礦物和部分未脫除的硅礦物反應生成的，此結疤結晶致密、光滑堅硬，主要物質(zhì)為“鈣鈦渣”與“鈣霞石”。結疤的存在使得管道過料面積減小，阻力損失增大，機組運行壓力升高。該公司先后嘗試業(yè)內(nèi)多種常規(guī)清理方法如：酸洗、機械清理、高壓水清洗，效果都不明顯。最后通過與一家專業(yè)清理公司進行合作，用一種新工藝干、濕相結合的技術進行了處理。結疤消除后，機組運行壓力下降0.65MPa，提產(chǎn)空間打開。

3.1.2 調(diào)整閃蒸槽節(jié)流孔板尺寸。在高壓溶出機組中，通過閃蒸槽將系統(tǒng)壓力降至常壓，閃蒸槽進、出料管中的節(jié)流孔板尺寸與機組產(chǎn)能密切相關，如果孔板過小會造成進出料失衡，部分料漿通過乏汽管進入冷凝水系統(tǒng)。該公司試車達產(chǎn)后進料量穩(wěn)定在480m3/h，節(jié)流孔板也是根據(jù)此進料量調(diào)整確定的，進一步提產(chǎn)需要進行調(diào)整合適的孔板尺寸。在提高溶出機組進料量過程中，經(jīng)過多次調(diào)整，將第二級閃蒸槽進料孔板直徑提高了7mm，第三級閃蒸槽進料孔板尺寸提高了5mm，其他孔板也做了微調(diào)。目前進料量提到500m3/h后，整個閃蒸系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

通過實施上面措施后，溶出機組進料量從480m3/h提升至500m3/h。

3.2 提高運轉(zhuǎn)率

3.2.1 縮短倒組時間。溶出機組倒組工作分為停車、檢修、開車三部分。通過分析，倒組停車時間長的原因主要是吹掃開始時機組壓力過低、高排管堵塞泄壓時間長、檢修時壓煮器進料管平臺行車數(shù)量不足、機組填充時間長、料漿預熱時間長等。針對這些情況采取以下措施：（1）改變吹掃方式，吹掃開始時機組壓力由1.5MPa提升至2.3MPa，并將原來由Tp101直吹到Ra222改變成在Ra118隔離分階段吹掃，維持料漿流動中的高壓差，縮短總的放料時間。（2）清理或更換所有壓煮器高排管，保證高排管暢通，縮短泄壓時間。（3）改造檢修平臺，在壓煮器進料管平臺新增葫蘆吊裝支架，提高工作效率。（4）改造填充流程，新增了一條填充管，與原來的填充流程同時進行機組填充，縮短填充時間。（5）改變機組預熱過程中的新蒸汽提升梯度，將原來每20分鐘提壓0.5MPa，改為在原提升速度蒸汽壓力達到1.5MPa后，每20分鐘提壓1.0MPa，縮短料漿預熱時間。

3.2.2 加強管道監(jiān)測和計劃性檢修。在溶出系統(tǒng)造成的意外停車中，管道磨損和易損件故障造成的停車時間占事故停車的55.78%。通過對意外停車的分析，并在生產(chǎn)過程中不斷摸索和總結規(guī)律，該公司加強部分設備的管道測厚和計劃性檢修，具體為：將四套管彎頭、閃蒸槽過料管、閃蒸二次水管彎頭每個部位由2個測點增加至4個點，并增加了彎頭焊縫前后10cm范圍內(nèi)的測厚;新增了閃蒸槽孔板座噴射管測厚;將溶出機組放料管、末級閃蒸進稀釋槽料漿管、隔膜泵進溶出機組三通管測厚周期由90天1次改為45天1次;按周期更換孔板座、溶出機組閥門、離心泵過流件等易損件。經(jīng)過實施對應措施，在2014年上半年杜絕了以上事故停車。

3.2.3 流程改造和新技術應用。減少溶出機組意外停車的發(fā)生，一方面要控制事故發(fā)生的概率，另一方面要增強應對事故的能力，通過進行部分流程改造和新技術的投用，可以達到目的，具體為：（1）脫硅單管流程改造，新增脫硅單管進脫硅末槽的流程，起到脫硅槽故障下溶出機組不用停車的作用，增強了應對事故的能力。（2）改進閃蒸槽內(nèi)襯固定鋼板，將固定板尺寸由55×50×10mm改成90×55×20mm、數(shù)量由每臺7個增加至10個，增加了內(nèi)襯固定強度，有效的減少閃蒸槽故障率。（3）閃蒸槽過料管耐磨材料改造，把材質(zhì)20#鋼的過料管改為雙金屬耐磨復合管，增加了耐磨強度，使用壽命將延長4倍，不但減少閃蒸過料管磨漏事故的發(fā)生，而且每年單系列節(jié)約備件費用4.7萬元。

實施上述措施后，溶出倒組停車時間不斷下降，現(xiàn)在只需要22小時就可完成任務，比原來縮短了8個小時，見表2。溶出機組意外停車也明顯下降，2014年3月至5月，溶出系統(tǒng)造成的意外停車影響運轉(zhuǎn)率由3.01%下降至0.6%，溶出機組運轉(zhuǎn)率高達96.1%，達到行業(yè)先進水平。

3.3 提高溶出率

3.3.1 提高壓煮器攪拌運轉(zhuǎn)率，強化溶出反應。壓煮器攪拌對強化溶出反應，改善傳熱效果有著至關重要的作用。以前壓煮器攪拌開不起的主要原因是攪拌傳動軸傳動密封泄漏，根據(jù)此原因采取相應措施：加強對輸出軸和填料的檢查和維護，出現(xiàn)問題及時更換;將潤滑油的注油次數(shù)由3次/分鐘調(diào)整為5次/分鐘，并且專人定期檢查注油效果，提供密封面充足的潤滑油;規(guī)范盤根更換制度，嚴格盤根更換標準，由專人使用專用工具取、裝盤根，避免對軸和密封面劃傷，并且上、下8道盤根一起更換，延長密封壽命等措施，壓煮器攪拌運轉(zhuǎn)率已經(jīng)從60%提升至100%。

3.3.2 調(diào)整聯(lián)排運行方式，延長溶出時間。溶出反應生成的氣態(tài)物質(zhì)和進入的空氣形成壓煮器料漿不凝性氣體，這些不凝性氣體是通過壓煮器聯(lián)排管逐級向后移動，并在最后一臺壓煮器排出。由于管道內(nèi)長期有料漿流動，造成壓煮器聯(lián)排管結疤堵塞，料漿不凝性氣體不能及時排出，溶出時間減少。針對此情況采取以下措施：（1）逐臺清理或更換壓煮器堵塞的聯(lián)排管，并且每次壓煮器隔離時都要檢查管道情況。（2）改變聯(lián)排閥運行開度，將原來全開運行方式改為開度20%運行，使管道長時間流動的為氣體，減緩管道結疤的形成。

3.3.3 改進加熱管束清理工藝，提升溶出溫度。隨著礦石品位下降和礦石成份的變化，壓煮器加熱管束的結疤成分和物理性質(zhì)發(fā)生了變化，需要改變原來的清理工藝來滿足生產(chǎn)需求，具體操作為：將預熱段壓煮器管束結疤的清理方式由直接高壓水清洗改為先火燒再高壓水清洗;將加熱段壓煮器管束結疤火燒加高壓水的清理方式由1次改為2次，最后人工清理;將每次火燒結疤時間延長1倍，改善火燒效果。措施實施后，結疤清理更為徹底，溶出溫度從250℃提升至260℃，增加了溶出反應效果。

上面三個措施實施后，氧化鋁溶出率提高了1.21%。溶出率增高的同時，循環(huán)效率增加了3.67kg/m3。

4 結束語

通過采取相應提產(chǎn)措施，溶出機組進料量已經(jīng)接近設計水平，運轉(zhuǎn)率超過設計要求，達到96%以上，再加上溶出率的提高，按現(xiàn)有礦石品位，純拜爾法具備50萬噸的生產(chǎn)能力。

參考文獻

[1]沈陽鋁鎂設計研究院.山西魯能晉北鋁業(yè)有限責任公司年產(chǎn)100 萬噸氧化鋁工程初步設計[Z].2004，10.

[2]畢詩文，于海燕，等.氧化鋁生產(chǎn)工藝[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[3]山西魯能晉北鋁業(yè)公司一期技術月報[Z].2006～2014.