串聯(lián)法堿平衡問(wèn)題分析及解決方案

馬赟國(guó),王曉平,李志國(guó)

(1.中鋁集團(tuán)山西交口興華科技股份有限公司,山西 交口 032400;2.西安建筑科技大學(xué) 華清學(xué)院,陜西 西安 710043;3.沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110001)

氧化鋁的生產(chǎn)方法有酸法、堿法、酸堿聯(lián)合法和熱法等,其中堿法在氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)中得到了最為廣泛的應(yīng)用,而堿法又分為拜耳法、燒結(jié)法和聯(lián)合法等,不同的生產(chǎn)方法適用于不同的原燃料和建廠條件,當(dāng)?shù)V石質(zhì)量較好時(shí),拜耳法是流程相對(duì)簡(jiǎn)單,能耗低,成本低的生產(chǎn)方法,近些年國(guó)內(nèi)外新建項(xiàng)目幾乎全部采用拜耳法工藝。我國(guó)鋁土礦綜合安全程度呈逐年下降趨勢(shì),安全狀況不斷惡化,目前處于較危險(xiǎn)狀態(tài),我國(guó)鋁土礦資源占有量低、質(zhì)量較差、開(kāi)采成本高,使得我國(guó)鋁土礦的勘查潛力不大、儲(chǔ)采比不斷下降[1]。隨著中國(guó)鋁土礦持續(xù)的量質(zhì)同降,采用拜耳法生產(chǎn)的工廠遇到了很大困難,這就使得聯(lián)合法,尤其是聯(lián)合法中的串聯(lián)法的相對(duì)優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)。

串聯(lián)法同混聯(lián)法、拜耳法相比具有氧化鋁回收率高、礦耗低、堿耗低、單位赤泥排放量低等特點(diǎn)[2],但也正是由于串聯(lián)法堿耗低的特點(diǎn),決定了串聯(lián)法中拜耳法和燒結(jié)法部分的堿平衡是生產(chǎn)中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題,本文對(duì)可能采用的堿平衡方法進(jìn)行了分析,并進(jìn)行了平衡測(cè)算及經(jīng)濟(jì)分析,提出了方向性的建議。

1 概 述

拜耳法補(bǔ)堿主要是通過(guò)在堿液調(diào)配工序,將固體或液體苛性堿根據(jù)需要補(bǔ)充進(jìn)入循環(huán)堿液中,進(jìn)而進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng),以補(bǔ)充系統(tǒng)的堿損失,而系統(tǒng)的堿損失主要是通過(guò)拜耳法赤泥中化損部分,赤泥附液帶走的附損部分,以及機(jī)械損失和產(chǎn)品夾帶等方式排出系統(tǒng);串聯(lián)法中的燒結(jié)法部分的補(bǔ)堿主要是通過(guò)在生料漿調(diào)配工序中將堿粉補(bǔ)入生產(chǎn)系統(tǒng),而系統(tǒng)的堿損失主要是通過(guò)燒結(jié)法赤泥中的化損部分,赤泥附液帶走的附損部分,以及送到拜耳法合流的粗液等方式排出系統(tǒng)。

由于拜耳法和燒結(jié)法的赤泥化損和附損基本穩(wěn)定,這也決定了能夠從燒結(jié)法補(bǔ)充進(jìn)入系統(tǒng)的堿粉的量是基本確定的,不能隨意的從燒結(jié)法補(bǔ)充堿粉來(lái)滿(mǎn)足燒結(jié)法熟料堿比這一重要的配料指標(biāo);而通常針對(duì)某個(gè)具體已經(jīng)運(yùn)行的企業(yè),其拜耳法和燒結(jié)法部分的生產(chǎn)能力已經(jīng)確定,無(wú)法大幅度的調(diào)整,在礦石品位等條件發(fā)生變化時(shí),會(huì)造成兩個(gè)系統(tǒng)能力的不匹配,最直接的體現(xiàn)就是堿不平衡,拜耳法赤泥需要部分外排,如何在最大化利用現(xiàn)有拜耳法和燒結(jié)法產(chǎn)能的條件下,兼顧熟料堿比,并能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就顯得尤為重要。

通過(guò)將拜耳法部分含堿物料送到燒結(jié)法循環(huán),可以在系統(tǒng)理論補(bǔ)充堿粉不足以滿(mǎn)足熟料堿比要求的情況下,最大化利用現(xiàn)有拜耳法及燒結(jié)法能力。其中拜耳法部分有可能作為含堿物料補(bǔ)充到燒結(jié)法的主要有以下幾項(xiàng):

(1)苛性堿或碳?jí)A;

(2)拜耳法循環(huán)堿;

(3)拜耳法赤泥及附液;

(4)結(jié)晶堿;

對(duì)應(yīng)到具體企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐中,由于受工藝條件、礦石及石灰成分等因素的影響,拜耳法系統(tǒng)并不一定能夠連續(xù)排鹽,為了平衡堿量穩(wěn)定生產(chǎn),拜耳法赤泥不得不進(jìn)行部分外排,即部分串聯(lián)[3],減少赤泥中堿的回收量,達(dá)到系統(tǒng)的堿平衡,但工藝堿耗會(huì)有所上升,經(jīng)濟(jì)性變差。

2 方案對(duì)比

針對(duì)某具體生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際情況,現(xiàn)有的拜耳法和燒結(jié)法裝備是確定的,外部條件如礦石條件的變化會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)運(yùn)行隨著變化,針對(duì)這些變化很快進(jìn)行大的技術(shù)改造是難以實(shí)施的,更具現(xiàn)實(shí)意義的是立足現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行模式的調(diào)整。隨著礦石品位逐年下降,拜耳法單位赤泥產(chǎn)出率增加,不能完全返回?zé)Y(jié)法利用,部分需要外排,將此生產(chǎn)現(xiàn)狀作為基準(zhǔn)方案,通過(guò)分析,可以分別通過(guò)采用液堿、拜耳法循環(huán)堿液、拜耳法赤泥附損或結(jié)晶堿來(lái)滿(mǎn)足燒結(jié)法熟料配料堿比要求,將這四種拜耳法向燒結(jié)法補(bǔ)堿的方式分別作為對(duì)比方案1～4,各方案主要條件如表1所示。

表1 基準(zhǔn)方案及參比方案主要條件

3 計(jì)算條件

3.1 原料條件

計(jì)算所采用的原料條件如表2所示。

表2 原料化學(xué)組成 %

3.2 技術(shù)參數(shù)

計(jì)算所采用的工藝技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 主要工藝技術(shù)參數(shù)

3.3 原燃料單價(jià)

計(jì)算所采用的原燃料單價(jià)如表4所示。

表4 原燃料單價(jià) 元/t

4 計(jì)算結(jié)果

4.1 消耗及流量表

根據(jù)平衡計(jì)算所得到的主要原料消耗及物料流量如表5所示。

表5 主要原料消耗及物料流量表

4.2 成本比較

根據(jù)測(cè)算所得到的分項(xiàng)及綜合消耗成本如表6所示。

表6 消耗成本表 元/t

5 結(jié)果與討論

通過(guò)分析以上測(cè)算結(jié)果,將結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表7 主要結(jié)果匯總表

備注:1～5為按數(shù)值由高到低排列,無(wú)具體意義。

基準(zhǔn)方案可以運(yùn)行,但是由于拜耳法赤泥不能完全返回?zé)Y(jié)法,部分外排,造成礦耗、堿耗偏高,進(jìn)而造成消耗成本較高,應(yīng)根據(jù)礦石條件變化進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)整。

方案1不能運(yùn)行,采用液堿為系統(tǒng)補(bǔ)堿,可以滿(mǎn)足補(bǔ)堿需要,但是熟料堿比只能達(dá)到0.73,無(wú)法滿(mǎn)足正常生產(chǎn)要求,相比碳?jí)A補(bǔ)堿方式不利于成本降低,即從串聯(lián)法生產(chǎn)系統(tǒng)外向燒結(jié)法補(bǔ)堿不能解決兩個(gè)系統(tǒng)堿不平衡的問(wèn)題。

方案2、3均可以運(yùn)行,采用拜耳法循環(huán)堿為燒結(jié)法進(jìn)行倒補(bǔ)堿簡(jiǎn)單易行,但是會(huì)造成一定量的系統(tǒng)循環(huán)量,熟料量和燒結(jié)法粗液合流量增加,增加燒結(jié)法系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。當(dāng)工廠拜耳法赤泥洗滌系統(tǒng)能力不足時(shí),也可以采用提高拜耳法赤泥附液堿濃度來(lái)實(shí)現(xiàn),采用這種方式同時(shí)可以減少洗滌次數(shù),降低運(yùn)行成本,彌補(bǔ)一些系統(tǒng)循環(huán)增加的處理成本。

方案4可以運(yùn)行,在拜耳法系統(tǒng)碳?jí)A含量高時(shí),比較容易實(shí)現(xiàn),且結(jié)晶堿返回?zé)Y(jié)法系統(tǒng)可以取消拜耳法結(jié)晶堿苛化,降低整體運(yùn)行成本。

6 結(jié) 論

由于拜耳法與燒結(jié)法兩個(gè)系統(tǒng)堿不平衡造成部分拜耳法赤泥需要外排,不能返回?zé)Y(jié)法利用,會(huì)影響系統(tǒng)的消耗指標(biāo)及成本,可以通過(guò)增加隨拜耳法赤泥返回?zé)Y(jié)法系統(tǒng)的附損堿含量,或提高拜耳法系統(tǒng)的排鹽量來(lái)實(shí)現(xiàn),需要考慮具體企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際,其經(jīng)濟(jì)性需要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。

希望本文通過(guò)對(duì)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)法生產(chǎn)企業(yè)系統(tǒng)堿平衡問(wèn)題的總結(jié)和計(jì)算能給氧化鋁行業(yè)從業(yè)者提供一些借鑒。