粉煤灰提取氧化鋁工業(yè)放大的研究與探討

閆學(xué)良， 常彬杰

(北京低碳清潔能源研究所, 北京 102211)

綜合利用與環(huán)保

粉煤灰提取氧化鋁工業(yè)放大的研究與探討

閆學(xué)良， 常彬杰

(北京低碳清潔能源研究所, 北京 102211)

本文以“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中工業(yè)放大經(jīng)驗(yàn)和放大效應(yīng)為基礎(chǔ)，提出高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中應(yīng)該注意的各項(xiàng)問(wèn)題，以期為其他高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁工藝及類似工藝的產(chǎn)業(yè)化提供建議，推進(jìn)高鋁粉煤灰資源化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

高鋁粉煤灰； 氧化鋁； 工業(yè)放大； 放大效應(yīng)

利用粉煤灰提取氧化鋁技術(shù)最早起源于波蘭，并于上世紀(jì)六十年代成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)許多科研單位和企業(yè)自上世紀(jì)六十年代開(kāi)始探索和研究利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝技術(shù)，但由于各種原因，未能取得突破。近年來(lái)，隨著我國(guó)鋁土礦資源的日益短缺和國(guó)外鋁土礦進(jìn)口的限制，經(jīng)科技攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)化探索，利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的工藝技術(shù)取得了積極進(jìn)展。

根據(jù)工藝路線中主要循環(huán)介質(zhì)的酸、堿性質(zhì)，高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝可分為酸法和堿法兩大類。堿法技術(shù)有：“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”、“石灰石燒結(jié)- 低溫拜耳法”、“堿石灰燒結(jié)法”、“低渣量改良?jí)A石灰燒結(jié)法”、“粉煤灰預(yù)脫硅- 鋁土礦堿石灰燒結(jié)法”；酸法技術(shù)有：“鹽酸法”、“硫酸銨法”。

預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法技術(shù)路線于2003年開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，2007年實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)完成，2008年完成年產(chǎn)3 000 t氧化鋁級(jí)的工業(yè)化中試，該技術(shù)年產(chǎn)20萬(wàn)t氧化鋁產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目于2010年8月30日打通工藝流程產(chǎn)出產(chǎn)品，于2012年7月通過(guò)中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司組織的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，2012年9月，系統(tǒng)達(dá)到100%負(fù)荷連續(xù)生產(chǎn)。

目前，“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其他工藝都處于實(shí)驗(yàn)室或中試階段。本文以“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中工業(yè)放大經(jīng)驗(yàn)和放大效應(yīng)為基礎(chǔ)，提出高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中應(yīng)借鑒吸收的經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)該注意的問(wèn)題。

1 工業(yè)逐級(jí)放大及放大效應(yīng)

在冶金化工領(lǐng)域, 任何一種新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)或新工藝的研發(fā)，基本都經(jīng)歷了一系列的逐級(jí)放大過(guò)程。首先進(jìn)行小型的工藝試驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)),以選擇試驗(yàn)裝置的型式,決定優(yōu)選的工藝條件并確定可達(dá)到的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。繼小試之后,再進(jìn)行規(guī)模稍大些的模型試驗(yàn)(模試)和規(guī)模再大一些的中間工廠試驗(yàn)(中試)，然后才能放大到工業(yè)規(guī)模的大型生產(chǎn)裝置。但是這種逐級(jí)放大方法不僅周期長(zhǎng)且耗資巨大[1],還會(huì)產(chǎn)生”放大效應(yīng)”達(dá)不到預(yù)期效果。

“放大效應(yīng)”存在的根本原因，主要在于隨著規(guī)模的改變，生產(chǎn)設(shè)備材質(zhì)、原料規(guī)格、循環(huán)物料的循環(huán)方式、生產(chǎn)方式、設(shè)備尺寸、設(shè)備選型等都將發(fā)生改變，而這些改變會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)工藝參數(shù)、產(chǎn)品收率等發(fā)生變化。

2 “預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工業(yè)逐級(jí)放大的經(jīng)驗(yàn)

2.1 遵循了工業(yè)放大的逐級(jí)放大規(guī)律

放大倍數(shù)是工業(yè)放大過(guò)程中一個(gè)必須要明確的概念，放大倍數(shù)，即工業(yè)生產(chǎn)線、裝置、設(shè)備的設(shè)計(jì)大小與采集數(shù)據(jù)用的最大試驗(yàn)生產(chǎn)線、裝置、設(shè)備大小間的比例關(guān)系。

放大倍數(shù)=工業(yè)生產(chǎn)速率/中間工廠生產(chǎn)速率

表1給出了典型工藝放大倍數(shù)[2]，從表1可以看出，實(shí)驗(yàn)室到中間工廠的放大率與體系有很大關(guān)系，氣體和液體體系相對(duì)有較大的放大倍數(shù)，而固體體系由于體系復(fù)雜，通常包含各種氣液固三相反應(yīng)或傳質(zhì)，放大倍數(shù)較小。

表1 典型工藝放大倍數(shù)和“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工藝對(duì)比

同時(shí)表1也給出了“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”實(shí)驗(yàn)室、中間工廠到工業(yè)化生產(chǎn)之間的放大倍數(shù)，從對(duì)比可以看出，“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”提取氧化鋁工藝各級(jí)放大倍數(shù)與典型工藝基本相似，基本遵循了工業(yè)放大的逐級(jí)放大規(guī)律，保證了工藝的可靠運(yùn)行。

2.2 在原成熟工藝上進(jìn)行了集成創(chuàng)新

“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工藝路線中的“預(yù)脫硅”部分是此工藝的核心，是建立在詳細(xì)分析高鋁粉煤灰顯微形態(tài)、化學(xué)成分和物相組成基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)而成的，但在實(shí)施上充分借鑒了進(jìn)口鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的“低溫拜耳法”溶出裝置，而“堿石灰燒結(jié)法”部分中各個(gè)工序則借鑒國(guó)內(nèi)鋁行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，熟料燒結(jié)工藝借鑒了中鋁公司山西鋁廠的低鋁硅比燒結(jié)技術(shù)和長(zhǎng)城鋁業(yè)的赤泥燒結(jié)生產(chǎn)工藝，熟料溶出工藝借鑒了哈薩克斯坦巴甫洛達(dá)爾氧化鋁廠的兩段溶出工藝，一二段脫硅借鑒了中鋁公司中州鋁廠中壓脫硅工藝，碳酸化分解采用中鋁公司山西鋁廠開(kāi)發(fā)的碳分生產(chǎn)砂狀氧化鋁工藝，分解分級(jí)和氫氧化鋁焙燒系統(tǒng)直接采用了國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的分解槽分解技術(shù)和氫氧化鋁懸浮焙燒技術(shù)。因此，可以說(shuō)“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工藝路線充分吸納了國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的單元工藝路線，并按照高鋁粉煤灰的性質(zhì)將這些單元進(jìn)行整合，形成了一整套適合高鋁粉煤灰提取氧化鋁的集成創(chuàng)新工藝路線。

2.3 主體技術(shù)裝備選擇了成熟設(shè)備

2.3.1 關(guān)鍵設(shè)備

關(guān)鍵設(shè)備指的是在整個(gè)工藝生產(chǎn)過(guò)程中，制約生產(chǎn)線成敗或者無(wú)法替代的設(shè)備或裝置。

表2給出了關(guān)鍵設(shè)備選型一覽表，從表中可以看出：粉煤灰預(yù)脫硅裝置采用套管預(yù)熱+保溫停留罐，相比目前鋁行業(yè)采用的拜耳法管道化溶出系統(tǒng)，無(wú)論從反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力還是設(shè)備選擇方面，都更為簡(jiǎn)單和可靠。熟料燒結(jié)設(shè)備采用國(guó)內(nèi)成熟的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，目前全國(guó)有近30條類似回轉(zhuǎn)窯正在運(yùn)行。熟料溶出車(chē)間采用兩段溶出技術(shù)，所選棒磨機(jī)為常規(guī)設(shè)備，而筒形溶出器雖然只有俄羅斯和哈薩克斯坦氧化鋁廠使用，但國(guó)內(nèi)大型設(shè)備廠家都能加工生產(chǎn)，種分設(shè)備和焙燒設(shè)備也采用國(guó)內(nèi)最成熟的氧化鋁生產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)備。

同時(shí)也可以看出，在工業(yè)化試驗(yàn)中，為了驗(yàn)證設(shè)備的可靠性，對(duì)關(guān)鍵的預(yù)脫硅裝置、回轉(zhuǎn)窯、筒形溶出器也進(jìn)行了適當(dāng)縮小，制成了小型模擬設(shè)備，在工業(yè)化試驗(yàn)中驗(yàn)證了設(shè)備的可行性。

2.3.2 重要設(shè)備

重要設(shè)備指的是在整個(gè)工藝生產(chǎn)過(guò)程中，除關(guān)鍵設(shè)備外對(duì)整條生產(chǎn)線起到重要作用的設(shè)備。

表3給出了重要設(shè)備選型一覽表，從表中可以看出：生料漿調(diào)配采用先進(jìn)成熟的管磨機(jī)和攪拌槽，二段溶出設(shè)備選用了棒磨機(jī)，碳分設(shè)備選用了碳分槽，蒸發(fā)器選用管式降膜蒸發(fā)器，這些設(shè)備均為鋁行業(yè)成熟設(shè)備。

表2 關(guān)鍵設(shè)備選型一覽表

表3 重要設(shè)備選型一覽表

2.4 副產(chǎn)品和廢棄物的開(kāi)發(fā)利用

副產(chǎn)品是在主要產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中附帶生產(chǎn)出來(lái)的非主要產(chǎn)品，如煉焦的副產(chǎn)品是苯、蒽、萘等。廢棄物是主要生產(chǎn)產(chǎn)品過(guò)程中產(chǎn)生的暫時(shí)不產(chǎn)生價(jià)值的固體廢物，如發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的粉煤灰、脫硫石膏等。一種新工藝或新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，不可避免會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)品和廢棄物，如何在完善工藝、不增加主產(chǎn)品成本的情況下實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)品和廢棄物消納是新工藝或新產(chǎn)品能否成功開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵性因素。

由于高鋁粉煤灰中富含鋁、硅、鐵、鎵等元素，在提取氧化鋁過(guò)程中不可避免要產(chǎn)生副產(chǎn)品和廢棄物，“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工藝中副產(chǎn)品為硅酸鈉溶液，廢棄物為硅鈣渣。“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工藝在副產(chǎn)品和廢棄物的開(kāi)發(fā)利用方面成效顯著，形成了以“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工藝為核心的多聯(lián)產(chǎn)工藝路線。比如使用鋁酸鈉粗液和硅酸鈉溶液作為鋁源和硅源生產(chǎn)分子篩，主要產(chǎn)品用作洗滌的4A型分子篩，用以催化劑載體的13A分子篩等，并已建成年產(chǎn)12萬(wàn)t 4A沸石項(xiàng)目；使用硅酸鈉溶液生產(chǎn)活性硅酸鈣用于造紙、橡膠塑料填料，并正在建設(shè)通過(guò)合成及加壓蒸發(fā)生產(chǎn)硅酸鈣保溫材料項(xiàng)目；廢棄物硅鈣渣用于生產(chǎn)水泥混合材和混凝土摻合料項(xiàng)目目前已建成投產(chǎn)。

3 “預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”工業(yè)逐級(jí)放大的教訓(xùn)

工業(yè)逐級(jí)放大方法雖可保證新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)或新工藝研發(fā)的成功，但必然會(huì)產(chǎn)生一定的“放大效應(yīng)”?！邦A(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”在工業(yè)放大過(guò)程中也不例外，在工藝運(yùn)行完善過(guò)程中就經(jīng)歷了各種挫折和困難，現(xiàn)將這些教訓(xùn)歸納如下。

3.1 設(shè)計(jì)與研發(fā)結(jié)合不足

按照分工不同，研究人員從事小試、中試和必要的冷模試驗(yàn)，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)律,而設(shè)計(jì)人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)和規(guī)律遵循設(shè)計(jì)規(guī)范去進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、過(guò)程評(píng)價(jià)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。因此，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或工藝研發(fā)過(guò)程中，研究人員和設(shè)計(jì)人員的交點(diǎn)僅僅在于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的傳遞和解讀，同時(shí)，為了避免發(fā)生知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛或者保密等方面的需求，研究人員提供給設(shè)計(jì)人員的試驗(yàn)數(shù)據(jù)往往進(jìn)行了一定的隱藏，這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員很難全面的理解產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或工藝研發(fā)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，只能以常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范或類似的成熟工藝去進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與工藝的匹配性較差。

“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于涉及到技術(shù)保密的問(wèn)題，部分核心技術(shù)并沒(méi)有向設(shè)計(jì)單位完全開(kāi)放，導(dǎo)致在工業(yè)放大過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員只能在工業(yè)化設(shè)計(jì)過(guò)程中參考鋁土礦提取氧化鋁的生產(chǎn)參數(shù)，由于設(shè)計(jì)依據(jù)和參數(shù)的不足以及原料物化性質(zhì)與傳統(tǒng)鋁土礦的不同，給設(shè)備選型和工藝流程的確定帶來(lái)較多不可控因素，從而導(dǎo)致部分工序工藝和設(shè)備不能完全滿足生產(chǎn)要求，試運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，投資花費(fèi)較大。

3.2 工程與工藝結(jié)合不足

工業(yè)放大的一般程序是：工藝人員首先通過(guò)小試驗(yàn)找到最佳的工藝條件，隨后進(jìn)行中試，將其結(jié)果提交設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員提供的工程設(shè)計(jì)圖紙由工程人員進(jìn)行工程化，將圖紙變?yōu)楣S，由于牽涉到工藝、設(shè)計(jì)、工程三項(xiàng)主體人員，工程人員往往不懂工藝，而工藝研發(fā)人員也很少介入到工程中去，導(dǎo)致有些在工程階段可以發(fā)現(xiàn)并解決的問(wèn)題及在工程階段可優(yōu)化的問(wèn)題沒(méi)有解決和優(yōu)化，工藝研發(fā)、設(shè)計(jì)、工程以至于生產(chǎn)形成了幾層皮，沒(méi)有形成有機(jī)結(jié)合，拖慢了工藝研發(fā)的工業(yè)化速度。

“預(yù)脫硅- 堿石灰燒結(jié)法”在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中，最能體現(xiàn)工程與工藝結(jié)合不足的示例是活性硅酸鈣合成及過(guò)濾洗滌工藝的開(kāi)發(fā)，在工業(yè)化試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，工藝人員已經(jīng)對(duì)活性硅酸鈣合成工藝在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化和完善，同時(shí)活性硅酸鈣使用板框壓濾機(jī)過(guò)濾后存在的堿含量過(guò)高，無(wú)法添加洗水的問(wèn)題已經(jīng)顯現(xiàn)，但在工業(yè)化放大過(guò)程中，研發(fā)人員與工程人員沒(méi)有進(jìn)行結(jié)合，對(duì)此數(shù)據(jù)沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的了解，也沒(méi)有進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)去解決活性硅酸鈣過(guò)濾及洗滌等問(wèn)題，任由設(shè)計(jì)單位根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)備選型和設(shè)計(jì)，導(dǎo)致活性硅酸鈣制備系統(tǒng)投資大、流程長(zhǎng)、設(shè)計(jì)過(guò)濾機(jī)無(wú)法達(dá)產(chǎn)，嚴(yán)重影響預(yù)脫硅系統(tǒng)與堿石灰燒結(jié)系統(tǒng)的匹配，后經(jīng)過(guò)多次改造后才實(shí)現(xiàn)了活性硅酸鈣制備系統(tǒng)與后續(xù)系統(tǒng)的產(chǎn)能平衡與匹配。

3.3 工藝與設(shè)備結(jié)合不足

設(shè)備是工藝的支撐和基礎(chǔ)，在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中，找到與工藝相匹配的設(shè)備是工藝開(kāi)發(fā)的一個(gè)核心問(wèn)題，只有做好設(shè)備選型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與工藝的匹配，才能確保開(kāi)發(fā)的新工藝實(shí)現(xiàn)成功。設(shè)備選型要遵循工藝匹配、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理三大原則，工藝匹配是首要原則，只要設(shè)備選型與工藝技術(shù)不匹配，必然就會(huì)導(dǎo)致工藝達(dá)不到設(shè)定參數(shù)。

高鋁粉煤灰預(yù)脫硅- 堿石灰石燒結(jié)法提取氧化鋁工藝，由于粉煤灰的特殊性，在提取氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中形成的各類漿液物料，對(duì)其物理化學(xué)特性掌握不全面，給設(shè)計(jì)、設(shè)備選型造成很多困難，嚴(yán)重影響了設(shè)備產(chǎn)能、指標(biāo)控制和生產(chǎn)組織進(jìn)行。表4就給出了典型的工藝與設(shè)備結(jié)合不足引起的設(shè)備選型出現(xiàn)偏差并影響達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)的示例。

表4 工藝與設(shè)備結(jié)合不足引起的設(shè)備選型偏差及影響

3.4 工業(yè)化試驗(yàn)未充分模擬工業(yè)生產(chǎn)及部分工序未試驗(yàn)

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，如果缺乏某一工序的中間工廠試驗(yàn)，工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)行受到的影響首先表現(xiàn)在拖延了工業(yè)裝置的投產(chǎn)日期，使一個(gè)生產(chǎn)工廠持續(xù)地處于計(jì)劃外的試生產(chǎn)階段，將明顯增加財(cái)政支出，并造成其他后果。利用高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁工藝沒(méi)有可供直接借鑒的成熟經(jīng)驗(yàn)，雖然經(jīng)過(guò)了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)化試驗(yàn)的逐級(jí)放大，但因?yàn)椴糠止ば蛭赐耆M工業(yè)化生產(chǎn)、部分工序未進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)等，導(dǎo)致在工業(yè)化過(guò)程中產(chǎn)生了各種各樣的問(wèn)題。

例如在工業(yè)化試驗(yàn)中由于熟料燒結(jié)系統(tǒng)使用柴油代替工業(yè)生產(chǎn)的煤粉作為燃料，熟料窯控制較為容易，熟料成分較為均勻，未暴露出燒結(jié)煤粉灰分、火焰控制等對(duì)熟料成分及操作難易程度的影響，但在工業(yè)化生產(chǎn)中，由于煤粉灰分進(jìn)入熟料，燒結(jié)粉煤灰熟料的鋁硅比降低到1.5～1.6，燒結(jié)溫度范圍不到40 ℃，物料易過(guò)燒、熔化，造成看火技術(shù)難度大、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈、燒大蛋、欠燒等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響熟料質(zhì)量及后續(xù)溶出。通過(guò)提高熟料添加鐵礬土提高熟料F/A、調(diào)整堿、鈣比等措施優(yōu)化熟料配方，使用高熱值、低灰分的煤，改善熟料燒結(jié)性能，引進(jìn)了自動(dòng)看火系統(tǒng)，強(qiáng)化看火人員的技能培訓(xùn)，外聘看火技術(shù)專家指導(dǎo)、提高看火技能，將窯頭看火攝像頭由原來(lái)的外置式改為內(nèi)置式，在回轉(zhuǎn)窯筒體加裝測(cè)溫裝置，停用了窯頭噴灰裝置，優(yōu)化了揚(yáng)料板數(shù)量，基本解決了回轉(zhuǎn)窯的看火技術(shù)難題，保證了熟料窯的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了熟料質(zhì)量。

4 對(duì)其他類似工藝產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)的建議

4.1 研究與設(shè)計(jì)要全面結(jié)合

新工藝的開(kāi)發(fā)或新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)要盡早實(shí)現(xiàn)研究和設(shè)計(jì)這兩個(gè)平行工作的結(jié)合，并盡可能位于一條線上。小試成果要提供給設(shè)計(jì)人員進(jìn)行概念設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)人員也可以參與到一些關(guān)鍵性的試驗(yàn)中去，因?yàn)檎_的小試能揭示過(guò)程的關(guān)健特征，可保證概念設(shè)計(jì)的可靠性。在概念設(shè)計(jì)中，可能會(huì)從工程角度提出新的研究問(wèn)題，這些問(wèn)題需要研究人員介入，通過(guò)研究加以解決后，設(shè)計(jì)人員可在新的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種評(píng)價(jià), 隨后進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，以此作為開(kāi)發(fā)研究的成果，可以說(shuō)，研究與設(shè)計(jì)的結(jié)合與合作是提高開(kāi)發(fā)水平的重要保證。

4.2 工程與工藝要從早期結(jié)合

新的工藝開(kāi)發(fā)，最好要求從小試階段開(kāi)始就實(shí)現(xiàn)工程與工藝的結(jié)合,這種結(jié)合可以是擅長(zhǎng)于工藝和擅長(zhǎng)于工程的人員同時(shí)參加小試、模試、工業(yè)化試驗(yàn)和工程化建設(shè)。工程與工藝的結(jié)合可通過(guò)了解小試、模試、工業(yè)化試驗(yàn)逐級(jí)放大過(guò)程的規(guī)律, 盡可能減少各種工程因素在工業(yè)放大過(guò)程中引起的“放大效應(yīng)”。

4.3 必須做好工藝與設(shè)備銜接

盡量采用新開(kāi)發(fā)工藝配套成熟設(shè)備或成熟工藝配套新開(kāi)發(fā)設(shè)備，即使是成熟設(shè)備，在工業(yè)放大過(guò)程中，也要進(jìn)行每一步的模擬，即研制模擬大型工業(yè)化設(shè)備的小型試驗(yàn)機(jī)，確保在模試、工業(yè)化試驗(yàn)等過(guò)程中盡可能模擬大型工業(yè)化生產(chǎn)，減少由于設(shè)備變更引起的工業(yè)“放大效應(yīng)”。

4.4 其他

在新工藝的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，要按照客觀規(guī)律辦事，要重視工業(yè)化試驗(yàn)的成果，做好副產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與利用等。

5 結(jié)語(yǔ)

粉煤灰是我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程中排放量最大的固體廢棄物，粉煤灰的綜合利用有巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，國(guó)家2013年1月修訂了《粉煤灰綜合利用管理辦法》，對(duì)粉煤灰提取氧化鋁等高附加值利用提供了更多的政策支持，同時(shí)隨著我國(guó)鋁土礦資源的日益短缺和國(guó)外鋁土礦進(jìn)口的限制，高鋁粉煤灰提取氧化鋁產(chǎn)業(yè)前景十分廣闊。

近年來(lái)，各種高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝正處于工業(yè)放大過(guò)程中，本文以”預(yù)脫硅-堿石灰燒結(jié)法”工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中工業(yè)放大經(jīng)驗(yàn)和放大效應(yīng)為基礎(chǔ)，提出高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中應(yīng)該注意的各項(xiàng)問(wèn)題，以期為其他高鋁粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁工藝及類似工藝的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)提供建議，推進(jìn)高鋁粉煤灰資源化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

[1] 任夫健,凌永社,王慶志.化工放大技術(shù)方法的研究[J].現(xiàn)代化工，2011,(1):1-5.

[2] 比索A,卡貝爾R L.鄧彤,毛卓雄,方兆珩等譯.化工過(guò)程放大:從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)到成功的工業(yè)規(guī)模設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1992.

Research and discussion on the industrial scale-up of extracting alumina from pulverized coal ash

YAN Xue-liang, CHANG Bin-jie

Based on the industrial scale-up experience and scale up effect of pre-desilication-soda lime sintering process, this paper puts forward the issues to be noticed during the industrialization of alumina production from high-alumina pulverized coal ash so as to provide an alternative suggestions for the development of other similar processes, and promote the rapid development of high alumina pulverized coal ash recycling industry.

high-alumina pulverized coal ash; alumina; industrial scale-up; scale up effect

閆學(xué)良( 1982— )，男，碩士，高級(jí)工程師，主要進(jìn)行高鋁粉煤灰提取氧化鋁工藝研究及產(chǎn)業(yè)化推廣、化工工業(yè)放大實(shí)施。

國(guó)家863項(xiàng)目煤電/煤化工廢物協(xié)同處置與循環(huán)利用技術(shù)及示范(2012AA06A115)

2016-09-06

TF821

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1672-6103(2017)03-0039-05