拜耳法氧化鋁廠鋁土礦磨礦工藝的選擇

白英偉

（貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院，貴陽 550081）

拜耳法氧化鋁廠是利用鋁土礦，采用拜耳法生產(chǎn)工藝生產(chǎn)氧化鋁的工廠，在拜耳法氧化鋁廠中礦石粒度選擇是否合適對鋁土礦溶出及沉降性能有較大影響，如何經(jīng)濟(jì)地磨到合格的粒度則需要通過磨礦工藝的對比來確定。

1 拜耳法簡介

拜耳法的主要生產(chǎn)工藝如圖1所示。

圖1 拜耳法主要生產(chǎn)工藝流程圖

鋁土礦經(jīng)磨礦設(shè)備磨制到合格粒度后，根據(jù)礦石的類型配入適當(dāng)?shù)膲A，然后在溶出裝置中被加熱到設(shè)定的溫度，礦石中的氧化鋁與堿反應(yīng)生產(chǎn)鋁酸鈉，從而進(jìn)入到溶液中，然后溶出礦漿經(jīng)加入赤泥洗液稀釋，再經(jīng)赤泥分離得到粗液及赤泥，赤泥經(jīng)壓濾后外排，粗液經(jīng)控制過濾后添加晶種進(jìn)行分解，分解料漿經(jīng)水平盤式過濾機(jī)進(jìn)行過濾分離后得到氫氧化鋁和母液，氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到產(chǎn)品氧化鋁，母液經(jīng)蒸發(fā)系統(tǒng)去除多余的水后，再補(bǔ)入適當(dāng)?shù)膲A后被送去進(jìn)行下一個(gè)拜耳循環(huán)。

1.1 磨礦工序在拜耳法中的地位

影響溶出過程的主要因素是溶出溫度、攪拌強(qiáng)度、循環(huán)母液堿濃度、溶出時(shí)間、礦石磨細(xì)程度六方面。對于某種礦石，當(dāng)其他條件一定時(shí)，磨礦粒度越細(xì)小，其表面積就越大，礦石與溶液接觸的面積就越大，即反應(yīng)的面積增大，在其他溶出條件相同時(shí)，溶出速率就會提升。另外，礦石的磨細(xì)加工會使原來被雜質(zhì)包裹的氧化鋁水合物暴露出來，增加氧化鋁的溶出率。當(dāng)然，礦石的磨細(xì)程度應(yīng)有合理的設(shè)定值，磨得過細(xì)，不僅會增加無謂的功率消耗，而且可能造成赤泥粒度過細(xì)，從而導(dǎo)致赤泥分離洗滌困難[1]。

2 拜耳法氧化鋁廠的主要磨礦工藝

目前，內(nèi)外拜耳法氧化鋁廠的主要磨礦工藝有單段球磨、兩段磨（即棒磨加球磨）、高壓輥磨加球磨等方式，除以上幾種磨礦工藝外，在礦山廣泛使用的半自磨磨礦工藝也在國外部分三水鋁石氧化鋁廠得到了應(yīng)用。

2.1 單段球磨

單段球磨磨礦工藝，即鋁土礦經(jīng)單段球磨機(jī)進(jìn)行磨礦，球磨機(jī)出來的礦漿經(jīng)水力旋流器或振動篩（也可以采用弧形篩）進(jìn)行分級，水旋器溢流或振動篩（弧形篩）篩下物即為合格礦漿，篩上物為不合格礦，通過母液沖刷返回球磨機(jī)繼續(xù)磨制。

對于三水鋁石型鋁土礦，由于其溶出性能通常較好，因此，礦粒度通常較粗（典型的磨礦粒度為P100≤1000μm，P80≤815μm），邦德球磨功指數(shù)也通常較小，對于到廠礦石粒度較小（通?？紤]100%≤15mm）的氧化鋁廠，單段球磨方式較為適合。通常在確定拜耳法氧化鋁廠的球磨機(jī)規(guī)格之前，需要通過試驗(yàn)確定礦石的邦德球磨功指數(shù)（BWi），同時(shí)還需進(jìn)行類似礦石的對比可磨性試驗(yàn)。

這種磨礦方式在國內(nèi)外大多數(shù)三水鋁石氧化鋁廠得到了廣泛應(yīng)用，如澳大利亞的雅文氧化鋁廠、巴西的ABC氧化鋁廠、魏橋的印尼氧化鋁廠（WHW）。

2.2 兩段磨

兩段磨磨礦工藝，即鋁土礦先經(jīng)棒磨進(jìn)行粗磨后，全部礦漿送入球磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，球磨機(jī)出來的礦漿經(jīng)水力旋流器進(jìn)行分級，水旋器溢流或振動篩篩下物即為合格礦漿，不合格礦漿返回球磨機(jī)繼續(xù)磨制，這種方式通常也被稱為“一段棒磨開路，二段球磨閉路，加水力旋流分級的磨礦工藝”。

對于一水硬鋁石型鋁土礦，由于其溶出性能遠(yuǎn)較三水鋁石為差，因此，求的磨礦粒度（典型的磨礦粒度為P100≤315μm，P80≤63μm）也較三水鋁石為細(xì)，采用單段球磨一次將鋁土礦磨制到合格粒度，不僅功耗較高，而且容易出現(xiàn)過磨的現(xiàn)象，因此，兩段磨的一段粗磨，一段細(xì)磨的方式更加適合。通常在確定拜耳法氧化鋁廠的棒磨機(jī)與球磨機(jī)規(guī)格之前，需要通過試驗(yàn)確定礦石的邦德棒磨功指數(shù)（RWi）、邦德球磨功指數(shù)（BWi），同時(shí)還需進(jìn)行類似礦石的對比可磨性試驗(yàn)。

這種磨礦方式在中國得到了廣泛應(yīng)用，中國約80%的拜耳法氧化鋁廠都是采用這種磨礦工藝，如中鋁廣西分公司一二三期工程、桂西華銀氧化鋁廠、貴州遵義氧化鋁廠、山東信發(fā)氧化鋁廠、廣西田東氧化鋁廠等。

2.3 高壓輥磨加球磨

高壓輥磨加球磨的磨礦工藝，即鋁土礦先經(jīng)高壓輥磨進(jìn)行粗磨后，通過皮帶送入球磨，配入適量的循環(huán)母液后，在球磨機(jī)中進(jìn)行細(xì)磨，球磨機(jī)出來的礦漿經(jīng)水力旋流器或振動篩（也可以采用弧形篩）進(jìn)行分級，水旋器溢流或篩下物即為合格礦漿，不合格礦漿返回球磨機(jī)繼續(xù)磨制。這種磨礦方式與兩段磨磨礦工藝類似，不同的是以高壓輥磨機(jī)代替了棒磨機(jī)，依據(jù)“多破少磨”的原則，降低了磨礦的功率消耗。

這種磨礦方式在中國部分氧化鋁廠得到了應(yīng)用，如中鋁廣西分公司提產(chǎn)改造48萬噸項(xiàng)目、貴州華錦氧化鋁廠、山西華興氧化鋁廠、山西復(fù)晟氧化鋁廠。

但通過對以上企業(yè)使用情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北方氧化鋁廠由于礦石含水含泥較低，較為適合使用這種方式進(jìn)行磨礦，但南方的氧化鋁廠由于礦石通常含水或含泥較高，在使用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行磨礦時(shí)，鋁土礦會附著在輥面上，嚴(yán)重影響輥磨機(jī)的正常運(yùn)行，且容易造成輥磨機(jī)下料口堵塞，也就是說南方的氧化鋁廠在進(jìn)廠的鋁土礦含水含泥較高的情況下不適合采用這種磨礦方式。

2.4 半自磨機(jī)

半自磨機(jī)，顧名思義，也就是將鋁土礦也作為磨礦介質(zhì)使用，即用部分大粒徑的鋁土礦代替鋼球，采用礦石磨礦石的方式來進(jìn)行磨礦。半自磨機(jī)出來的礦石同樣也需采用水力旋流器或振動篩進(jìn)行分級，水旋器溢流或振動篩篩下物即為合格礦漿，不合格礦漿返回磨機(jī)繼續(xù)磨制。

由于半自磨機(jī)的特殊性，即入磨粒度較大（通常允許的入磨磨礦石粒度為P100≤300mm），因此，如果采用半自磨機(jī)進(jìn)行磨礦，就可以取消礦石的粗碎（將鋁土礦由300mm破到80mm）及中碎工序（將鋁土礦由80mm破到15mm），且由于是采用鋁土礦代替鋼球作為磨礦介質(zhì)，磨礦的單位功耗也明顯下降，因此，考察將礦石由300mm破磨到合格粒度（P100≤1000μm）整個(gè)過程的功率消耗，這種破磨方式較一段粗碎、一段細(xì)碎、一段球磨這種方式總的能耗節(jié)約近20%。通常在確定拜耳法氧化鋁廠的半自磨機(jī)規(guī)格之前，需要通過試驗(yàn)確定JK落重試驗(yàn)、半自磨機(jī)粉碎試驗(yàn)、邦德棒磨功指數(shù)（RWi）、邦德球磨功指數(shù)（BWi）、邦德金屬磨損指數(shù)（Ai）。

這種磨礦方式在國外部分氧化鋁廠，如美鋁旗下的多家氧化鋁廠及2014年在沙特阿拉伯新建的maaden等氧化鋁廠使用。但目前在國內(nèi)還沒有氧化鋁企業(yè)采用這種磨礦方式。隨著國內(nèi)鋁土礦品位的逐步下降及鋁土礦資源的逐漸枯竭，國內(nèi)多家氧化鋁企業(yè)將采用進(jìn)口三水鋁石作為礦石來源，這種方式所占權(quán)重也將越來越大。

3 磨礦工藝比較

3.1 假設(shè)條件

為便于比較，特做如下假設(shè)。

礦石類型：三水鋁石；礦石質(zhì)量流量：700t/h；到廠礦石粒度：100%≤200mm；礦石的邦德功指數(shù)：14kwh；球磨機(jī)入礦粒度：F100≤15mm；合格礦石粒度：P100≤ 1000μm。

3.2 磨礦工藝選擇原則與方案

磨礦工藝選擇的主要原則有三個(gè)：滿足工藝要求；建設(shè)投資低；運(yùn)行成本低。

考慮到礦石類型為三水鋁石，且合格礦石粒度為P100＜1000μm，因此，暫不考慮兩段磨方案；但由于到廠礦石粒度較粗（P100＜200mm），單段球磨顯然不能滿足，單段破碎加單段球磨方式由于破碎比過高也存在問題，因此，球磨機(jī)方案考慮與兩段破碎結(jié)合設(shè)置。結(jié)合磨礦工藝，可選的磨礦方案有如下三種。

方案一：一段粗碎（采用圓錐破碎機(jī)將礦石粒度從200mm破碎至50mm）、一段細(xì)碎（采用圓錐破碎機(jī)將礦石粒度從50mm破碎至15mm）再加單段球磨（將礦石粒度從15mm破碎至1mm）。

方案二：一段粗碎（采用圓錐破碎機(jī)將礦石粒度從200mm破碎至50mm）、一段細(xì)碎（采用高壓輥磨機(jī)將礦石粒度從50mm破碎至15mm）再加單段球磨（將礦石粒度從15mm破碎至1mm）。

方案三：采用半自磨機(jī)（采用圓錐破碎機(jī)將礦石粒度從200mm破碎至1mm）。

3.3 建設(shè)投資及運(yùn)行成本

3.3.1 方案一

表1 設(shè)備投資

表2 土建投資

總投資及勞動定員：安裝費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的15%計(jì)，約719萬元，電氣及其他投資約為800萬元，總投資約為7655萬元，總裝機(jī)功率為11995kW，額定功率為8865kW。破碎車間勞動定員（含中碎及細(xì)碎）約15人。

3.3.2 方案二

表3 設(shè)備投資

總投資及勞動定員：安裝費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的15%計(jì)，約777萬元，電氣及其他投資約為800萬元，總投資約為7712萬元，總裝機(jī)功率為14102kW，額定功率為10972kW。破碎車間勞動定員（含中碎及細(xì)碎）約12人。

3.3.3 方案三

總投資及勞動定員：安裝費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的15%計(jì)，約1129萬元，電氣及其他投資約為500萬元，總投資約為9273萬元，總裝機(jī)功率為10590kW，額定功率為7060kW。勞動定員無（無破碎車間）。

表4 土建投資

表5 設(shè)備投資

表6 土建投資

3.3.4 綜合對比表

表7 建設(shè)投資

3.3.5 結(jié)論

根據(jù)以上對比可以看出，方案一與方案二相比，總投資相差無幾，方案一的總電機(jī)功耗小于方案二，勞動定員較后者稍多，但細(xì)碎設(shè)備的圓錐破碎機(jī)在此種出礦粒度下實(shí)際上很難滿足要求。就其技術(shù)可行性而言，方案二優(yōu)于方案一。

方案三與方案二相比較，總投資略高，但磨礦總功耗明顯較低，以電價(jià)0.35元/kw·h計(jì)算，方案三較方案二年節(jié)約電費(fèi)=（10972-7060）×8760×0.95×0.35/10000=1140萬；且方案三流程簡單，減少了中碎及細(xì)碎車間，減少了破碎車間勞動定員，且大大減少了總圖占地。此外，方案二中的細(xì)碎設(shè)備高壓輥磨機(jī)對礦石含水率、含泥率等也有較高要求。因此，無論從建設(shè)投資、運(yùn)行成本、總圖占地以及磨礦工藝的包容性等角度分析，方案三均優(yōu)于方案二，即在當(dāng)前的礦石情況下，推薦方案三，即采用半自磨工藝。

4 結(jié)語

成品礦石粒度選擇是否合適對鋁土礦溶出及沉降性能有較大的影響，通常需要磨到什么粒度可以通過礦石的加工性能試驗(yàn)來確定，但怎么經(jīng)濟(jì)地磨到這個(gè)粒度則要通過詳細(xì)磨礦工藝方案的對比分析來確定，由于世界各地鋁土礦破磨性能不盡相同，因此，本文只是通過一個(gè)具體例子給出個(gè)例的選擇建議，具體各個(gè)項(xiàng)目應(yīng)怎么選擇合適的破磨工藝，還需要根據(jù)具體情況確定。但總體原則是不變的，即首先確定破磨工藝對鋁土礦工藝性能的適合性，再考慮其建設(shè)投資和運(yùn)行成本，綜合比較后確定。