拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝的蒸發(fā)技術(shù)

湯志彩，王善濤

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁是目前應(yīng)用最普及的生產(chǎn)方式，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、流程短、生產(chǎn)的氧化鋁質(zhì)量高，相對(duì)于燒結(jié)法生產(chǎn)工藝，具有投資少、易管理、能耗低等特點(diǎn)，所以目前我國(guó)新建設(shè)的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)大多采用了拜耳法生產(chǎn)工藝。

目前我國(guó)的氧化鋁產(chǎn)能超過(guò)了世界總產(chǎn)能的一半，而全世界新增產(chǎn)能的90%來(lái)自于中國(guó)氧化鋁的擴(kuò)建，大量的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)集中在利用當(dāng)?shù)匾凰蹭X石鋁土礦的河南、山西、廣西和利用進(jìn)口一水軟鋁石和三水軟鋁石的山東地區(qū)，由于生產(chǎn)礦石的不同，各自的蒸發(fā)方案也略有差異。

1 拜耳法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

拜耳法生產(chǎn)工藝的第一步流程是對(duì)鋁土礦石進(jìn)行破碎和研磨，添加含有大量液堿的母液調(diào)配成生產(chǎn)用的礦漿送入溶出工序。

在溶出工序，礦漿經(jīng)過(guò)高溫和高壓反應(yīng)制備成鋁酸鈉溶液。完成該工序的作業(yè)后溶液進(jìn)入赤泥分離工序分離溶液中的溶出固體和液體洗滌赤泥后形成過(guò)飽和溶液在晶種分級(jí)工序添加晶種是溶液中的氫氧化鋁析出。

蒸發(fā)工序采用蒸汽加熱的方式處理分解后的溶液，使溶液中的水分蒸發(fā)達(dá)到增加溶液濃度的目的，濃度提高后的溶液可以用于調(diào)配礦石重新利用其中的液堿。這些工序就是拜耳法生產(chǎn)的基本工藝過(guò)程。因?yàn)椴煌再|(zhì)的礦石其溶出難易程度有較大差異所需要的母液濃度是不一樣的，所以各種礦石生產(chǎn)工藝的蒸發(fā)方案也存在差異。

2 一水硬鋁石為原料的蒸發(fā)工藝

一水硬鋁石的溶出難度較大、條件較為苛刻，制備的鋁酸鈉溶液有較高的濃度，蒸發(fā)原液堿含量約在170g/L～190g/L之間，母液的堿含量大約在240g/L～250g/L之間。

我國(guó)大部分地區(qū)的一水硬鋁石含有較高的碳酸鹽，在進(jìn)行溶出反應(yīng)時(shí)礦石中的碳酸鹽會(huì)大量的進(jìn)入到生產(chǎn)流程中，這對(duì)后續(xù)生產(chǎn)工序的分解反應(yīng)過(guò)程有很大的負(fù)面影響，要降低這種影響需將溶液的濃度升高的320g/L左右，并將溶液中的雜質(zhì)以結(jié)晶形式排除。山西的鋁土礦碳酸鹽含量相對(duì)較低，流程中碳酸鈉無(wú)富集所以不需要排鹽工序。鋁酸鈉溶液蒸發(fā)工藝一般采用六效管式降膜蒸發(fā)器組加上強(qiáng)制循環(huán)排鹽蒸發(fā)器的形式。因?yàn)橐凰蹭X石中存在碳酸鈉富集的情況所以在蒸發(fā)工序還需要強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，這是由于礦石的原因決定的，如果不存在碳酸鈉富集問(wèn)題，蒸發(fā)工序可以不使用強(qiáng)制循環(huán)及排鹽系統(tǒng)。但是蒸發(fā)器機(jī)組的新蒸汽消耗量與蒸發(fā)水量還是較高一般在0.24左右，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)增加自蒸發(fā)器的數(shù)量，提高蒸汽的循環(huán)利用次數(shù)來(lái)改善。

3 六效蒸發(fā)器機(jī)組的設(shè)備組成

隨著氧化鋁蒸發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，六效管式降膜蒸發(fā)器組的蒸水能力得到迅速提高，擴(kuò)建的大型氧化鋁企業(yè)普遍采用了大型化、集成化設(shè)計(jì)。蒸發(fā)器機(jī)組一般由Ⅰ～Ⅵ效管式降膜蒸發(fā)器組、強(qiáng)制循環(huán)排鹽蒸發(fā)器、Ⅰ～Ⅲ級(jí)自蒸發(fā)器、原液閃蒸器、水冷器、Ⅰ～Ⅵ效冷凝水罐、各效循環(huán)泵、Ⅱ～Ⅵ效過(guò)料泵、出料泵等九大主要部分構(gòu)成。根據(jù)工藝流程順序生產(chǎn)物料從四效、六效分兩段進(jìn)入，四效進(jìn)料經(jīng)四效、三效、二效、一效與其中的蒸汽進(jìn)行換熱后經(jīng)過(guò)三級(jí)閃蒸后出料，六效進(jìn)料經(jīng)過(guò)五效與蒸汽逆流換熱后出料。新蒸汽從一效進(jìn)入與溶液換熱后形成新蒸汽冷凝水。

經(jīng)過(guò)換熱后的高溫溶液在分離室閃蒸出二次蒸汽進(jìn)入下一效換熱并依次進(jìn)行。經(jīng)過(guò)以上工序到達(dá)六效的二次蒸汽蘊(yùn)含熱量較低失去生產(chǎn)利用價(jià)值后進(jìn)入到水冷器中混合循環(huán)水冷凝后供其他用水工序使用。蒸發(fā)過(guò)程中利用新蒸汽換熱后形成的冷凝水水質(zhì)較高可以再次送到電廠作為鍋爐用水。其他各效加熱室中換熱后的二次蒸汽冷凝水在水罐中聚集進(jìn)入下一效閃蒸利用蘊(yùn)含在其中的熱量。最終形成的二次蒸汽冷凝水在六效冷凝水罐中進(jìn)入到離心泵中并由離心泵輸送的其他工序繼續(xù)使用。

4 一水軟鋁石為原料的蒸發(fā)工藝

由于我國(guó)的鋁土礦多是一水硬鋁石，所以以一水軟鋁石為生產(chǎn)原料的多是新建的氧化鋁企業(yè)，這些企業(yè)以進(jìn)口澳大利亞的礦石為原料，主要分布交通便利的在山東地區(qū)，相對(duì)于一水硬鋁石，一水軟鋁石制備溶液的濃度要低一些，原液的堿含量在130g/l左右，母液的堿含量在180g/l～220g/l之間，其溶液的黏度和液堿的濃度、固含等也是比較高的，蒸發(fā)工藝也是六效管式降膜蒸發(fā)器加強(qiáng)制循環(huán)與一水硬鋁石蒸發(fā)類(lèi)似。處理這種礦石的蒸發(fā)器機(jī)組的蒸水能力在240t/h左右，汽水比約在0.2～0.23左右。

5 拜爾法處理三水軟鋁石的蒸發(fā)工藝

我國(guó)的鋁土礦主要是一水硬鋁石和一水軟鋁石，而三水軟鋁石主要是進(jìn)口的鋁土礦，現(xiàn)在處理三水軟鋁石的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)主要集中在山東地區(qū)，由于交通便利山東地區(qū)的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)大量進(jìn)口來(lái)自其他國(guó)家的三水軟鋁石生產(chǎn)氧化鋁。三水軟鋁石生產(chǎn)氧化鋁工藝的特點(diǎn)是其鋁酸鈉溶液的濃度相對(duì)較低，蒸發(fā)原液中的堿含量只有110g/L～130g/L左右，而蒸發(fā)母液的堿含量在160g/L～180g/L之間。利用三水軟鋁石生產(chǎn)工藝中鋁酸鈉溶液的蒸發(fā)技術(shù)同樣可以利用六效管式降膜蒸發(fā)器組加上強(qiáng)制循環(huán)排鹽蒸發(fā)器形式。其中最常用的蒸發(fā)器機(jī)組的蒸水能力在240t/h～280t/h，蒸發(fā)機(jī)組的組成也與六效管式降膜蒸發(fā)器一樣，蒸發(fā)器組處理鋁酸鈉溶液堿濃度較低，汽水比約在0.19～0.2左右。由于三水軟鋁石生產(chǎn)氧化鋁工藝流程中的鋁酸鈉溶液的濃度低可利用的溫差范圍更寬，所以除了可以采用較普遍的六效管式降膜蒸發(fā)器外，還可以使用七效管式降膜蒸發(fā)器。

6 七效蒸發(fā)器機(jī)組的設(shè)備組成

七效蒸發(fā)器流程基本與六效相同，相對(duì)于六效蒸發(fā)器七效蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)在于二次蒸汽可以多利用一次，蒸汽利用的次數(shù)越多，蒸汽消耗也就越低，這樣可以節(jié)約更多的蒸汽消耗降低生產(chǎn)成本。

七效蒸發(fā)器機(jī)組主要由：Ⅰ～Ⅶ效管式降膜蒸發(fā)器組、強(qiáng)制循環(huán)排鹽蒸發(fā)器、Ⅰ～Ⅳ級(jí)自蒸發(fā)器、原液閃蒸器、冷器、Ⅰ～Ⅶ效冷凝水罐、各效循環(huán)泵、Ⅱ～Ⅶ效過(guò)料泵、出料泵等組成。

其實(shí)七效蒸發(fā)器相當(dāng)于六效蒸發(fā)器再增加一臺(tái)管式降膜蒸發(fā)器，所以實(shí)際上可以通過(guò)技改將六效蒸發(fā)器變?yōu)槠咝д舭l(fā)器。以50萬(wàn)噸氧化鋁廠240t/h的蒸發(fā)器機(jī)組的技改為例，其基本成本如下：

設(shè)備總投資增加約265萬(wàn)元，主要包括1臺(tái)Q235R的管式降膜蒸發(fā)器和1臺(tái)Q235R的冷凝水罐再加上兩臺(tái)總功率為160kw的離心泵。

安裝蒸發(fā)器、水罐、離心泵的土建和管道材料需150萬(wàn)元左右，另外投入運(yùn)行后還要增加每年約50萬(wàn)元左右的運(yùn)行成本。由于七效蒸發(fā)器的汽水比可以達(dá)到0.17～0.19之間，每年可節(jié)約3.2萬(wàn)噸蒸汽，每年可產(chǎn)生250萬(wàn)元以上的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

蒸發(fā)工序是保持拜耳法生產(chǎn)工藝系統(tǒng)液量平衡的關(guān)鍵，蒸發(fā)工序的蒸汽消耗量占氧化鋁生產(chǎn)所用蒸汽總消耗量的40%左右，因此蒸發(fā)工序的節(jié)能降耗工作有很大的挖掘潛力，掌握不同的鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁工藝及其對(duì)蒸發(fā)工序的影響，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，盡量將蒸汽進(jìn)行多次利用減少浪費(fèi)，通過(guò)技改增加蒸發(fā)效數(shù)以及增加高效的閃蒸裝置實(shí)現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)的節(jié)能減排不失為一個(gè)好辦法。