串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁工藝技術(shù)研究與進(jìn)展

廖鵬

摘? 要：我國的鋁土礦大多為高鋁高硅低鐵的中品位一水硬鋁石礦型鋁土礦，隨著我國氧化鋁產(chǎn)能不斷增加，高品位礦石不斷消耗，礦石逐年貧化，氧化鋁企業(yè)使用的礦石品位逐年降低，企業(yè)生產(chǎn)成本持續(xù)增加。從長遠(yuǎn)看，通過拜耳法處理中低品位鋁土礦，再使用燒結(jié)法處理拜耳法赤泥進(jìn)一步回收氧化鋁和堿，實現(xiàn)串聯(lián)法生產(chǎn)，對提高資源利用率、降低生產(chǎn)成本具有重要的社會意義及經(jīng)濟(jì)意義。文章探究了國內(nèi)外串聯(lián)法的生產(chǎn)工藝，并重點分析了某公司串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝進(jìn)展與技術(shù)創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)法;生產(chǎn)工藝;技術(shù)創(chuàng)新

中圖分類號：TF821? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0143-02

1 概述

目前應(yīng)用于氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的方法幾乎全部為堿法，堿法生產(chǎn)氧化鋁有拜耳法、燒結(jié)法以及拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法等多種流程。拜耳法具有能耗低，流程相對簡單，成本低的優(yōu)點，目前被廣泛采用，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的91.4%[1]，但拜耳法生產(chǎn)工藝鋁土礦回收率低、堿耗高，赤泥堆存以及再利用難度大，特別是對礦石品位要求較高。燒結(jié)法生產(chǎn)工藝鋁土礦回收率高，堿耗低，但燒結(jié)法工藝復(fù)雜，投資大，特別是能源消耗較高。而串聯(lián)法生產(chǎn)工藝吸收了拜耳法和燒結(jié)法的優(yōu)點，既具備拜耳法成本低、能耗低的特點，又具有燒結(jié)法的氧化鋁回收率高、堿耗低的優(yōu)勢，最大限度克服了它們的劣勢，特別適合處理較低品位的鋁土礦，發(fā)展前景廣闊，特別適合我國鋁資源現(xiàn)狀。

2 串聯(lián)法的實質(zhì)與技術(shù)特點

串聯(lián)法的實質(zhì)是先用簡單的拜耳法生產(chǎn)工藝技術(shù)從鋁土礦中提取絕大部分然后再用燒結(jié)法處理拜耳法赤泥，進(jìn)一步提取其中的氧化鋁和堿，所得的鋁酸鈉溶液并入拜耳法系統(tǒng)[2]。串聯(lián)法同混聯(lián)法、拜耳法相比有如下特點[23]：

（1）氧化鋁回收率高?？杀绕渌に嚫叱黾s20%。

（2）鋁土礦消耗低。因為串聯(lián)法的燒結(jié)法部分是處理的拜耳法赤泥，如果拜耳法、燒結(jié)法比例適宜，串聯(lián)的總礦耗比純拜耳法低40%。

（3）堿耗低。在串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)中燒結(jié)法系統(tǒng)不僅回收了氧化鋁和堿，而且還可以將拜耳法生產(chǎn)過程中損失的苛堿由較為廉價的碳堿補(bǔ)充。

（4）赤泥排放量低。從礦耗可以看出，若按串聯(lián)法赤泥排放量100%計，則拜耳法赤泥約為116%。

（5）有利于生產(chǎn)砂狀氧化鋁。由于低αk的燒結(jié)法粗液與拜耳法溶出液合流，從而降低了串聯(lián)法分解原液的αk，這不僅可以提高分解動力，而且為生產(chǎn)砂狀氧化鋁提供了良好的條件。

（6）能耗居中。若按串聯(lián)法綜合能耗100%計，則混聯(lián)法約為120%，拜耳法約為70%。其主要原因是串聯(lián)法中有高能耗的燒結(jié)過程。

（7）工藝流程復(fù)雜。串聯(lián)法比混聯(lián)法、石灰拜耳法、選礦拜耳法增加了拜耳法赤泥燒結(jié)和熟料溶出過程，使得工藝流程加長，相應(yīng)的要比其他工藝流程復(fù)雜一些。

綜上所述，串聯(lián)法雖在綜合能耗上處于劣勢，但是氧化鋁整體運行成本較低，產(chǎn)品質(zhì)量有保障，并對于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和資源的充分利用方面有獨特的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)鋁工業(yè)的長期可持續(xù)發(fā)展。

3 國內(nèi)外串聯(lián)法的工業(yè)實踐與探究

3.1 哈薩克斯坦的巴甫洛達(dá)爾氧化鋁廠串聯(lián)法生產(chǎn)工藝

上世紀(jì)五十年代，原蘇聯(lián)的全蘇鋁鎂設(shè)計院為了經(jīng)濟(jì)合理地利用哈薩克斯坦的鋁土礦（含Al2O3<46%，F(xiàn)e2O3 16%～20%，A/S 3～4）做了大量的研究工作和半工業(yè)性試驗，在全面比較了燒結(jié)法、并聯(lián)法、串聯(lián)法等多種方案后，選用了串聯(lián)法建設(shè)巴甫洛達(dá)爾廠。在2000年之前，世界上僅有此一家運行應(yīng)用串聯(lián)法生產(chǎn)的氧化鋁廠。

3.2 中國鋁業(yè)山西分公司氧化鋁廠創(chuàng)新串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝

自2009年5月以來，中國鋁業(yè)山西分公司采用低鋁硅比熟料燒結(jié)、低碳鈉熟料溶出、燒結(jié)法粗液合流脫硅的工藝生產(chǎn)技術(shù)路線，首創(chuàng)了創(chuàng)新串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)新工藝。為實現(xiàn)礦石的綜合利用，大幅降低氧化鋁生產(chǎn)的礦耗和堿耗，中國鋁業(yè)山西分公司開展了一系列氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)的研究，國內(nèi)首創(chuàng)的創(chuàng)新串聯(lián)法生產(chǎn)工藝技術(shù)，使熟料燒結(jié)鋁硅比從混聯(lián)法的3.08降至目前1.70左右，在完全消化老系統(tǒng)赤泥的基礎(chǔ)上，以燒結(jié)新系統(tǒng)60%以上的拜耳法赤泥為目標(biāo)。2015年5月中國鋁業(yè)山西分公司第一氧化鋁廠發(fā)揮創(chuàng)新串聯(lián)法生產(chǎn)優(yōu)勢，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，不斷加強(qiáng)內(nèi)部操作，提高拜耳法赤泥摻配量。拜耳法赤泥是氧化鋁工藝過程中產(chǎn)生的廢棄物，一般只能筑壩堆存，不但占用人力、土地、設(shè)備等資源，還損失了赤泥中附帶的有價資源氧化鋁和堿，但在山西分公司獨特的創(chuàng)新串聯(lián)法工藝中，赤泥只是放錯位置的資源。

串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝的實施取消了多年來燒結(jié)法的粗料脫硅、硅渣分離、碳酸化分解等多個高耗能工序，大大簡化燒結(jié)法生產(chǎn)工藝流程，同時盡可能消耗拜耳法赤泥，回收其中的氧化鋁和氧化鈉，大幅度降低了氧化鋁生產(chǎn)的礦耗和堿耗。下面主要談一下我公司串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝及技術(shù)創(chuàng)新。

4 山西鋁業(yè)串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝分析及技術(shù)創(chuàng)新

4.1 山西鋁業(yè)有限公司串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝分析

山西鋁業(yè)與俄羅斯鋁業(yè)公司以及東北大學(xué)設(shè)計院、恩菲設(shè)計院合作，經(jīng)過科學(xué)試驗，優(yōu)選工藝技術(shù)及裝備，建成了年產(chǎn)100萬噸的串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是目前世界上運行的第二條、國內(nèi)第一條串聯(lián)法生產(chǎn)線。山西鋁業(yè)串聯(lián)法生產(chǎn)線2010年全面投產(chǎn)，經(jīng)過幾年的不斷試驗攻關(guān)和改造，100萬噸串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)線于2015年實現(xiàn)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。

4.2 山西鋁業(yè)串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁的主要技術(shù)創(chuàng)新

山西鋁業(yè)串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)從工藝、流程、配料、熟料燒結(jié)、熟料溶出沉降及設(shè)備選型、自動控制等方面都進(jìn)行了深入研究，并取得了重大技術(shù)創(chuàng)新。

4.2.1 低品位鋁土礦高效利用技術(shù)

鋁硅比在5.5左右的鋁土礦，利用串聯(lián)法工藝生產(chǎn)，氧化鋁回收率達(dá)到92%以上，比拜耳法78%的回收率提升14%以上，堿耗降低了60%，從而做到低品位鋁土礦的高效利用。采用串聯(lián)法處理中低品位礦石是我國氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個戰(zhàn)略決策。

4.2.2 獨特的串聯(lián)法赤泥配料技術(shù)

目前傳統(tǒng)熟料配方計算方法是建立在燒結(jié)法燒結(jié)低品位鋁土礦（A/S 3左右），原料中鋁含量較高、鐵含量相對低的情況下，未充分考慮鐵的影響。串聯(lián)法中燒結(jié)部分使用拜耳法赤泥作為主要原料，具有鋁含量低（熟料的A/S在1.3以下）、鐵含量高的特點，因而熟料中鐵酸鈉和鐵酸鈣高，熟料的燒結(jié)溫度低且燒成溫度范圍窄，容易造成熟料窯燒成帶結(jié)圈及“滾大蛋”，給熟料窯的操作帶來困難。

因此，獨創(chuàng)了串聯(lián)法使用拜耳法赤泥燒結(jié)的熟料配方技術(shù)，采用新的堿平衡配方，與傳統(tǒng)燒結(jié)法的最大區(qū)別在于鐵的考量不一樣，在熟料配方中堿比中未計算鐵，而是在鈣比中計算，再通過合理的配方數(shù)值調(diào)整，打破傳統(tǒng)燒結(jié)法把氧化鐵配制成鐵酸鈉礦物的做法，而使氧化鐵與氧化鈣匹配反應(yīng)，生成不溶的鐵酸鈣，解決鐵使赤泥沉降性能變差的問題。

4.2.3 低鋁硅比高鐵熟料燒結(jié)技術(shù)

熟料燒結(jié)的目的是使調(diào)配合格后的生料漿在回轉(zhuǎn)窯中高溫?zé)Y(jié)，使生料各成分互相反應(yīng)。因串聯(lián)法熟料A/S極低而Fe2O3含量高，燒結(jié)溫度范圍很小，如果燒結(jié)溫度偏低，會出現(xiàn)欠燒熟料;如果溫度太高，則會過燒熟料，固溶體多，氧化鋁和氧化鈉溶出率下降，熟料可磨性差。利用循環(huán)物料調(diào)節(jié)物料燒結(jié)溫度技術(shù)，較好的解決了物料燒結(jié)范圍窄難燒結(jié)的問題。

4.2.4 無碳酸鈉、低苛性比熟料溶出技術(shù)

熟料溶出過程二次反應(yīng)損失的根本原因是熟料中的原硅酸鈣在溶出、分離過程中被鋁酸鈉溶液分解，分解產(chǎn)物Na2SiO3和Ca（OH）2與NaAl（OH）4又相互作用生成含氧化鋁的不溶物進(jìn)入赤泥造成氧化鋁損失。當(dāng)溶出條件不當(dāng)時，二次反應(yīng)所造成的損失嚴(yán)重。通過適當(dāng)?shù)娜艹鲆簼舛?、比重，可以大幅度減少溶出過程二次反應(yīng)和二次反應(yīng)損失，有效控制二次反應(yīng)，實現(xiàn)高效率溶出。

4.2.5 熟料兩段溶出、高效沉降分離技術(shù)

采用熟料兩段溶出，高效沉降槽進(jìn)行赤泥分離，可以解決熟料赤泥產(chǎn)出量大、溶出液氧化鋁濃度難提升、高固含漿液難分離、二次損失大的問題。

4.2.6 赤泥干堆技術(shù)

赤泥經(jīng)過分離脫水壓實干堆，提高了赤泥回水利用率，大大降低了赤泥濕堆的安全和環(huán)境風(fēng)險，符合我國持續(xù)發(fā)展、科學(xué)發(fā)展的國策。

5 展望

串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)一直是我國幾代鋁工業(yè)人的夢想，我國首條100萬噸/年串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)線已于2010年5月在魯能晉北鋁業(yè)投產(chǎn);中鋁重慶氧化鋁廠80萬噸/年串聯(lián)法也于2010年11月投產(chǎn)。其他原混聯(lián)法廠也在積極改造向串聯(lián)法靠攏，中鋁山西鋁廠的“創(chuàng)新聯(lián)合法”氧化鋁生產(chǎn)線，已于2009年7月投產(chǎn)，取得了較好的效果，已投產(chǎn)的串聯(lián)法氧化鋁廠技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效果日益凸現(xiàn)，這標(biāo)志著我國氧化鋁生產(chǎn)方法邁入“拜耳-燒結(jié)串聯(lián)法”新階段。當(dāng)面對我國極其匱乏的鋁土礦資源，我們一定要努力提高資源利用率，相信經(jīng)過我們鋁工業(yè)人一起努力，串聯(lián)法在我國廣泛應(yīng)用是指日可待的。

6 結(jié)束語

拜耳-燒結(jié)串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝特別適合處理我國中低品位的一水硬鋁型鋁土礦，是目前最有發(fā)展前景的氧化鋁生產(chǎn)工藝方法，特別適合我國鋁資源現(xiàn)狀。我公司串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝取得了重大技術(shù)創(chuàng)新，鋁土礦石利用率得以提高，帶來了較高的社會經(jīng)濟(jì)效益，發(fā)展前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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