氧化鋁廠分解分級(jí)工序的設(shè)計(jì)優(yōu)化與研究

易武平

（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

晶種分解就是將鋁酸鈉溶液降溫，增大其過(guò)飽和度，再加入氫氧化鋁做晶種，并進(jìn)行攪拌，使其析出氫氧化鋁的過(guò)程。晶種分解是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一，它對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量以及全廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重大的影響[1]。近年來(lái)，中國(guó)氧化鋁行業(yè)高速發(fā)展，氧化鋁廠分解分級(jí)工序在工藝流程、工藝配置、設(shè)備選型等方面也有不少創(chuàng)新和發(fā)展，本文提出了其中的一部分設(shè)計(jì)優(yōu)化與創(chuàng)新成果，并提出了相關(guān)建議和思考。

1 兩段分解氫氧化鋁分級(jí)工藝流程的優(yōu)化研究

二段分解技術(shù)就是采用低濃度、低固含的種子分解技術(shù)，種子按細(xì)晶種和粗晶種分兩次加入，氫氧化鋁顆粒的附聚在一段分解槽中完成，氫氧化鋁顆粒的長(zhǎng)大在二段分解槽中完成。根據(jù)氫氧化鋁分級(jí)工藝的不同，目前氧化鋁廠主要有以下兩種流程方案。

1.1 兩級(jí)水力旋流器+細(xì)種子沉降槽方案（傳統(tǒng)方案）

此方案流程為：部分降溫后的精液與細(xì)種子混合后進(jìn)入分解附聚槽，另一部分精液繼續(xù)降溫后與附聚料漿及粗種子料漿混合進(jìn)入分解長(zhǎng)大槽，經(jīng)分解長(zhǎng)大后的料漿進(jìn)入分級(jí)旋流系統(tǒng)。一級(jí)旋流器底流作為成品去成品過(guò)濾，溢流送至二級(jí)旋流器。二級(jí)旋流器底流同分解末槽漿液合流作為粗種子，加入分解長(zhǎng)大槽，溢流送去細(xì)種子沉降槽。細(xì)種子沉降槽底流送至細(xì)種子過(guò)濾機(jī)，濾餅與熱交換來(lái)精液混合，送分解附聚首槽，完成一個(gè)分解循環(huán)。

該分級(jí)流程較復(fù)雜，設(shè)置有兩級(jí)水力旋流器+細(xì)種子沉降流程，設(shè)備數(shù)量和種類相對(duì)較多，主要方案流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 兩級(jí)水力旋流器+細(xì)種子沉降槽方案流程圖

1.2 一級(jí)水力旋流器方案（優(yōu)化后方案）

優(yōu)化后的方案流程為：從分解槽排出的氫氧化鋁料漿通過(guò)旋流器喂料泵進(jìn)水力旋流器，在旋流器進(jìn)行分級(jí)，旋流器溢流再經(jīng)溢流分離箱進(jìn)行二次分級(jí)，溢流底流送至細(xì)種子過(guò)濾機(jī)；旋流器底流再經(jīng)底流分離箱分離后，底流作為成品去成品過(guò)濾。

該方案的創(chuàng)新之處在于：①在旋流器內(nèi)部?jī)?nèi)置了溢流分離箱，并且在去細(xì)種子過(guò)濾機(jī)的細(xì)種子漿液管道上增加了流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，用于控制細(xì)種子料漿管的流量。②在旋流器內(nèi)部?jī)?nèi)置了底流分離箱，并且在去成品過(guò)濾機(jī)的管道上增加了流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥，用于控制成品料漿管的流量。一級(jí)水力旋流器方案流程圖見(jiàn)圖2。

從圖2和圖1對(duì)比可以看出，優(yōu)化后的方案只采用了一臺(tái)旋流器，用一臺(tái)水力水旋流便能完成成品分級(jí)和細(xì)種子分級(jí)的目的。

圖2 一級(jí)水力旋流器方案流程圖

2 分解相關(guān)工藝配置的優(yōu)化研究

（1）分解槽基礎(chǔ)配置的優(yōu)化。傳統(tǒng)分解分級(jí)車間有約3%～5%的地坪坡度，分解首槽和末槽的地坪高度差能達(dá)到約9m～10m。新建氧化鋁廠的話，若廠區(qū)地坪較平整，則可以單獨(dú)將分解槽的基礎(chǔ)抬高，地坪無(wú)高度差。以某廠100萬(wàn)噸氧化鋁分解分級(jí)車間為例，車間占地42m×308m，分解首槽和末槽地坪高度差9.4m，若將基礎(chǔ)配置優(yōu)化，能減少土石方量約2萬(wàn)m3。

（2）種子過(guò)濾機(jī)配置的優(yōu)化。種子過(guò)濾是分解分級(jí)工序的一個(gè)重要部分，為分解分級(jí)提供氫氧化鋁晶種。傳統(tǒng)分解分級(jí)車間與配套的種子過(guò)濾車間是相互脫開(kāi)的，種子過(guò)濾車間單獨(dú)占地，還配套有相應(yīng)晶種槽、晶種泵[2]。

以某廠100萬(wàn)t氧化鋁分解分級(jí)車間和種子過(guò)濾車間為例，優(yōu)化前后的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 立盤(pán)過(guò)濾機(jī)配置優(yōu)化對(duì)比表

（3）分解中間降溫配置的優(yōu)化。傳統(tǒng)分解分級(jí)車間中間降溫裝置一般放置在分解槽頂，每組分解一般設(shè)置6組中間降溫裝置，配套的有沉沒(méi)式泵。該配置存在以下問(wèn)題：①若分解槽內(nèi)液面泡沫較多時(shí)，存在沉沒(méi)式泵吸入管長(zhǎng)度不夠的情況，沉沒(méi)式泵的效率一般也不高。②由于中間降溫裝置放置在分解槽頂，高度一般有40m左右，需要的冷介質(zhì)循環(huán)水的揚(yáng)程較高，對(duì)水道專業(yè)泵的選型要求較高。

分解中間降溫優(yōu)化后的具體配置為：①將中間降溫裝置下移至分解槽底的地坪上；②將配套的泵由沉沒(méi)式泵改為離心泵，并也放置在分解槽底。優(yōu)化后的配置對(duì)水道專業(yè)循環(huán)水的揚(yáng)程要求降低不少，并且中間降溫裝置的檢修更加方便，同時(shí)離心泵的效率更高、運(yùn)行更加穩(wěn)定。

（4）化學(xué)清洗槽配置的優(yōu)化。根據(jù)氧化鋁廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，單臺(tái)分解槽運(yùn)行1年～1年半左右，就必須退槽進(jìn)行清理底部的結(jié)疤。對(duì)分解槽結(jié)疤的清理辦法一般用化學(xué)清洗液清洗。老的氧化鋁廠一般在分解槽末端設(shè)有單獨(dú)的化學(xué)清洗槽，此配置存在問(wèn)題如下：化學(xué)清洗液腐蝕性強(qiáng)，存在泄漏的隱患；化學(xué)清洗槽占地面積較大，利用率較低。因此，新建氧化鋁廠一般在分解車間取消了化學(xué)清洗槽，當(dāng)某個(gè)分解槽需要用化學(xué)清洗液清洗時(shí)，一般單獨(dú)制備好化學(xué)清洗液送至此分解槽，通過(guò)套管換熱器打循環(huán)，直到將分解槽底部的結(jié)疤溶解。

（5）分解土建管架配置的優(yōu)化。傳統(tǒng)分解分級(jí)車間土建管架有兩部分，一是分解槽底部土建管架，二是分解槽頂部土建管架，跨分解槽距離較長(zhǎng)的管架采用桁架形式。該配置存在以下問(wèn)題：①分解槽底部土建管架因與分解槽基礎(chǔ)距離較近，數(shù)量較多，施工比較復(fù)雜，造成工期較長(zhǎng)，投資也較大；②分解槽頂部土建管架部分采用的是桁架形式，投資較大，施工復(fù)雜。

分解土建管架優(yōu)化方案為：①取消底部土建管架，管道能沿地鋪設(shè)便沿地鋪設(shè)，其余管架改為從分解槽上做懸臂支架的形式。②增大分解槽頂部土建管架的間距，改為7m～9m一跨，取消桁架的形式。若是小管子跨距要求低的話，則采用小管子放置在大管上面的布置形式。優(yōu)化后的配置，節(jié)省了土建投資，縮短了工程建設(shè)工期。

3 分解相關(guān)設(shè)備選型的優(yōu)化研究

（1）分解槽選型優(yōu)化?，F(xiàn)代氧化鋁廠的種子分解槽逐漸向大型化發(fā)展，新建、擴(kuò)建的工程一般都采用大型平底機(jī)械攪拌槽。錐底空氣攪拌槽在一些老廠仍在使用，但這種錐底空氣攪拌槽能耗高，槽頂易結(jié)疤，容積相對(duì)較小，每個(gè)分解系列槽子數(shù)量多，占地面積大，單位投資高。大型平底機(jī)械攪拌分解槽的主要優(yōu)點(diǎn)有：能耗低，結(jié)疤少，料漿攪拌均勻，槽內(nèi)上下的密度差不大于1.5%，固含可達(dá)700g/l～900g/l。

目前中國(guó)的氧化鋁廠普遍采用了直徑為Φ14m的分解槽，一些新建的大氧化鋁廠采用了更大的Φ16m分解槽。云南文山氧化鋁廠二期擴(kuò)建采用了Φ18m的分解槽，目前運(yùn)行效果良好。

（2）分解中間降溫設(shè)備選型優(yōu)化。合理的溫度制度是獲得較高分解率和較好氫氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，而可靠、先進(jìn)的中間降溫設(shè)備是實(shí)現(xiàn)種分過(guò)程溫度制度的保障。

傳統(tǒng)分解中間降溫設(shè)備有分解槽內(nèi)置盤(pán)管、螺旋板式換熱器、臥式寬流道板式換熱器、立式寬流道板式換熱器等。分解槽內(nèi)置盤(pán)管優(yōu)點(diǎn)是投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，缺點(diǎn)是降溫效果較差、分解結(jié)疤難于清理，目前很少有氧化鋁廠使用。螺旋板式換熱器優(yōu)點(diǎn)是傳熱效果良好，價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是壽命短，面積較小，不可拆卸，不易清洗，目前國(guó)內(nèi)有小部分氧化鋁廠使用。臥式寬流道板式換熱器優(yōu)點(diǎn)是傳熱效果好，價(jià)格適中（國(guó)產(chǎn)），壽命較長(zhǎng)（5年～10年），容易清洗，目前國(guó)內(nèi)大部分氧化鋁廠都使用的是臥式寬流道板式換熱器。最近幾年，一種新型的立式寬流道板式換熱器在各大氧化鋁廠得到應(yīng)用，相比較臥式寬流道板式換熱器，立式寬流道板式換熱器優(yōu)點(diǎn)是傳熱效率高，占地面積更小，缺點(diǎn)是設(shè)備較高，對(duì)配置高度方向要求較高。對(duì)于占地面積較緊湊的氧化鋁廠來(lái)講，立式寬流道板式換熱器是一種較好的選擇。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)氧化鋁廠分解分級(jí)工序在工藝流程、工藝配置、設(shè)備選型等方面的不斷優(yōu)化與改進(jìn)，相信對(duì)分解分級(jí)工序的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)能起到不斷優(yōu)化的效果，也更加便于氧化鋁廠分解分級(jí)車間人員的生產(chǎn)與操作。