拜耳法生產(chǎn)氧化鋁管道溶出 裝置的磨損機(jī)理與原因分析

郭靖鵬

（國(guó)家電投集團(tuán)山西鋁業(yè)有限公司，山西 原平 034100）

在現(xiàn)實(shí)生活中，使用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁雖然可以在一定程度上有效保證氧化鋁的產(chǎn)量，同時(shí)可以有效降低能耗，但是管道化生產(chǎn)裝置會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。事實(shí)上，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，礦漿會(huì)以一定的流速、固含、壓力在管道內(nèi)持續(xù)運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的磨損，這就會(huì)降低鋼管的強(qiáng)度和剛度，進(jìn)而導(dǎo)致溶出機(jī)組不得不需要開(kāi)展臨時(shí)檢修工作。值得一提的是，每當(dāng)這種情況發(fā)生都會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，減小礦漿對(duì)管道的磨損是十分重要的（如圖1 所示為拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工序）。

圖1 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工序

1 管道化溶出技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在生產(chǎn)氧化鋁工作過(guò)程中，使用管道化溶出技術(shù)可以在一定程度上減小氧化鋁的實(shí)際損失。因?yàn)樵谑褂迷摷夹g(shù)時(shí)，溶出溫度十分高，同時(shí)大量自蒸發(fā)產(chǎn)生了許多二次蒸汽，在一定程度上提供了大量赤泥洗水，這樣就可以減少赤泥帶走的氧化鋁和堿的量，有效保證了氧化鋁的實(shí)際產(chǎn)量。不僅如此，在使用該技術(shù)時(shí)，涉及的機(jī)械設(shè)備不具備較大的表面積，從而可以有效降低熱損失，為實(shí)際生產(chǎn)工作奠定了基礎(chǔ)。除此之外，氧化鋁自身具備較大的溶解度，可以在一定程度上有效保證循環(huán)效率。另外，使用管道化溶出技術(shù)可以提高溶出速度，大幅縮減溶出時(shí)間，可以有效保證實(shí)際產(chǎn)出效率。[1]值得一提的是，在使用該技術(shù)時(shí)，使用熔鹽進(jìn)行加熱，能夠有效保證熔鹽與礦漿之間的溫度差在合理范圍內(nèi)，從而可以實(shí)現(xiàn)減少換熱面積的目標(biāo)。

2 礦漿對(duì)管道的磨損機(jī)理

2.1 礦漿中固體顆粒的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)

事實(shí)上，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，礦漿在內(nèi)管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方式是不同的，這是由于礦漿中固體顆粒由于自身質(zhì)量、直徑、粘度等不同，導(dǎo)致礦漿的運(yùn)動(dòng)方式存在一定差異。一般情況下，有懸疑質(zhì)、跳躍質(zhì)、推移質(zhì)三種，具體情況詳見(jiàn)表1運(yùn)動(dòng)方式的比較。

表1 運(yùn)動(dòng)方式的比較

由此可以發(fā)現(xiàn)，推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)方式會(huì)對(duì)管道的磨損程度最高，特別是管道的底部，懸疑質(zhì)是磨損程度最小的。一般情況下，顆粒運(yùn)動(dòng)方式的不同對(duì)管道的磨損程度也會(huì)有一定差異，這主要取決于軸向與徑向動(dòng)能的相關(guān)情況。

2.2 管道磨損機(jī)理

對(duì)于管道磨損情況而言，出現(xiàn)磨損現(xiàn)象的主要過(guò)程是在礦漿固體顆粒與管道內(nèi)壁相互作用時(shí)產(chǎn)生的。事實(shí)上，產(chǎn)生管道磨損現(xiàn)象的根本原因是大量單個(gè)固體顆粒同時(shí)對(duì)管道產(chǎn)生持續(xù)的作用就會(huì)形成管道磨損。具體來(lái)說(shuō)，固體顆粒在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生撞擊，這時(shí)管壁的軸向和縱向都會(huì)受到力的作用，軸向力的作用的大小與磨損面積息息相關(guān)，而縱向力的作用的大小與磨損的深度有關(guān)。不僅如此，管壁的磨損深度與顆粒的初速度、質(zhì)量存在著正比例關(guān)系，與時(shí)間成反比例，磨損面積也是如此。但是，對(duì)于磨損深度而言，顆粒的入射角度與之存在正比例關(guān)系，而磨損面積則與之成反比例，這是二者之間最大的差異。

3 管道磨損部位解析

在實(shí)際工作過(guò)程中，相關(guān)工作人員結(jié)合了礦漿的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況以及管道的流線性質(zhì)等，分析了管道出現(xiàn)磨損現(xiàn)象的部位，具體情況詳見(jiàn)如下：對(duì)于大彎頭彎管部位而言，該部位處在大彎頭內(nèi)部，相關(guān)工作人員在進(jìn)行檢修時(shí)，檢測(cè)工作并不能保證全面性，同時(shí)排查工作難度較大；不僅如此，在該部位礦漿的流向成平角式轉(zhuǎn)向，這在一定程度上增加了管道的實(shí)際承壓能力，這也就導(dǎo)致磨損程度更加嚴(yán)重；而在大彎管后過(guò)渡直管的部位，雖然其在內(nèi)管的兩側(cè)，但其起著幫助礦漿流向改變的作用，這在一定程度上需要該部位具備較大的承壓性能，也會(huì)造成巨大的磨損，甚至?xí)霈F(xiàn)刺穿的問(wèn)題；與大灣管過(guò)渡部位相同的是，小彎管過(guò)渡部位也起著同樣的作用，這無(wú)疑對(duì)其承壓能力有較高要求。但是，在該部分有部分處于裸露狀態(tài)，雖然能夠方便開(kāi)展檢查維修工作，但是磨損同樣是比較嚴(yán)重的。

4 防止管道磨損的措施

要想在實(shí)際工作過(guò)程中，有效降低礦漿對(duì)管壁的磨損程度，盡可能避免管道刺漏問(wèn)題發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失，相關(guān)工作人員需要結(jié)合實(shí)際問(wèn)題和情況，制定有針對(duì)性、科學(xué)的解決措施，這樣可以在既保證生產(chǎn)產(chǎn)量的同時(shí)，降低各種安全問(wèn)題的發(fā)生頻率。具體來(lái)說(shuō)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，相關(guān)工作人員必須要嚴(yán)格把握礦漿細(xì)度，將其控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。值得注意的是，相關(guān)研究表明，如果礦漿細(xì)度達(dá)到29 微米以上時(shí)，在使用溶出裝置開(kāi)展實(shí)際工作時(shí)，會(huì)在一定程度上加大管道的磨損程度，同時(shí)還會(huì)提高刺漏次數(shù)，對(duì)于后續(xù)其他工作的開(kāi)展會(huì)造成一定影響；不僅如此，需要將礦漿的預(yù)脫硅率控制在實(shí)際需求范圍內(nèi)。因?yàn)槿绻V漿具備較高的預(yù)脫硅率，會(huì)在一定程度上均化顆粒細(xì)度，從而有效降低顆粒的實(shí)際硬度；除此之外，相關(guān)工作人員需要結(jié)合實(shí)際所需，科學(xué)地對(duì)管道進(jìn)行結(jié)疤沖洗工作。需要注意的是，在開(kāi)展沖洗工作時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求對(duì)不同級(jí)的結(jié)疤沖洗效果進(jìn)行相應(yīng)的劃分，對(duì)于熔鹽段結(jié)疤而言，只需要盡可能將其除干凈即可；但對(duì)于乏汽段而言，需要保證清理適中，這樣可以在一定程度上保證礦漿的換熱效果，同時(shí)可以減輕管道的磨損程度，降低刺漏問(wèn)題的發(fā)生頻率。與此同時(shí)，需要控制機(jī)組進(jìn)料量相對(duì)穩(wěn)定。當(dāng)?shù)V漿流量下滑時(shí)，也會(huì)對(duì)管道造成一定磨損。同時(shí)，如果流量短期內(nèi)迅速增加，還會(huì)提高管道的承載壓力，加大磨損程度。[2]因此，保證平穩(wěn)機(jī)組進(jìn)料量可以有效緩解這一問(wèn)題，降低磨損問(wèn)題出現(xiàn)的頻率。

5 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)實(shí)生活中，科技水平的提高使生產(chǎn)氧化鋁的工藝更加完善，在一定程度上提高了實(shí)際工作效率，同時(shí)使用管道溶出技術(shù)可以有效降低氧化鋁的實(shí)際損失。對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中礦漿對(duì)管道造成一定磨損、刺漏問(wèn)題而言，工作人員需要結(jié)合實(shí)際情況，在控制礦漿細(xì)度，保證預(yù)脫硅率等方面入手，降低管道的磨損程度，從而為實(shí)際工作提供保障，減少實(shí)際損失，有效提高企業(yè)實(shí)際收益，在一定程度上推動(dòng)工業(yè)行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。