拜耳法氧化铝生产节能降耗措施探究

拜耳法氧化铝生产节能降耗措施探究

韦涵钟

广西华银铝业有限公司 广西德保县533700

摘要：拜耳法是重要的氧化铝生产工业方法，在具体的生产期间会产生产品成本20%～30%的能量消耗，但是在能源价格上涨的情况下，应把控氧化铝生产过程中消耗的能量，能够有效减少生产成本，从而让企业的竞争力得到提升。基于此，本文首先探究了拜耳法氧化铝生产的流程，其次分析了拜耳法氧化铝生产过程的节能降耗方法，以期为拜耳法氧化铝生产节能降耗提供科学参考。

关键词：拜耳法；氧化铝生产；节能降耗措施

引言

在工业生产上普遍运用拜耳法，从铝土矿生产氧化铝。拜耳法是1887年奥地利工程师卡尔·约瑟夫·拜耳所发明的，它的工作原理是用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化成铝酸钠，并经过稀释和添加氢氧化铝晶种让氢氧化铝重新析出，剩下的氢氧化钠溶液重新会用在处理下一批铝土矿中，从而达到了连续化的生产作业。现在，世界上有95%的铝业公司都在使用拜耳法生产氧化铝，但是如何有效的在生产过程中做到节能降耗成为现在需要面对的问题。
1、拜耳法生产氧化铝流程

拜耳法工艺发展到现在已经做到了比较完善的改进和优化，但是实现大型化和连续性操作、自动化生产、节省能源消耗等，适用于低硅铝土矿、三水铝石型铝土矿等生产作业。拜耳法工艺和其他技术拥有流程简单、生产操作便捷等优点，而且制取获得的氧化铝产品质量比较高，创造的经济效益突出。在进行氧化铝制取生产工艺时，应用拜耳法的主要工序流程有以下几点。

1.1破碎、均化及贮存

在进行破碎时保障铝矿石的粒度不超过15mm，让其化学成分能够比较均匀地向湿磨供料。然后对铝矿石下一步的磨细，并进行铝矿石、石灰、循环碱液三组分配料，保证获取的产品原矿浆能够满足下一步工序的操作要求。在这一阶段主要控制指标为石灰加入量约为干铝矿石量的7%，循环碱液配入量应该是溶出液苛化系数的1.4倍，对铝矿石的磨细度要控制在－315μm100%、-63μm70%~75%。

1.2高压溶出

高压溶出是拜耳法制取氧化铝产品的重要步骤，一般是把原矿浆输送到套管预热器里，并借助二次蒸汽设备对原矿浆进行预热，温度控制在160~180℃，随后在预热压煮器中进行二次蒸汽间接加热和机械搅拌，把矿浆温度提高到220℃。并用6.0MPa新蒸汽间接加热，促使达到溶出温度260℃[1]。停留30~40min后完成全部间接加热，溶出率能够达到95%以上。

1.3分离和洗涤

对矿浆进行降温和减压、稀释降温后，对常压下的赤泥进行分离和洗涤。需要用深锥沉降槽的溢流作用，把过滤后所获取的精制液送到种子分解，这时候底流呈固体残渣状，在经过4~5次沉降和反向洗涤后，能够回收附液中的碱，然后运输到堆场贮存。为了保证赤泥沉降分离洗涤工艺的有效性，应当确保物料温度不能够低于95℃、分离沉降槽内的底流固体质量分数应该大于41%，并且溢流中悬浮物含量小于200mg/L。

1.4分解

种子分解是在铝酸钠溶液中加入适量的细氢氧化铝，在降低温度并长时间搅拌后，自行分解并析出固体氢氧化铝、液体苛性碱等。在实际的操作中需要确保分解初始温度在70℃、结束温度为45℃，控制分解时间55~60h。

1.5过滤分离

通过种子分解后，能够获取氢氧化铝和苛性碱液的混合物，在进行分级过滤和分离后，获取细氢氧化铝及产品氢氧化铝、苛性碱溶液等。针对产品氢氧化铝实施洗涤并进行焙烧，苛性碱溶液则送到蒸发站进行相应的处理。

1.6焙烧

进行焙烧把氢氧化铝的附着水、结合水进行脱除，经过分解反应能够形成氧化铝。在对其实施晶型转变，促使生成带有一定物理和化学性质的氧化铝产品。

2、拜耳法氧化铝生产节能降耗措施

2.1提升原矿浆的质量

原矿浆是拜耳法氧化铝生产的主要原料，原矿浆的质量不仅关系到生产的质量，还会对生产效率和能源使用等方面产生影响。原矿浆中有效成分的溶解度越高，相应的氧化铝质量就越好，所以在原矿浆制备的过程中，首先要工厂化制作，降低能源消耗并提高生产效率，其次需要采取能够提高原矿浆制备质量的方法[2]。常见的方法有仔细研磨铝土矿，通过物理的方式让铝土矿颗粒变小，从而增加铝土矿颗粒的溶解度，进而提高化学反应的效率。还可以通过控制溶液苛性碱浓度来增加溶液的溶解度，降低未反应物的数量，保障原矿浆的质量。另外还可以通过预脱硅的方法，以免在高温条件下使设备结块而影响到后期热传递的效率。

2.2氧化铝溶出步骤的控制

氧化铝溶出步骤是拜耳法生产氧化铝的关键步骤，在这个工艺环节中，因为要求的是高温高压高碱性条件，为了达到更高温度，通常会使用化石燃料燃烧来提供热量和温度，但是对于化石燃料的浪费非常严重，并且还会对环境造成污染。因此，在应用热蒸汽加热原矿浆液使氧化铝溶出时，原矿浆液必须是经过预热的，在使用新的蒸汽对原矿浆进行加热前，要先对其提前加热，这样不仅改进了氧化铝溶出环节，并且还能充分回收矿浆的余热，很大程度上减少了能源的使用

[3]。为达到这个目的，需要提升热源和溶液热传递的效率，在保证硬件条件完善的基础上，提升热源和溶液接触面来增加热传递效率。为避免管道结块，必须定期清洗管道，这也是为了增加管道的使用寿命，使管道一直保持较高的热传递系数。

2.3蒸发工序的控制

在拜耳法氧化铝生产中，母液蒸发的过程也需要利用新的蒸汽作为加热能源，以减少能源使用。首先，要严格控制矿石和石灰的质量，降低矿石中氧化钙成分，以免石灰生烧而产生碳酸钙物质，降低氧化铝溶出环节中的反苛化反应，保证氯酸钠溶液处在较低的碳酸性环境下，然后再进行母液的蒸发，这样能够有效避免采用高能耗的方法去除碳酸盐物质。其次，可以通过增设蒸发母液的闪蒸设备，在母液进入前，提高其浓度能够提升蒸发设备的产能并减少蒸汽的使用。另一方面，可以在母液中通过加入阻垢剂来避免蒸发器设备出现结块的情况，提高设备的热传递效率、延长设备的使用寿命，进而达到降低成本和提高生产效率的作用。

2.4提高余热的回收利用率

在原料生产、氧化铝溶出、沉降分离、蒸发、分解等每个工艺环节都需要使用蒸汽能源，扩大效能，升对二次汽的利用效率。首先，可直接把二次汽作为原矿浆脱硅时温度升高的热源，其次在沉降槽洗涤的时候也能够利用二次汽进行提温，以免沉降洗涤中发生氧化铝水解而减少的现象。其次，可以优化二次汽蒸发工艺，减少这个工艺环节低压新蒸汽的消耗。当然，还能利用溶出的乏汽直接进行原液的蒸发，或赤泥洗涤水的加热。除了提高蒸汽余热利用效率外，对于各个生产环节中物料的余热，则可以采取以下方式来提高其回收利用率。比如对于氯酸钠溶液精制时产生的热能，利用其进行母液分解，并实现母液分解和铝酸钠溶液精制的热量交换，降低母液蒸发能量消耗。在氢氧化铝煅烧时，对于氧化铝余热的利用能够直接进行氢氧化钠洗涤用水的加热，或对新蒸用的除盐水进行加热。此外，可以利用煅烧炉中的烟气余热来加热赤泥洗涤水和蒸发母液等。

2.5构建循环水池

拜耳法氧化铝生产中，各生产车间设备用水都是采取的生产上水方法，通过循环水池处理后的排出水流入供水系统中，会产生水运输能耗重复浪费的状况。因此，可以在每个生产车间分别设立循环水池，从而达到节能降耗的目的。

3、结语

溶出和蒸发过程中的蒸汽消耗在总能耗中约占40%，属于能耗最大的部分。因此，把这部分的能耗降低，能够有效降低拜耳法氧化铝生产中能耗，还能降低生产成本。本文对于拜耳法节能降耗提出了几种可行的方法，希望能够有效降低能耗，切实提高企业的生产利润。

参考文献

[1] 张雄，韦亚香.拜耳法氧化铝生产节能降耗措施探究[J].冶金与材料，2019（3）：40-42.

[2] 程尤远.拜耳法氧化铝生产节能降耗措施探究[J].黑龙江冶金，2020（3）：154，198.

[3] 倪阳.拜耳法生产氧化铝过程的碳排放核算［J］.轻金属，2021（7）：5.