降低氧化铝生产成本技术方向的探索

降低氧化铝生产成本技术方向的探索

于士安

中铝中州铝业有限公司  454350

摘要:在拜耳法氧化铝生产中，蒸发工艺是其中一个重要工序，它在生产中主要作用是保证生产中液量平衡以及排盐苛化。本文将从拜耳法生产氧化铝的角度，分析蒸发工艺设备的演变及工艺流程，并阐述蒸发工艺在整个氧化铝生产工艺中节能降耗的主要途径。

关键词:氧化铝;蒸发工艺;节能降耗;拜耳法

自进入21世纪，我国经济飞速发展，冶金行业中氧化铝工业进入全新时期，据统计我国氧化铝产能已经超过世界氧化铝总产量的50%。我国氧化铝多采用拜耳法工艺，其优点是工艺流程短、成本低等。随着蒸发工艺技术不断的改进，在化工、造纸、食品等领域多有应用。在氧化铝生产中，蒸汽冷凝水、赤泥洗水、氢氧化铝洗水及非生产水进入流程后，循环母液浓度降低，致使生产波动。蒸发的主要目的是排除流程中多余的水分，使母液浓缩至生产配制原液的要求，保持循环系统中的液量平衡，同时，以结晶的形式排出原料中携带的碳酸盐及其它杂质。

近年来，氧化铝生产技术已经趋于成熟，在自动化、节能化方面蒸发工序的设备和工艺有进一步的发展。本文对氧化铝行业中蒸发发展历史及蒸发工艺流程的不断改进，探讨蒸发工艺节能降耗的主要途径。

1蒸发设备发展史

蒸发设备的革新换代是氧化铝蒸发工序发展的主要表现。我国氧化铝起步初期到如今，使用过标准式蒸发器、自然循环蒸发器、强制蒸发器、管式降膜蒸发器。早期工业生产中多使用标准式蒸发器。其加热室是用多个垂直细管组成，在加热室正中有直径较大的循环管一个，由于中间循环管和加热管的密度差的作用，溶液由粗管下降，细管上升，做循环运动。在当时标准式蒸发器应用广泛，但其加热面积受限、蒸汽消耗大、传热系数小，不符合易结晶溶液使用，因此，现如今标准式蒸发器已经被淘汰。自然循环蒸发器，加热室内管路长达9m，单台蒸发的效率较高，能够满足大部分氧化铝使用，由于其加热室设计在蒸发室外部，有利于管束的清洗和更换，但是热度损失高，蒸汽损耗较大，我国现在还有部分氧化铝厂在使用此种蒸发器。强制蒸发器是为了解决自然循环蒸发器加热管输结疤、结晶析出及传热系数降低而改进的一种蒸发器。在溶液循环管进入蒸发器前加装循环泵，循环泵可加快溶液循环速度，从而降低结疤生成速度，大大提高传热效率，其缺点是动力需求大，设备易损耗。

蒸发工序中的汽耗是降低整个氧化铝生产成本的关键，降膜蒸发器逐渐替代以上汽耗较高的蒸发器。降膜蒸发器又分为板式和管式两种，板式降膜蒸发器起初是用在造纸行业当中，经过工业改进后，现如今在氧化铝等行业也有较为广泛的应用。板式降膜蒸发器由加热板、筒体、液膜分离器、布膜器等组成，其核心元件加热板是用2mm的不锈钢板焊接加工制成。其工作原理是蒸汽进入后在内侧冷凝，溶液顺着加热板壁呈膜状下降，下降过程板片热量持续蒸发溶液，二次蒸汽从板片间隙上升排出，通过液膜分离室进入下一效循环。其优点是蒸发强度大，传热效果好，汽耗低。但缺点也很明显，加热板造价高、易损、更换难度大等。

20世纪末，我过首次引进了法国GEA-KESTNER公司的管式降膜蒸发器，21世纪初期我国实现管式降膜蒸发器的国产化，大大降低了氧化铝建设成本。其工作原理是将预热过的溶液由顶部的布膜器进入加热室内的加热管内，沿管壁形成液膜，利用管壁传递的热量汽化蒸发，二次蒸汽也随之进入汽液分离室，通过液膜分离器除去夹带的杂质和泡沫，进入下一效循环往复。其与板式降膜蒸发器有同样的优点，传热系数高、汽耗低等，但是管式降膜蒸发器的造价便宜，加热管具有可更换性，是氧化铝建设的首选设备。

2蒸发工艺流程概述

在未引进降膜蒸发器以前，我国所使用最多的为自然循环蒸发器。该设备对有效温差的要求较高，因此，限制了多效蒸发的数量，大部分采用三效逆流蒸发，蒸发产能仅为60t/h左右，且汽水比率高，蒸发效率低下，汽耗大。管式降膜蒸发器消除了有效温差损失的困难，因此，由三效蒸发改为六效蒸发，产能更高，汽耗降低。近年来，新建氧化铝厂，以六效管式降膜蒸发器，四效闪蒸器，加两段出料结合的流程工艺。强制效循环可根据矿石和生产特点增加或减少。以某氧化铝厂六效蒸发器组工艺为例:蒸发原液一部分进入原液闪蒸器，经过VI效和V效蒸发后出料泵打出;另一部分进入IV效后逐级蒸发，I效蒸发器出料后溶液进入四级闪蒸器闪蒸，由末级闪蒸器出料完成，部分进入强制效排盐。I效加热室使用的新蒸汽绝压在0.6MPa左右，加热后物料在I效分离室闪蒸出二次蒸汽。I效二次蒸汽进入II效蒸发器加热物料，以此逐级进行，VI效的二次蒸汽在水冷器内与循环水直接冷凝。新蒸汽冷凝水进行多级闪蒸充分利用余热;各效二次蒸汽冷凝水在本效冷凝罐内收集，在下一效冷凝水罐闪蒸利用余热。通过监测新蒸汽及二次蒸汽冷凝水的电导率自动调节三通阀门，把合格水和不合格水送往不同的水槽。合格水供电厂锅炉使用，不合格水送往其他工序。

3.2结疤清洗有利于传热效率的提升

蒸发过程中，原液内含有的二氧化硅、碳酸钠、硫酸钠在高温下很容易附着在加热管壁上，形成坚硬的结疤，严重影响传热效率。对结疤的定期清洗能显著提升传热效率。其中，碳酸钠和硫酸钠可使用水清洗排出，具体步骤为:排空蒸发器内的溶液，利用阀门切换进溶液管为进水管，蒸汽加热水至90℃左右，进行循环清洗7h左右，排出残渣。铝硅酸钠会形成铝硅渣结疤可使用酸液进行清洗，通过阀门隔离需要酸洗的设备，将8%的硫酸添加缓蚀剂后，进入酸洗流程开始清洗，完成后废酸回收。

另外，絮凝剂、脱水机等表面活性剂在氧化铝使用频繁，有部分学者指出，阻垢剂在氧化铝蒸发工序使用后，可使结疤松散脱落。阻垢剂在未来的发展与蒸发器结疤的去除契合度较高，对于节能降耗有积极的作用。

3.3过料量的合理调节有利于降低成本

蒸发器以及附属设备长时间运行老化后，蒸发效率下降。随着生产的变化，蒸发器的溶液流量也要随之调节，可有效减少运行成本。但是蒸发器附属设备中的循环泵、过料泵多为普通电机，仅靠改变阀门开度调节物料流量，不仅浪费人力，而且电机保持转速不变，造成电力的浪费，不能满足生产需求。近年来，变频技术在我国应用广泛，通过改变电机频率可降低电机转速，从而达到调节泵流量的目的。随着生产需要流量需求变小，通过变频技术与DCS系统的结合操作，可随时调节电机转速降低流量，不仅节省人力，还节省大量的电力。

3.4末效真空度的提高意义重大

在蒸发工序中，如果末效真空降低，会导致蒸发器压力倍增，溶液的沸点也随之升高，想要达到蒸发合格的原液就需要消耗更多的新蒸汽。真空度的维持是采用真空泵和冷水器相结合的方法，因此，冷水器的上水温度和真空泵的运行效率尤为重要，需要重点关注。

3.5原液温度增加和原液闪蒸器的应用

母液蒸发是主要汽耗工序占总汽耗的一半以上。在此方向上，很多企业会增加原液闪蒸器并提高原液的温度来降低蒸汽消耗，即保持原液高温进入蒸发前，先于独立的槽罐中进行一次闪蒸工序，闪蒸后的蒸汽进入末效，这样可以更大限度的利用蒸汽，提高热效率转换，间接降低蒸汽消耗。

3.6进出料工序的改进

蒸发器进料方式可分为顺流、逆流、混合流三种，大多氧化铝厂为逆流进料，但是全逆流进料方式弊端明显，不适合原液高浓度和高温度的情况。因此，许多老旧蒸发工序对全逆流进料方式进行了两段进料、两段出料的技改，技改完成运行后，与前者相比，汽耗明显下降，且溶液指标控制更为方便。

参考文献

[1]薛妹，肖钊铝，刘伯跃.降低氧化铝生产蒸汽消耗的途径探讨[J].有色冶金节能，2022(06)

[2]杨新民，吴红应，梅永峰.氧化铝生产中降低蒸汽消耗的生产实践[J].轻金属，2022(09)