拜耳法氧化铝生产节能降耗措施分析

拜耳法氧化铝生产节能降耗措施分析

邓尤平

国家电投集团贵州遵义产业发展有限公司 贵州 遵义 564300

摘要：拜耳法是生产氧化铝最主要的工业方法，拜耳法氧化铝的生产过程会消耗大量的能量，大约占到产品成本的20%～30%，并且当前能源的价格在不断上涨，所以，在拜耳法氧化铝的生产过程中，控制好能耗能大大降低生产成本，增加企业的竞争力。  　　关键词：拜耳法；氧化铝；能耗；溶出工序；蒸发工序  　拜耳法是一种工业上广泛使用的从铝土矿生产氧化铝的化工过程。1887年由奥地利工程师卡尔·约瑟夫·拜耳发明，其基本原理是用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的氢氧化钠溶液重新用于处理下一批铝土矿，实现了连续化生产。今日，世界上95%的铝业公司都在使用拜耳法生产氧化铝。

　 1 拜耳法生产氧化铝  　　1.1 拜耳法生产氧化铝的原理  　　拜耳法是生产氧化铝的主要的工业方法。它的原理是基于拜耳在1889年和1892年分别提出的两个基本原理，它们分别是：（1）种子分解法原理：采用氢氧化铝晶粒作为铝酸钠溶液分解的种子；（2）溶出工艺原理：在氢氧化钠溶液中，铝土矿所含的氧化铝能溶解为铝酸钠。现在工业生产上所用的拜耳法生产氧化铝的工艺也是基于上述两个基本原理的：将铝土矿中的氧化铝用强碱溶液溶解，从而得到铝酸钠溶液，再对上述溶液降温、加晶种、搅拌，分解出氢氧化铝，同时分解后氢氧化钠碱溶液作为母液，再通过加压溶解新一批的铝土矿。

1.2 拜耳法生产氧化铝的工艺过程  　　各个工厂应用拜耳法生产氧化铝的工艺因为铝土矿具体成分的不同而稍有差别，但是基本流程是相同的，包括的主要生产过程为：（1）将铝矿粉碎后与氢氧化钠、石灰按一定比例混合，经过细磨制得原矿浆；（2）在溶出器设备中，高温、高压、高碱的环境下处理原矿浆，使氧化铝溶出；（3）稀释压煮矿浆，在沉降槽中分离赤泥和铝酸钠溶液；（4）过滤纯化分离后的铝酸钠溶液，冷却、加晶种、结晶析出氢氧化铝；（5）将所得氢氧化铝进行分类：细粒的作为晶种，送往分解槽，粗粒的进行焙烧；（6）高温焙烧氢氧化铝得到氧化铝；（7）蒸发分解母液到一定浓度，补加一部分苛性碱再进行配料，为下一批生产做准备。  　　2 拜耳法生产氧化铝的能耗分析  　　分析上述生产流程可知：拜耳法生产氧化铝的工艺过程主要采用的能源包括：蒸汽、电、水、压缩空气、原燃料。蒸汽消耗所占比例是最大的，所以说，减少蒸汽用量对于拜耳法氧化铝生产过程中的节能具有十分重大的意义。并且，在生产过程中，溶出、蒸发、分离洗涤赤泥等各个工序中都用到了蒸汽消耗，所以下面对各工序中所消耗的蒸汽量进行比较，从而找到节能的切入点。  　　在蒸汽的消耗中，溶出和蒸发两个过程就占到了67%，是蒸汽消耗的主要工序，所以要想降低整个过程的能源消耗，可以从降低溶出和蒸发两个工序的蒸汽消耗方面考虑。  　　3 拜耳法生产氧化铝的节能措施  　　从上述能耗分析可知：溶出工序和蒸发工序的蒸汽消耗是整个拜耳法氧化铝生产过程中最大的一部分能量消耗，所以降低溶出工序和蒸发工序的蒸汽消耗，能有效地降低整个生产过程的能耗。所以下面主要对溶出和蒸发工序进行节能分析，并结合其他重要工序，讨论拜耳法生产氧化铝的节能措施。  　　3.1 溶出工序的节能  　　溶出工序是将矿浆中氧化铝充分溶出的过程，在此过程中利用的是新蒸汽加热，并且产生的二次蒸汽再去预热其他低温矿浆。在此过程中可以采取的节能措施为：（1）提高热源与矿浆的传热效率：通过增大传热系数和尽量减少管道结疤来提高传热速度。传热系数可以通过套管预热、外层蒸汽和控制浆流速度等方法来增大，管道结疤可以通过一定的清洗技术（例如：高压清洗或化学清洗）来定期清理；（2）提高热量的循环率：这就要求对闪蒸降温过程中所产生的二次蒸汽要进行充分的利用，可以通过两方面来达到目的，一是增加闪蒸级数；二是控制好闪蒸过程中的料位、压力，建立好闪蒸系统压力梯度，提高闪蒸操作水平。（3）提高溶出效率：通过增加反应釜（反应管道）的个数（反应管道长度）和延长溶出时间来实现。  　　在实行溶出工序节能的措施前，必须先保证溶出效果，因为这样能有效地预防沉降跑浑的现象。影响溶出效果的因素包括：反应时间、溶出温度、循环母液浓度、搅拌强度、矿石的粒度等。  　　3.2 蒸发工序的节能措施  　　蒸发工序中所消耗的能量来源于新蒸汽，此过程是蒸发浓缩分解母液再重新循环利用。在此工序中可以采取的节能措施为：（1）通过最优化的方法确定蒸发效数：蒸发效数越多，单位蒸水量所消耗的新蒸汽越少，从这方面来说，蒸发效数的增加使得新蒸汽的经济性增大。但是，在蒸发效数增大的同时，所需的蒸发器的数量也增多，这就使得设备投资增大，所以，蒸发效数对设备投资费用的影响与对新蒸汽的影响是相悖的，所以，应该充分考虑未来能源的价格趋势与当前设备的投资，通过最优化的方法来确定蒸发效数；（2）使母液和精液之间能够充分的换热：这样就使得热量交换可以在母液和精制液体之间进行，节省了蒸汽消耗；（3）增加高效的闪蒸装置：闪蒸设备的增加可以提高蒸汽的利用率。拜耳法生产氧化铝可以根据原料的不同，来适当增加闪蒸装置，采用蒸发器和闪蒸器结合的方式，来提高蒸发器的产能，从而降低能耗；（4）采用超声波防垢技术：超声波可以粉碎垢质、改善成垢物质的流变性、在垢质和管壁间产生剪切力使垢质脱落。所以采用超声波技术可以有效地减少蒸发过程中的积垢，使蒸发器的使用周期加长，提高产能。  　　3.3 杜绝非生产水进入流程

在生产过程中，非生产用水进入生产流程，造成系统碱浓度低，导致蒸发工序低压蒸汽消耗增加、蒸发器负荷加大。所以要制定严格管理制度，杜绝非生产水进入流程，增加生产区污水外排管道，对雨天经过检测达到排放标准的雨水进行外排，减轻雨水对氧化铝生产系统碱浓度的冲淡，从而降低蒸发工序蒸汽的消耗。

3.4其他工序的节能措施  　　在分离与赤泥洗涤的工序中，减少赤泥洗水，就能提高溶出矿浆的碱液浓度，这既能降低沉降过程中氧化铝的水解损失，也使母液的浓缩度减小，这就能降低蒸发工序负荷，减少所用蒸汽量；在焙烧工序中，氢氧化铝要经过焙烧炉的焙烧才能脱去水得到氧化铝。当前所用焙烧炉多为气体悬浮焙烧炉和循环流态化焙烧炉，已经能很高效地使用热量了，但是焙烧炉排放大量的高温的烟气，这些烟气的热量占焙烧所消耗的总烟量的30%以上，所以，合理地利用这些烟气能很好地节约能耗，这些烟气可以为其他工序提供热量。  　　3.5对稀释槽、热水站乏汽再利用

在氧化铝厂的高压溶出工艺中，溶出料浆经过末级矿浆自蒸发器闪蒸后进入稀释槽，料浆在稀释槽中通过添加沉降来洗液扩容释压后自蒸发产生乏汽，在稀释槽上设置乏汽回收器装置，乏汽与赤泥滤液、新水等经过回收器进行换热后的热水送往热水站，从而提高了矿浆溶出后乏汽的利用，降低了热水站新蒸汽的消耗，最终减少了氧化铝生产能耗，降低了生产成本。

4 结语  　　溶出工序和蒸发工序的蒸汽消耗约占到总能耗的40%，是能量消耗中最大的一部分，所以，减少这部分能耗能有效地降低拜耳法氧化铝生产过程的能量消耗，降低生产成本。本文提出了一些可行的措施，希望相关工作者能够继续加强对此方面的研究，力求将能耗降到最低，使企业获得最大的利润。  　　参考文献  　　[1] 王占兴，李志国，肖枫.拜耳法生产氧化铝过程中几个节能措施分析[J].轻金属，2011，（5）：22-24.  　　[2] 吕瑞.拜耳法氧化铝生产节能探讨[J].当代化工，2012，（5）：509-512.  　　[3] 侯鑫.拜耳法氧化铝溶出的原理和工艺[J].应用技术，2013，（3）：197-198.  　　[4] 王莉红.浅析提高拜耳法循环效率的措施[J].工艺节能，2011，（4）：29-32.