氧化铝工业的工艺改造与清洁生产

氧化铝工业的工艺改造与清洁生产

郑新峰

河南中美铝业有限公司 河南登封 452477

摘要：众所周知，我国是人口大国、能源大国、消费大国。氧化铝产量的不断增加不仅引起了铝土矿资源和能源的巨大消耗，还对环境造成了一定污染。中国铝工业的环境负担主要发生在氧化铝生产段。同时，铝冶炼对金属资源的耗费也不容小觑，中国吨铝的赤泥产量为1.6t，2015年中国铝冶炼阶段铝金属的损耗高达216万t。为了解决氧化铝工业中的资源损失与环境污染问题，开展氧化铝生产阶段的物质流分析，评价不同工艺的资源环境效益，一方面对发展氧化铝清洁生产提供依据，另一方面对于探究降低铝资源损失的手段与措施，减少资源浪费都有着重要意义。

关键词：氧化铝工业；工艺改造；清洁生产

引言

氧化铝工业是一种资源型行业，企业占有了铝土矿资源，企业就有了生存之本，否则企业就是沙中之塔。我国铝矿资源已经不能满足氧化铝工业发展的需要，2012年我国进口铝土矿量占生产所需总量的53%，据专家预测我国现有的铝土矿仅够目前的氧化铝厂使用8～10年。事实上，目前我国氧化铝生产企业对铝土矿的争夺已经进入了白热化，已探明的铝土矿基本被瓜分完毕。利用国外铝土矿资源是我国氧化铝工业发展的必然趋势。我国铝工业走出国门，寻求国际资源、开拓国际市场是国家和企业的必然选择。

1氧化铝生产工艺概述

从铝土矿中提取氧化铝有多种方法，最初为烧结法，但自从拜耳法产生后，才逐步形成规模的氧化铝工业。拜耳法是生产氧化铝的主要方法，其产量约占氧化铝总产量的95％，在拜耳法得到广泛应用的同时，也发展出了由拜耳法和烧结法结合起来的联合法。目前，生产氧化铝主要的工艺为拜耳法、烧结法与联合法。破碎的铝土矿和和石灰、循环母液制成矿浆，矿浆经脱硅、预热后溶出，经过蒸发降温后沉降分离，赤泥经洗涤进入赤泥堆场，粗液过滤后经晶种分解得到氢氧化铝。而处理含硅较高的铝土矿或铝酸盐类矿物时，多采用烧结法。其基本工艺为：在高温条件下烧结碳酸钠、铝土矿和石灰石的混合料，然后用稀碱液溶出熟料可得到铝酸钠溶液，在溶液中通入CO2气体即可析出氢氧化铝。残留的溶液蒸发浓缩后返回配料循环使用。处理低品位铝土矿时，拜耳法的矿耗、碱耗升高。由此开发出联合法生产工艺，用烧结法处理拜耳法赤泥，回收其中的氧化铝和苛性碱。拜尔烧结联合法有多种，以串联联合法为例，串联联合法的基本流程为：先以拜耳法处理铝土矿，提取其中大部分氧化铝后，再用烧结法处理拜耳法赤泥，进一步提取赤泥中的氧化铝并回收碱；而后烧结法系统所得的铝酸钠溶液并入拜耳法系统一起进行晶种分解。

2氧化铝工业的工艺改造与清洁生产

2.1采用先进的设备，降低能耗

2.1.1采用管式降膜蒸发技术

种分母液蒸发是氧化铝生产的耗能大户，蒸发工序蒸发汽耗占总汽耗的50%左右，占总能耗20%以上。某分公司有外加热式自然循环蒸发器13组，强制循环蒸发器1组。除五蒸发有一组为四效外，其余均是三效蒸发器。外加热式自然循环蒸发器一般为三效或四效，相当于五、六十年代的技术水平，产能低（1110m2蒸发器蒸水能力仅60t/h左右）、汽耗高（0.5~0.6t-汽/t-水，约5t-汽/t-AO）、结垢速度快、清理周期短、运转率低（约70%）。因此，采用一组蒸水量150t/h的五效管式降膜蒸发器，彻底改造了三效自然循环蒸发器。

2.2.2种分槽采用低耗的机械搅拌技术

种分槽是氧化铝生产中不可取代的大型专用设备，搅拌装置是种分槽的运行和耗能中心。原使用的压缩空气搅拌是五十年代的落后技术，它能耗高、安全性差且槽体易结疤。在搅拌技术方面处于领先水平的是德国依卡托公司和法国罗宾公司的机械搅拌技术。压缩空气搅拌与机械搅拌相比有明显不足之处。

2.2工业级节能技术

为了进一步分析和研究，根据生产的次序把氧化铝的“工业级”这个概念划分为上游工业（氧化铝生产系统的原料生产）；中间产业（余热余能的利用、稀有金属的提取）；下游产业（排放废弃物的开发利用、金属的提取）。对于上游工业来说，氧化铝生产的直接节能主要是通过改变生产的物流状况来进行实现；中间以及下游产业氧化铝生产的间接节能主要是通过提高氧化铝生产所投入的单位物料、单位能耗的产值来进行实现。

2.2.1上游工业节能技术

氧化铝生产过程中所使用的主要原料为铝土矿，评价矿石品质主要有两个重要的指标：铝含和A/S。这两个指标也是给氧化铝生产能耗造成影响的两个根本因素。与国外相比，虽然我国铝土矿铝含量较高，然而A/S却比较低（大多数在4~7之间）。为了促使硅含量降低以及氧气化铝生产企业的入磨矿石品味提高，我国相关技术人员进行了一系列的相关研究析：①对铝土矿进行正浮选脱硅处理：通过采用新研发的技术（浮选技术）对铝土矿（铝硅比为5.9）最终所得到的精矿品味（A/S）、尾矿品味（A/S）、化铝回收率分别为11.38%、1.46%、86.46%。若是对精矿粒度不断的放粗，可把氧化铝回收率提升到大概90%左右。选矿过程中所运用到的拜耳法研究成果已顺利实现了产业化。②对铝土矿进行反浮选脱硅处理：该处理技术可同时把磨矿能耗以及精矿含水量降低。很多相关的调查研究指出，自从2005年以来，我国氧化铝生产产能不断增加，很多富矿短时间内消耗迅速，很多生产氧化铝的大厂能耗也在不断的增大，入磨A/S不断降低。例如：以广西某一氧化铝生产厂为例，从2002年开始到2006年，其入磨A/S在从9%降低到5.2%，能耗1416从增加到1462。因此，应该要尽快推行脱硅技术，促使我国氧化铝生产耗能得到有效降低。

2.2.2中间产业节能技术

中间产业的节能技术主要包括三个方面技术，分别是热电与氧化铝联合节能技术；余热利用、裕压发电；回收镓、钒等金属。氧化铝在整个生产的过程中会把大量的电力和蒸汽消耗掉，通过应用热电与氧化铝联合节能技术可提高资源的合理利用率，并产生良好的经济效能。在氧化铝企业的热力中存在大量的冷凝水，这些冷凝水压力都比较高，可进行充分的余热利用；氧化铝生产过程当中一些蒸汽需要减压、减温后方能使用。通过应用裕压发电技术可达到减少成本、节约能聊的目的。近年，镓作为微电子技术的基础原料在市场上有着大量的需求。我国在烧结法生产的整个流程当中，不但生产除了价格低廉的原材料，为化学法副产镓提供了支持，同时还提供了便于处理残渣废液的场所，促使我国石灰法提镓水平在世界中保持着较高的领先地位。

2.1.3下游产业节能技术

下游产业节能技术主要是对赤泥进行有效的综合利用，主要是在高铁赤泥当中对铁、水泥、或者其它建筑材料进行回收。在我国一步地区当中，铝土矿同时伴有极其丰富的金属钪，如山西铝土矿以及广西苹果铝土矿等等，在生产氧化铝过程当中，主要采用烧结法、拜耳法，95%以上的钪会进入到赤泥中。因此，加大分析研究钪提取技术可从促使氧化铝生产中废弃物的资源化利用水平得到提高。

结语

总之，某分公司氧化铝生产从原燃材料、生产过程到产品等全过程的清洁生产改造，不仅使清洁生产水平得到大幅度提高，而且取得了较好的经济效益和良好的发展空间，对其它氧化铝生产企业有较好的借鉴意义。

参考文献

[1]姜小凯.推进清洁生产打造“绿色企业”[N].中国环境报,2004-09-29.

[2]王辉民,聂菲,谭民强.我国氧化铝工业节能减排途径分析[J].环境保护,2008,(10):4-7.