湯志彩，王善濤

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁是目前應(yīng)用最普及的生產(chǎn)方式，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、流程短、生產(chǎn)的氧化鋁質(zhì)量高，相對(duì)于燒結(jié)法生產(chǎn)工藝，具有投資少、易管理、能耗低等特點(diǎn)，所以目前我國新建設(shè)的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)大多采用了拜耳法生產(chǎn)工藝。

目前我國的氧化鋁產(chǎn)能超過了世界總產(chǎn)能的一半，而全世界新增產(chǎn)能的90%來自于中國氧化鋁的擴(kuò)建，大量的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)集中在利用當(dāng)?shù)匾凰蹭X石鋁土礦的河南、山西、廣西和利用進(jìn)口一水軟鋁石和三水軟鋁石的山東地區(qū)，由于生產(chǎn)礦石的不同，各自的蒸發(fā)方案也略有差異。

1 拜耳法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

拜耳法生產(chǎn)工藝的第一步流程是對(duì)鋁土礦石進(jìn)行破碎和研磨，添加含有大量液堿的母液調(diào)配成生產(chǎn)用的礦漿送入溶出工序。

在溶出工序，礦漿經(jīng)過高溫和高壓反應(yīng)制備成鋁酸鈉溶液。完成該工序的作業(yè)后溶液進(jìn)入赤泥分離工序分離溶液中的溶出固體和液體洗滌赤泥后形成過飽和溶液在晶種分級(jí)工序添加晶種是溶液中的氫氧化鋁析出。

蒸發(fā)工序采用蒸汽加熱的方式處理分解后的溶液，使溶液中的水分蒸發(fā)達(dá)到增加溶液濃度的目的，濃度提高后的溶液可以用于調(diào)配礦石重新利用其中的液堿。這些工序就是拜耳法生產(chǎn)的基本工藝過程。因?yàn)椴煌再|(zhì)的礦石其溶出難易程度有較大差異所需要的母液濃度是不一樣的，所以各種礦石生產(chǎn)工藝的蒸發(fā)方案也存在差異。

2 一水硬鋁石為原料的蒸發(fā)工藝

一水硬鋁石的溶出難度較大、條件較為苛刻，制備的鋁酸鈉溶液有較高的濃度，蒸發(fā)原液堿含量約在170g/L～190g/L之間，母液的堿含量大約在240g/L～250g/L之間。

我國大部分地區(qū)的一水硬鋁石含有較高的碳酸鹽，在進(jìn)行溶出反應(yīng)時(shí)礦石中的碳酸鹽會(huì)大量的進(jìn)入到生產(chǎn)流程中，這對(duì)后續(xù)生產(chǎn)工序的分解反應(yīng)過程有很大的負(fù)面影響，要降低這種影響需將溶液的濃度升高的320g/L左右，并將溶液中的雜質(zhì)以結(jié)晶形式排除。山西的鋁土礦碳酸鹽含量相對(duì)較低，流程中碳酸鈉無富集所以不需要排鹽工序。鋁酸鈉溶液蒸發(fā)工藝一般采用六效管式降膜蒸發(fā)器組加上強(qiáng)制循環(huán)排鹽蒸發(fā)器的形式。因?yàn)橐凰蹭X石中存在碳酸鈉富集的情況所以在蒸發(fā)工序還需要強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，這是由于礦石的原因決定的，如果不存在碳酸鈉富集問題，蒸發(fā)工序可以不使用強(qiáng)制循環(huán)及排鹽系統(tǒng)。但是蒸發(fā)器機(jī)組的新蒸汽消耗量與蒸發(fā)水量還是較高一般在0.24左右，這個(gè)問題可以通過增加自蒸發(fā)器的數(shù)量，提高蒸汽的循環(huán)利用次數(shù)來改善。

3 六效蒸發(fā)器機(jī)組的設(shè)備組成

隨著氧化鋁蒸發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，六效管式降膜蒸發(fā)器組的蒸水能力得到迅速提高，擴(kuò)建的大型氧化鋁企業(yè)普遍采用了大型化、集成化設(shè)計(jì)。蒸發(fā)器機(jī)組一般由Ⅰ～Ⅵ效管式降膜蒸發(fā)器組、強(qiáng)制循環(huán)排鹽蒸發(fā)器、Ⅰ～Ⅲ級(jí)自蒸發(fā)器、原液閃蒸器、水冷器、Ⅰ～Ⅵ效冷凝水罐、各效循環(huán)泵、Ⅱ～Ⅵ效過料泵、出料泵等九大主要部分構(gòu)成。根據(jù)工藝流程順序生產(chǎn)物料從四效、六效分兩段進(jìn)入，四效進(jìn)料經(jīng)四效、三效、二效、一效與其中的蒸汽進(jìn)行換熱后經(jīng)過三級(jí)閃蒸后出料，六效進(jìn)料經(jīng)過五效與蒸汽逆流換熱后出料。新蒸汽從一效進(jìn)入與溶液換熱后形成新蒸汽冷凝水。

經(jīng)過換熱后的高溫溶液在分離室閃蒸出二次蒸汽進(jìn)入下一效換熱并依次進(jìn)行。經(jīng)過以上工序到達(dá)六效的二次蒸汽蘊(yùn)含熱量較低失去生產(chǎn)利用價(jià)值后進(jìn)入到水冷器中混合循環(huán)水冷凝后供其他用水工序使用。蒸發(fā)過程中利用新蒸汽換熱后形成的冷凝水水質(zhì)較高可以再次送到電廠作為鍋爐用水。其他各效加熱室中換熱后的二次蒸汽冷凝水在水罐中聚集進(jìn)入下一效閃蒸利用蘊(yùn)含在其中的熱量。最終形成的二次蒸汽冷凝水在六效冷凝水罐中進(jìn)入到離心泵中并由離心泵輸送的其他工序繼續(xù)使用。

4 一水軟鋁石為原料的蒸發(fā)工藝

由于我國的鋁土礦多是一水硬鋁石，所以以一水軟鋁石為生產(chǎn)原料的多是新建的氧化鋁企業(yè)，這些企業(yè)以進(jìn)口澳大利亞的礦石為原料，主要分布交通便利的在山東地區(qū)，相對(duì)于一水硬鋁石，一水軟鋁石制備溶液的濃度要低一些，原液的堿含量在130g/l左右，母液的堿含量在180g/l～220g/l之間，其溶液的黏度和液堿的濃度、固含等也是比較高的，蒸發(fā)工藝也是六效管式降膜蒸發(fā)器加強(qiáng)制循環(huán)與一水硬鋁石蒸發(fā)類似。處理這種礦石的蒸發(fā)器機(jī)組的蒸水能力在240t/h左右，汽水比約在0.2～0.23左右。

5 拜爾法處理三水軟鋁石的蒸發(fā)工藝

我國的鋁土礦主要是一水硬鋁石和一水軟鋁石，而三水軟鋁石主要是進(jìn)口的鋁土礦，現(xiàn)在處理三水軟鋁石的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)主要集中在山東地區(qū)，由于交通便利山東地區(qū)的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)大量進(jìn)口來自其他國家的三水軟鋁石生產(chǎn)氧化鋁。三水軟鋁石生產(chǎn)氧化鋁工藝的特點(diǎn)是其鋁酸鈉溶液的濃度相對(duì)較低，蒸發(fā)原液中的堿含量只有110g/L～130g/L左右，而蒸發(fā)母液的堿含量在160g/L～180g/L之間。利用三水軟鋁石生產(chǎn)工藝中鋁酸鈉溶液的蒸發(fā)技術(shù)同樣可以利用六效管式降膜蒸發(fā)器組加上強(qiáng)制循環(huán)排鹽蒸發(fā)器形式。其中最常用的蒸發(fā)器機(jī)組的蒸水能力在240t/h～280t/h，蒸發(fā)機(jī)組的組成也與六效管式降膜蒸發(fā)器一樣，蒸發(fā)器組處理鋁酸鈉溶液堿濃度較低，汽水比約在0.19～0.2左右。由于三水軟鋁石生產(chǎn)氧化鋁工藝流程中的鋁酸鈉溶液的濃度低可利用的溫差范圍更寬，所以除了可以采用較普遍的六效管式降膜蒸發(fā)器外，還可以使用七效管式降膜蒸發(fā)器。

6 七效蒸發(fā)器機(jī)組的設(shè)備組成

七效蒸發(fā)器流程基本與六效相同，相對(duì)于六效蒸發(fā)器七效蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)在于二次蒸汽可以多利用一次，蒸汽利用的次數(shù)越多，蒸汽消耗也就越低，這樣可以節(jié)約更多的蒸汽消耗降低生產(chǎn)成本。

七效蒸發(fā)器機(jī)組主要由：Ⅰ～Ⅶ效管式降膜蒸發(fā)器組、強(qiáng)制循環(huán)排鹽蒸發(fā)器、Ⅰ～Ⅳ級(jí)自蒸發(fā)器、原液閃蒸器、冷器、Ⅰ～Ⅶ效冷凝水罐、各效循環(huán)泵、Ⅱ～Ⅶ效過料泵、出料泵等組成。

其實(shí)七效蒸發(fā)器相當(dāng)于六效蒸發(fā)器再增加一臺(tái)管式降膜蒸發(fā)器，所以實(shí)際上可以通過技改將六效蒸發(fā)器變?yōu)槠咝д舭l(fā)器。以50萬噸氧化鋁廠240t/h的蒸發(fā)器機(jī)組的技改為例，其基本成本如下：

設(shè)備總投資增加約265萬元，主要包括1臺(tái)Q235R的管式降膜蒸發(fā)器和1臺(tái)Q235R的冷凝水罐再加上兩臺(tái)總功率為160kw的離心泵。

安裝蒸發(fā)器、水罐、離心泵的土建和管道材料需150萬元左右，另外投入運(yùn)行后還要增加每年約50萬元左右的運(yùn)行成本。由于七效蒸發(fā)器的汽水比可以達(dá)到0.17～0.19之間，每年可節(jié)約3.2萬噸蒸汽，每年可產(chǎn)生250萬元以上的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)語

蒸發(fā)工序是保持拜耳法生產(chǎn)工藝系統(tǒng)液量平衡的關(guān)鍵，蒸發(fā)工序的蒸汽消耗量占氧化鋁生產(chǎn)所用蒸汽總消耗量的40%左右，因此蒸發(fā)工序的節(jié)能降耗工作有很大的挖掘潛力，掌握不同的鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁工藝及其對(duì)蒸發(fā)工序的影響，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，盡量將蒸汽進(jìn)行多次利用減少浪費(fèi)，通過技改增加蒸發(fā)效數(shù)以及增加高效的閃蒸裝置實(shí)現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)的節(jié)能減排不失為一個(gè)好辦法。