劉子寧
(國(guó)家電投山西鋁業(yè)有限公司,山西 原平 034100)
我國(guó)鋁土礦多屬高鋁高硅低鐵的中品位一水硬鋁石礦,宜采用聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁,目前國(guó)內(nèi)的主要氧化鋁生產(chǎn)廠家均采用混聯(lián)法。但混聯(lián)法與串聯(lián)法相比,存在著如下的諸多缺點(diǎn):流程復(fù)雜、拜耳法部分的比例較低、能耗高、堿耗高、投資大、成本高等[1]。隨著國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)進(jìn)一步融通和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,串聯(lián)法已成為提高我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展方向[2]。
串聯(lián)法是一種以拜耳法為主體的生產(chǎn)方法,它將拜耳系統(tǒng)與燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行有效串聯(lián),拜耳系統(tǒng)的尾礦---赤泥又進(jìn)入燒結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn),這樣可以最大可能的提取氧化鋁,并將拜耳赤泥中的堿回收利用,因此國(guó)外又稱(chēng)串聯(lián)法為改良的拜耳法[3]。對(duì)于低鐵含量的鋁土礦(中國(guó)絕大多數(shù)礦石如此),“串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁新工藝全流程試驗(yàn)”的結(jié)果表明,當(dāng)采用適宜的堿比和鈣比的熟料配方時(shí),A/S為1.3~1.5的熟料其燒結(jié)溫度范圍可達(dá)60℃。大窯運(yùn)行平穩(wěn),燒制的熟料質(zhì)量穩(wěn)定。熟料中的Al2O3的標(biāo)準(zhǔn)溶出率大于85%,Na2O的標(biāo)準(zhǔn)溶出率大于95%,赤泥沉降性能良好可以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)要求。
串聯(lián)法同混聯(lián)法、石灰拜耳法、選礦拜耳法相比有如下特點(diǎn):
串聯(lián)法先以較簡(jiǎn)單的拜耳法系統(tǒng)處理鋁土礦,最大限度地提取鋁土礦中的氧化鋁,然后再用燒結(jié)法系統(tǒng)回收拜耳法赤泥中的氧化鋁和堿。其氧化鋁回收率可比其他工藝高出20個(gè)百分點(diǎn)左右。
在相同品位鋁土礦供礦條件下,串聯(lián)法每噸氧化鋁消耗鋁土礦為1.75噸,石灰拜耳法消耗鋁土礦為2.49噸,選礦拜耳法消耗鋁土礦為2.27噸。以串聯(lián)法為基準(zhǔn),石灰拜耳法高42.3%,選礦拜耳法高29.7%。鋁土礦消耗高不僅浪費(fèi)資源,增大礦山的投資,而且縮短礦山服務(wù)年限。
在串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)中,燒成系統(tǒng)不僅回收了氧化鋁和堿,而且還可以將生產(chǎn)過(guò)程中損失的苛性堿由價(jià)廉的碳酸鈉補(bǔ)充。
以串聯(lián)法赤泥排放量為100%計(jì),則混聯(lián)法赤泥為182%,選礦拜耳法赤泥及尾礦為116%。赤泥排放量的增加將導(dǎo)致赤泥堆場(chǎng)面積的增大,加大了赤泥堆場(chǎng)的購(gòu)地投資和運(yùn)行成本。采用選礦拜耳法還將分別建設(shè)尾礦堆場(chǎng)和赤泥堆場(chǎng)二個(gè)堆場(chǎng)。
由于αk低的燒結(jié)法粗液與拜耳法溶出液合流,從而降低了串聯(lián)法分解原液的αk,這不僅可以加快分解速度,提高產(chǎn)出率,而且為生產(chǎn)砂狀氧化鋁提供了良好的條件。
串聯(lián)法建設(shè)投資相對(duì)較少,單位制造成本最低。
以串聯(lián)法綜合能耗為100%計(jì),混聯(lián)法為120%,選礦拜耳法為70%。其主要原因是串聯(lián)法中有高能耗的燒結(jié)過(guò)程。但是晉北鋁廠位于煤炭資源豐富的晉北地區(qū),能耗不應(yīng)是制約發(fā)展的問(wèn)題。
串聯(lián)法比混聯(lián)法、石灰拜耳法、選礦拜耳法增加了拜耳法赤泥燒結(jié)和熟料溶出過(guò)程,使得工藝流程加長(zhǎng),相應(yīng)的要比其他工藝流程復(fù)雜一些。
綜上所述,串聯(lián)法雖在綜合能耗上處于劣勢(shì),但是氧化鋁整體運(yùn)行成本較低,產(chǎn)品質(zhì)量有保障,并對(duì)于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和資源的充分利用方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),可以實(shí)現(xiàn)鋁工業(yè)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。
目前串聯(lián)法雖然在技術(shù)上有很多優(yōu)勢(shì)可循,但是其仍然存在很多弊端。
我國(guó)現(xiàn)有的燒結(jié)法和混聯(lián)法燒結(jié)窯處理的生料,其鋁硅比一般在2.5~3.5,而對(duì)于低鋁硅比(A/S≤2.0)拜耳法赤泥生料的燒結(jié),工業(yè)生產(chǎn)尚無(wú)成熟的經(jīng)驗(yàn)。由于拜耳赤泥生料具有A/S低和[F/A]高的特點(diǎn),因而熟料的燒結(jié)溫度低和燒成溫度范圍窄,容易造成熟料窯燒成帶結(jié)圈及“滾大蛋”,給熟料窯的操作帶來(lái)困難。因此,確定拜耳赤泥生料燒結(jié)的最佳熟料配方和創(chuàng)新燒結(jié)工藝是串聯(lián)法成功運(yùn)行的技術(shù)關(guān)鍵。
熟料溶出過(guò)程的主要反應(yīng)有鋁酸鈉的溶解和鐵酸鈉的水解反應(yīng),原硅酸鈣基本上不溶于水轉(zhuǎn)入固相赤泥中。但是,實(shí)際生產(chǎn)中原硅酸鈣與溶液之間會(huì)發(fā)生一系列的副反應(yīng),將使已進(jìn)入溶液中的有用成分Al2O3與Na2O進(jìn)入赤泥而損失掉,使Al2O3與Na2O凈溶出率比標(biāo)準(zhǔn)溶出率低很多。
在串聯(lián)法中燒結(jié)法部分的作用僅限于處理回收拜耳法赤泥中的Al2O3、Na2O和補(bǔ)堿,所以燒結(jié)法部分的比例較小,更由于串聯(lián)法全部是種子分解,對(duì)精液的A/S要求不高,而混聯(lián)法有碳酸化分解,這部分精液需要較高的A/S,因而串聯(lián)法更宜于采用合流脫硅。
結(jié)合氧化鋁生產(chǎn)實(shí)際,對(duì)低A/S拜耳法赤泥按不同配比進(jìn)行燒結(jié)、溶出及赤泥沉降性能試驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的需求,為晉北鋁將來(lái)走效益型的低燒結(jié)比例“串聯(lián)法”氧化鋁生產(chǎn)道路提供重要依據(jù)。
在熟料溶出過(guò)程,怎樣抑制原硅酸鈣的分解,減慢二次反應(yīng)的速度,對(duì)于改善熟料溶出過(guò)程,提高溶出效果都是十分重要的。
由我司投產(chǎn)的100萬(wàn)噸串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)項(xiàng)目2010年4月建成投用,經(jīng)過(guò)幾年堅(jiān)持不懈的努力,在2015年終于達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo),這也標(biāo)志著中國(guó)的第一條串聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)線(xiàn)成功了。該工藝大大提高了鋁土礦石的利用率,降低赤泥排放量。該生產(chǎn)工藝為低鋁硅比一水硬鋁石生產(chǎn)氧化鋁開(kāi)辟了一條光明大道,值得在我國(guó)中西部地區(qū)推廣。