耿殿輝

（國(guó)家電投集團(tuán)山西鋁業(yè)有限公司，山西 原平 034100）

目前，工業(yè)氧化鋁的生產(chǎn)方法主要是拜爾法，即通過(guò)氫氧化鈉溶液溶出鋁土礦形成鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液經(jīng)過(guò)添加晶種、中間降溫、攪拌等操作分解得到合格氫氧化鋁，再經(jīng)過(guò)高溫煅燒得到氧化鋁。但是由于鋁酸鈉溶液的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，即使在鋁酸鈉溶液中添加氫氧化鋁晶種形成過(guò)飽和溶液分解也較為緩慢。因此，在工業(yè)氧化鋁的生產(chǎn)過(guò)程中，主要通過(guò)晶種活化、延長(zhǎng)分解時(shí)間、執(zhí)行降溫制度等措施來(lái)提高分解率。鋁酸鈉溶液的分解過(guò)程用化學(xué)方程式表示為：NaAl(OH)4=Al(OH)3+NaOH

在工業(yè)生產(chǎn)中，優(yōu)化分解溫度制度因其易控性，成為調(diào)控鋁酸鈉溶液分解過(guò)程，提高分解率的最有效手段。分解溫度制度包括分解初溫、末溫及降溫制度，初溫高低影響氧化鋁粒度，而末溫高低影響氧化鋁分解率，提高分解溫度有利于擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行，加速氫氧化鋁析出反應(yīng)，但溫度的提高又使溶液的過(guò)飽和度降低，不利于氫氧化鋁的析出[1]。本文通過(guò)在工業(yè)生產(chǎn)中改變鋁酸鈉溶液溫度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，明確溫度制度在鋁酸鈉溶液分解過(guò)程中的作用。

1 試驗(yàn)步驟

（1）試驗(yàn)依據(jù)：根據(jù)鋁酸鈉溶液的化學(xué)特性，其過(guò)飽和度隨著溫度的降低而增加，可提高分解速度，當(dāng)其他條件相同時(shí)，可獲得較高的分解率。但分解溫度降低到一定程度時(shí)，鋁酸鈉溶液的黏度顯著提高，溶液穩(wěn)定性增加，分解速度降低，并且分解溫度對(duì)分解產(chǎn)物中某些雜質(zhì)的含量也有明顯的影響[2]，表1為分解初溫對(duì)分解完成后氧化鋁中不溶性Na2O含量的影響試驗(yàn)結(jié)果，除初溫外，其他分解條件保持一致。

表1 分解初溫對(duì)分解產(chǎn)物中不溶性Na2O含量的影響

從上表可以看出，分解初溫越低，氧化鋁中不溶性Na2O含量越高，影響氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量，且導(dǎo)致分解后漿液溫度過(guò)低，黏度太大，將給氫氧化鋁的分離過(guò)濾作業(yè)帶來(lái)困難[2]。為了兼顧分解率與產(chǎn)品質(zhì)量，工業(yè)生產(chǎn)中一般要求分解初溫控制在58℃±2℃范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行中間降溫制度試驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：某氧化鋁廠2個(gè)系列，每個(gè)系列有17臺(tái)分解槽、5臺(tái)寬流道板式換熱器，分別安裝在4#、6#、8#、10#、12#槽上進(jìn)行中間降溫，每個(gè)系列1臺(tái)線外槽備用，每個(gè)系列最后一臺(tái)分解槽作為緩沖槽，因液位與其他分解槽差距較大，溫度差距較大，不做參考，分解時(shí)間約為45小時(shí)，精液ak為1.48。取同一個(gè)系列進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

試驗(yàn)一：停用寬流道板式換熱器，去除降溫制度，對(duì)每系列分解槽溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并對(duì)每個(gè)分解槽鋁酸鈉溶液進(jìn)行取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果如下表2。

圖1 無(wú)降溫制度分解率的變化

試驗(yàn)二：投用寬流道板式換熱器，待降溫制度達(dá)到要求后，對(duì)每系列分解槽溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并對(duì)每個(gè)分解槽鋁酸鈉溶液進(jìn)行取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果如下表3。

3 陀螺儀定向誤差分析

3.1 陀螺儀定向原理

自由陀螺儀具有兩個(gè)重要的特性：

其一：陀螺儀在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的作用下，具有力圖維持其本身回轉(zhuǎn)平面的特性。

其二：陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性主要是受外力產(chǎn)生的。由于陀螺儀具有定軸性和進(jìn)動(dòng)性，是它在地球自轉(zhuǎn)作用的影響下，其軸圍繞測(cè)站的子午線進(jìn)行簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的平衡位置，也就是子午線的位置，因此將陀螺儀與經(jīng)緯儀或全站儀結(jié)合起來(lái)，通過(guò)陀螺儀定出子午線的方向，再由經(jīng)緯儀或全站儀測(cè)出該條定向邊與子午線的夾角，就可以得到地面或者井下任意邊的大地方位角。

3.2 陀螺儀定向誤差分析

自2017年起，怡盛元礦區(qū)豎井定向采用HGK15型陀螺全站儀， 尋北精度≤15″通過(guò)井上標(biāo)定儀器常數(shù)、井下陀螺邊測(cè)量、計(jì)算子午線收斂角，計(jì)算陀螺邊真方位角，即可完成對(duì)井下起始方位角的測(cè)定。豎井定向時(shí)，只需將井下測(cè)定的陀螺邊與豎井投點(diǎn)的鋼絲用導(dǎo)線進(jìn)行連接，即可將地表的坐標(biāo)及起始方位角傳遞到井下，由于在今后的測(cè)量中，起始方位角由陀螺邊直接提供，豎井投點(diǎn)引起的誤差只影響今后導(dǎo)線的起始坐標(biāo)，而由于投點(diǎn)引起的坐標(biāo)誤差，通常不會(huì)大于2mm。

HGK15型陀螺全站儀，其一測(cè)回定向中誤差為15″。由于井下測(cè)定陀螺邊時(shí)，一般對(duì)一條陀螺邊獨(dú)立測(cè)定3個(gè)測(cè)回，因此，該條陀螺邊的定向精度為：

現(xiàn)在我們?nèi)?倍中誤差為極限誤差，則該條陀螺邊的極限誤差為8.66×3≈26″，因此數(shù)據(jù)可以看出，即使取3倍的中誤差做為陀螺邊的測(cè)定誤差，陀螺邊所提供的起始方位角也比一井定向所提供的方位角在精度上提高了5倍以上。通過(guò)對(duì)三角形的三條邊進(jìn)行重新丈量，由于丈量三條邊都需在井筒內(nèi)有人拉鋼尺，難度相當(dāng)大。不但增加了占用井筒的時(shí)間，而且也加大了人員暴露在危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，采用陀螺儀進(jìn)行豎井定向，具有觀測(cè)方法簡(jiǎn)單、作業(yè)效率高，而且能夠避免由于多次進(jìn)行一井定向引起的誤差累積，能保證較高的定向精度。是一種先進(jìn)的豎井定向方法。就怡盛元礦而言，它完全可以取代我礦自建礦十幾年以來(lái)，一直使用的幾何定向方法。

[1]石震，馬驥，楊志強(qiáng)．長(zhǎng)大隧道非等精度條件下磁懸浮陀螺導(dǎo)線平差優(yōu)化方法研究[J]．現(xiàn)代隧道技術(shù),2016,53(2)：44-47．

[2]袁仁愛(ài)，杜強(qiáng)，羅田郎．瀏陽(yáng)河隧道3#豎井陀螺定向聯(lián)系測(cè)量技術(shù)[J]．鐵道工程學(xué)報(bào),2010,27(1)：59-62．

[3]楊波，王躍鋼，彭輝煌．基于捷聯(lián)慣導(dǎo)/里程計(jì)的車(chē)載高精度定位定向方法研究[J]．計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2011,19(10)：2501-2503．