陳曉靜

（1．河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000；2.中鋁中州鋁業(yè)有限公司，河南 焦作 454174）

1 拜耳法溶出生產(chǎn)控制條件

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝，依據(jù)“溶出”“稀釋”“分解”“蒸發(fā)”的拜耳循環(huán)，利用不同溫度及堿濃度下氧化鋁在鋁酸鈉溶液的飽和度不同實(shí)現(xiàn)礦石中無用礦物的脫離。我國鋁土礦多以一水硬鋁石形態(tài)存在，其溶出條件為高溫高堿：循環(huán)堿液濃度240g/l以上，溶出溫度至少260℃～270℃。

2 選礦拜耳法雙流法溶出工藝的形成及運(yùn)行情況

作為“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目的選礦拜耳法，在產(chǎn)業(yè)化的過程中，依據(jù)選精礦礦物組成及其溶出特性，選取“雙流法溶出”工藝[1]。其設(shè)計(jì)雛形為高溫“雙流法”高壓蒸汽部分直接加熱的工藝。

在流程投產(chǎn)初期，堿液流高溫段出現(xiàn)頻繁泄露，其主要原因集中在以下幾個方面[2]：一是管道連接法蘭與母材有差異，造成之間焊接出現(xiàn)缺陷；二是管道流線設(shè)計(jì)存在不足，個別區(qū)域出現(xiàn)渦流；三是堿液中氯離子含量高，加上高溫下堿蝕現(xiàn)象嚴(yán)重；四是內(nèi)管泄漏時未能及時發(fā)現(xiàn)，造成高壓蒸汽串入，引起堿液沸騰造成空泡腐蝕。后生產(chǎn)進(jìn)行多方優(yōu)化，迫不得已將堿液高溫新段蒸汽預(yù)熱切出流程，全部新蒸汽通過溶出器直接通入，形成“雙流法直接加熱”溶出工藝。

3 直接加熱存在主要問題

直接加熱溶出工藝，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行得以保證。而也因過熱蒸汽直接加熱造成大量新蒸汽冷凝水進(jìn)入溶出系統(tǒng)，降低了礦漿中苛性堿濃度，造成循環(huán)效率、實(shí)際溶出率較低，礦耗升高。大量蒸汽直接通入，造成溶出系統(tǒng)后續(xù)閃蒸的負(fù)擔(dān)，末閃出料溫度達(dá)到145℃，大量熱量排空。且沉降系統(tǒng)赤泥洗水單耗相對較低，洗滌效果欠佳，外排赤泥附堿較高造成堿耗的升高。

4 工藝優(yōu)化思路及改造歷程

4.1 優(yōu)化思路的確定

針對提高蒸汽利用率，降低綜合氣耗，與此同時優(yōu)化溶出系統(tǒng)指標(biāo)降低氧化鋁生產(chǎn)的礦耗、堿耗，優(yōu)化溶出指標(biāo)的關(guān)鍵點(diǎn)也在減少甚至杜絕直接加熱的新蒸汽量。結(jié)合《選礦拜耳法礦漿脫硅脫鈦及間接加熱溶出技術(shù)研究應(yīng)用》在生產(chǎn)上的整體試驗(yàn)情況[3]，優(yōu)化思路確定為用套管換熱器實(shí)現(xiàn)間接加熱模式，加熱后新蒸汽冷凝水通過閃蒸得到二次蒸汽送至蒸發(fā)（0.6Mpa）使用，對應(yīng)所得冷凝水158℃左右，電導(dǎo)判斷合格時作為鍋爐用水直接上爐，減少熱電鍋爐的自用汽量。將氧化鋁生產(chǎn)及輔助熱電蒸汽制備系統(tǒng)整體考慮，實(shí)現(xiàn)全流程綜合節(jié)能降耗。

4.2 工藝流程配置及改造歷程

溶出系統(tǒng)歷經(jīng)部分間接加熱、提高乏汽利用率、全間接加熱及系統(tǒng)優(yōu)化三個改造歷程。

4.2.1 部分間接加熱及脫硅脫鈦技術(shù)應(yīng)用效果

現(xiàn)有套管加熱器的框架，在其上層加層、外側(cè)加寬，布置套管加熱器加熱混合礦漿，將目前全部新蒸汽通入溶出器直接加熱選用三套管進(jìn)行加熱。

利用現(xiàn)有溶出器優(yōu)化工藝配置脫硅脫鈦流程，在190℃～210℃的溫度段配置脫硅脫鈦流程，避免脫硅脫鈦階段在套管內(nèi)進(jìn)行，保留部分直接蒸汽。

溶出間接加熱及脫硅脫鈦技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，溶出αk由1.52降至1.45，且減少溶出新蒸汽直接加熱，末閃出料溫度降至132℃左右，系統(tǒng)壓力降低的同時提高機(jī)組進(jìn)料量，提供充足的提產(chǎn)空間。

4.2.2 提高溶出系統(tǒng)乏汽利用率效果

間接加熱改造后，優(yōu)化了溶出效果，但仍保留部分過熱蒸汽的直接通入，運(yùn)行過程中與設(shè)計(jì)結(jié)合數(shù)次調(diào)整首效孔板仍存在閃蒸負(fù)荷大，料位高，致使自蒸發(fā)器調(diào)節(jié)閥開度小，造成溶出系統(tǒng)乏汽利用率低。

增加一次閃蒸，并匹配相應(yīng)的乏汽套管作為混合礦漿預(yù)熱，提高溶出系統(tǒng)乏汽利用率和溶出預(yù)熱溫度。投用后，運(yùn)行后期末閃壓力降至0.16Mpa左右，周期內(nèi)出料溫度降至128℃左右，新蒸汽節(jié)約1.5t/h.組。

4.2.3 全間接加熱提質(zhì)增效優(yōu)化效果

對比溶出Ⅴ組單流法，溶出工藝選用“套管加熱溶出器停留”全間接加熱的溶出工藝。運(yùn)行過程中，溶出指標(biāo)穩(wěn)定，蒸汽消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于之前的溶出機(jī)組。溶出1-4組在正常運(yùn)行過程中需有約25t/h.組的直接蒸汽補(bǔ)入（共約100t/h）保證合適的溶出溫度，對比新增溶出機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，主要因?yàn)樘坠軗Q熱面積不足。

從表1可以看出，溶出1-4組單位體積礦漿對應(yīng)的套管面積與新增的溶出機(jī)組對比存在嚴(yán)重不足的問題。必須配置相應(yīng)的間接加熱套管及乏汽套管，并結(jié)合現(xiàn)有乏汽套管位置對各級乏汽預(yù)熱段面積進(jìn)行重新配置。

表1 溶出各組加熱面積對比

改造前后新蒸汽及乏汽預(yù)熱段的單位原礦漿面積對比如圖1所示。

圖1 改造前后各組單位礦漿對應(yīng)面積，單位：m2/m3-礦漿

通過本次改造，實(shí)現(xiàn)完全間接加熱溶出，直接加熱汽在溶出系統(tǒng)停用，末閃壓力降至0.13Mpa左右，末閃出料溫度降至125℃左右，乏汽套管溫度提高10℃，新蒸汽用量節(jié)約8t/h.組。

4.3 生產(chǎn)組織優(yōu)化

4.3.1 礦緩、堿緩的流程隔離

結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行情況，直接加熱蒸汽掐斷后，溶出蒸汽緩沖器退出流程，生產(chǎn)運(yùn)行更為安全穩(wěn)定。相應(yīng)礦漿緩沖器及堿液緩沖器的原設(shè)計(jì)職能及作用相應(yīng)減弱，從優(yōu)化流程角度出發(fā)，生產(chǎn)從以下角度進(jìn)行論證，并經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可將礦漿緩沖器、堿液緩沖器割出流程。

隔離后運(yùn)行效果：第一、喂料泵出口壓力會適當(dāng)下降，穩(wěn)定機(jī)組運(yùn)行。第二、停用堿液脈沖緩沖器、礦漿脈沖緩沖器及其附屬設(shè)施。預(yù)脫硅單位礦漿輸送電耗平均下降0.14kwh/m3，月均節(jié)電20萬kwh以上。

4.3.2 后級閃蒸過料方式優(yōu)化

考慮1-4組出料彎管最高點(diǎn)高出閃蒸進(jìn)料平管1米，嘗試低壓段將高度差形成的阻力差轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫欧ζ康膲毫Σ?，盡可能的打開閃蒸乏汽閥門，提高閃蒸乏汽預(yù)熱溫度。

改造后效果：①末閃壓力方面：改造后末閃壓力由原來0.13MPa降低至0.10MPa以下；②單位原礦漿汽耗由之前的平均0.173降至0.168t/m3以下，降低3%左右。

4.4 改造前后效果對比

選礦拜耳法溶出工藝的升級改造，各階段對應(yīng)單耗指標(biāo)如表2所示。

表2 改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)及單耗對比

高壓汽單耗核算時同口徑按熱焓扣除高溫回水及轉(zhuǎn)送低壓管網(wǎng)的低壓汽熱量，改造前后高壓汽單耗有1.527t/t降至1.272t/t，降耗幅度達(dá)到16%以上，該系統(tǒng)年產(chǎn)氧化鋁200萬噸以上，高壓蒸汽成本100元/t，僅高壓蒸汽一項(xiàng)年化直接效益約為5000萬元。

5 綜合降耗影響分析

通過一系列的溶出工藝優(yōu)化，綜合考慮溶出高壓汽耗及溶出回水、送蒸發(fā)二次汽熱量折減的標(biāo)煤耗，中州選礦拜耳法“雙流法溶出工藝”的系統(tǒng)消耗及工藝指標(biāo)控制基本接近中等水平，溶出工藝優(yōu)化在降低能耗提質(zhì)增效方面對選礦拜耳法工藝能耗優(yōu)化做出突出貢獻(xiàn)。