拜耳法生產(chǎn)氧化鋁控制種分粒度的措施

摘要：晶種分解產(chǎn)出的氫氧化鋁，其粒度和強(qiáng)度在生產(chǎn)上都有一定要求。然而其粒度分布存在周期性變化的狀況，目前尚無法避免。作為生產(chǎn)組織者就要立足于工廠生產(chǎn)實(shí)際，綜合探討各種因素，制定出符合生產(chǎn)工藝的種分作業(yè)制度，最大程度上實(shí)現(xiàn)氫氧化鋁的粒度控制在工藝要求的范圍之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：氫氧化鋁粒度 粒度分布 周期性 控制措施

中圖分類號(hào)：TF821文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）08（c）-0014-02

1 前言

中美鋁業(yè)氧化鋁生產(chǎn)采用拜耳法生產(chǎn)工藝，所采用礦石為一水硬鋁石，礦石鋁硅比8左右，產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)品，砂狀氧化鋁。本廠自投產(chǎn)以來所產(chǎn)出的氧化鋁各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)十分優(yōu)良，各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)高于一級(jí)品要求。可是緣于種分分解工序產(chǎn)出的氫氧化鋁粒度分布呈周期性變化，產(chǎn)品粒度仍沒有擺脫周期性細(xì)化的狀況。

氫氧化鋁顆粒過細(xì)，危害很大：易吸附堿液及雜質(zhì)，對(duì)洗滌及過濾造成困難；降低立盤過濾機(jī)及平盤過濾機(jī)的設(shè)備產(chǎn)能；種分母液浮游物增高，造成實(shí)際分解率降低；洗滌時(shí)增加了洗滌水量及蒸發(fā)量；同時(shí)焙燒電收塵負(fù)擔(dān)加大、煙囪煙氣出口含塵升高等一系列問題的出現(xiàn)，因此獲得粒度較粗且比較均勻的氫氧化鋁是是生產(chǎn)上要求。

生產(chǎn)砂狀氧化鋁，種分分解工序產(chǎn)出的氫氧化鋁粒度生產(chǎn)工藝指標(biāo)一般為小于44μm的顆粒百分含量≤12%（粒度分析方法：干法篩分粒度分析，采用SDB-200頂擊式標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)）。

2 本種分工藝概述

分解工序采用一段法工藝流程，16個(gè)分解槽連續(xù)分解，4#、5#、6#、7#、8#、9#槽上均安裝有寬流道板式換熱器，逐級(jí)降溫。其中1#2#3#為分解首槽；14#、15#為出料槽，16#為緩沖槽。投用種分槽數(shù)一般由分解時(shí)間及總液量而定（備用2個(gè)）。種分槽攪拌采用槳葉式機(jī)械攪拌。

出料槽上裝設(shè)兩臺(tái)分級(jí)機(jī)，由槽液下泵送入水力旋流器，經(jīng)旋流分級(jí)后，顆粒粗的底流送平盤過濾機(jī)，溢流返回出料槽。出料槽通過自壓的方式向立盤過濾機(jī)供料漿，進(jìn)行晶種過濾。濾餅與精液混合后返回首槽作晶種。

分解控制條件為：首槽溫度62±1℃，末槽溫度52±1℃，晶種固含700～800g/l，分解時(shí)間45～60h，分解率≥48%，精液成分AO≥165g/l，ak<1.54。

3 種子分解過程實(shí)質(zhì)性描述

種子加入后即從溶液析出的氫氧化鋁直接沉淀于晶種活性的表面上，加入的種子晶體繼續(xù)長大。長大的氫氧化鋁晶體受各種因素影響，成長不均勻而在其表面上形成樹枝狀結(jié)晶，在攪拌或流動(dòng)過程中受到撞擊，使樹枝狀晶體破碎產(chǎn)生了小的晶核。這也就是種分過程中新晶核的來源。在種子長大和生成新晶核的同時(shí)，還存在著附聚作用，細(xì)小晶粒由于互相撞擊而粘在一起成為大的集合晶體。

4 生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明氫氧化鋁粒度呈周期性波動(dòng)

4.1 氫氧化鋁粒度分布呈現(xiàn)周期性變化（見圖1）

4.2 通過對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及圖1分析，歸納出如下規(guī)律

（1）氫氧化鋁粒度分布呈周期性變化，但每個(gè)周期持續(xù)時(shí)間、波動(dòng)振幅、每個(gè)周期內(nèi)粒度合格天數(shù)及不合格天數(shù)差別卻很大。

（2）自量產(chǎn)以來粒度波動(dòng)共出現(xiàn)5個(gè)周期，每個(gè)周期持續(xù)100天左右。

（3）所采取的各項(xiàng)控制調(diào)整措施，目前來看只能延長粒度波動(dòng)周期和減弱粒度波動(dòng)的振幅，卻無法避免粒度周期性波動(dòng)趨勢(shì)。

（4）在保持種分系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的條件下，及時(shí)跟蹤粒度分布狀況。通過精心調(diào)控與操作；縮短粒度細(xì)化周期、不斷延長粒度指標(biāo)合格周期，降低氫氧化鋁粒度波動(dòng)幅度是完全可以實(shí)現(xiàn)的。

5 氫氧化鋁粒度調(diào)控思路

新晶核必須經(jīng)過多次循環(huán)才能生成粒度適中的晶粒，采取有利條件促進(jìn)晶體的長大和晶粒的附聚，應(yīng)盡量避免或減少種分時(shí)次生晶核的形成和氫氧化鋁晶粒的破裂。

分解過程不僅要求氫氧化鋁晶粒有一定的粒度和機(jī)械強(qiáng)度，還要求較高的分解速度與分解率。因此要全面考慮各種因素后，制定出符合實(shí)際情況都粒度控制措施。

（1）設(shè)置足夠、合理監(jiān)測點(diǎn)，時(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌握分解條件。尤其要及時(shí)掌握首槽溫度、末槽溫度、及中間降溫梯度、首槽固含、分級(jí)機(jī)底流粒度分布、溢流粒度分布、底流料漿的流出狀態(tài)及添加種子粒度分布等工藝變量的動(dòng)態(tài)特征。

（2）科學(xué)分析、歸納數(shù)據(jù)，確定種分系統(tǒng)中影響附聚和成核的規(guī)律，保證晶種粒度分布平衡。

（3）盡可能提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的粒度粗化、細(xì)化趨勢(shì)，及時(shí)采取控制措施干預(yù)。

6 針對(duì)一段法種分生產(chǎn)工藝，提出以下控制氫氧化鋁粒度的措施

（1）分解溫度是影響氫氧化鋁粒度的主要因素，也是最直接最靈敏的調(diào)控措施。采取以下分解變溫制度，采用初溫度60～65℃，末溫度48～53℃，分解時(shí)間45～60h，利用寬流道板式換熱器在4#槽～9#槽進(jìn)行中間降溫10～13℃。根據(jù)不同條件，調(diào)控首槽、末槽溫度及中間降溫梯度。經(jīng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，產(chǎn)品粒度及分解率都可以得到保證。下表為采取該變溫制度后分解率及粒度（如表1）。

在其他條件不變的情況下，溫度高晶體成長速度快，避免或減少了新晶核的生成，有利于氫氧化鋁晶核的長大，所得氫氧化鋁結(jié)晶完整，強(qiáng)度大；溫度降低有力于細(xì)顆粒的產(chǎn)生。首槽溫度調(diào)控范圍60～65℃，然后配合分解槽降溫梯度，合理安排開啟寬流道板式換熱器臺(tái)數(shù)及降溫幅度。在后續(xù)分解階段，增開降溫裝置，中間降溫10～13℃，提高溶液飽和度，促進(jìn)氫氧化鋁析出，促使顆粒長大。

降溫的原則是：保持較高的分解初溫，降溫速度在分解初期可快些，分解后期則要放慢，這樣既可以提高分解率又不致明顯使氫氧化鋁的粒度變細(xì)。值得注意的是：在實(shí)際的生產(chǎn)時(shí)，不可能為了提高氫氧化鋁粒度，而降低分解率。所以調(diào)整時(shí)要兼顧分解率分解槽產(chǎn)能，以免造成生產(chǎn)成本升高，經(jīng)濟(jì)效益降低。

（2）加強(qiáng)分級(jí)機(jī)的操作確保分級(jí)機(jī)最佳分級(jí)效果，滿足分解作業(yè)過程對(duì)氫氧化鋁產(chǎn)量和質(zhì)量的要求。

分級(jí)機(jī)控制的好壞直接影響氫氧化鋁的粒度質(zhì)量和分解率。分級(jí)機(jī)是確保粒度質(zhì)量合格的關(guān)鍵設(shè)備之一。若氫氧化鋁粒度細(xì)化，通過提高分級(jí)機(jī)的進(jìn)料壓力（增加母液加入量）、降低進(jìn)料固含（不高于450g/L）、提高進(jìn)料溫度，提高分級(jí)效果，必要時(shí)全開兩組分級(jí)機(jī)以實(shí)現(xiàn)粒度良好的分級(jí)效果。

加強(qiáng)崗位巡檢，關(guān)注進(jìn)料壓力（一般為0.15MPa～0.20MPa）及底流料漿從噴嘴的流出狀態(tài)。及時(shí)清理進(jìn)料管、溢流管及噴嘴存在的堵塞物料及雜物，確保分級(jí)效果正常。

（3）根據(jù)粒度分布情況，調(diào)整固含（即種子比）。

首槽固含控制在700～800g/L，都適合生產(chǎn)砂狀氧化鋁。

加入晶種的目的，是越過“晶核形成”的階段，使溶液加速分解，而且也是為了制取粗粒氫氧化鋁產(chǎn)品。粒度出現(xiàn)粗化時(shí)，如-44μm≤2%～4%時(shí)候，說明100μm以上的粗顆粒太多，要及時(shí)向平盤出料，降低固含，防止成核突然增加；粒度細(xì)化時(shí)，若固含偏低，適當(dāng)提高固含。

（4）做好“特殊日期”的籌劃與安排。

系統(tǒng)液量的穩(wěn)定對(duì)晶種分解工序的每個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)都十分重要。但由于影響生產(chǎn)穩(wěn)定性因素很多，經(jīng)常性出現(xiàn)進(jìn)出種分系統(tǒng)液量不平衡，造成系統(tǒng)指標(biāo)出現(xiàn)波動(dòng)，此時(shí)氫氧化鋁粒度極易偏離正常的控制范圍。

每月全廠會(huì)計(jì)劃停車檢修，分解工序作為控制全廠液量平衡最重要工序，系統(tǒng)液量一般會(huì)有較大波動(dòng)。如何最大程度減少影響，及時(shí)采取相應(yīng)預(yù)防控制措施就很有必要。比如，在停車之前，將分解首槽溫度適當(dāng)提高2～5℃，保證末槽溫度及中間各種分槽溫度不至于大幅度降低。與調(diào)度室及時(shí)匯報(bào)溝通，提前安排，應(yīng)盡量避免精液直接進(jìn)分解槽。

生產(chǎn)上有時(shí)會(huì)因人員操控不當(dāng)或者停電、停蒸汽等因素，造成液量必須存入分解槽。從而造成固含過低，漿液ak波動(dòng)較大，從而可能導(dǎo)致粒度較大波動(dòng)。

另外，因突然停電、停汽等制約分解系統(tǒng)液量進(jìn)出平衡的因素，生產(chǎn)調(diào)度部門要制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。車間平時(shí)必須做好各種情況都應(yīng)急方案。

（5）其他條件控制

鋁酸鈉溶液濃度、鋁酸鈉溶液苛性比值、蘇打等鹽類、二氧化硅、有機(jī)質(zhì)等都會(huì)對(duì)氫氧化鋁粒度有一定影響。總之，影響氫氧化鋁粒度因素很多，而且各因素之間都相互影響，相互制約，在生產(chǎn)上并不常遇到，不再詳細(xì)論述。

7 結(jié)語

總的說來，一段法工藝生產(chǎn)氧化鋁，氫氧化鋁顆粒會(huì)出現(xiàn)周期性波動(dòng)。雖然理論上有些問題有待于繼續(xù)作更深入廣泛的研究，但生產(chǎn)上，通過采取有效的調(diào)控措施，達(dá)到延長粒度波動(dòng)周期和降低氫氧化鋁粒度波動(dòng)幅度是完全可以實(shí)現(xiàn)的。

控制氫氧化鋁粒度指標(biāo)，首先公司生產(chǎn)運(yùn)行部門要盡量保證整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定。在兼顧分解率和分解槽單位產(chǎn)能同時(shí)，優(yōu)先采取通過調(diào)控分解溫度及強(qiáng)化分級(jí)機(jī)操作來調(diào)控粒度都措施；其次當(dāng)氫氧化鋁粗顆粒明顯增多時(shí)和固含低于600g/L時(shí)要適時(shí)調(diào)整首槽、中槽、末槽固含；當(dāng)分解時(shí)間成為影響粒度主要因素時(shí)，可以撤空和并入分解槽來調(diào)整分解時(shí)間。但當(dāng)有機(jī)物雜質(zhì)、蘇打等鹽類及其它影響因素成為粒度主要影響因素時(shí)，則應(yīng)采取其它相應(yīng)調(diào)控措施，本文不再給予討論。

通過實(shí)施該調(diào)控方案，較好的控制了氫氧化鋁粒度波動(dòng)，合格率目前達(dá)到了80%以上，粒度波動(dòng)幅度從早期的5%～20%降至目前的6.4%～17.1%，粒度分布有較大改善，尤其自2009年5月份以來，粒度指標(biāo)的控制效果非常明顯（見表1）。

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