拜耳法生產氧化鋁控制種分粒度的措施

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

關鍵詞：氫氧化鋁粒度 粒度分布 周期性 控制措施

中圖分類號：TF821文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）08（c）-0014-02

1 前言

中美鋁業氧化鋁生產采用拜耳法生產工藝，所采用礦石為一水硬鋁石，礦石鋁硅比8左右，產品質量等級為一級品，砂狀氧化鋁。本廠自投產以來所產出的氧化鋁各項質量指標十分優良，各項指標遠高于一級品要求。可是緣于種分分解工序產出的氫氧化鋁粒度分布呈周期性變化，產品粒度仍沒有擺脫周期性細化的狀況。

氫氧化鋁顆粒過細，危害很大：易吸附堿液及雜質，對洗滌及過濾造成困難；降低立盤過濾機及平盤過濾機的設備產能；種分母液浮游物增高，造成實際分解率降低；洗滌時增加了洗滌水量及蒸發量；同時焙燒電收塵負擔加大、煙囪煙氣出口含塵升高等一系列問題的出現，因此獲得粒度較粗且比較均勻的氫氧化鋁是是生產上要求。

生產砂狀氧化鋁，種分分解工序產出的氫氧化鋁粒度生產工藝指標一般為小于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頂擊式標準振篩機）。

2 本種分工藝概述

分解工序采用一段法工藝流程，16個分解槽連續分解，4#、5#、6#、7#、8#、9#槽上均安裝有寬流道板式換熱器，逐級降溫。其中1#2#3#為分解首槽；14#、15#為出料槽，16#為緩沖槽。投用種分槽數一般由分解時間及總液量而定（備用2個）。種分槽攪拌采用槳葉式機械攪拌。

出料槽上裝設兩臺分級機，由槽液下泵送入水力旋流器，經旋流分級后，顆粒粗的底流送平盤過濾機，溢流返回出料槽。出料槽通過自壓的方式向立盤過濾機供料漿，進行晶種過濾。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 種子分解過程實質性描述

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晶，在攪拌或流動過程中受到撞擊，使樹枝狀晶體破碎產生了小的晶核。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，還存在著附聚作用，細小晶粒由于互相撞擊而粘在一起成為大的集合晶體。

4 生產數據表明氫氧化鋁粒度呈周期性波動

4.1 氫氧化鋁粒度分布呈現周期性變化（見圖1）

4.2 通過對生產數據及圖1分析，歸納出如下規律

（1）氫氧化鋁粒度分布呈周期性變化，但每個周期持續時間、波動振幅、每個周期內粒度合格天數及不合格天數差別卻很大。

（2）自量產以來粒度波動共出現5個周期，每個周期持續100天左右。

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

（4）在保持種分系統相對穩定的條件下，及時跟蹤粒度分布狀況。通過精心調控與操作；縮短粒度細化周期、不斷延長粒度指標合格周期，降低氫氧化鋁粒度波動幅度是完全可以實現的。

5 氫氧化鋁粒度調控思路

新晶核必須經過多次循環才能生成粒度適中的晶粒，采取有利條件促進晶體的長大和晶粒的附聚，應盡量避免或減少種分時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械強度，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，制定出符合實際情況都粒度控制措施。

（1）設置足夠、合理監測點，時時準確掌握分解條件。尤其要及時掌握首槽溫度、末槽溫度、及中間降溫梯度、首槽固含、分級機底流粒度分布、溢流粒度分布、底流料漿的流出狀態及添加種子粒度分布等工藝變量的動態特征。

（2）科學分析、歸納數據，確定種分系統中影響附聚和成核的規律，保證晶種粒度分布平衡。

（3）盡可能提前發現可能出現的粒度粗化、細化趨勢，及時采取控制措施干預。

6 針對一段法種分生產工藝，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℃，分解時間45～60h，利用寬流道板式換熱器在4#槽～9#槽進行中間降溫10～13℃。根據不同條件，調控首槽、末槽溫度及中間降溫梯度。經生產數據驗證，產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，所得氫氧化鋁結晶完整，強度大；溫度降低有力于細顆粒的產生。首槽溫度調控范圍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數及降溫幅度。在后續分解階段，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。值得注意的是：在實際的生產時，不可能為了提高氫氧化鋁粒度，而降低分解率。所以調整時要兼顧分解率分解槽產能，以免造成生產成本升高，經濟效益降低。

（2）加強分級機的操作確保分級機最佳分級效果，滿足分解作業過程對氫氧化鋁產量和質量的要求。

分級機控制的好壞直接影響氫氧化鋁的粒度質量和分解率。分級機是確保粒度質量合格的關鍵設備之一。若氫氧化鋁粒度細化，通過提高分級機的進料壓力（增加母液加入量）、降低進料固含（不高于450g/L）、提高進料溫度，提高分級效果，必要時全開兩組分級機以實現粒度良好的分級效果。

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

（3）根據粒度分布情況，調整固含（即種子比）。

首槽固含控制在700～800g/L，都適合生產砂狀氧化鋁。

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品。粒度出現粗化時，如-44μm≤2%～4%時候，說明100μm以上的粗顆粒太多，要及時向平盤出料，降低固含，防止成核突然增加；粒度細化時，若固含偏低，適當提高固含。

（4）做好“特殊日期”的籌劃與安排。

系統液量的穩定對晶種分解工序的每個生產指標都十分重要。但由于影響生產穩定性因素很多，經常性出現進出種分系統液量不平衡，造成系統指標出現波動，此時氫氧化鋁粒度極易偏離正常的控制范圍。

每月全廠會計劃停車檢修，分解工序作為控制全廠液量平衡最重要工序，系統液量一般會有較大波動。如何最大程度減少影響，及時采取相應預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。與調度室及時匯報溝通，提前安排，應盡量避免精液直接進分解槽。

生產上有時會因人員操控不當或者停電、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波動較大，從而可能導致粒度較大波動。

另外，因突然停電、停汽等制約分解系統液量進出平衡的因素，生產調度部門要制定相應的應急預案。車間平時必須做好各種情況都應急方案。

（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、有機質等都會對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，在生產上并不常遇到，不再詳細論述。

7 結語

總的說來，一段法工藝生產氧化鋁，氫氧化鋁顆粒會出現周期性波動。雖然理論上有些問題有待于繼續作更深入廣泛的研究，但生產上，通過采取有效的調控措施，達到延長粒度波動周期和降低氫氧化鋁粒度波動幅度是完全可以實現的。

控制氫氧化鋁粒度指標，首先公司生產運行部門要盡量保證整個生產系統相對穩定。在兼顧分解率和分解槽單位產能同時，優先采取通過調控分解溫度及強化分級機操作來調控粒度都措施；其次當氫氧化鋁粗顆粒明顯增多時和固含低于600g/L時要適時調整首槽、中槽、末槽固含；當分解時間成為影響粒度主要因素時，可以撤空和并入分解槽來調整分解時間。但當有機物雜質、蘇打等鹽類及其它影響因素成為粒度主要影響因素時，則應采取其它相應調控措施，本文不再給予討論。

通過實施該調控方案，較好的控制了氫氧化鋁粒度波動，合格率目前達到了80%以上，粒度波動幅度從早期的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，粒度指標的控制效果非常明顯（見表1）。

參考文獻

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