拜耳法氧化鋁生產過程中的節能措施分析

摘要：拜耳法是生產氧化鋁最主要的工業方法，拜耳法氧化鋁的生產過程會消耗大量的能量，大約占到產品成本的20%～30%，并且當前能源的價格在不斷上漲，所以，在拜耳法氧化鋁的生產過程中，控制好能耗能大大降低生產成本，增加企業的競爭力。

關鍵詞：拜耳法；氧化鋁；能耗；溶出工序；蒸發工序

中圖分類號：TF80 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）20-0090-02

1 拜耳法生產氧化鋁

1.1 拜耳法生產氧化鋁的原理

拜耳法是生產氧化鋁的主要的工業方法。它的原理是基于拜耳在1889年和1892年分別提出的兩個基本原理，它們分別是：（1）種子分解法原理：采用氫氧化鋁晶粒作為鋁酸鈉溶液分解的種子；（2）溶出工藝原理：在氫氧化鈉溶液中，鋁土礦所含的氧化鋁能溶解為鋁酸鈉。現在工業生產上所用的拜耳法生產氧化鋁的工藝也是基于上述兩個基本原理的：將鋁土礦中的氧化鋁用強堿溶液溶解，從而得到鋁化鈉溶液，再對上述溶液降溫、加晶種、攪拌，分解出氫氧化鋁，同時分解后氫氧化鈉堿溶液作為母液，再通過加壓溶解新一批的鋁土礦，此交替過程可由下式清楚地表示出來：

1.2 拜耳法生產氧化鋁的工藝過程

各個工廠應用拜耳法生產氧化鋁的工藝因為鋁土礦的具體成分的不同而稍有差別，但是基本流程是相同的，包括的主要生產過程為：（1）將鋁礦粉碎后與氫氧化鈉按一定比例混合，經過細磨制得原礦漿；（2）在溶出器設備中，高溫、高壓、高堿的環境下處理原礦漿，使氧化鋁溶出；（3）稀釋壓煮礦漿，在沉降槽中分離赤泥和鋁酸鈉溶液；（4）過濾純化分離后的鋁酸鈉溶液，冷卻、加晶種、結晶析出氫氧化鋁；（5）將所得氫氧化鋁進行分類：細粒的作為晶種，送往分解槽，粗粒的進行焙燒；（6）高溫焙燒氫氧化鋁得到氧化鋁；（7）蒸發分解母液到一定濃度，補加一部分苛性堿再進行配料，為下一批生產做準備。

2 拜耳法生產氧化鋁的能耗分析

分析上述生產流程可知：拜耳法生產氧化鋁的工藝過程主要采用的能源包括：蒸汽、電、水、壓縮空氣、燃料。這些能源所用的量的比例如下表1所示：

依據表1可以看出：蒸汽消耗所占比例是最大的，所以說，減少蒸汽量對于拜耳法氧化鋁生產過程中的節能具有十分重大的意義。并且，在生產過程中，預處理、溶出、蒸發、氫氧化鋁過濾、分離洗滌赤泥等各個工序中都用到了蒸汽消耗，所以下面對各工序中所消耗的蒸汽量進行比較，從而找到節能的切入點。

依據表2可以看出：在蒸汽的消耗中，溶出和蒸發兩個過程就占到了67%，是蒸汽消耗的主要工序，所以要想降低整個過程的能源消耗，可以從降低溶出和蒸發兩個工序的蒸汽消耗方面考慮。

3 拜耳法生產氧化鋁的節能措施

從上述能耗分析可知：溶出工序和蒸發工序的蒸汽消耗是整個拜耳法氧化鋁生產過程中最大的一部分能量消耗，所以，降低溶出工序和蒸發工序的蒸汽消耗，能有效地降低整個生產過程的能耗。所以下面主要對溶出和蒸發工序進行節能分析，并結合其他重要工序，討論拜耳法生產氧化鋁的節能措施。

3.1 溶出工序的節能

溶出工序是將礦漿中氧化鋁充分溶出的過程，在此過程中利用的是新蒸汽加熱，并且產生的二次蒸汽再去預熱其他低溫礦漿。在此過程中可以采取的節能措施為：（1）提高熱源與礦漿的傳熱效率：通過增大傳熱系數和盡量減少管道結疤來提高傳熱速度。傳熱系數可以通過套管預熱、外層蒸汽和控制漿流速度等方法來增大，管道結疤可以通過一定的清洗技術（例如：高壓清洗或化學清洗）來定期清理；（2）提高熱量的循環率：這就要求對閃蒸降溫過程中所產生的二次蒸汽要進行充分的利用，可以通過兩方面來達到目的，一是增加閃蒸級數，二是把握好閃蒸過程中的料位，控制好閃蒸過程的壓力，從而提高閃蒸操作水平；（3）提高溶出效率：通過增加反應釜的個數和延長溶出時間來實現。

在實行溶出工序節能的措施前，必須先保證溶出效果，因為這樣能有效地預防沉降跑渾的現象。影響溶出效果的因素包括：反應時間、溶出溫度、循環母液濃度、攪拌強度、礦石的粒度等。

3.2 蒸發工序的節能措施

蒸發工序中所消耗的能量來源于新蒸汽，此過程是蒸發濃縮分解母液再重新循環利用。在此工序中可以采取的節能措施為：（1）通過最優化的方法確定蒸發效數：蒸發效數越多，單位蒸水量所消耗的新蒸汽越少，從這方面來說，蒸發效數的增加使得新蒸汽的經濟性增大。但是，在蒸發效數增大的同時，所需的蒸發器的數量也增多，這就使得設備投資增大，所以，蒸發效數對設備投資費用的影響與對新蒸汽的影響是相悖的，所以，應該充分考慮未來能源的價格趨勢與當前設備的投資，通過最優化的方法來確定蒸發效數；（2）使母液和精液之間能夠充分的換熱：這樣就使得熱量交換可以在母液和精制液體之間進行，節省了蒸汽消耗；（3）增加高效的閃蒸裝置：閃蒸設備的增加可以提高蒸汽的利用率。拜耳法生產氧化鋁可以根據原料的不同，來適當增加閃蒸裝置，采用蒸發器和閃蒸器結合的方式，來提高蒸發器的產能，從而降低能耗；（4）采用超聲波防垢技術：超聲波可以粉碎垢質、改善成垢物質的流變性、在垢質和管壁間產生剪切力使垢質脫落。所以采用超聲波技術可以有效地減少蒸發過程中的積垢，使蒸發器的使用周期加長，提高產能。

3.3 其他工序的節能措施

在分離與洗滌赤泥的工序中，減少赤泥洗水，就能提高溶出礦漿的堿液濃度，這既能降低沉降過程中氧化鋁的水解損失，也使母液的濃縮度減小，這就能降低蒸發工序負荷，減少所用蒸汽量；在焙燒工序中，氫氧化鋁要經過焙燒爐的焙燒才能脫去水得到氧化鋁。當前所用焙燒爐多為氣體懸浮焙燒爐和循環流態化焙燒爐，已經能很高效地使用熱量了，但是焙燒爐排放大量的高溫的煙氣，這些煙氣的熱量占焙燒所消耗的總煙量的30%以上，所以，合理地利用這些煙氣能很好地節約能耗，這些煙氣可以為其他工序提供熱量。

4 結語

溶出工序和蒸發工序的蒸汽消耗約占到總能耗的40%，是能量消耗中最大的一部分，所以，減少這部分能耗能有效地降低拜耳法氧化鋁生產過程的能量消耗，降低生產成本。本文提出了一些可行的措施，希望相關工作者能夠繼續加強對此方面的研究，力求將能耗降到最低，使企業獲得最大的利潤。

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作者簡介：梁定燦（1981—），男，廣西橫縣人，廣西華銀鋁業有限公司調度員，助理工程師，研究方向：拜耳法氧化鋁生產。