拜耳法生產氧化鋁工藝的蒸發技術

湯志彩，王善濤

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

拜耳法生產氧化鋁是目前應用最普及的生產方式，拜耳法生產氧化鋁工藝的優點是能耗低、流程短、生產的氧化鋁質量高，相對于燒結法生產工藝，具有投資少、易管理、能耗低等特點，所以目前我國新建設的氧化鋁生產企業大多采用了拜耳法生產工藝。

目前我國的氧化鋁產能超過了世界總產能的一半，而全世界新增產能的90%來自于中國氧化鋁的擴建，大量的氧化鋁生產企業集中在利用當地一水硬鋁石鋁土礦的河南、山西、廣西和利用進口一水軟鋁石和三水軟鋁石的山東地區，由于生產礦石的不同，各自的蒸發方案也略有差異。

1 拜耳法生產工藝簡介

拜耳法生產工藝的第一步流程是對鋁土礦石進行破碎和研磨，添加含有大量液堿的母液調配成生產用的礦漿送入溶出工序。

在溶出工序，礦漿經過高溫和高壓反應制備成鋁酸鈉溶液。完成該工序的作業后溶液進入赤泥分離工序分離溶液中的溶出固體和液體洗滌赤泥后形成過飽和溶液在晶種分級工序添加晶種是溶液中的氫氧化鋁析出。

蒸發工序采用蒸汽加熱的方式處理分解后的溶液，使溶液中的水分蒸發達到增加溶液濃度的目的，濃度提高后的溶液可以用于調配礦石重新利用其中的液堿。這些工序就是拜耳法生產的基本工藝過程。因為不同性質的礦石其溶出難易程度有較大差異所需要的母液濃度是不一樣的，所以各種礦石生產工藝的蒸發方案也存在差異。

2 一水硬鋁石為原料的蒸發工藝

一水硬鋁石的溶出難度較大、條件較為苛刻，制備的鋁酸鈉溶液有較高的濃度，蒸發原液堿含量約在170g/L～190g/L之間，母液的堿含量大約在240g/L～250g/L之間。

我國大部分地區的一水硬鋁石含有較高的碳酸鹽，在進行溶出反應時礦石中的碳酸鹽會大量的進入到生產流程中，這對后續生產工序的分解反應過程有很大的負面影響，要降低這種影響需將溶液的濃度升高的320g/L左右，并將溶液中的雜質以結晶形式排除。山西的鋁土礦碳酸鹽含量相對較低，流程中碳酸鈉無富集所以不需要排鹽工序。鋁酸鈉溶液蒸發工藝一般采用六效管式降膜蒸發器組加上強制循環排鹽蒸發器的形式。因為一水硬鋁石中存在碳酸鈉富集的情況所以在蒸發工序還需要強制循環蒸發器，這是由于礦石的原因決定的，如果不存在碳酸鈉富集問題，蒸發工序可以不使用強制循環及排鹽系統。但是蒸發器機組的新蒸汽消耗量與蒸發水量還是較高一般在0.24左右，這個問題可以通過增加自蒸發器的數量，提高蒸汽的循環利用次數來改善。

3 六效蒸發器機組的設備組成

隨著氧化鋁蒸發技術的不斷進步，六效管式降膜蒸發器組的蒸水能力得到迅速提高，擴建的大型氧化鋁企業普遍采用了大型化、集成化設計。蒸發器機組一般由Ⅰ～Ⅵ效管式降膜蒸發器組、強制循環排鹽蒸發器、Ⅰ～Ⅲ級自蒸發器、原液閃蒸器、水冷器、Ⅰ～Ⅵ效冷凝水罐、各效循環泵、Ⅱ～Ⅵ效過料泵、出料泵等九大主要部分構成。根據工藝流程順序生產物料從四效、六效分兩段進入，四效進料經四效、三效、二效、一效與其中的蒸汽進行換熱后經過三級閃蒸后出料，六效進料經過五效與蒸汽逆流換熱后出料。新蒸汽從一效進入與溶液換熱后形成新蒸汽冷凝水。

經過換熱后的高溫溶液在分離室閃蒸出二次蒸汽進入下一效換熱并依次進行。經過以上工序到達六效的二次蒸汽蘊含熱量較低失去生產利用價值后進入到水冷器中混合循環水冷凝后供其他用水工序使用。蒸發過程中利用新蒸汽換熱后形成的冷凝水水質較高可以再次送到電廠作為鍋爐用水。其他各效加熱室中換熱后的二次蒸汽冷凝水在水罐中聚集進入下一效閃蒸利用蘊含在其中的熱量。最終形成的二次蒸汽冷凝水在六效冷凝水罐中進入到離心泵中并由離心泵輸送的其他工序繼續使用。

4 一水軟鋁石為原料的蒸發工藝

由于我國的鋁土礦多是一水硬鋁石，所以以一水軟鋁石為生產原料的多是新建的氧化鋁企業，這些企業以進口澳大利亞的礦石為原料，主要分布交通便利的在山東地區，相對于一水硬鋁石，一水軟鋁石制備溶液的濃度要低一些，原液的堿含量在130g/l左右，母液的堿含量在180g/l～220g/l之間，其溶液的黏度和液堿的濃度、固含等也是比較高的，蒸發工藝也是六效管式降膜蒸發器加強制循環與一水硬鋁石蒸發類似。處理這種礦石的蒸發器機組的蒸水能力在240t/h左右，汽水比約在0.2～0.23左右。

5 拜爾法處理三水軟鋁石的蒸發工藝

我國的鋁土礦主要是一水硬鋁石和一水軟鋁石，而三水軟鋁石主要是進口的鋁土礦，現在處理三水軟鋁石的氧化鋁生產企業主要集中在山東地區，由于交通便利山東地區的氧化鋁生產企業大量進口來自其他國家的三水軟鋁石生產氧化鋁。三水軟鋁石生產氧化鋁工藝的特點是其鋁酸鈉溶液的濃度相對較低，蒸發原液中的堿含量只有110g/L～130g/L左右，而蒸發母液的堿含量在160g/L～180g/L之間。利用三水軟鋁石生產工藝中鋁酸鈉溶液的蒸發技術同樣可以利用六效管式降膜蒸發器組加上強制循環排鹽蒸發器形式。其中最常用的蒸發器機組的蒸水能力在240t/h～280t/h，蒸發機組的組成也與六效管式降膜蒸發器一樣，蒸發器組處理鋁酸鈉溶液堿濃度較低，汽水比約在0.19～0.2左右。由于三水軟鋁石生產氧化鋁工藝流程中的鋁酸鈉溶液的濃度低可利用的溫差范圍更寬，所以除了可以采用較普遍的六效管式降膜蒸發器外，還可以使用七效管式降膜蒸發器。

6 七效蒸發器機組的設備組成

七效蒸發器流程基本與六效相同，相對于六效蒸發器七效蒸發器的優點在于二次蒸汽可以多利用一次，蒸汽利用的次數越多，蒸汽消耗也就越低，這樣可以節約更多的蒸汽消耗降低生產成本。

七效蒸發器機組主要由：Ⅰ～Ⅶ效管式降膜蒸發器組、強制循環排鹽蒸發器、Ⅰ～Ⅳ級自蒸發器、原液閃蒸器、冷器、Ⅰ～Ⅶ效冷凝水罐、各效循環泵、Ⅱ～Ⅶ效過料泵、出料泵等組成。

其實七效蒸發器相當于六效蒸發器再增加一臺管式降膜蒸發器，所以實際上可以通過技改將六效蒸發器變為七效蒸發器。以50萬噸氧化鋁廠240t/h的蒸發器機組的技改為例，其基本成本如下：

設備總投資增加約265萬元，主要包括1臺Q235R的管式降膜蒸發器和1臺Q235R的冷凝水罐再加上兩臺總功率為160kw的離心泵。

安裝蒸發器、水罐、離心泵的土建和管道材料需150萬元左右，另外投入運行后還要增加每年約50萬元左右的運行成本。由于七效蒸發器的汽水比可以達到0.17～0.19之間，每年可節約3.2萬噸蒸汽，每年可產生250萬元以上的經濟效益。

7 結語

蒸發工序是保持拜耳法生產工藝系統液量平衡的關鍵，蒸發工序的蒸汽消耗量占氧化鋁生產所用蒸汽總消耗量的40%左右，因此蒸發工序的節能降耗工作有很大的挖掘潛力，掌握不同的鋁土礦生產氧化鋁工藝及其對蒸發工序的影響，結合企業生產的實際情況，盡量將蒸汽進行多次利用減少浪費，通過技改增加蒸發效數以及增加高效的閃蒸裝置實現氧化鋁生產的節能減排不失為一個好辦法。