拜耳法生產(chǎn)中氫氧化鋁粒度的控制方法

王善濤，湯志彩

（山東南山東海氧化鋁有限公司，山東 龍口 265706）

氧化鋁產(chǎn)品粒度的大小是衡量氧化鋁質(zhì)量的重要參數(shù)，目前氧化鋁均以生產(chǎn)砂狀氧化鋁為主，產(chǎn)品的粒度受到生產(chǎn)原礦石和各個(gè)工序的調(diào)控影響，尤其是在分解工序，晶種的分解是重中之重，分解時(shí)的晶種粒度的直徑將直接決定焙燒后的氧化鋁粒度大小，所以在拜耳法生產(chǎn)中根據(jù)生產(chǎn)過程的實(shí)際情況，把握工藝調(diào)控措施，控制好晶種分解后的氫氧化鋁粒度是影響氧化鋁品質(zhì)的關(guān)鍵所在。

1 氧化鋁生產(chǎn)概述

我國(guó)民營(yíng)企業(yè)新建設(shè)的氧化鋁生產(chǎn)公司主要集中在沿海地區(qū)，利用便利的運(yùn)輸條件大量的采用進(jìn)口鋁土礦作為料，而中鋁系統(tǒng)在河南、山西等地區(qū)的老牌氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)則以國(guó)產(chǎn)礦石作為主要生產(chǎn)原料，國(guó)內(nèi)的礦石多為一水鋁石，其礦石的鋁硅比在4.5左右，工藝管控條件較為細(xì)化，生產(chǎn)的氧化鋁多為一級(jí)品，總體的生產(chǎn)指標(biāo)控制也非常優(yōu)良，但晶種分解工序產(chǎn)出的氫氧化鋁粒度出現(xiàn)周期性細(xì)化，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，這直接導(dǎo)致氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量的下降，過程控制難度增加。氫氧化鋁顆粒吸附更多的雜質(zhì)對(duì)后續(xù)的洗滌和過濾也造成很大的困難，使得洗水量增大，顆粒非飛揚(yáng)損失增大也加重了電力收塵系統(tǒng)的工作負(fù)擔(dān)。并引起煙氣排放含塵量上升等問題，所以控制氫氧化鋁的粒度、保持均勻且直徑較大的顆粒是生產(chǎn)的關(guān)鍵要求。

2 分解工藝概述

分解的主要工作過程是逐步降低溶液溫度并不斷加以攪拌使得溶液中含有的處于不穩(wěn)定狀態(tài)的氫氧化鋁附著在晶種上析出，目前分解工序根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，可以分為一段法分解和二段法分解兩種生產(chǎn)工藝。一段分解方法的應(yīng)用在早期建設(shè)的氧化鋁廠更為普遍，其工藝過程為多個(gè)分解槽連續(xù)進(jìn)行分解作業(yè)，并逐次溢流不斷降溫，兩臺(tái)分解首槽和兩臺(tái)出料槽以及一臺(tái)緩沖槽，其中分解首槽和末槽均為一用一備，總體投用的分解槽數(shù)量需要根據(jù)總液量和溶液分解的時(shí)間而確定，同時(shí)投用的分解槽中均運(yùn)行一臺(tái)機(jī)械攪拌，通過機(jī)械攪拌的旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)防止槽內(nèi)的溶液發(fā)生沉淀并加快溶液的分解速度，同時(shí)在其中添加一定數(shù)量的氫氧化鋁作為分解析出的晶種，這些添加的晶種會(huì)吸附溶液中小顆粒的氫氧化鋁使得晶種不斷變大。而且在攪拌的過程中也會(huì)使得部分晶體破裂形成更多新的晶核。與此同時(shí)進(jìn)行的還有附聚過程，溶液中細(xì)小的晶體粘連形成直徑較大的晶體。在分解槽內(nèi)完成這些反應(yīng)后再由出料槽的離心式渣漿泵將溶液送入水力旋流器進(jìn)行旋流分級(jí)，旋流器溢流的細(xì)液重新返回分解槽繼續(xù)附聚長(zhǎng)大，旋流器底流粗液進(jìn)入焙燒工序的平盤過濾機(jī)。

3 生產(chǎn)中粒度變化的原因和規(guī)律

生產(chǎn)過程穩(wěn)定但是氫氧化鋁的粒度直徑卻呈現(xiàn)周期性的波動(dòng)，且波動(dòng)的周期和幅度以及周期內(nèi)粒度合格時(shí)間與不合格時(shí)間又有較大差別；在正常情況下保持分解工序整條流程的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，縮短粒度分布監(jiān)測(cè)周期、提高作業(yè)水平精心操作， 采取常規(guī)的工藝調(diào)整控制各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)的效果并不明顯，只起到了延長(zhǎng)顆粒直徑變化的周期以及降低變化的幅度而無(wú)法從根源上杜絕粒度控制困難的問題，所以除了常規(guī)控制之外還需采取更多的措施。

4 控制粒度波動(dòng)的措施

氫氧化鋁粒度周期性的出現(xiàn)細(xì)化波動(dòng)會(huì)給生產(chǎn)造成很大的負(fù)面影響，尤其是粒度細(xì)化周期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的情況，這會(huì)造成很大的生產(chǎn)損失，所以要根據(jù)整個(gè)的生產(chǎn)調(diào)控過程進(jìn)行調(diào)整強(qiáng)化過程的分析和控制逐步采取以下措施：

4.1 總結(jié)分析顆粒直徑變化的趨勢(shì)

氫氧化鋁粒度變化數(shù)據(jù)的和分析對(duì)優(yōu)化生產(chǎn)控制提高作業(yè)水平有很大的作用，需要采用合理的分析方法，現(xiàn)在經(jīng)常使用的主要有篩分和馬爾文粒度分析儀等，利用篩可以測(cè)出氧化鋁產(chǎn)品中不同直徑大小的粒子的重量百分比分布，馬爾文粒度分析儀能更快捷的觀察粒子的變化規(guī)律，這非常有利于生產(chǎn)系統(tǒng)的超前控制。因而利用先進(jìn)的觀察儀器和分析方法對(duì)觀察的結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析和歸納能夠進(jìn)一步確定系統(tǒng)中影響晶種分解和成核的規(guī)律，可以幫助生產(chǎn)操作人員盡早發(fā)現(xiàn)有可能出現(xiàn)的粒度變化趨勢(shì)及時(shí)采取控制措施使得生產(chǎn)過程溫度不至出現(xiàn)粒度控制的大幅度細(xì)化。

4.2 調(diào)控分解時(shí)溶液的溫度

分解溫度對(duì)分解工序的一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)，也是影響生產(chǎn)的主要性因素，所以對(duì)分解槽溫度的掌握和調(diào)整至關(guān)重要，也是生產(chǎn)上最直接的控制措施，分解一般采用60多℃的初溫，分解時(shí)間約60個(gè)小時(shí)，末槽的溫度降低到50℃左右，利用寬流道板式換熱器進(jìn)行中間降溫10℃～13℃。生產(chǎn)企業(yè)不同控制參數(shù)有所不同，但是根據(jù)生產(chǎn)條件的不同掌握分解首槽和分解出料槽的溫度及和各中間分解槽的降溫梯度。

控制分解槽的溫度方式經(jīng)過實(shí)踐證明對(duì)控制產(chǎn)品的粒度和提高分解率都有很大的好處。分解槽溫度控制有一定的原則和規(guī)律，首先要保持分解槽首槽的溫度控制的較高，逐級(jí)降溫時(shí)分解初期的降溫速度可適當(dāng)快些而后期則要盡量慢，后期溫度放慢不僅有利于提高分解率又能夠減緩氫氧化鋁粒度過細(xì)的變化趨勢(shì)。

4.3 進(jìn)一步提高分級(jí)效果

分級(jí)效果的好壞將直接影響氫氧化鋁的分解率和粒度的質(zhì)量，是確保粒度質(zhì)量合格的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，因而加強(qiáng)分級(jí)機(jī)的操作確保最佳的分級(jí)效果能夠很好的滿足分解工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的要求。操作中如果出現(xiàn)氫氧化鋁粒度變細(xì)的情況可以通過提高進(jìn)料壓力、降低進(jìn)料溶液的固含同時(shí)提高進(jìn)料溶液的溫度的方式，進(jìn)一步提高分級(jí)效果以實(shí)現(xiàn)更好的粒度分級(jí)效果。

4.4 調(diào)整分解首槽溶液的固含

正常生產(chǎn)情況下，分解首槽的固含一般控制在700g/L～800 g/L左右，這一指標(biāo)適合于砂狀氧化鋁的生產(chǎn)，在溶液中加入晶種能夠使溶液反應(yīng)越過晶核形成階段從而加速溶液的分解，這樣控制也有利于制取顆粒直徑較粗的氧化鋁產(chǎn)品。出現(xiàn)粒度粗化時(shí)要及時(shí)向焙燒工序的平盤出料降低溶液的固含以避免溶液中成核數(shù)量突然升高；出現(xiàn)粒度細(xì)化時(shí)如果溶液固含較低，則需要根據(jù)生產(chǎn)情況適當(dāng)提高溶液的固含。

4.5 確保液量的穩(wěn)定平衡

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。每次停車檢修，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。

5 結(jié)語(yǔ)

分解工序的控制條件和生產(chǎn)過程較為關(guān)鍵，而一段法工藝生產(chǎn)氧化鋁，氫氧化鋁顆粒會(huì)出現(xiàn)周期性波動(dòng)。雖然這問題有較為成熟的理論基礎(chǔ)但仍需生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)各自的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)予以更深入的研究，通過生產(chǎn)上采取的調(diào)控措施達(dá)到延長(zhǎng)粒度細(xì)化波動(dòng)周期和降低氫氧化鋁粒度波動(dòng)變化的幅度是完全可以做到的，控制氫氧化鋁粒度指標(biāo)，首先要盡量保證整個(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(lái)調(diào)控粒度；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(lái)調(diào)整分解時(shí)間。