氧化铝生产晶种分解研究

第４３卷第６期　２０１４年６月　当　代　『乜　工　Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖ０］．４３．Ｎｏ．６　Ｊｕｎｅ．２０１４　氧化铝生产晶种分解研究　赵明伟，吕　瑞　（河南有色汇源铝业有限公司．河南平顶山４６７３００）　摘　要：晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之…，品种分解最终得到质量好的氢氧化铝和苛性比值　较高的种分母液，从而提高拜耳法的循环效率。简单介绍拜耳法氧化铝生产影响晶种分解过程的主要因素及种　分分解率和产品粒度的控制。　关键词：拜耳法；品种分解；分解率；产品粒度　文献标识码：Ａ　文章编号：　１６７１—０４６０（２０１４）０６—１００８－０３　中图分类号：ＴＱ　１３３　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｓｅｅｄ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｎ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ＺＨＡＯＭｉｎｇ－ｗｅｉ，ＬＶＲｕｉ　（Ｈｅｎａｎ　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　ＨｕｉｙｕａｎＡｌｕｍｉｎｕｍ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｎａｎ　Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　４６７３００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｅｅｄ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｓ　ａ　ｋｅｙ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　Ｂａｙｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ　ｗｉｔｈ　ｇｏｏｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｍｏｔｈｅｒ　ｌｉｑｕｉｄ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｃａｕｓｔｉｃ　ｒａｔｉｏ　ｃａｎ　ｂｅ　ｇａｉｎｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｅｅｄ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｓｏ　ｉｔ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｆｏｆ　ｔｈｅ　Ｂａｙｅｒ　ｃｙｃｌｅ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｔｏ　ａｆｆｅｃｔ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｅｅｄ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｂａｙｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｈｏｗ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｅｅｄ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｐａｎｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｂａｙｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ；Ｓｅｅｄ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｓｅｅｄ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒａｔｅ；Ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　晶种分解的目的是获得质量好的氢氧化铝和苛　性比值较高的种分母液，分解率和产品粒度相互制　约，选择最佳的分解作业条件，保证产品有适当的　粒度分布，同时又获得高的产出率，是晶种分解工　度高，分解速度较快，但随着分解过程的进行，虽　然溶液的苛性比逐渐增大，溶液过饱和度迅速减小。　但由于温度降低，分解仍可以在一定过饱和度条件　下继续分解，所以整个分解过程进行的比较均衡，　如果固定在较低的温度下进行分解，开始时分解速　序需要解决的首要问题。　１分解温度的影响　１．１　初温控制　度过快，容易析出很多细粒子氢氧化铝。　初温高而不能迅速降温，则分解速度由于溶液　的过饱和度减小而迅速下降，从而最终影响分解率。　温度降低，可以获得较高的分解率和分解槽的　单位产能。温度控制过低，由于溶液粘度显著提高，　就分解率而言，但无限降低分解温度，会使分解过　分解，导致氢氧化铝中细粒子增多，温度降低后，　溶液稳定性增加，反而使分解速度降低。分解初温　粘度增大，将会给氢氧化铝分离过滤作业带来困难。　较高，对提高产品质量有利，若在较低的情况下进　当初温和终温一定时，分解初期降温快，分解速度　行分解，分解初温较低，分解产物中的不溶性Ｎａ　０　含量越高，析出ＳｉＯ　数量有所增加，产品中会有很　多粒度小而杂质含量多的氢氧化铝，势必会影响产　品质量，初温是影响氢氧化铝粒度的主要因素。　也陕，所以说，分解初期较陕的降温，分解后期缓　慢降温，这样既可以提高分解率，又不明显的影响　产品质量　。　我公司对分解温度的控制主要是根据生产系统　实际情况，如产品质量粒度、杂质含量等，适当对　分解温度上限、下限进行调整控制，来满足生产需　１．２影响初温的主要因素　（１）稳定的精液量、稳定的母液量；（２）合理　正确选择降温设备；（３）及时对降温设备进行倒机　要，减少杂质析出，但首槽温度过高首先对会导致　清洗，保证换热效果。　蒸发母液温度降低，蒸发能耗产能会受到影响，其　１．３阶梯降温制度　次是分解受降温设备的限制，温度不容易控制，造　为保证较高的分解率并得到粒度较粗、质量好　成分解率下降，所以应严格控制精液质量，减少有　的氢氧化铝，采用变温分解制度，分解初期过饱和　机物的带入。正常情况下我公司首槽温度一般控制　收稿日期：２０１　３－ｌ０一ｌ０　作者简介：赵明伟（１９８２一），男，河南平顶山人，助理工程师，２００１年毕业于河南工程技术学校热力发电厂运行专业，从事化工工艺技术管理工　作。Ｅ－ｍａｉｌ：７５１　６２０６２１＠ｑｑ．ｃｏｍ。　第４３卷第６期　赵明伟，等：氧化铝生产晶种分解研究　１００９　在５７～６２　ｃＩ＝之间，ｌ＃、２＃分解槽自然降温，３＃至　所得氢氧化铝由细的单晶组成，晶间空隙被Ａｌ（０Ｈ）　“粘结剂”所填满，成为强度高的镶嵌式结构；浓　度高时，低饱和度溶液得到的氢氧化铝颗粒由大的单　晶组成，晶粒问空隙未被ＡＩ（ＯＨ），填满，强度差。浓　度对氢氧化铝粒度的影响在低温时比高温显著，因此　生产砂状氧化铝溶液浓度和ａｋ值要控制低一些。　末槽采用螺旋板换热器强制降温，温差在２℃左　右，末槽终温４６～５２℃之间，首末槽温差在１２～　ｌ３℃之间，分解率在４８％　５０％之间。　２铝酸钠溶液苛性比值和浓度的影响　２．１　ＮａＡＩ（ＯＨ）　溶液苛性比值的影响　分解原液的苛性比值是影响种分分解的主要因　素，因此降低分解原液的苛性比值是提高分解率强　化种分过程的主要也是最有效的途径。适当提高　ＡＩｚＯ　溶液浓度可以提高分解过程的产出率，减少物　料流量和蒸发负担，但溶液浓度过高会使饱和度降　低，分解率下降，同时使产品粒度变细，强度降低。　因此根据分解工艺操作条件不同，找出一个对应最　大分解率的原液浓度至关重要　。　２．２　ＮａＡＩ（ＯＨ）　溶液浓度的影响　溶出后浆液用赤泥洗液来进行稀释，从而降低　铝酸钠溶液的浓度，降低其稳定性，使分解速度加　快，不仅能达到较高的分解率还能使拜耳法生产的　循环效率得到提高。但如果过度稀释溶液会使其稳　定性急剧下降，造成铝酸钠溶液水解，使赤泥中的　氧化铝损失增加，同时，由于进入流程的水量增加，　也会增大蒸发　ｒ段的负担和费用，能耗上升。某些　拜耳法生产氧化铝厂，为减轻蒸发负担，降低蒸发　能耗，将成品洗液直接加入沉降系统或用一部分成　品洗液来进行稀释，成品洗液ａｋ偏高，造成铝酸钠　溶液ａｋ值上升，影响晶种分解。　２．３降低原液ａｋ的重要途径　（１）提高溶出温度，降低溶出矿浆的苛Ｉ生比值；　（２）控制好稀释用一次洗涤水的苛性比值，达　到降低原液苛性比值的目的；　（３）提高沉降槽温度，避免铝酸钠溶液水解，　稳定原液苛性比值；　（４）抓好循环母液的配碱质量及配矿工作，防　止矿石品位及同含偏低造成配碱过剩，导致溶出液　ａｋ偏高。　２．４原液浓度和ａｋ对氢氧化铝产品粒度和强度的　影响　原液浓度和ａｋ对氢氧化铝产品粒度和强度的影　响比较复杂，原液ａｋ降低，氢氧化铝粒度有变细趋　势，这是在一定条件下分解速度太快造成的，但另　一方面，ａｋ值低时，过饱和度高能促进晶体的长大，　所以说原液ａｋ值对分解粒度的影响具有双重性。原　液浓度对产品粒度的影响随温度及其他条件不同而　异，浓度低时，过饱和度高能促进晶体的长大过程，　３　晶种数量和质量的影响　铝酸钠溶液必须加大量的氢氧化铝晶种才能分　解是它的一个突出特点，在其它条件相同时，提高　种子添加量可使分解速度加快，提高分解率，同时　使产品的粒度变粗。但过多的晶种数量，本身带入　高苛性比值的附液量也增加，我公司使用的立盘过　滤机滤饼附液在１３％左右，母液的带人致使分解原　液的苛『生比值升高，分解速度下降。另外依据实践　证明分解固含对分解率也有很大的影响，平均固含　控制不能低于７５０　ｇ／Ｌ。　铝酸钠溶液的分解从晶种表面开始，所以晶种　的比表面和表面结构在很大程度上决定其活性，晶　体表面上的微观缺陷、晶体的棱和角是活性点，晶　种中大部分颗粒的平均粒度以４０～６Ｏ　ｍ为宜‘　。　４分解时间及母液苛性比值的影响　影响分解率的另一个重要因素是分解时间。当　其他条件相同时，分解率随分解时问的延长而提高，　过早地停止分解会造成分解率降低，氧化铝返回得　多，母液分子比过低，不利于溶出，并增加了整个　系统的物料量，母液分子比过低，严重时会造成种　子过滤机滤布结疤，种子加入量不足，形成恶型循　环，但时间过长会使产品粒度变细，分解槽单位产　能降低，因此要综合考虑，根据具体情况确定分解　时间，以保证分解槽有较高的产能，并能达到一定　的分解率。一般分解时间控制在６０　ｈ较为适宜，另　外，分解槽运行一定时间后，槽底及槽壁会形成结　疤，有效分解时间不足，这在计算分解时间时也应　考虑进去。　５搅拌速度和杂质的影响　分解速度取决于扩散速度，但搅拌速度过高，颗　粒会发生破裂，产生很多的细粒子，过慢不但起不　到搅拌作用，还会造成分解槽沉槽，因此，要根据　实际情况来确定最适宜的搅拌速度和搅拌强度。　影响分解的杂质主要有机物杂质和无机物的杂　质，有机物包括腐植酸类、腐植酸类的中间降解产物　和低分子脂肪类物质，主要以草酸钠为主。无机物包　化　工　２０１　４年６月　括碳酸钠、硫酸钠和硫酸钾，主要以碳酸钠为主。这　产品粒度来说都至关重要，需要以上指标都达到要　钉　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　０　０　０　０　０　０　７　些杂质的溶液包裹晶体表面，降低晶体活性，阻止晶　求才有利于产品粒度，而以上指标涉及面大，牵扯车　钉　＂　２　体的进一步长大，影响二次成核，颗粒的附聚，有的　间多，对于实际生产控制来说有一定的难度，没有总　杂质还会进入晶体，影响氢氧化铝产品质量　。　结出一套预防产品粒度细化的措施，通过这次粒度波　０　Ｏ　６添加剂的影响　我国氧化铝生产晶种分解过程存在着分解时间　长，分解率低，产品强度低等问题，在种分过程中，加　入微量的添／ＪＩ］￣Ｊ］（纳尔科（Ｎａｌｃｏ）公司的产品结晶助　动我们转变观念、总结教训、采取措施，合理调整分　解温度，根据细颗粒含量调整使用结晶助剂用量，建　立产品粒度数据库，整理出一套产品粒度粒径分布数　据库及粒度粒径变化曲线图，使产品粒度由无知到可　知、可控。从２０１２年粒度变化趋势图可以看出，通　剂（ＣＧＭ７８３７）来强化分解过程，提高分解率、提　过监测粒度粒径变化，可以做到早调控、早预防，采　高产品的粒度和强度，ＡＯ粒度的改善能降低下游　电解铝厂生产过程中的飞扬损失并提高电解电流效　率，从而促进ＡＯ的销售，是既简单又有效的方法。　所以每个氧化铝厂应结合本厂目前生产情况，总结　粒度变化周期，适量添加结晶助剂利于增强及控制　氢氧化铝附聚、成核及晶体生长，并限制草酸盐及　其它有机物的同时分解，还呈现良好的防沫性，减　少消泡剂的加入量。下面为有色汇源二线２０１　１年分　解车间６月份产品粒度恶化（如图１），最差８月２０　日左右产品ＡＯ粒度筛分法一４５　Ｉｎ分析结果最差　达７０％以上，添加结晶助剂后粒度趋势图如图２。　图１粒度恶化趋势图　Ｆｉｇ．１　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ　ｔｒｅｎｄｓ　图２加药剂后粒度变化趋势图　Ｆｉｇ．２　Ｃｈａｎｇｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ａｆｔｅｒ　ａｄｄｉｎｇ　ａｇｅｎｔｉａ　影响产品粒度最主要的有精液ａｋ值、精液浮游　物含量、碳碱含量、有机物及杂质含量、分解降温　制度、分解固含等因素，且每一项指标的波动对于　取措施，避免产品粒度爆炸性细化。　对于产品粒度周期性变化的特殊属性是无法改　变的，产品粒度的变化趋势曲线近似于正弦曲线，不　管对生产控制的如何到位都无法改变这一特Ｉ生，我们　只能控制的使正弦曲线的振幅减小，正弦曲线的波长　增长；因此对于产品粒度波动要正确对待，尤其是对　于ＡＨ粒度指标考核并非越小越好，目前对ＡＨ粒度　指标考核－４５　ＩＴＩ达８％以下并非好事，ＡＨ颗粒粒　径大到一定程度便会爆炸性细化，最主要的是ＡＨ颗　粒的强度，我们要做的就是调整好影响产品粒度的各　项指标以及使用好添加剂（结晶助剂。　此次ＡＯ粒度波动，持续时间长，产品质量受　到严重影响，为此我公司也借鉴了外公司不少的先　进经验，为我所用，同时又根据此次ＡＯ粒度波动，　总结经验，制定措施，根据粒度变化周期提前预防。　（１）利用结晶助剂调整细颗粒的含量，缩短粒　度变化的振幅，延长粒度变化的波长，有利于产品　粒度稳定运行；　（２）生产管理上采用治根与治表相结合的办　法，从根源抓起，先后采取精矿分流使一二线精矿　均分，使一二线精液成分及有机物含量相同；精液　互送调整分解时间，改善产品质量；并从配碱到矿　浆固含严抓，确保二线精液量的稳定和ａｋ值的稳　定，降低了精液中有机物的带入量，有利于产品粒　度的调整；　（３）车间在工艺管理方面，从严从细抓起，严　格监控各种工艺操作条件，加大创新力度，如增设　种子槽测温装置，确保首槽温度控制上可以提前了　解，提前控制，提前调整，有利于操作，控制到位；　（４）分解中间温度控制方面，分解车间采用梯　度降温限制方法，车间细化到每个分解槽降温梯度　范围并纳入绩效考核，使其操作Ｔ严格执行，使其　梯度降温更严格更合理。　（下转第１０１４页）　１０１４　当　代　化　工　２０１４年６月　７　Ｌ　满足装置轻烃液量、工作压力、轻烃输送温度　条件下，确定换热器的换热面积及冷却水流量，装　４效果分析　４．１　经济效益　置冷却水供给量能否满足换热器需求。　套管式换热器以同心套管中的内管作为传热元　件，两种不同直径的管子套在一起组成同心套管。　其结构简单，工作适应范围大，传热面积增减自如，　（１）１＃浅冷装置燃气压缩机改造为单作用方　式运行，将压缩机排气压力提高至２．５　ＭＰａ，ｌ＃气波　娣结　Ｉ薹沦　传热效能高，适用于高温、高压、小流量流体的传　热　。浅冷装置轻烃产量约３０　，轻烃流量低且不　连续均匀，根据现场情况，选用套管式换热器，并　对其进行计算（计算方法类同Ｕ型管式换热器，计　算过程略）。　根据计算结果选型，确定换热器换热面积为４．８　ｍ　，每程换热管有效长度４　ｍ，冷却水流量５　ｍ　／ｈ。　机进出口压差达到０．９～１．２　ＭＰａ，提高了制冷效率，　增加轻烃产量约６　ｔ／ｄ，年增加轻烃产量约１　９８０　ｔ。　（２）２＃浅冷装置压缩机空冷器后端增加一台ｕ　型管式气／水换热器，夏季可将压缩天然气温度降到　３５　ｃＣ以下，２＃气波机进口温度由５～１５℃降至一４～　９。Ｃ，气波机制冷效率提高，夏季轻烃产量由６　ｔ／ｄ　提高到１２　以上，年增加轻烃产量约１　０８０ｔ。　（３）利用套管式换热器提高轻烃缓冲罐进液　温度，消除了轻烃生产瓶颈，冬季轻烃产量由１２　ｔ／ｄ　提高到１７　ｔ／ｄ以上，年增加轻烃产量约９００　ｔ。　一２安全效益　浅冷装置冷却水供给能力为２００　ｍ　／ｈ，已用水　４．安全是生产的前提，生产必须安全。天然气处　量１４０～１８０　ｍＳ／ｈ（新增ｕ型管式换热器冬季停用），　理站是一级重点要害岗位，装置安全尤其重要。利　剩余能力２Ｏ　６０　ｍ　／ｈ，能满足新增换热器冷却水流　用套管式换热器提高轻烃缓冲罐进液温度，消除了　量５　ｍ　／ｈ的需求。　罐体存在的安全隐患，保证了天然气处理装置的安　流程改造后，冬季投用烃冰套管式换热器，消　全运行。　除了轻烃生产瓶颈，气波机可高效运行，气波机出　参考文献：　口温度降至一３５—一４０℃，轻烃产量大幅提高。轻　烃输送温度可从一４０℃提高到一５℃以上，轻烃缓　［１］ＧＢＩ５１—１９９９管壳式换热器［ｓ］．　［２］勒兆文．压缩机工【Ｍ】．北京：化学工业出版社，２００７．　［３］王争异，王学生，战洪ｆ二，等．浅谈Ｕ型管换热器［Ｊ１．广东化工，　２００９，３６（１０）：１７２—１７４．　冲罐进液温度达到一５℃以上，满足罐体材质要求，　消除了装置安全隐患。　［４］ＧＢ１５０—１９９８钢制压力容器【ｓ］．　［５］兰州石油机械研究所主编．换热器【Ｍ１．北京：烃加工出版社，１９９０．　加少量添加剂保证产品的粒度和强度，从而强化分　解，提高分解率，对降低生产成本，提高企业经济　通过以上看出，强化晶种分解过程提高分解率　效益具有重要意义。　是拜耳法生产氧化铝的一个关键工序，而且还直接　　影响循环效率及其它工序。种分分解率的高低对分　参考文献：解槽的单位产能、溶液产出率和产品质量都有直接　的影响。为保证晶种分解过程，通过确定合理的分　解降温制度、适当延长分解时间、降低溶出液与精　液ａｋ、降低溶出后的铝酸钠溶液的浓度，从而提高　［１］毕诗文．氧化铝生产工艺【Ｍ】．北京：化学工业出版丰十，２００６．　［２］沈涛．浅谈如何提高氧化铝生产中的种分分解率【ＪＪ＿河南化工，２０１　１，　２５（４）：３０—３２．　［３］和凤枝．浅谈如何提高拜耳法精种分解产出率Ｉ　Ｊｌｌ轻金属，２００４　（３）：１０－１２．　原液的苛性比值、保证晶种的数量和质量、合理添　［４］杨重愚．氧化铝生产工艺学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９３—１０．