澳矿生产氧化铝采用一二段分解技术的联合对比分析

摘要：现在一些氧化铝厂引进澳矿，仍使用一段分解技术，这可能会产生质量问题。文章针对产品质量问题，联合后续电解铝的生产投资以及澳矿有机物含量高的特点，对一二段分解工艺进行了对比分析。

关键词：一段分解；二段分解；电解铝生产；砂状氧化铝；有机物含量；澳矿 文献标识码：A

中图分类号：TF821 文章编号：1009-2374（2015）11-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.11.077

近年来，随着国内铝土矿品位的下降，一些氧化铝厂开始引进国外矿石作为氧化铝生产的原料，其中以澳矿居多。澳矿的特点是易溶、易磨，但同时有机物（TOC）的含量较高，约为0.22%。虽然矿石来源发生变化，但大多数氧化铝厂认为二段分解流程长且复杂，设备多，电耗、水耗均较一段分解高，生产指标不好控制，仍采用惯用的一段分解技术。受该工艺的限制，产品为粉末状（或中间状）氧化铝，不能生产电解所需的高品质砂状氧化铝，且较高的有机物含量会造成一系列的生产问题。下面针对一二段分解技术联合后续的电解铝生产进行效能分析。

1 两种分解工艺简介

就添加工序而言，一段分解只有结晶长大段，晶种和精液在首槽一次性加入，只有产品分级无需晶种分级，-45μ<7%粗粒度的做产品，-45μ<12%细粒度的做晶种。二段分解既有附聚段也有结晶长大段，晶种需要进行分级，第一级底流为产品氢氧化铝，第二级底流和溢流分别做粗晶种和细晶种。粗细晶种分段添加，细晶种添加到附聚段，粗晶种添加到结晶长大段。

2 两种分解的技术特点

二段分解多利用三水铝石或者一水软铝石生产氧化铝，澳矿属于此类矿石。采用低温、低碱浓度溶出，精液浓度在150g/L以下（指Na2Ok）；晶种量较小，附聚段首槽固含约为150g/L，长大段首槽固含约为450g/ L；分解温度高，初温75℃～80℃，终温55℃；氢氧化铝分解产出率较低，约为75～85kg-AH/m3-精液。分解时间较一段分解短，一般为32～36小时，目的都是在保证一定产出率前提下确保氧化铝粒度和强度以及平衡氢氧化铝粗、细粒度。最终产品粒度-45μm含量为8%～10%，Al2O3耐磨损指数12%～17%。

一段分解精液浓度高，为155～175g/L；晶种量大，分解首槽固含达800g/L左右；分解温度低，初温60℃～62℃，终温50℃～52℃；氢氧化铝分解产出率较高，约为85～90kg-AH/m3-精液。分解时间长，一般为42～58小时；最终产品粒度-45μm含量为12%～14%，强度较差，Al2O3耐磨损指数20%～30%。此外，一段分解因受溶出定期停车检修影响，加上受晶种比表面积的影响，氢氧化铝粒度有周期性细化，生产中必须采取适当措施解决。

3 两种分解的工艺及产品特点

由以上工艺方框图可以看出，一段分解包括长大段分解系统、成品分级系统、晶种过滤系统及中间降温系统；二段分解包括附聚段分解系统、长大段分解系统、成品分级系统、粗细晶种分级系统、细晶种沉降系统、粗晶种过滤系统、细晶种过滤及洗涤系统、草酸盐脱除系统以及中间降温系统。相比较而言，二段分解工艺较复杂，设备投入较高。粒度控制方面，需要控制各段的温度和晶种量，工业生产控制难度较大。相应的水耗、电耗等运行成本均比一段分解高。详见表1：

但是，二段分解有利于生产出粒度均匀、强度好、比表面积大、粉尘小、溶解性能和流动性能好的砂状氧化铝，特别适用于干法烟气净化和大型中间自动点式下料预焙槽的推广以及悬浮预热及流态化焙烧技术的应用。砂状氧化铝在用作铝电解原料时，具有以下优点：（1）流动性好，由于细粒氧化铝含量少，因而粉尘量低；（2）高比表面积使其吸附能力强，因而最适用于气体干法净化系统，以除去电解槽的烟气，消除氟污染；（3）高容积密度，可使已有的储存设备的能力增加，并降低运输和处理费用。再者，二段分解工艺中有草酸盐分离洗涤操作，可以排除澳矿中多余的有机物，尤其是以草酸根C2O42-存在的有机盐。草酸盐的积累会导致许多生产问题，例如会降低分解速度和分解产出率，造成氢氧化铝细化，不利于后续晶种分级过滤和细晶种的沉降，增加产品氧化铝中的碱残留量，使产品着色，降低产品质量，降低氢氧化铝的附聚效果，增加氢氧化铝-草酸盐结疤的生成量，加速晶种槽和分解槽的结疤速度，增加现场清理和维护的工作量。另外，还会增加沉降工序中悬浮液的浓度，降低赤泥沉降的速度，加速蒸发工序中蒸发器的结垢速度，使蒸发器的传热系数下降，汽耗增加。使排盐蒸发器析出的一水碳酸钠粒度变细，造成后续排盐工段的沉降和过滤分离困难等一系列生产过程和产品质量上的问题。有机物的排除，有利于提高生产效率和产品质量。

4 与电解铝厂的联合经济效益估算

因为产品氧化铝的下一接口多为电解铝厂，所以投资成本和运行成本不能仅仅从氧化铝生产对两种工艺做对比，而应当联合后续的电解铝厂对其做联合的对比分析。一段分解生产出的粉末或中间状氧化铝与二段分解的产品砂状氧化铝相比，可以降低电解电流效率约1.5%，吨铝氧化铝单耗增加10公斤，且烟气净化系统运行费用略有提高。按年产40万吨氧化铝配套年产20万吨电解铝整体估算：

4.1 电解铝的增效

增长效益：20×1.5%×13400=4020万元

节电：20×240×0.3=1440万元

节约氧化铝单耗：20×0.01×2500=500万元

4.2 氧化铝生产成本

氧化铝生产成本增加：40×120=4800万元

氧化铝和电解铝整体效益，每年节约：4020+1440+500-4800=1160万元

4.3 两段分解投资

两段分解投资增加：3800万元

可见，采用两段分解工艺技术，增加的3800万元投资回收期约为3～4年。

5 结语

从产品质量，联合后续电解铝生产投资以及澳矿中有机物的排除来看，二段分解工艺优于一段分解工艺。随着国外矿石的不断引进，解决其中有机物含量超标的问题迫在眉睫，处理不当就会影响正常生产，且面对越来越挑剔和严峻的氧化铝市场，产品砂状氧化铝有利于提高厂家的产品竞争力。

参考文献

[1] 毕诗文，于海燕.氧化铝生产工艺[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 杨重禹.氧化铝生产工艺学[M].北京：冶金工业出版社，1993.

[3] 王熙慧，于海燕，程涛，等.高浓度铝酸钠溶液生产砂状氧化铝的新工艺[J].轻金属，2007，（8）.

[4] 鄢艳，刘吉，鹿方，岳玲.草酸盐分解机理分析及其脱除方法的工业应用案例[J].中国科技博览，2014，（40）.

[5] 刘家瑞，陈宝民，张田花.选矿拜耳法种分生产工艺优化与实践[J].轻金属，2007，（5）.

作者简介：鄢艳（1981-），女，四川攀枝花人，东北大学设计研究院（有限公司）工程师，研究方向：氧化铝生产

工艺。

（责任编辑：蒋建华）