新型两段分解生产砂状氧化铝的集成工艺配置

鄢 艳，岳 玲，于水波

（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110013）

氧化铝生产中，针对三水铝石大多采用高温、低碱浓度的二段分解工艺。二段分解强调氢氧化铝晶粒的附聚和长大过程，附聚就是晶种中的细颗粒相互聚集并黏结在一起形成牢固附聚体的过程，是晶体粒度增大的一个重要手段，它是在范德华力、自黏力、附着力以及毛细管力和物质之间的紧密接触而形成的表面张力等力的共同作用下，微粒物质自发和定向地连接在一起的现象。其有利条件为：较低的初始MR、中等种子添加量、高种子表面积、高过饱和度。

氢氧化铝晶体的长大，是在晶种表面结晶并沿平面展开，使晶粒直径长大，这是氧化铝从液相到固相传递的唯一机理，是影响分解槽的分解率和产品粒度的关键。在一定条件下，铝酸钠溶液加种子分解析出氢氧化铝可表现为种子晶体的直径变大。其有利条件为：适中的种子添加量，高起始过饱和度。二段分解工艺分为附聚段和长大段，在附聚段添加细种子，在长大段添加粗种子，通过控制各个阶段的温度和固含以及成品、粗细种子分级系统，可以生产出砂状氧化铝。而砂状氧化铝作为电解铝的原料具有流动性好、飞扬损失低、粉尘量低、比表面积高的优点，市场竞争力强。

1 本系统工艺流程简介

本系统的工艺流程如下：通过向细种子过滤机抽吸和反吹进行过滤，通入部分冷精液冲稀卸下的滤饼，两者混合后，连同一部分短路热精液，进入附聚段首槽，附聚完成后通过分解溜槽进入长大段首槽；通过向粗种子过滤机抽吸和反吹进行过滤，通入部分冷精液冲稀卸下的滤饼，两者混合后，同时进入长大段首槽；混合料浆经过各级长大槽配合中间降温系统进行分解，分解完成后经长大段倒数第二槽出料经泵部分出料进入成品旋流器组，旋流器组的底流进入成品过滤车间，溢流和剩余分解出料由长大段倒数第一槽进入种子分级旋流器组；种子旋流器组的溢流通过细晶种沉降槽去细种子过滤机，底流去粗种子过滤机。粗细种子过滤的滤液通过其配套的真空受液槽、气液分离器进入下游车间的母液槽；各个过滤机的溢流进入各自阶段分解槽的末槽。

2 新型集成配置与传统配置对比

对于上述工艺流程，传统的粗细种子过滤工艺配置采用单独构建厂房，厂房内单独设有粗细种子槽和种子泵。过滤后的细种子滤饼经漏斗落入细种子槽内，经精液冲稀后由细种子泵送入附聚段首槽，过滤后的粗种子滤饼经漏斗落入粗种子槽内，经精液冲稀后由泵送入长大槽首槽，过滤机的溢流进车间溢流槽，经泵送入分解末槽。传统的两级分级车间采用单独构建厂房，厂房内设有成品旋流器组溢流槽泵和底流槽泵，种子旋流器组溢流槽泵和底流槽泵。成品旋流器组分级后的溢流进入其溢流槽内，经泵送入种子旋流器进料槽，底流进其底流槽内，经泵送至成品过滤车间，种子旋流器组分级后的溢流进入其溢流槽内，经泵送入种子过滤车间的细种子过滤机，底流进入其底流槽内，经泵送入种子过滤车间的粗种子过滤机。

新型集成工艺配置中，不单独构建过滤及分级厂房，而是采用钢结构将过滤及分级系统支撑于分解槽顶。细种子过滤机配置在第一附聚槽和第二附聚槽槽顶，粗种子过滤机配置在第一长大槽和第二长大槽槽顶，过滤后的粗细种子滤饼经精液冲稀后直接进入附聚和长大槽，利用过滤机下料漏斗实现第一、第二分解进料槽的切换。粗细种子过滤机的溢流可以通过位差自流进入各自阶段的分解末槽。

本文涉及的新型集成工艺配置是利用钢结构支撑将成品分级旋流器组配置在长大段倒数第一、第二槽槽顶，长大段倒数第二槽部分出料通过泵送至成品分级旋流器。由于成品底流出料位置高，可以通过自流进入临近的成品过滤车间，溢流自流进入长大段倒数第一槽。长大段倒数第一槽出料送至种子分级旋流器组，种子分级旋流器组配置在粗细种子过滤机的钢结构上方，溢流自流进入细种子沉降系统后送至细种子过滤机，底流自流送至粗种子过滤机。

本新型集成配置利用位差实现短距离自流，与传统的过滤和分级工艺配置相比，固定成本方面很大程度地节省了总图占地面积，厂房的土建施工量，节省了大量的设备投资如粗细晶种槽泵、过滤机溢流槽泵、成品旋流器组溢流底流槽泵、种子旋流器组溢流底流槽泵。运行成本方面因为简化了流程，节省了各晶种泵、溢流泵、旋流器底流溢流泵的用电负荷，亦减少现场工人的工作量。缩短物料之间的输送距离，从而减少了管道敷设长度，有效的减少了人工清理结疤的工作量。

3 本集成工艺配置的工厂实施效果

本文介绍的集成工艺配置近年来已在我院大多数国内外氧化铝项目上得到了全部或者部分实施，业主反馈效果良好。

实施案例一：我院设计的某国外新建氧化铝厂年产100万吨氧化铝项目种子分解工序设备规格为：19台φ14m×38.5～30m分解槽，其中两台附聚槽，17台长大槽；两台过滤面积为120m2的细种子过滤机连同其配套的真空受液槽、气液分离器、压缩空气储罐，配置在第一、二附聚槽槽顶；两台过滤面积为180m2的粗种子过滤机连同其配套的真空受液槽、气液分离器、压缩空气储罐，配置在第一、二长大槽槽顶，粗细种子过滤机共用一个钢结构。

此项目采用一级分级，底流为成品氢氧化铝，溢流为细种子，两台φ200mm水力旋流器组配置在细种子过滤机的上部钢结构上，旋流器组的底流自流进入相邻综合过滤车间的平盘过滤机，溢流自流进下方的细种子过滤机。真空受液槽和气液分离器的出料液进下游车间的母液槽。

图1 集成工艺配置的工厂实施效果

其中：1-第一附聚槽 2-第二附聚槽 3-第一长大槽 4-第二长大槽 5-粗种子过滤机 6-细种子过滤机 7-水力旋流器组 8-粗种子真空受液槽 9-粗种子气液分离器 10-细种子真空受液槽 11-细种子气液分离器。

实施案例二：我院设计的某国外新建氧化铝厂85万吨氧化铝项目种子分解工序设备规格为：3台φ14m×30m附聚槽，15台φ16m×33m长大槽，3台φ28m的细种子沉降槽；两台过滤面积为152m2的粗种子过滤机连同其配套气液分离装置，配置在第一、二长大槽槽顶；两台φ100mm的种子旋流器组配置在粗种子过滤机的上方，底流自流进入粗种子过滤机，溢流细种子自流进入细种子沉降槽；两台φ200mm的成品旋流器组放在临近综合过滤车间的分解槽槽顶，底流进综合过滤车间的平盘过滤机，溢流回分解末槽。气液分离装置的出料母液进下游车间的母液槽。

图2 气液分离装置

图3 下游车间母液槽

其中：1-第一长大槽 2-第二长大槽 3-粗种子过滤机 4-种子旋流器组 5-成品旋流器组 6-粗种子气液分离装置

4 结语

随着原材料价格上涨以及海外建厂包括工厂运行时较高的人工费用支出，设计出节能减耗的氧化铝厂已经势在必行，在达到同样产品效果的同时，将流程简化，配置集成，可以很大程度上节省建厂投资、运行成本和人员开销，从而降低生产成本，提高产品竞争力。