拜耳法生产氧化铝管道溶出 装置的磨损机理与原因分析

郭靖鹏

（国家电投集团山西铝业有限公司，山西 原平 034100）

在现实生活中，使用拜耳法生产氧化铝虽然可以在一定程度上有效保证氧化铝的产量，同时可以有效降低能耗，但是管道化生产装置会出现各种问题。事实上，在实际生产过程中，矿浆会以一定的流速、固含、压力在管道内持续运动，在此过程中会产生巨大的磨损，这就会降低钢管的强度和刚度，进而导致溶出机组不得不需要开展临时检修工作。值得一提的是，每当这种情况发生都会造成巨大的经济损失。因此，减小矿浆对管道的磨损是十分重要的（如图1 所示为拜耳法生产氧化铝工序）。

图1 拜耳法生产氧化铝工序

1 管道化溶出技术的优势

在生产氧化铝工作过程中，使用管道化溶出技术可以在一定程度上减小氧化铝的实际损失。因为在使用该技术时，溶出温度十分高，同时大量自蒸发产生了许多二次蒸汽，在一定程度上提供了大量赤泥洗水，这样就可以减少赤泥带走的氧化铝和碱的量，有效保证了氧化铝的实际产量。不仅如此，在使用该技术时，涉及的机械设备不具备较大的表面积，从而可以有效降低热损失，为实际生产工作奠定了基础。除此之外，氧化铝自身具备较大的溶解度，可以在一定程度上有效保证循环效率。另外，使用管道化溶出技术可以提高溶出速度，大幅缩减溶出时间，可以有效保证实际产出效率。[1]值得一提的是，在使用该技术时，使用熔盐进行加热，能够有效保证熔盐与矿浆之间的温度差在合理范围内，从而可以实现减少换热面积的目标。

2 矿浆对管道的磨损机理

2.1 矿浆中固体颗粒的运动特点

事实上，在实际生产过程中，矿浆在内管内的运动方式是不同的，这是由于矿浆中固体颗粒由于自身质量、直径、粘度等不同，导致矿浆的运动方式存在一定差异。一般情况下，有悬疑质、跳跃质、推移质三种，具体情况详见表1运动方式的比较。

表1 运动方式的比较

由此可以发现，推移质运动方式会对管道的磨损程度最高，特别是管道的底部，悬疑质是磨损程度最小的。一般情况下，颗粒运动方式的不同对管道的磨损程度也会有一定差异，这主要取决于轴向与径向动能的相关情况。

2.2 管道磨损机理

对于管道磨损情况而言，出现磨损现象的主要过程是在矿浆固体颗粒与管道内壁相互作用时产生的。事实上，产生管道磨损现象的根本原因是大量单个固体颗粒同时对管道产生持续的作用就会形成管道磨损。具体来说，固体颗粒在管道内运动时会对管壁产生撞击，这时管壁的轴向和纵向都会受到力的作用，轴向力的作用的大小与磨损面积息息相关，而纵向力的作用的大小与磨损的深度有关。不仅如此，管壁的磨损深度与颗粒的初速度、质量存在着正比例关系，与时间成反比例，磨损面积也是如此。但是，对于磨损深度而言，颗粒的入射角度与之存在正比例关系，而磨损面积则与之成反比例，这是二者之间最大的差异。

3 管道磨损部位解析

在实际工作过程中，相关工作人员结合了矿浆的实际运动情况以及管道的流线性质等，分析了管道出现磨损现象的部位，具体情况详见如下：对于大弯头弯管部位而言，该部位处在大弯头内部，相关工作人员在进行检修时，检测工作并不能保证全面性，同时排查工作难度较大；不仅如此，在该部位矿浆的流向成平角式转向，这在一定程度上增加了管道的实际承压能力，这也就导致磨损程度更加严重；而在大弯管后过渡直管的部位，虽然其在内管的两侧，但其起着帮助矿浆流向改变的作用，这在一定程度上需要该部位具备较大的承压性能，也会造成巨大的磨损，甚至会出现刺穿的问题；与大湾管过渡部位相同的是，小弯管过渡部位也起着同样的作用，这无疑对其承压能力有较高要求。但是，在该部分有部分处于裸露状态，虽然能够方便开展检查维修工作，但是磨损同样是比较严重的。

4 防止管道磨损的措施

要想在实际工作过程中，有效降低矿浆对管壁的磨损程度，尽可能避免管道刺漏问题发生，减少经济损失，相关工作人员需要结合实际问题和情况，制定有针对性、科学的解决措施，这样可以在既保证生产产量的同时，降低各种安全问题的发生频率。具体来说，在实际生产过程中，相关工作人员必须要严格把握矿浆细度，将其控制在规定的范围内。值得注意的是，相关研究表明，如果矿浆细度达到29 微米以上时，在使用溶出装置开展实际工作时，会在一定程度上加大管道的磨损程度，同时还会提高刺漏次数，对于后续其他工作的开展会造成一定影响；不仅如此，需要将矿浆的预脱硅率控制在实际需求范围内。因为如果矿浆具备较高的预脱硅率，会在一定程度上均化颗粒细度，从而有效降低颗粒的实际硬度；除此之外，相关工作人员需要结合实际所需，科学地对管道进行结疤冲洗工作。需要注意的是，在开展冲洗工作时，需要根据实际需求对不同级的结疤冲洗效果进行相应的划分，对于熔盐段结疤而言，只需要尽可能将其除干净即可；但对于乏汽段而言，需要保证清理适中，这样可以在一定程度上保证矿浆的换热效果，同时可以减轻管道的磨损程度，降低刺漏问题的发生频率。与此同时，需要控制机组进料量相对稳定。当矿浆流量下滑时，也会对管道造成一定磨损。同时，如果流量短期内迅速增加，还会提高管道的承载压力，加大磨损程度。[2]因此，保证平稳机组进料量可以有效缓解这一问题，降低磨损问题出现的频率。

5 结语

在现实生活中，科技水平的提高使生产氧化铝的工艺更加完善，在一定程度上提高了实际工作效率，同时使用管道溶出技术可以有效降低氧化铝的实际损失。对于实际生产过程中矿浆对管道造成一定磨损、刺漏问题而言，工作人员需要结合实际情况，在控制矿浆细度，保证预脱硅率等方面入手，降低管道的磨损程度，从而为实际工作提供保障，减少实际损失，有效提高企业实际收益，在一定程度上推动工业行业进一步发展。