马赟国,王晓平,李志国

(1.中铝集团山西交口兴华科技股份有限公司,山西 交口 032400;2.西安建筑科技大学 华清学院,陕西 西安 710043;3.沈阳铝镁设计研究院有限公司,辽宁 沈阳 110001)

氧化铝的生产方法有酸法、碱法、酸碱联合法和热法等,其中碱法在氧化铝工业生产中得到了最为广泛的应用,而碱法又分为拜耳法、烧结法和联合法等,不同的生产方法适用于不同的原燃料和建厂条件,当矿石质量较好时,拜耳法是流程相对简单,能耗低,成本低的生产方法,近些年国内外新建项目几乎全部采用拜耳法工艺。我国铝土矿综合安全程度呈逐年下降趋势,安全状况不断恶化,目前处于较危险状态,我国铝土矿资源占有量低、质量较差、开采成本高,使得我国铝土矿的勘查潜力不大、储采比不断下降[1]。随着中国铝土矿持续的量质同降,采用拜耳法生产的工厂遇到了很大困难,这就使得联合法,尤其是联合法中的串联法的相对优势逐渐显现。

串联法同混联法、拜耳法相比具有氧化铝回收率高、矿耗低、碱耗低、单位赤泥排放量低等特点[2],但也正是由于串联法碱耗低的特点,决定了串联法中拜耳法和烧结法部分的碱平衡是生产中需要解决的关键问题,本文对可能采用的碱平衡方法进行了分析,并进行了平衡测算及经济分析,提出了方向性的建议。

1 概 述

拜耳法补碱主要是通过在碱液调配工序,将固体或液体苛性碱根据需要补充进入循环碱液中,进而进入生产系统,以补充系统的碱损失,而系统的碱损失主要是通过拜耳法赤泥中化损部分,赤泥附液带走的附损部分,以及机械损失和产品夹带等方式排出系统;串联法中的烧结法部分的补碱主要是通过在生料浆调配工序中将碱粉补入生产系统,而系统的碱损失主要是通过烧结法赤泥中的化损部分,赤泥附液带走的附损部分,以及送到拜耳法合流的粗液等方式排出系统。

由于拜耳法和烧结法的赤泥化损和附损基本稳定,这也决定了能够从烧结法补充进入系统的碱粉的量是基本确定的,不能随意的从烧结法补充碱粉来满足烧结法熟料碱比这一重要的配料指标;而通常针对某个具体已经运行的企业,其拜耳法和烧结法部分的生产能力已经确定,无法大幅度的调整,在矿石品位等条件发生变化时,会造成两个系统能力的不匹配,最直接的体现就是碱不平衡,拜耳法赤泥需要部分外排,如何在最大化利用现有拜耳法和烧结法产能的条件下,兼顾熟料碱比,并能经济运行就显得尤为重要。

通过将拜耳法部分含碱物料送到烧结法循环,可以在系统理论补充碱粉不足以满足熟料碱比要求的情况下,最大化利用现有拜耳法及烧结法能力。其中拜耳法部分有可能作为含碱物料补充到烧结法的主要有以下几项:

(1)苛性碱或碳碱;

(2)拜耳法循环碱;

(3)拜耳法赤泥及附液;

(4)结晶碱;

对应到具体企业的生产实践中,由于受工艺条件、矿石及石灰成分等因素的影响,拜耳法系统并不一定能够连续排盐,为了平衡碱量稳定生产,拜耳法赤泥不得不进行部分外排,即部分串联[3],减少赤泥中碱的回收量,达到系统的碱平衡,但工艺碱耗会有所上升,经济性变差。

2 方案对比

针对某具体生产企业实际情况,现有的拜耳法和烧结法装备是确定的,外部条件如矿石条件的变化会带来生产运行随着变化,针对这些变化很快进行大的技术改造是难以实施的,更具现实意义的是立足现场条件进行生产运行模式的调整。随着矿石品位逐年下降,拜耳法单位赤泥产出率增加,不能完全返回烧结法利用,部分需要外排,将此生产现状作为基准方案,通过分析,可以分别通过采用液碱、拜耳法循环碱液、拜耳法赤泥附损或结晶碱来满足烧结法熟料配料碱比要求,将这四种拜耳法向烧结法补碱的方式分别作为对比方案1～4,各方案主要条件如表1所示。

表1 基准方案及参比方案主要条件

3 计算条件

3.1 原料条件

计算所采用的原料条件如表2所示。

表2 原料化学组成 %

3.2 技术参数

计算所采用的工艺技术参数如表3所示。

表3 主要工艺技术参数

3.3 原燃料单价

计算所采用的原燃料单价如表4所示。

表4 原燃料单价 元/t

4 计算结果

4.1 消耗及流量表

根据平衡计算所得到的主要原料消耗及物料流量如表5所示。

表5 主要原料消耗及物料流量表

4.2 成本比较

根据测算所得到的分项及综合消耗成本如表6所示。

表6 消耗成本表 元/t

5 结果与讨论

通过分析以上测算结果,将结果汇总如表7所示。

表7 主要结果汇总表

备注:1～5为按数值由高到低排列,无具体意义。

基准方案可以运行,但是由于拜耳法赤泥不能完全返回烧结法,部分外排,造成矿耗、碱耗偏高,进而造成消耗成本较高,应根据矿石条件变化进行生产运行调整。

方案1不能运行,采用液碱为系统补碱,可以满足补碱需要,但是熟料碱比只能达到0.73,无法满足正常生产要求,相比碳碱补碱方式不利于成本降低,即从串联法生产系统外向烧结法补碱不能解决两个系统碱不平衡的问题。

方案2、3均可以运行,采用拜耳法循环碱为烧结法进行倒补碱简单易行,但是会造成一定量的系统循环量,熟料量和烧结法粗液合流量增加,增加烧结法系统负担。当工厂拜耳法赤泥洗涤系统能力不足时,也可以采用提高拜耳法赤泥附液碱浓度来实现,采用这种方式同时可以减少洗涤次数,降低运行成本,弥补一些系统循环增加的处理成本。

方案4可以运行,在拜耳法系统碳碱含量高时,比较容易实现,且结晶碱返回烧结法系统可以取消拜耳法结晶碱苛化,降低整体运行成本。

6 结 论

由于拜耳法与烧结法两个系统碱不平衡造成部分拜耳法赤泥需要外排,不能返回烧结法利用,会影响系统的消耗指标及成本,可以通过增加随拜耳法赤泥返回烧结法系统的附损碱含量,或提高拜耳法系统的排盐量来实现,需要考虑具体企业的生产实际,其经济性需要通过技术经济比较确定。

希望本文通过对实现串联法生产企业系统碱平衡问题的总结和计算能给氧化铝行业从业者提供一些借鉴。