氧化铝溶出机组提产途径

杨亮华

摘  要：某公司一期氧化铝溶出机组，设计单系列年产40万吨，投产后就达到设计产能，但仍有很大的提产潜力。文章分析了溶出机组产能现状及生产实践，指出可以通过技术改造、优化操作运行、强化计划检修等措施，达到溶出机组单系列年产48万吨的能力。

关键词：溶出机组;进料量;运转率;产能;改造

前言

氧化铝行业竞争激烈处于高度市场化，生产成本的高低决定企业是否盈利、能否在行业中生存，提高氧化铝产能是降低生产成本的重要手段。高压溶出是氧化铝生产的核心工序，提高溶出机组产能势在必行。

1 工艺简介

高压溶出工序是氧化铝生产的核心工序，主要作用是将铝土矿中的氧化铝溶解到铝酸钠溶液中。

合格的原矿浆在单套管加热器内用压煮溶出二次蒸汽加热至100℃后进入预脱硅槽，经8小时预脱硅后补入适量合格的循环碱液，由隔膜泵送入压煮溶出6级套管预热器内预热至约160℃，再经5级带机械搅拌的预热压煮器和7台加热压煮器间接加热至260℃，最后保温溶出60分钟溶出。溶出后矿浆经11级自蒸发降温，自蒸发的二次蒸汽用于预热矿浆，降温后的溶出矿浆进入稀释槽，同时加入拜尔法赤泥洗液稀释溶出矿浆。该公司为串联法生产工艺，烧结法粗液也送入稀释槽内。

2 现状分析

2.1 产能分析

在溶出反应中，矿石中的硅与部分氧化铝形成钠硅渣，最终作为赤泥排出，因此矿石中的铝硅比和氧化铝含量是影响溶出产能的重要因素。

该公司一期工程设计为串联法生产工艺，溶出机组两个系列，单系列年产量为40万吨。具体设计情况与运行现状，详情见表1。

由表1可以看出，该公司由于循环效率远高于设计值，在进料量和运转率不如设计的条件下产能仍达到45万吨。但是进料量、运转率和溶出能力仍有很大提升潜力，如果解决这些问题，产量可以进一步提升。

2.2 存在问题

2.2.1 溶出机组进料量低。高压溶出机组设计进料量为510m3/h。投产后长期保持进料量为480m3/h，原因是投产初期矿石铝硅比高，480m3/h的进料量可以满足整个拜尔法系統的生产运行。同时还有其他原因制约溶出机组进料量提升，具体表现为：压煮器过料管结疤严重，造成溶出机组运行压力过高，限制进料量的进一步增加;闪蒸槽孔板尺寸是按照480m3/h正常生产选择的，进一步提产后会造成前两级闪蒸槽频繁出现带料。

2.2.2 溶出机组运转率低。该公司2012年与2013年的溶出机组平均运转率为91.83%，通过停车原因分析，影响运转率的主要因素为：周期性的溶出倒组停车时间长，每次倒组停车需要30小时，每45天进行一次倒组，对全年运转率影响3.08%;溶出系统事故停车多，平均每月3次，主要是闪蒸槽过料管和四套管磨漏造成的临时停车，其次是辅机系统原因而被迫停车，影响运转率3.01%;其他外界因素影响机组运转率2.08%。

2.2.3 溶出率指标不高。该公司氧化铝溶出率偏低的主要原因是铝土矿在碱液环境溶出过程中，反应条件不理想，具体表现有：压煮器搅拌封密频繁泄漏，造成搅拌运转率低，降低了溶出反应速率;加热管束结疤清理效果差、换热效率低，造成溶出温度偏低;压煮器联排管堵塞严重，造成压煮器满罐率偏低，减少了溶出反应时间。溶出率指标完成不理想，间接的限制了溶出液αK的下降，影响了循环效率的提高。

3 提高溶出机组产能的有效途径

3.1 提高进料量

3.1.1 清理压煮器过料管结疤。该公司溶出机组投产运行7年，在高温段的压煮器过料管形成严重结疤，结疤最大厚度达到30mm，管道通过物料截面积减少44%，在压煮器过料管中形成大量结疤在同行业中很少有，这与生产操作条件以及矿石成分等因素有关。通过化验，结疤主要成分为Ti、P、Ca、Si等，成份复杂。其中Ti、Ca、Si结疤产生的原因是在生产过程中添加一定量的石灰，在高温下石灰与钛矿物和部分未脱除的硅矿物反应生成的，此结疤结晶致密、光滑坚硬，主要物质为“钙钛渣”与“钙霞石”。结疤的存在使得管道过料面积减小，阻力损失增大，机组运行压力升高。该公司先后尝试业内多种常规清理方法如：酸洗、机械清理、高压水清洗，效果都不明显。最后通过与一家专业清理公司进行合作，用一种新工艺干、湿相结合的技术进行了处理。结疤消除后，机组运行压力下降0.65MPa，提产空间打开。

3.1.2 调整闪蒸槽节流孔板尺寸。在高压溶出机组中，通过闪蒸槽将系统压力降至常压，闪蒸槽进、出料管中的节流孔板尺寸与机组产能密切相关，如果孔板过小会造成进出料失衡，部分料浆通过乏汽管进入冷凝水系统。该公司试车达产后进料量稳定在480m3/h，节流孔板也是根据此进料量调整确定的，进一步提产需要进行调整合适的孔板尺寸。在提高溶出机组进料量过程中，经过多次调整，将第二级闪蒸槽进料孔板直径提高了7mm，第三级闪蒸槽进料孔板尺寸提高了5mm，其他孔板也做了微调。目前进料量提到500m3/h后，整个闪蒸系统运行稳定。

通过实施上面措施后，溶出机组进料量从480m3/h提升至500m3/h。

3.2 提高运转率

3.2.1 缩短倒组时间。溶出机组倒组工作分为停车、检修、开车三部分。通过分析，倒组停车时间长的原因主要是吹扫开始时机组压力过低、高排管堵塞泄压时间长、检修时压煮器进料管平台行车数量不足、机组填充时间长、料浆预热时间长等。针对这些情况采取以下措施：（1）改变吹扫方式，吹扫开始时机组压力由1.5MPa提升至2.3MPa，并将原来由Tp101直吹到Ra222改变成在Ra118隔离分阶段吹扫，维持料浆流动中的高压差，缩短总的放料时间。（2）清理或更换所有压煮器高排管，保证高排管畅通，缩短泄压时间。（3）改造检修平台，在压煮器进料管平台新增葫芦吊装支架，提高工作效率。（4）改造填充流程，新增了一条填充管，与原来的填充流程同时进行机组填充，缩短填充时间。（5）改变机组预热过程中的新蒸汽提升梯度，将原来每20分钟提压0.5MPa，改为在原提升速度蒸汽压力达到1.5MPa后，每20分钟提压1.0MPa，缩短料浆预热时间。

3.2.2 加强管道监测和计划性检修。在溶出系统造成的意外停车中，管道磨损和易损件故障造成的停车时间占事故停车的55.78%。通过对意外停车的分析，并在生产过程中不断摸索和总结规律，该公司加强部分设备的管道测厚和计划性检修，具体为：将四套管弯头、闪蒸槽过料管、闪蒸二次水管弯头每个部位由2个测点增加至4个点，并增加了弯头焊缝前后10cm范围内的测厚;新增了闪蒸槽孔板座喷射管测厚;将溶出机组放料管、末级闪蒸进稀释槽料浆管、隔膜泵进溶出机组三通管测厚周期由90天1次改为45天1次;按周期更换孔板座、溶出机组阀门、离心泵过流件等易损件。经过实施对应措施，在2014年上半年杜绝了以上事故停车。

3.2.3 流程改造和新技术应用。减少溶出机组意外停车的发生，一方面要控制事故发生的概率，另一方面要增强應对事故的能力，通过进行部分流程改造和新技术的投用，可以达到目的，具体为：（1）脱硅单管流程改造，新增脱硅单管进脱硅末槽的流程，起到脱硅槽故障下溶出机组不用停车的作用，增强了应对事故的能力。（2）改进闪蒸槽内衬固定钢板，将固定板尺寸由55×50×10mm改成90×55×20mm、数量由每台7个增加至10个，增加了内衬固定强度，有效的减少闪蒸槽故障率。（3）闪蒸槽过料管耐磨材料改造，把材质20#钢的过料管改为双金属耐磨复合管，增加了耐磨强度，使用寿命将延长4倍，不但减少闪蒸过料管磨漏事故的发生，而且每年单系列节约备件费用4.7万元。

实施上述措施后，溶出倒组停车时间不断下降，现在只需要22小时就可完成任务，比原来缩短了8个小时，见表2。溶出机组意外停车也明显下降，2014年3月至5月，溶出系统造成的意外停车影响运转率由3.01%下降至0.6%，溶出机组运转率高达96.1%，达到行业先进水平。

3.3 提高溶出率

3.3.1 提高压煮器搅拌运转率，强化溶出反应。压煮器搅拌对强化溶出反应，改善传热效果有着至关重要的作用。以前压煮器搅拌开不起的主要原因是搅拌传动轴传动密封泄漏，根据此原因采取相应措施：加强对输出轴和填料的检查和维护，出现问题及时更换;将润滑油的注油次数由3次/分钟调整为5次/分钟，并且专人定期检查注油效果，提供密封面充足的润滑油;规范盘根更换制度，严格盘根更换标准，由专人使用专用工具取、装盘根，避免对轴和密封面划伤，并且上、下8道盘根一起更换，延长密封寿命等措施，压煮器搅拌运转率已经从60%提升至100%。

3.3.2 调整联排运行方式，延长溶出时间。溶出反应生成的气态物质和进入的空气形成压煮器料浆不凝性气体，这些不凝性气体是通过压煮器联排管逐级向后移动，并在最后一台压煮器排出。由于管道内长期有料浆流动，造成压煮器联排管结疤堵塞，料浆不凝性气体不能及时排出，溶出时间减少。针对此情况采取以下措施：（1）逐台清理或更换压煮器堵塞的联排管，并且每次压煮器隔离时都要检查管道情况。（2）改变联排阀运行开度，将原来全开运行方式改为开度20%运行，使管道长时间流动的为气体，减缓管道结疤的形成。

3.3.3 改进加热管束清理工艺，提升溶出温度。随着矿石品位下降和矿石成份的变化，压煮器加热管束的结疤成分和物理性质发生了变化，需要改变原来的清理工艺来满足生产需求，具体操作为：将预热段压煮器管束结疤的清理方式由直接高压水清洗改为先火烧再高压水清洗;将加热段压煮器管束结疤火烧加高压水的清理方式由1次改为2次，最后人工清理;将每次火烧结疤时间延长1倍，改善火烧效果。措施实施后，结疤清理更为彻底，溶出温度从250℃提升至260℃，增加了溶出反应效果。

上面三个措施实施后，氧化铝溶出率提高了1.21%。溶出率增高的同时，循环效率增加了3.67kg/m3。

4 结束语

通过采取相应提产措施，溶出机组进料量已经接近设计水平，运转率超过设计要求，达到96%以上，再加上溶出率的提高，按现有矿石品位，纯拜尔法具备50万吨的生产能力。

参考文献

[1]沈阳铝镁设计研究院.山西鲁能晋北铝业有限责任公司年产100 万吨氧化铝工程初步设计[Z].2004，10.

[2]毕诗文，于海燕，等.氧化铝生产工艺[M].北京：化学工业出版社，2013.

[3]山西鲁能晋北铝业公司一期技术月报[Z].2006～2014.