我国氧化铝工业科技进步集中体现在高效强化拜耳法技术、间接加热强化溶出技术,高效节能焙烧技术,实现了大型节能设备的大规模应用,提高热利用率的技术以及赤泥防渗干法堆存技术。我国自主研发成功中低品位一水硬铝石矿生产氧化铝的世界独特的生产工艺技术,选矿拜耳法、石灰拜耳法等技术,大大提高了我国氧化铝工业的竞争力,达到了世界先进技术水平。
我国铝电解工业开发并全面推广应用了大型预焙电解槽成套技术,铝电解计算机控制技术,提高大型预焙电解槽寿命技术,优质炭阳极和内衬材料生产技术,新型结构电解槽等重大节能技术,同时也开发出了低温低电压铝电解新技术,大型铝电解系列不停电技术等。我国自主研发成功280kA、350kA、400kA 及500 kA 等具有自主知识产权的大型预焙槽技术,达到世界先进水平,并已输出国外。铝电解工业预焙铝电解槽先进控制
技术,以低窄氧化铝度为切入点,从而获得电解槽的稳定运行,实现了较低槽电压、能耗的降低及阳极
效应和碳氟化合物排放的减少。我国相继通过改变铝电解槽阴极炭块和钢棒的结构和形状,并相应优化电解槽内衬结构等一系列创新技术,形成了新型结构电解槽、异形阴极、阻流块、新型钢棒结构等重大铝电解节能技术,构成了具有我国自主知识产权的铝电解重大节能技术。这一类技术使我国铝电解生产实现了大幅度节能降耗,实现了低极距、低水平电流、低槽电压、低电耗、低阳极效应、高电能利用率的铝电解稳定运行,吨铝直流电耗12000~12300kWh,达到了国际领先技术水平。
氧化铝工业重大节能技术进步
(1)开发应用了高效强化拜耳法技术
高效强化拜耳法流程如图4-1所示,该技术是通过系统优化拜耳法循环过程中的碱浓度和氧化铝浓度系统,强化各关键工序的生产效率,最大限度提高系统循环效率和产出率,形成高循环效率的拜耳法、高产出率的各工序过程,实现系统节能。
高效强化拜耳法的关键技术有:高效强化溶出、低损失赤泥分离、高产出率砂状氧化铝种分、高效节能母液蒸发等。
①间接加热强化溶出技术:图4-2为我国开发的间接加热、强化溶出技术的典型示例。
间接加热、强化溶出技术具体可以表示为矿浆间接加热、高温高碱浓度强化溶出技术。主要特点是:高运转率、高热效率、高产出率、低电耗、少维护、易清理。
②赤泥高效低耗分离技术:高固含沉降分离技术包含高效深锥沉降槽(见图4-3)、新型絮凝剂、优化絮凝剂添加技术、沉降槽自稀释技术等。
此外,为减少赤泥沉降洗涤系统中氧化铝的损失,通过提高赤泥洗涤温度和效率,改进赤泥絮凝剂的应用,形成了低损失赤泥分离洗涤技术,有效地降低了赤泥洗涤损失和分解原液的分子比,提高了整个拜耳法系统的循环效率。
赤泥分离工序还开发了高效过滤技术,包括赤泥连续真空或带压过滤洗涤以及新型粗液叶滤介质。前者用于赤泥干法堆存技术,后者用于部分企业的粗液精滤(叶滤)工序,明显降低了精滤过程的氧化铝损失。
③高产出率砂状氧化铝晶种分解技术:开发应用了高浓度、低分子比原液种分生产砂状氧化铝的技术,该技术包括:实施粒度预报控制、系统优化种分工艺参数和强化中间降温。中间降温技术是合理调配种分系统温度体系和溶液过饱和度的关键技术,也是在高浓度条件下,实现高产出率并确保砂状氧化铝生产的重要措施。粒度预报和控制技术可深入分析系统中细粒子分布规律,提前预报粒度变化趋势和实施超前控制,确保产品粒度符合砂状氧化铝标准。此外,还开发应用了高效种分添加剂及氢氧化铝过滤脱水剂,以进一步确保砂状氧化铝质量并节能。实施该技术后分解率达到50%以上,晶种分解Al,0、产出率超过90kg/m³,产品质量也达到了砂状氧化铝的标准。
④高效节能蒸发技术:我国氧化铝工业全面采用了高效节能的降膜蒸发技术,包括管式降膜、板式降膜和管板式混合降膜技术,明显降低了母液蒸发的汽水比和能耗。此外,普遍采用了蒸发缓垢剂,强化了稀释脱硅以提高溶液的硅量指数,从而减少了蒸发结疤速度,提高了蒸发器热效率及碱浓度。为进一步节能,开发了利用精滤所含热能,提高分解母液的温度,并提前进行自蒸发以提高蒸发原液的浓度,减少蒸发能耗。
(2)开发应用了高效节能焙烧技术
我国氧化铝工业已全部采用了流态化节能氧化铝焙烧技术,包括气态悬浮焙烧、循环床流态化焙烧以及闪速焙烧技术,大部分企业采用了操作简便的气态悬浮焙烧技术,同时采用高强度、低传热的耐火材料做内衬,实现了烟气及氧化铝出料余热的充分回收利用。目前我国氢氧化铝焙烧的单位能耗已降低到3.0GJ 左右的国际先进水平。
(3)实现了大型节能设备的大规模应用
我国氧化铝企业,特别是新建或扩建的企业,普遍采用了大型节能的装备以达到高效节能的目标,如大直径、多管道间接加热溶出装备、大型高效深锥沉降槽、大面积、大直径过滤机和立式高效叶滤机、大容积、高效搅拌的种子分解槽、大型六效逆流降膜蒸发器、大产能氢氧化铝气态悬浮焙烧炉、大流量高压隔膜泵、高效杂质离心泵和高能效风机(鼓风机和空气压缩机)等。目前氧化铝生产装备的大型化趋势仍在继续发展。
(4)开发应用了提高热利用率的技术
我国氧化铝工业开发应用了一大批提高热利用率、回收系统中废热能的技术,包括改进流程设计,实现废蒸汽热能的回收利用,以减少废蒸汽排放、回收利用废高温烟气的热能,如煤气炉和焙烧炉烟气中的余热利用(蒸汽锅炉或加热水)、回收利用冷凝水和热溶液中的热能、回收利用热固体料中的热能、对高温管道和槽罐进行保温绝热,以降低散热损失等。
(5)开发应用了赤泥防渗堆存技术
赤泥是我国氧化铝工业最大宗的废弃物,由于赤泥含碱,因此具有一定的危害性。赤泥堆场的核心功能是分离碱液并回收,防止碱液渗漏污染。由此开发应用了优化赤泥堆存的技术,包括:干法堆存即赤泥浆在堆场压滤脱水再堆存;优化赤泥堆场结构,如形成一定角度的倾斜以利于排水、优化底部的防渗层结构形成可将碱液分离排出的沙漏层(井)等;赤泥坝的筑坝防渗技术及植被绿化等。