我国氧化铝工业节能降耗制约因素探析

我国氧化铝工业节能降耗制约因素探析
本文从氧化铝工业的生产方法、技术设备水平及资源利用等方面探讨了制约其节能降耗效果的主要以素,最后提出了解决问题的路径。

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0引言
节能是指加强用能管理,采用技术上可行,经济上合理,以及环境和社会可以承受的措施,减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费,更加有效、合理地利用能源。

节能降耗是我国可持续发展的一项长远发展战略,是我国的基本国策。

随着我国经济的快速增长,人民生活水平的提高,能源消费约束明显显现,供需矛盾日益突出,环境污染严重。

国家“十一五”发展规划第一次提出了单位GDP能耗降低20%的工作目标,也就是说,到2010年,万元国民经济生产值能耗(以标准煤计)由2005年的1.22t下降到2010年的0.98t,年平均节能率在4.4%,节能降耗工作任务十分艰巨。

作为我国能源消耗大户,氧化铝行业在几大高能耗行业中名列前茅,而节能方法和设备作为氧化铝工业的中间环节,采取措施降低能耗,对整个冶金行业能耗指标的降低具有一定的积极作用。

1制约我国氧化铝工业节能降耗的主要因素
进入新世纪,我国不仅在原铝生产和铝消费上成为第一大国,而且在氧化铝的生产方面已跃居世界第二大国。

无论工艺水平还是管理手段都有了突飞猛进的发展。

但是规模和效益的提高使我们忽视了能源、环境及成本,目前来讲,我国在铝工业生产工艺技术、设备、能耗、成本等方面,与世界先进国家相比,仍存在较大差距。

具体到节能降耗方面来讲,其制约因素主要包括以下几个方面。

1.1与国外相比,我国氧化铝生产综合能耗高、成本高
以三水铝石为主要原料的国外氧化铝行业,主要使用低温拜尔法工艺,由于这种工艺比较节约成本,并且有利于能耗的降低,因此在国外同行业比较普及,而在我国受到铝土矿资源品质的限制,我国氧化铝生产大都采用溶出条件苛刻、流程长而复杂、能耗高、成本较高的混联法或烧结法工艺。

见表1
我国氧化铝的生产,由于能耗高、流程长、设备多而复杂、冗员较多,使生产
成本高于国外,在节能降耗方面落后于国外,市场竞争也处于不利地位。

2009年,我国各氧化铝企业生产成本均有大幅下降,目前我国六大氧化铝厂,每吨氧化铝的平均经营成本为1756美元,距西方国家平均142.3美元,还有一定差距,与澳大利亚的平均106.6美元相比差距约70美元。

1.2技术装备水平低,制约了节能降耗的效果
在技术装备方面,我国氧化铝工业技术装备多为小型化、效率较低、生产过程的检测和控制设备少,许多工序和岗位仍凭经验操作和人工手动调节,自动化水平低。

国外早已实现设备的自动化自动化以及大型化,检测和控制手段先进而齐全。

近年来,各企业靠自主创新,强化研发,并引进消化吸收国外一大批先进技术和装备,装备水平大大提升,但总体水平仍和国外有较大差距。

以矿石破碎设备为例,根据“多破少磨”的原则,矿石破碎应该是整个氧化铝生产流程中最为关键的环节之一。

但总体上来看,目前国内很多氧化铝企业所采用的破碎设备,仍旧是沿用了几十年的效率式破碎机和圆锥破碎机等,腭低、能耗高、噪音大、污染重。

1998年前后,国内的一家设备制造公司曾研制成功一种内通道式破碎机,能耗低、震动小、粉尘少、破碎比高,还获得过国际奖项。

但不知什么原因,这种设备至今也没见到大面积的推广应用。

矿浆磨制工艺采用的大型格子磨和熟料烧成工艺采用的回转窑,也是沿用了好多年的老式设备,虽然在安全性能、自控系统等方面比以前有了很大的进步,但设备工作原理、运行状态等基本上没有什么大的改变,能耗、噪音、操作、维护等方面的难题一直令人头疼,单纯的小改小革已经不能解决根本性的问题,急需像溶出和焙烧装备那样,有一个划时代意义的重大跨越,以充分适应高产低耗、安全环保的时代潮流。

至于赤泥过滤装备,目前采用较多的仍然是外滤面式转鼓真空过滤机。

这种过滤机也是沿用了几十年的老式设备,只不过很多厂家都对其卸料方式进行了一些改进,由原来的压缩空气吹脱改为了折带式或辊子卸料式。

有的企业近年来正在试验将橡胶带式真空过滤机用于赤泥过滤工艺,由于物料原因,效果不是十分理想,目前仍处于试验改进阶段。

还有企业几年前曾将“赤泥高效过滤设备”的研制开发作为对外公开招标项目进行过招标,随后与中标单位就离心式高效过滤机的研制开发进行过密切合作。

但此次试验最终没有取得成功,不过也积累了不少经验和数据。

现在看来,如果能将立盘过滤机等现有成熟、高效的过滤设备进行合理改进,用于赤泥过滤工艺,则不失为一种很好的解决办法。

由此看来,我国氧化铝工业装备发展不均衡的问题成为影响和制约国内氧化铝企业自身节能降耗实力进一步增强的一道障碍,并且会随着国内外氧化铝工业的飞速发展而日渐凸显。

1.3铝土矿资源浪费严重
就我国目前铝土矿开采状况而言,正规化的企业自采比例不到50%,大量收购民采矿,导致乱挖乱采,资源浪费十分严重,有限的铝土矿资源没有得到合理的保护和利用,生态环境也受到破坏。

以河南为例,目前,河南的民间采矿居然能占到河南省铝土矿生产总量的90%以上,由于民间采矿的技术不规范和管理混乱,造成了
铝土矿的严重破环和资源浪费,很多地方的矿土资源已经枯竭。

2对策建议
笔者认为,正确选择降耗方法,合理利用铝土矿资源及有效解决国内氧化铝工业装备自主创新、均衡发展的难题,才是解决氧化铝行业节能降耗问题的根本。

2.1选择合适的氧化铝工艺
首先,普及拜尔一烧结串联工艺。

其显著特点是:先用拜尔法处理矿石,提取其中的大部分氧化铝,然后再用烧结法回收拜尔法赤泥的氧化铝和碱,原则只烧赤泥熟料,而不添加矿石,而混联法除了处理赤泥还同时处理一部分低品位矿石。

由于烧结法部分产量比例缩小,能耗减小,总成本降低;由于矿石经过拜尔法和烧结法两次处理,氧化铝总回收率高,碱耗降低。

拜尔法和烧结法两个系统的平衡,互相影响比并联法困难些,拜尔法赤泥不直接排出,进入烧结法系统,进入流程的Na2S04少一个排出机会。

拜尔一烧结串联法扩大了低成本的拜尔法产量比例,缩小了烧结法产量比例,充分发挥拜尔法节能、降耗的优势,同时此法还能充分利用高硅铝土矿石资源。

但是低铝硅比赤泥熟料烧结往往很困难,我国中铝中州分公司二期原选用串联法(矿石A/S5.72)后被搁置(1992)。

在国外哈萨克斯坦帕夫洛达尔厂,成功地实现串联法生产工艺,其经验值得我们借鉴。

1996年,我国完成“八五”攻关项目《串联法生产氧化铝新工艺》全流程试验,解决了低A/S熟料烧结的关键技术,获得了满意的工业试验结果:(1)烧结A/S=1.3～1.5的拜尔法赤泥,熟料质量好,A1203标溶85%(合同要求80%)Na20标溶95%(合同要求90%):
②串联法与混联法相比能耗降低11GJ/吨:⑧在建新厂方面,串联法与混联法相比每吨A(203投资可降低12%。

串联法最突出的优势是:A1203回收率高达92%,高于其他任何生产方法;可利用中低品位矿石,A/S5～6;碱耗低;串联法非常适于改造现有的混联法厂,也可用于新厂建设。

其次,加强砂状氧化铝生产技术的开发及应用。

早在上世纪六十年代中期,国外就开始生产砂状氧化铝,七十年代初,世界氧化铝生产中砂状氧化铝和粉状氧化铝是并行的。

由于电解铝厂环保节能的需要,特别是干法烟气净化和大型中间自动点式下料预焙槽的推广以及氧化铝流态化输送技术的应用,对氧化铝的物理化学性质提出了严格的要求。

选择电解材料时中间状和粉状氧化铝是不能与砂状氧化铝同日而语的,砂状氧化铝溶解性能及流动性能好,而且粉尘小、比表面积大、强度好、粒度均匀。

据有关资料报道,British用粉状和砂状氧化铝在130KA中间下料预焙槽上进行试验,试验结果发现:粉状氧化铝在,加料时粉尘量比砂状氯化铝大2—3倍,进入排烟管的粉尘量为砂状的1.75倍,排入大气损耗量为砂状的5倍。

砂状氧化铝不但比表面积大而且吸附能力强,砂状氧化铝能使电解槽操作地带HF的浓度由3～5ppm降为0.3—0.5ppm,减少氟化盐损失,就是因为其能有效吸附HF、siF4等有害
气体,使用砂状氧化铝比粉状氧化铝的阳极炭耗一般降低2%左右。

因而最适用于气体干法净化系统。

溶解速度快,在加工过程中不产生沉淀,降低炉低压降,达到节能的目的。

正是由于砂状氧化铝具有以上的特点,国外许多原来生产粉状氧化铝的厂家纷纷转为砂状氧化铝,并使之成为一种趋势,以至于目前所生产的大部分氧化铝都符合砂状氧化铝的要求。

世界上生产砂状氧化铝的技术有三种:一是用三水铝石为原料低浓度溶出、种分生产砂状氧化铝的美铝技术,二是主要用三水铝石为原料以较高浓度溶出、种分生产氧化铝的瑞铝技术,三是用一水软铝石和一水硬铝石矿为原料以高浓度溶出、种分生产砂状氧化铝的法铝技术。

我国砂状氧化铝技术开发已迫在眉睫。

国内较早就进行了砂状氧化铝生产技术的开发。

针对高浓度铝酸钠溶液生产砂状氧化铝,山西铝厂、郑州轻金属研究院等单位于1985年前后进行了系统的研究,但是结果并不理想,虽在山西铝厂设计建设,并未投入工业生产。

山东铝厂为代表的有关单位开展了烧结法连续碳分生产氧化铝技术研究,产品质量有很大提高,但距离砂状氧化铝的要求上存在一定差距。

中州铝厂烧结法连续碳分生产砂状氧化铝于2002年已经获得成功。

但与国外砂状技术指标相比仍有差距。

平果铝业公司引进法国技术,一段分解生产砂状氧化铝,基本达标,但在氧化铝磨损指数仍较大。

“砂状氧化铝生产技术”已列为国家攻关课题,由中国铝业公司组织山西铝厂、东北大学、郑州轻金属研究院和中南大学进行实验室试验和工业试验,取得了一定的成果,已经通过专家鉴定,但尚不完善。

这还需要各个氧化铝生产厂加大攻关力度,早日突破这一难题。

2.2提高技术装备水平,实现高效能降耗
要想降低各个工序的单位能耗及原材料消耗,降低劳动强度,提高劳动生产率。

就得采用高新技术和先进的装备,提高设备大型化、高效化和自动化水平,此类先进技术和装备主要包括:强化溶出成套技术及装备;高效沉降技术及装备;大型液固过滤分离设备(叶滤机,立盘、平盘过滤机)及技术:降膜蒸发技术;大型平底MIG搅拌槽的设计应用技术;悬浮焙烧技术;氧化铝生产过程中的自动检测与控制技术。

此外,针对生产过程的重要环节,开发和应用拜尔法原矿浆及烧结法生料浆自动配料技术、熟料窑自动控制技术、粗液常压脱硅技术、高浓度碳分母液蒸发析盐技术、余热利用技术,以达到节能、降耗、增产的目的。

2.3提高矿土资源的综合利用
铝土矿杂质中含有少量的稀有元素,基本上以Tl(钛)、Nb(铌)、V(矾)、Ga(镓)、Rh(铷)、Se(钪)、Li(锂)、等居多。

现在回收利用最广泛的是Ga,据资料显示:铝土矿中一般含有0.005～0.01%的Ga。

目前世界上约90%的Ga是在生产氧化铝的过程中提取的。

应设有提取金属镓的车间,可以分两个生产系列:一条为自主研发的全碱法树脂吸附提取镓;一条是酸法脱附树脂吸附提取镓工艺。

除Ga外,我们要研究开发其他稀有金属元素提取技术及工艺,并进行工业应用,以提高综合利用
水平。

参考文献:
[1]刘晓宁,李志勇,可南分公司烧结法管磨系统节约资源显著[N]中国有色金属报,2007,(2007-03-10)
[2]刘晓宁,李志勇中铝河南分公司烧结法管磨节约资源显著[N],中国有色金属报,2006,(2006-11-04)
[3]车玲我国氧化铝工业技术现状与发展趋势[J],世界有色金属,2005,(05)
[4]杨志民我国氧化铝生产的综合回收与利用[J],世界有色金属,2002,(02).。