氢氧化铝的焙烧

第八章 氢氧化铝的焙烧
3、晶型转变 氢氧化铝在脱水过程中伴随着晶型转变，氢氧化铝脱 水后，温度提高到1200℃以上，最终都转变为α-Al2O3。 在氢氧化铝转变为α-Al2O3的整个过程中，出现若干性质 不同的过渡型氧化铝，它们的出现及其数量随原始氢氧化 铝及加热条件的不同而异，并使焙烧产品的物理化学性质 受到影响。 焙烧的目的是将过滤、洗涤后的氢氧化铝生产成冶金 级的氧化铝。氢氧化铝经干燥、脱水、焙烧等过程得到合 格的氧化铝产品。反应如下：
第八章 氢氧化铝的焙烧
第二节氢氧化铝焙烧过程中物理化学变化
一、氢氧化铝的脱水和相变过程 氢氧化铝的脱水和相变是非常复杂的物理化学反应， 尽管有许多研究，至今仍存在不少分歧。主要原因在于原 始氢氧化铝的制取方法、粒度大小、杂质种类及其含量以 及焙烧条件不同，使脱水和相变的具体进程也随之而异， 此外，氧化铝过渡命名不甚统一也带来紊乱。 总体来讲可分为以下几个变化过程。 1、附着水的脱除 工业生产氢氧化铝含有8~12%的附着水，该水份在 100~110℃时，就可全部蒸发掉，成为不带附着水的干氢 氧化铝。
第八章 氢氧化铝的焙烧
b) 干氢氧化铝的主流向 由第二级电收尘器收下的固体物料，通过螺旋输送机 063/063.1和064/064.1 输送到机械收尘器下部，汇同机 械收尘收下的固体物料进入空气斜槽124。空气斜槽124排 出的干氢氧化铝经翻板阀124.13，送入空气提升机125。 然后，被罗茨风机078提供的压缩风吹送起来，经管道126 到旋风收尘器127，经127收下的大部分物料，通过喂料密 封槽128被送入文丘里二级干燥器130的下部。经127净化 的空气，通过管道129，进入二次风旋风收尘器152，最终 做为二次燃烧空气。
第八章 氢氧化铝的焙烧
（2） 砂状氧化铝生产是适应大型预焙电解槽稳产和节能 降耗的需要
由于预焙电解槽大型化和现代化，模糊逻辑控制技术、 中间点式下料及浓相输送技术的应用，要求氧化铝具有良 好的流动性和耐磨性。而砂状氧化铝所具有的流动性好、 强度高、极有利于电解铝过程中氧化铝输送、减少其飞扬 损失，同时砂状氧化铝中α－Al2O3含量小具有较高的活性， 在电解质中溶解速度较快，有利于改善电解过程中的传质， 使电解槽运行更加稳定，可获得更高的电流效率和更低的 电解电耗等。已成为当前国内外电解铝厂的理想原料。
在炉子下半区，存在一个固体物料浓度较高的流化床， 这有利于燃油的燃烧和增加物料在炉内平均停留时间。在 焙烧炉上半区，二次风进口上方，随着固体物料扩散到焙 烧炉140的顶部，固体物料浓度随之降低。
第八章 氢氧化铝的焙烧
热气流进入再循环旋风收尘器142，固体物料在那里得到 分离，分离出的热氧化铝，经密封槽143重新进入流化床 焙烧炉。在由140、142和143组成的整个焙烧阶段中，固 体物料的再循环导致了产品和气流温度几乎一致。
山东铝业职业学院
冶金化工系冶金教研室
第八章 氢氧化铝的焙烧
第一节 概述
氧化铝生产采用流态化焙烧技术的试验研究开始于20世纪 40年代，近40年来，流态化焙烧在工业生产中显示出其优质、 低耗的强大优势，技术发展十分迅速。目前广泛应用于氧化铝 生产的焙烧技术为美国的闪速焙烧、德国的循环焙烧、丹麦的 气态悬浮焙烧三种，其中气态悬浮焙烧技术起步最晚，但技术 先进，代表着最新流态化焙烧水平，号仍然存在许多问题， 若能很好地解决，进一步完善其工艺，则气态悬浮焙烧技术无 疑是氧化铝生产的最佳选择。
第八章 氢氧化铝的焙烧
c) 电收尘（ESP）细粉 1＃炉电收尘器收下的细粉可以通过调速回转阀091和092 排出，经螺旋输送机065、065.1、065.2输送到流化床冷 却器155的第一室（用来调节产品的灼减值，降低消耗）。
d) 二级干燥器的旁路 为了调节炉内温度和电收尘进口温度，来自一级干燥器 的一小部分物料可以经调速回转阀093和管道137，直接进 入流化床焙烧炉140或直接经137、138管道进入管道151 （1＃炉）；经137管道、回转阀094和139管道进入146混 料槽（2＃炉）。
第八章 氢氧化铝的焙烧
（3） 氧化铝生产企业生存和发展的需要 随着电解铝用户不断提高对产品质量和性能的要求 ， 使氧化铝生产企业必须生产适合市场和用户要求的砂状氧 化铝产品，否则难以和大量进口的砂状氧化铝产品在质量 上进行竞争，又随着我国加入WTO，国内氧化铝工业已面 临着国际市场更为严峻的挑战，而这已严重威胁到氧化铝 生产业的生存，因此针对我国冶金级氧化铝产品的粒度细、 强度低、比表面积小，不能很好地满足中间下料预焙阳极 大型电解槽正常运行和烟气净化需要的实际，开发出砂状 氧化铝生产技术已刻不容缓，势在必行
第八章 氢氧化铝的焙烧
我国自1987年山 西铝厂引进第一台美 铝闪速焙烧炉以后， 十多年来，相继又引 进了德国鲁奇循环流 态化焙烧炉、丹麦史 密斯气态悬浮焙烧炉， 其中以气态悬浮焙烧 炉为主，占到总数的 70%。目前国内氧化铝 几乎全部采用流态化 焙烧。
第八章 氢氧化铝的焙烧
流态化焙烧与回转窑比有其明显优点：
第八章 氢氧化铝的焙烧
2、结晶水的脱除 研究资料表明，氢氧化铝开始脱水温度在130~190℃ 之间。三水铝石的脱水过程有三个吸热反应，依次脱出 0.5、1.5及1个水分子，生成一水软铝石为中间产物。阿 尔廖克利用多种方法研究工业氢氧化铝的脱水过程后指出： 在脱水第一阶段（180~220℃）脱出约0.5个水分子，第二 阶段（220~420℃）脱出约2个分子水，第三阶段脱水约 0.4个分子水。种分产品在一、三阶段脱出的水份稍多于 碳分产品，而在第二阶段则相反。在动态条件下，从 600℃加热到1050℃的脱水产物中仍残留有0.05~0.1个水 分子。
第八章 氢氧化铝的焙烧
（4）设备简单、寿命长、维修费用低。流态化焙烧系 统除了风机、油泵与给料设备之外没有大型的转动设备。 焙烧炉内衬使用寿命可长达10年以上。维修费用比回转 窑低得多。如德国的循环流态化焙烧炉的维修费仅为回 转窑的35%。
（5）对环境污染轻。燃料燃烧完全，过剩空气系数低， 废气中氧的含量低（1~2%），SO2和NOX的生成量均低于 回转窑。
第八章 氢氧化铝的焙烧
第四节 氢氧化铝焙烧工艺及设备
一、氢氧化铝焙烧工艺过程 （一）湿氢氧化铝的烘干和预热 1 一级干燥 来自分解车间的湿氢氧化铝，由皮带输送机送到焙烧炉氢氧化 铝小仓110，再由螺旋喂料机062将物料喂入文丘里一级干燥器 120。在此物料与二级干燥器来的热废气混合，蒸发掉湿氢氧 化铝的附着水。 a) 电收尘器 热废气携带已被干燥的干氢氧化铝与废气组成含尘废气流，进 入两级静电收尘器（ESP）122。在第一级机械收尘，夹带的大 部分固体物料被收下，剩余的含尘废气进入第二级静电收尘器， 用静电除尘方法将废气进行净化，达到排放标准后排放。
密封槽143的流化风由密封槽风机076提供，保证了再 循环的需要。从143中取出部分焙烧段的物料作为成品， 通过出料阀144排入氧化铝冷却系统。用压差控制器来控 制出料量，保持焙烧炉内压差恒定。
第八章氢氧化铝的焙烧氧化铝生产企业生存和发展的需要随着电解铝用户不断提高对产品质量和性能的要求使氧化铝生产企业必须生产适合市场和用户要求的砂状氧化铝产品否则难以和大量进口的砂状氧化铝产品在质量上进行竞争又随着我国加入wto国内氧化铝工业已面临着国际市场更为严峻的挑战而这已严重威胁到氧化铝生产业的生存因此针对我国冶金级氧化铝产品的粒度细强度低比表面积小不能很好地满足中间下料预焙阳极大型电解槽正常运行和烟气净化需要的实际开发出砂状氧化铝生产技术已刻不容缓势在必行第八章氢氧化铝的焙烧第四节氢氧化铝焙烧工艺及设备一氢氧化铝焙烧工艺过程一湿氢氧化铝的烘干和预热一级干燥来自分解车间的湿氢氧化铝由皮带输送机送到焙烧炉氢氧化铝小仓110再由螺旋喂料机062将物料喂入文丘里一级干燥器120
第八章 氢氧化铝的焙烧
（2）产品质量好。这是由于炉衬磨损少，德国循环流 态化焙烧产品中SiO2含量比回转窑产品约低0.006%，不 同粒级氢氧化铝焙烧均匀，相同比表面积的氧化铝中αAl2O3含量低，与回转窑比，流态化焙烧的产品中小于 45μm粒级增加约4%，而小于15μm的粒级没有改变。各 类型流态化焙烧炉都能制取砂状氧化铝。 （3）投资少：流化床焙烧炉单位面积产能高、设备紧 凑、占地少。它的机电设备重量仅为回转窑的1/2，建筑 面积仅为1/3~2/3，投资比回转窑低40~60%（以1983年国 内价格计），国外发表数据，美国少50~70%，西德少20%， 法国少15~20%。
第八章 氢氧化铝的焙烧
2 二级干燥 进入二级文丘里干燥器130的干氢氧化铝与来自循环旋 风收尘器142的热废气相混合，并被部分脱水和预焙烧。 气体和物料将再一次在130后面的旋风收尘器132中进行分 离。经132分离出来的预焙烧氧化铝，通过下料管134，进 入流化床焙烧炉140。下料管上的翻板阀135、136保证了 焙烧炉的压力密封，防止热废气反窜。出132的废气经管 道133，进入一级干燥器120。 万一发生喂料故障，可以用注入被蒸汽雾化的应急冷 却水到管道133和干燥器120的办法，来控制废气温度。
第八章 氢氧化铝的焙烧
（二） 氧化铝焙烧 经预热和部分脱水的氢氧化铝在流化床焙烧炉140中进 行最终焙烧。 1 焙烧炉能源供应 焙烧所需热量是由燃油（重油）在流化床焙烧炉直接 燃烧所产生的；供燃烧用的燃油，通过插入流化床焙烧炉 140下部的四支油枪喷入流化床，用蒸汽将燃油雾化；焙 烧炉温度可以通过温度控制器保持稳定。 燃油燃烧所需要的空气，分为一次风和二次风。一次 风是由风机070、071提供，这部分燃烧用风通过流化床冷 却器155内间接加热盘管，经管道157导入流化床焙烧炉 140中。二次风作为补充燃烧所需空气不足部分，通过140 上方炉壁进入流化床焙烧炉140中。
因此，砂状氧化铝在用作铝电解原料时，具有粉状和 中间氧化铝所无法比拟的优点。
第八章 氢氧化铝的焙烧
二、砂状氧化铝生产的必要性
（1）砂状氧化铝生产是环境保护的需要 由于砂状氧化铝比表面积大及对氟良好的吸附性能， 70年代美国铝业公司率先开发出以砂状氧化铝为吸附剂的 干法脱氟技术，在全世界铝工业得到快速推广应用。电解 铝厂集气和净化效率提高到99.99%，吨铝排氟量达到 0.55kg/t-Al，消除了严重的氟危害；同时由于砂状氧化 铝粒度分布集中，起尘性差（－20μm<2%），使电解铝过 程氧化铝飞扬损失少，保证了清洁生产。
（1）、热效率高、热耗低。热耗3.1~3.2GJ/t，流态化 焙烧炉中燃料燃烧稳定，温度分布均匀，氢氧化铝和燃 烧产物以及高温氧化铝和助燃空气间接触密切，换热迅 速，空气预热温度高，过剩空气系数低，燃料燃烧温度 提高，系统热效率大大提高，废气量则随之减少，加之 散热损失只有回转窑的30%，流态化焙烧炉的热效率可达 75~80%，而回转窑最好情况下的热效率也低于60%，流态 化焙烧炉单位产品热耗比回转窑降低约1/3。国外回转窑 热耗先进水平约为4.186GJ/t-Al2O3，而国内回转窑焙烧 热耗约为5.032GJ/t- Al2O3。
2Al(OH)3→Al2O3＋3H2O
第八章 氢氧化铝的焙烧
二、 车间重点控制指标 1、主要经济指标：
油耗＜83㎏/t-AO 汽耗0.13 t/t-AO 水耗0.25 t/t-AO 电耗28.44 KWh/t-AO 2、主要技术指标：炉产能：＞1600t/日 产品灼减值： 0.7~1.0% 氧化铝二级品以上率：100% 焙烧铝氧SiO2增值：≤0.003% 电收尘出口含尘量：≤80mg/Nm3 破损率：≤14% AO -45μm: ≤18%
第八章 氢氧化铝的焙烧
二次风主要由风机073、074提供。二次风首先作为流 化床冷却器155和156的流化风，最终经管道151、二次风 旋风收尘器152和管道153，被导入流化床焙烧炉140中。 辅助风机072和空气提升风机078也做二次风用，同样被正 常引入管道151。
2 焙烧炉再循环系统（CFB） 由于焙烧炉中强烈的混合和热交换，焙烧温度是燃烧温 度和物料温度之间的混合温度。这个温度可以调节和稳定 保持在预设范围内。
第八章 氢氧化铝的焙烧
第三节 氧化铝的质量要求
一、砂状氧化铝的特点 （1） 产品粒度：细粉少（－45m≤12%）、超细粉更少 （－20m≤2%）、安息角小（α≤35°）——氧化铝流动 性好、粉尘少。 （2） 产品强度高， 磨损系数AI≤20%，一般≯25%—— 氧化铝运输等过程中破损少。 （3） 产品松装密度稳定——氧化铝下料准确。 （4） 比表面积大，一般为60～90m2/g——对HF气体的吸 附能力强。 （5）α－Al2O3含量小，一般＜20%——溶解速度快、结 壳稳固密实。