砂状氧化铝生产——行业经验介绍及如何提高产率

5
采用瑞铝新技术带来的收益
• 末槽的固含可以在250g/L~450g/L操作[2]。 当煅烧窑计划停开或非计划停开，固体能 在分解槽累积，或者当需要时固体量能减 少，这样能避免不必要的关停或者降低其 他区域的流量。 • 能量消耗：由于含水率的降低，煅烧能耗 降低17%。
Fritschy, R.C. et al, LM 1983, p111。
12
母液温度
实验条件：附聚停 留时间：6h，搅拌 器转速：75rpm， Nk135g/L，苛性比 1.31,晶种:22% -45μm。
结果显示，温度提 高，磨损指数提高。
13
母液苛性碱浓度
实验条件：母液分子 比1.36，晶种：13%45μ，停留时间：6h。
结果显示，苛性碱浓 度提高，降低了磨损 指数。
6
瑞铝种分技术精液产率水平
• 2004年，Hindalco Industries Limited, India，使用The state-of-the-art Alusuisse Precipitation Technology， liquor productivity 提高from 58 to 77.3 gpl。 文献：LM2004,p115。
采用瑞铝新技术带来的收益
• 粒度：产品氧化铝-45μm从5～7%降至2%以下。
• Na2O: 0.43~0.45%。
• 生产稳定性提高。在较高的细晶种负荷时， 只需要低程度的附聚。加上将精液分流， 这样就减弱了氢氧化铝快速粗化的趋势。 如果控制好晶种洗涤和精液草酸钠浓度， 过分的附聚和快速的细化就可以避免。
24
• 100g/L产率的挑战： （1）需要细的晶种 （2）砂状氧化铝质量 （3）维持晶种平衡
• 途径： （1）使用结晶生长助剂（CGM，Crystal growth Modifier） （2）细晶种消除
25
细晶种消除
• 该技术广泛应用于氧化铝以外工业来控制结晶过 程。 • 该技术比使用CGM更有力。 • 该技术溶解控制量的过量的细晶种。 • 目的： （1）控制细晶种的量，满足分级和附聚系统能 力。 （2）溶解细晶种得到的高Rp溶液用来提高首槽 Rp，→提高附聚细颗粒的能力，→种分使用细晶 种
17
如何提高种分产率[5]
• • • • • • • • 意义 基础 互相冲突的目标 首槽Rp 固液接触 种分温度制度 苛性碱浓度和杂质浓度 小结
[5] Den Hond et al, LM2007, p38.
18
产率提高的意义
• 提高产率就是从循环的每升溶液生产出尽可能多的氧化 铝。这样，产率提高，循环的溶液量就少。 • 优点： （1）每吨氧化铝生产所需要的溶出、分解、沉降、蒸发、 电能的投资成本降低， （2）运行成本降低，如蒸汽、泵的电力消耗、劳动力及其 他固定成本。 • 产率：
28
苛性碱浓度和杂质浓度
• 最大的分解产率需要一个最佳苛性碱浓度， 通常在Nk=150～175g/L。然而很多工厂不能 在最佳苛性碱浓度下进行种分，由于各种 生产限制，包括： 溶出液苛性碱浓度的限制（需要控制钢材 的应力腐蚀）， 首槽进液苛性碱和杂质浓度的限制（需要 管理好分解过程草酸钠的共沉积）。
20
• 分解槽中氧化铝的产量：
P C LGR SSA SD
P C LGR SSA SD τ 分解槽氧化铝产量 常数 槽中氢氧化铝线性生长率 槽中固体的比表面积 槽中固体密度 固体在槽中停留时间
分解槽氧化铝产量以及因此而导致的溶液产率提高可以通过以下措施实现： （1）提高氢氧化铝的线性生长速率 （2）提高槽中固体的比表面积 （3）提高槽中固体的密度 （4）提高固体在槽中的停留时间 生产上产率主要由以下因素控制： （1）首槽Rp （2）固体的比表面积及在槽中的密度 （3）分解温度制度 （4）溶液苛性碱浓度和杂质浓度
21
相互冲突的目标
• 氧化铝质量要求：氧化钠含量、磨损指数、 粒度分布等。 在生产中开始几个分解槽是用来保证质量。 • 产率要求：产率最大化 在生产中后几个分解槽是用来使产率最大 化。 • 质量要求和产率要求常常是相互冲突的。
22
首槽Rp
• 首槽Rp是精液以及随晶种返回的分解母液的 混合溶液的Rp。 • 首槽Rp降低， （1）分解的驱动力降低，→产率降低 （2）附聚细颗粒的能力降低，→需要粗晶 种，→ 减少槽中固体的比表面积， →产 率降低 • 应对措施：晶种过滤，减少返回的分解母液。
30
临界草酸钠浓度
• 临界草酸钠浓度（COC，Critical Oxalate Concentration): 分解母液中草酸钠的最高浓度，高于该浓度草酸 钠将共沉积。 • 分解母液COC↑，← （1）温度↑ （2）总碱浓度↓（总碱为各种碱之和，如碳酸 钠、硫酸钠和氯化钠）
31
支流结晶草酸钠工艺
9
精液过饱和度的影响
逐步提高精 液的过饱和 度，有利于 降低磨损指 数。
10
母液苛性比
磨损指数随母液苛 行比值降低而降低。 当母液苛性比高于 1.36（Rp=1.21）时， 磨损指数超过20%。 当母液苛性比值降 低到1.32 （Rp=1.25），磨损 指数降低到12%。
11
母液温度
磨损指数随温度的 降低而降低。（这 一点原文如此，不 符合一般规律） 在温度74℃～75℃， 能够将磨损指数维 持在12%以下。
29
草酸钠共沉积的危害
• 草酸钠与三水铝石共沉积对晶种的数量和 氧化铝质量有灾难性影响，特别是共沉积 发生在附聚阶段。在这种情况下，固相草 酸钠（SPO，Solid Phase Oxalate）包裹 在新形成的附聚体中，提高了包裹的Na2O含 量，也导致在煅烧时严重的颗粒破碎（对 产品氧化铝的粒度和起尘性能有不利影 响）。
[3] Shah，R.P. LM2004, p115
8
磨损指数和操作条件[4]
• 委内瑞拉C.V.G Bauxilum氧化铝厂用 Pijiguaos铝土矿，1992年年产氧化铝200 万吨。 • 使用美国拜耳法。 • 1991年到2001年，磨损指数从23%降低到 12%。
[4] Rodriguez, LM 2002
• 到 1992年，Gove氧化铝厂的精液liquor productivity达到80g/L。
7
印度Hindalco工业有限公司[3]
• 采用瑞铝技术。瑞铝技术是二段法。在第一阶段附聚的特 点是相对低的和细的晶种，以及高温来控制氢氧化铝的化 学和物理质量。第二阶段是用来使精液产率最大化，特点 是高的种子比，长的滞留时间和低温。 • 达到需要的停留时间：在生长阶段加分解槽。 • 提高晶种比表面积：提高晶种的量。 • 温度控制：中间冷却、用水力旋流器进行氢氧化铝分级、 晶种过滤以及新的生长槽。 和传统的重力分级系统不一样，采用基于离心沉降的水力 旋流器。 产品氢氧化铝和晶种用立盘过滤机过滤，这样减少了分解 母液随晶种的循环。 过滤后的细晶种滤饼用热的冷凝水浆化，使细晶种不含结 晶的草酸钠，从而使附聚较好的进行。含草酸钠较高的溶 液用石灰乳进行苛化。
14
细晶种加入量
细晶种加入量提 高，附聚提高， 磨损指数下降。
15
结晶生长助剂（CGM）
• 结晶生长助剂提高了附聚，降低了产品的 强度。
16
小
结
• 磨损指数取决于分解槽的操作参数，低的 磨损指数需要低的温度、低的苛性碱浓度、 低的分子比。 • 加入的晶种粒度应该不很细，附聚的水平 达到40%为适宜，避免因为低的晶种加入量 及过量加入晶种生长助剂（CGM）而引起的 过度附聚，使磨损指数上升。
砂状氧化铝生产
——行业经验介绍及如何提高产率
陈文汨 中南大学冶金学院 2009年7月华银铝业技术交流
1
目
录
• Gove氧化铝厂 • 印度Hindalco工业有限公司 • 磨损指数和分解条件——Bauxilum氧化铝 厂 • 如何提高种分产率
2
Gove氧化铝厂分解工艺流程[1]
精液 粗晶种
1、附聚阶段使用 洗过的细晶种， 持续最长6小时。
34
• 从上面的描述可以看出，加工具有低草酸钠生成 速率的铝土矿和含生成其他碱的杂质较少的铝土 矿对达到高的氧化铝产率是有帮助的。
• 排除溶液中杂质碱以提高氧化铝产率的方法，已 经开发了许多， （1）对付碳酸盐，如苛化； （2）对付有机碳，如烧液体、铝土矿焙烧、 湿氧化； （3）对付多种杂质，如盐析。
35
小结
从上面的讨论可以看出，高的产率需要： 高的首槽Rp，包括将分解母液从循环的晶种分离。 高的固液相接触，即高的晶种比表面积和分解槽 固含。 用细颗粒消除技术，使分解能在细晶种条件下进 行。 溶液温度制度最佳化，包括多级中间降温步骤。 使用生成草酸钠和其他非苛性碱生长分解槽 煅烧 脱液、洗涤 细晶种 过滤、洗涤 分解母液 浓缩槽 二次分级 氢氧化铝产品
2、粗晶种加到生 长阶段，生长持 续32小时。
3、细晶种以附聚 所需要的量循环， 关键控制参数是 晶种的活性、精 液的过饱和度和 细晶种的比表面 积。 3
[1]Howard, S.G., LM1988, p125
26
细颗粒消除工艺流程
• 在一个现存的氧 化铝厂建造细颗 粒消除单元是相 对容易的，因为 需要少的场地以 及对工厂总的热 平衡较小的影响。
27
种分温度制度
• 最合适的温度：获得最高结晶 速度的温度取决于Rp和苛性碱 浓度。一方面，温度提高，速 率方程式中的指数项提高，速 率提高，但另一方面，过饱和 度下降，而速率与过饱和度的 平方成正比。因此，对每一个 分解槽的溶液存在一个最佳的 温度。 • 中间冷却。通过多级中间冷却， 可以使种分温度制度接近于最 佳温度制度。中间冷却的级数 取决于生产经济。现代高效的 板式换热器，允许在一个系列 中安装至多5级中间冷却步骤。