氧化铝生产设备及典型故障电子教案

氧化铝生产设备及典型故障单管闪蒸槽1号缓冲器隔膜泵稀释槽后槽沉降工序60bar新蒸汽冷凝水罐冷凝水闪蒸槽6巴汽管网蒸发沉降热电沉降冷凝水罐g冷凝水罐g沉降一次洗液85℃160℃2号缓冲器200℃44bar260℃加热压煮器8-10预热压煮器停留压煮器42bar250℃1.2bar130℃25bar230℃图1：高压溶出工艺流程简图主要设备

缓冲器上方有一套通入高压压缩空气的系统，当料位高时，自动充气阀的打开，压缩空气进入缓冲器；料位过低时，自动排气阀打开，缓冲器上方的压缩空气排出，这样保持了缓冲器压力和料位的平稳；同时缓冲器的压力及料位与隔膜泵建立了连锁，如果压力超压或料位超高，隔膜泵自动停止，为溶出机组的安全运行提供了安全保护。二、缓冲器一、隔膜泵三、单管

在单套管预热段，料浆走内管，闪蒸后的二次蒸汽对应加热级数单管，蒸汽走外管与内管之间的夹套，料浆温度从进口的85℃左右，经过单管预热之后达到160℃左右。示意图如右。

溶出料浆二次蒸汽图2：单套管剖面图四、预热压煮器预热压煮器管束内的蒸汽是来自对应闪蒸槽来的二次蒸汽，经过预热后，矿浆温度达到大于190℃。每台压煮器都有搅拌机，搅拌的目的是防止料浆沉淀同时改善换热。使用6台预热压煮器，在线4（5）台，备用2台。冷凝水不凝汽图3：加热管束示意图上环管下环管蒸汽五、加热压煮器规格型号与预热压煮器基本相同，管束里用来换热的蒸汽是来自热电厂锅炉的60bar新蒸汽，在加热段的前几个压煮器基本上达到了溶出反应温度，后几台压煮器通进的少量蒸汽主要是补充溶出反应进行时的反应热和散热损失。六、停留压煮器停留压煮器前面两到三个是带有加热面积一定的加热管束,作用是补充溶出反应热和散热损失，接着是不带加热管束只有搅拌机的压煮器，只是让料浆有个缓冲的空间，起到延长溶出化学反应时间的作用。七、自蒸发器（闪蒸槽）溶出有11台自蒸发器，在线10台，备用1台。自蒸发器的压力随着级数的降低而降低，容积是随着级数的降低而增大。它的压力和液位通过预先安装好的孔板和顶部的二次汽阀的开度及相应的预热器冷凝水疏水阀的开度控制。自蒸发器的作用就是矿浆降温降压，闪蒸出来的二次蒸汽用来预热相应的预热级的料浆。结构示意图见图4。八、冷凝水罐冷凝水罐的作用是收集预热器和加热器的冷凝水。冷凝水压力随着在各级冷凝水罐的闪蒸后，压力降至1bar左右，最后通过冷凝水泵送到沉降。而加热断的冷凝水被冷凝水罐收集后，闪蒸出来的6bar蒸汽并入6bar汽管网，用于蒸发预热或沉降，由于加热管束破损等原因，造成含碱浓度超标的送往沉降。安全知识

高压溶出具有高温、高压和高碱度的特点，最高压力达到80bar,最高温度达到310℃，碱浓度达到300g/l以上。操作压力容器时严禁超温、超压，压力容器安全阀每年至少定期校验一次。进入高压溶出现场要提高安全意识，劳动保护用品要穿戴齐全，防碱衣服、安全帽、防护眼镜等。进入溶出现场，听到爆炸声应立即疏散并撤离，一旦受碱液烧伤，应马上用水大量冲洗，并用硼酸水冲洗，严重者送医院治疗，如果受硫酸烧伤应立即用水冲洗，并用2～3％的碳酸氢钠冲洗。溶出过程典型故障

隔膜泵的外部联锁——1＃缓冲器、2＃缓冲器超高料位——1＃缓冲器、2＃缓冲器超高压力——压煮器过热——前槽液位太低离心泵的汽蚀现象气蚀现象:现象：泵异响、振动；不上料原因：由于泵进口来料压力低，料进入泵壳内在流道形成的最低压力小于来料的饱和汽压，产生大量汽体，一方面汽夹带着料强力冲刷泵壳，造成泵壳磨损；另一方面，由于产生大量汽体，使得进入泵内的料体积突然膨胀，阻止了来料的吸入，造成泵不上料。汽蚀余量：为了防止来料进入泵内，在流道形成的最小压力小于料的饱和汽压而产生汽蚀现象，泵进口的料来的压力必须大于一定值。处理措施：提高进料槽的液位，以提高来料压力。关小泵出口阀，开大进槽来料阀。加热压煮器管束破损（新蒸汽加热）现象：－故障压煮器料浆温度异常（偏高）－故障压煮器搅拌电流下降－故障压煮器内异响－溶出机组压力上升，并随着新蒸汽压力波动－冷凝水取样对比分析，故障压煮器含碱度高－在关闭故障压煮器的冷凝水出口阀、蒸汽入口阀的情况下，打开冷凝水排泄阀，可发现有料原因：新蒸汽压力比压煮器里料浆的压力高，当加热管束破损时，新蒸汽直接进入料浆侧，产生冲刷的声音，造成机组压力上升，并随着新蒸汽的压力波动，同时冷凝水含碱度增高。处理措施：新蒸汽冷凝水改送沉降；关闭故障压煮器冷凝水出口阀，根据机组温度压力情况，关小蒸汽入口阀；如果管束破损严重，则停车处理。预热器管束破损（包括单管料浆管破损）现象－机组压力下降－预热段冷凝水罐压力上升，安全阀动作－闪蒸槽压力上升，甚至发生安全阀动作－冷凝水排泄阀放出来的水带生料原因：机组压力比二次蒸汽高，管束破损时，高压料浆进入蒸汽－冷凝水系统，使得机组压力下降，冷凝水罐、闪蒸槽压力上升，冷凝水受污染。处理措施：立即停车处理相对溶出率偏低――根据化学分析报告，检查原矿浆的质量，如果细度过大，或下矿过多，则联系调整――检查石灰的添加量和石灰的有效钙是否符合要求――检查循环母液苛性碱浓度――溶出温度是否偏低――料浆溶出反应的时间是否足够，定期排放压煮器料浆不凝汽，以提高机组的满贯率溶出温度偏低原因：－新蒸汽压力温度低－冷凝水流通不畅－冷凝水系统窜汽－压煮器空罐，换热面积不足－加热管束结疤严重，影响换热效果－闪蒸系统控制不当，造成预热温度低－保温不好，散热损失过大措施：――提高新蒸汽的压力温度――调整冷凝水出口阀，保证冷凝水畅通，同时要冷凝水罐有液位，防止窜汽――加强排料浆不凝汽，提高机组满贯率，以增大换热面积――强化压煮器管束结巴清理，缩短清理周期――合理选用闪蒸孔板尺寸，优化闪蒸控制，提高预热温度――降低机组进料量其他拜耳法氧化铝生产技术简介其他拜耳法生产方法1.选矿拜耳法选矿—拜耳法是指在拜耳法生产流程中增设选矿过程，以处理高硅铝土矿的氧化铝生产方法。a.选矿—拜耳法工艺流程简单、工程建设投资费用比混联法节省三分之一左在。b.选矿—拜耳法工艺虽然由于增加了铝土矿的浮选过程而增加了选矿费用，但由于该工艺没有高热耗的熟料烧结过程及相应的湿法系统，可大幅度节省能源，并使经营费用低于混联法。主要选矿方法正浮选方法自70年代初,我国对一水硬铝石矿进行了许多小型浮选脱硅试验,一般磨矿细度为95%～98%-0074mm,甚至更细,用碳酸钠和氢氧化钠调整pH至9左右,采用六偏磷酸钠、硅酸钠、腐植酸盐、木质素和硫化钠等作分散剂,油酸钠等试剂作捕收剂,流程多为二次粗选—精选。纯矿物有可浮选性研究表明,采用油酸钠作捕收剂,在pH9左右时(与通常试验采用的pH值相近),-10μm粒级高岭石的可浮选性远高于粗粒级,上浮率达80%左右,难免离子(如Ca2+、Fe3+、Al3+等)对其有明显的活化作用。并且六偏磷酸钠对-10μm粒级高岭石抑制作用相对较弱。因此,应尽可能减少细粒高岭石的产生,或采用药剂抑制其上浮。

反浮选法我国铝土矿脱硅反浮选成功的实例未见报道,这可能与我国一水硬铝石矿的性质有关。其主要原因可能是:①含硅矿物种类繁多,可浮选性差异较大;②大部分含硅矿物溶解时,产生硅酸盐类物质或胶体,抑制矿物上浮;③由于选择性碎解作用,使含硅矿物粒度细微,不易上浮;④含硅矿物多为层状结构,层面与端面的电性差异较大,易发生聚团,影响可浮性。铝土矿反浮选脱硅研究工作尚在进一步深入研究之中。矿石品位与氧化铝生产能耗关系矿石品位与氧化铝生产物料关系石灰-拜耳法石灰拜耳法用于处理我国高品位的一水硬铝石矿，包括由选矿拜耳法得到的高品位矿，同样可以取得优于常规拜耳法的技术经济效果。用石灰拜耳法处理选精矿，可取得优于用常规拜耳法处理选精矿的技术经济指标，获得显著的经济效益，缩小我国与国际同行在氧化铝生产技术上的差距，提高国际竞争能力。表7选矿-拜耳法比较条件和结果比较项目石灰拜耳法选矿拜耳法拜耳法（苹果铝厂）拜耳法（澳大利亚）铝矿成分Al2O3%64.664.663.555.0SiO2%11.2911.294.235.6A/S5.725.72159.82铝矿类型一水硬铝石一水硬铝石一水硬铝石三水铝石主要消耗指标（以1t产品氧化铝计）铝矿，t2.1602.1191.8942.1石灰石，t0.7800.2430.450.054碱耗，kg（100%NaOH）80.090.073.995.3氧化铝实收率，%73.772.583.186.6工艺能耗，GJ16.516.115.7811.7续上表后加矿增溶溶出技术增溶溶出技术(SweeteningProcess)是将易溶出的铝土矿磨制成矿浆直接泵入拜耳法溶出系统的末级溶出器或料浆自蒸发器中，利用高温溶出矿浆的余热迅速升温溶出，进一步降低溶出液的αk。该技术的主要优点是可以提高拜耳法系统的循环效率，因此，可以增加产量，降低生产成本。在我国采用增溶溶出技术，还有利于生产过程的稳定控制。我国的一水硬铝石矿难溶出，要同时达到较理想的赤泥铝硅比和溶出液、有一定的困难。而在后加矿溶出工艺中，第一步溶出一水硬铝石矿时，可适当少配矿，提高第一段溶出浆液的αk，以使一水硬铝石矿在较为宽松的溶出条件下充分溶出，如较低的溶出温度或较低的苛性碱浓度，或者在原有的溶出条件下缩短溶出时间。最终溶出液的αk靠溶出后加矿来控制，这样即可保证有较理想的溶出液αk和赤泥铝硅比。当然，溶出条件如何优化组合应由试验和技术经济比较的结果来确定。后加矿技术优势第一，无需进行大量投资及现场改造即可在我国各拜耳法或联合法氧化铝厂实现增溶溶出工艺。第二，在我国开发利用增溶溶出技术和我国氧化铝生产技术的发展方向不矛盾，在我国氧化铝生产技术任一发展阶段，都可以利用该项技术。第三，经济效益较好。拜耳-烧结联合法1.并联法并联法包括拜耳法和烧结法两个平行的生产系统，以拜耳法处理铝土矿，以烧结法处理高硅铝土矿或霞石等低品位铝土矿。但也有的厂烧结系统采用低硅铝土矿，此时烧结法炉料中不配入石灰，即采用所谓两组分炉料（铝土矿与碳酸钠）。烧结法系统的溶液并入拜耳法系统，以补偿拜耳法系统的苛性碱损失。工艺流程并联法的主要优点是：(1)可以在处理优质铝土矿的同时，处理一些低品位铝土矿，充分利用本地区矿石资源。(2)种分母液蒸发时析出的一水碳酸钠直接送烧结法系统配料，因而弱化了拜耳法的碳酸钠苛化工序。同时，一水碳酸钠吸附的大量有机物可在烧结法中烧掉，因而避免了有机物对拜耳法某些工序的不良影响。当铝土矿中有机物含量高时，这一点尤为重要。（3）生产过程中的全部碱损失都用价格较低的碳酸钠补充，这比用苛性碱要经济（以Na2O计，我国体内酸钠与苛性碱的比价为1：1.8）。实践证明，当其它条件相同时，并联法的产品成本低于单一的拜耳法。有的资料指出，当拜耳法系统处理的铝土矿的铝硅比低于5及CO2含量高于1.6%时，并联法经济效果更为显著。并联法的缺点主要有：（1）用铝酸钠溶液代替纯苛性碱补偿拜耳法系统的苛性碱损失，使得拜尔法各工序的循环碱量增加，从而对各工序的技术经济指标有所影响。（2）工艺流程比较简单。拜耳法系统的生产受烧结法系统的影响和制约，必须有足够的循环母液储量，以免在烧结法系统因某种原因不能供应拜耳法系统以足够的铝酸钠溶液时使拜耳法系统减产。拜耳－烧结混联法如果串联法的烧结系统除处理拜耳赤泥外，还同时处理一部分低品位矿石，使烧结法系统的产能扩大到超过补碱的需要，将多余部分的烧结法溶液用碳酸化分解析出氢氧化铝，这种工艺流程称为混联，即相当于一个串联法厂与一个烧结法厂同时在生产。混联法的工艺流程图见下图。工艺流程图在工艺流程中，拜耳法处理低硅铝土矿，烧结法除处理拜耳法溶出残渣外，同时加入部分高硅铝矿石。这是根据我国一水硬铝石型铝土矿的特点(高硅、低铁)确定的。如果采用单纯的串联法来生产。将会出现烧结法系统供碱不足的问题。因此，针对这个问题采用在拜耳法赤泥中添加部分低品位矿石进行配料烧结。一方面为综合利用矿产资源创造了条件。另一方面添加低品位铝上矿的目的是使热料铝硅比提高；一则有利于补足碱，二则使热料溶点提高，烧成温度范围变宽。同时采用低碱高钙的新配方，改善烧结过程的操作条件，以获得高质量的熟料，从而提高溶出率，降低折合比，减少单位能耗，增大窑的产能，这是我国氧化铝生产工艺的一个突出特点。在混联法中,拜耳法产品含硅低、含铁高,而烧结法产品含硅高、含铁低,这两种产品混合后,互相补充,能产出较优质的氧化铝产品。但混联法生产工艺尽管有总回收率高、碱耗低，拜耳法、烧结法两大部分各成系统，易于调节两大系统的产品比例、平衡组织生产等优点，但仍无法避免工序多、流程长、能耗高、成本高、单位产品建设投资大的弱点，很不适应目前已融通的国内外市场，难以参与市场竞争。因此，我国各大铝厂逐步采用新的生产方法—串联法对现行的混联法进行改造，以获得良好的经济效益。拜耳-烧结串联法对于中等品味的铝土矿（例如铝硅比为5~7的一水铝石矿）或品味虽然较低但为易溶的三水铝石型矿，采用串联法往往比有利。该法是先以较简单的拜耳法处理矿石，提取其中大部分氧化铝，然后再用烧结法回收拜耳法赤泥中的Al2O3和碱，所得铝酸钠溶液补入拜耳法系统。串连法的工艺流程见下图。工艺流程串连法具有并联法的一些主要优点。此外由于矿石经过拜耳法与烧结法两次处理，Al2O3的总回收率高，碱耗降低。而矿石中大部分Al2O3是由加工费和投资都较低的拜耳法提取的，每吨产品的熟料量比单纯的烧结法大为减少，总成本降低。同时对于拜耳法的溶出条件和要求也可以适当放宽，产品质量也高于烧结法。串连法的主要缺点是：（1）拜耳法赤泥的烧结往往比较困难，而烧结过程能否顺利进行以及熟料质量的好坏又是串联法额关键。另外，当矿石中Fe2O3含量低时，在烧结法系统需要添加矿石才能解决补碱的问题。矿石中Fe2O3含量过高则使赤泥炉料的烧结特性变差。 （2）拜耳法和烧结法两个系统的平衡和整个生产的均衡稳定受两系统互相影响的程度比并联法大，给生产控制带来一定困难。（3）拜耳法赤泥由烧结法处理，进入流程的Na2SO4少了一个排除机会。拜耳法溶出过程新工艺新技术

该反应器针对我国铝土矿存在难溶出，引进国外的管道化强化溶出设备溶出过程中设备结疤严重等问题，课题组设计了出叠管式新型高效溶出反应器。该装置在传统管式反应器的基础上，增加了搅拌装置，不仅强化了混合效果，由于其持续刮擦管壁，具有防结疤的作用。另外，由于采用叠管式设计，节省了占地面积又能强化化学反应动力学条件。新型反应器设计内环流叠管式溶出反应器铝土矿低温强化溶出

针对我国以水硬铝石型铝土矿溶出条件苛刻（高温、高碱）的现状，为了进一步优化铝土矿强化溶出工艺条件，使用活化预处理及增溶溶出处理工艺应用于一水硬铝石矿生产工艺中，在此基础上形成了“一水硬铝石型铝土矿低温溶出工艺”技术原型。溶出温度对焙烧矿溶出液分子比的影响溶出温度对焙烧矿溶出率的影响

系统研究了静态焙烧、回转窑、外场（微波、强磁场）等活化焙烧预处理效果。结果表明：矿石经过焙烧活化后，溶出温度大幅降低，配料分子比情况也得到一定程度上的降低，赤泥沉降性能也得到改善。溶出温度从原矿260℃降低到220℃，同时最佳溶出配料分子比及赤泥沉降速度也有一定程度的提高。微波活化焙烧结果表明：微波的活化过程是热效应和非热效应协同作用的效果。热效应使微波对铝土矿进行选择性加热，促进矿物界面上裂缝的产生，可以有效的促进有用矿物的单体离解和增加有用矿物的有效反应面积。非热效应使原子、分子、离子等微观粒子得到活化，降低反应的活化能，从而使矿物的晶型转化过程和矿物表面的开裂过程都得到了加速。当铝土矿在微波加热温度为535℃，微波加热时间为5min的微波预处理条件下，焙烧矿的溶出性能得到极大改善，在200℃的溶出温度下，矿物中的氧化铝就达到了理论溶出率。

目前，针对铝土矿活化预处理过程中的外场作用进行了深入的研究，考察强磁场的作用铝土矿活化预处理过程的影响，主要考察磁场作用对矿石中各种矿物在活化过程中物相变化的影响，力求找到适合我国氧化铝工业生产外场作用条件。磁场作用下铝土矿活化预处理工艺正在研究开发中。12T超导磁体针对我国一水硬铝石型铝土矿溶出条件苛刻、磨矿能耗大这一问题，