处理多种铝土矿溶出车间设计方案.pdf

- 看危企蠢妇 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R l N G d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．2 0 9 5 - 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 5 ．0 0 9 处理多种铝土矿溶出车间设计方案 圜赵成明杨再明罗亚林王莹 东北大学设计研究院 有限公司 ，沈阳 1 1 0 0 1 3 摘要溶出是拜尔法生产氧化铝的关键工序，铝土矿中氧化铝水合物存在的状态直接影响着 溶出条件的选择。结合近期所设计的某氧化铝厂项目一套装置实现高温和低温两种溶出工艺 的设计方案，对如何通过一套溶出装置，实现两种溶出工艺，以适应不同矿石的工艺方法和 装置，做详尽分析。 关键词拜尔法；一套装置；高温溶出；低温溶出 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A 文章编号2 0 9 5 1 7 4 4 2 0 1 2 0 5 0 0 4 6 0 3 溶出是拜尔法生产氧化铝拜尔循环中最重要的环 节，溶出的目的在于将铝土矿中的氧化铝水合物溶解成 铝酸钠溶液。溶出效果的好坏直接影响到拜尔法生产氧 化铝的技术经济指标。铝土矿的化学成分和氧化铝水合 物的存在状态则直接影响溶出工艺条件的选择”] 。目前， 国外工业上用于拜尔法生产氧化铝的铝土矿主要为三水 铝石型铝土矿和一水软铝石与三水铝石混合型铝土矿 其 中一水铝软石约占8 0 ／o , - ．1 0 ％ ，三水铝石型铝土矿主要采 用低温溶出，而混合型铝土矿则要采用高温溶出”“。探 讨能否通过一套溶出装置，既能实现高温溶出混合型铝 土矿，又能实现低温溶出三水铝石型铝土矿，最大限度 地减少因矿石类型变化对氧化铝厂溶出装置的限制，同 时降低氧化铝厂建设的投资。 1 传统拜尔法生产氧化铝遇到的问题 当今，金属铝是仅次于钢铁的第二大金属，而氧化 铝是生产金属铝的主要原料，世界上氧化铝产量的9 0 ％ 以上都是采用拜尔法以铝土矿为原料生产的。 世界铝土矿储量为2 3 0 亿t ，储量基础为2 8 0 亿t ， 其中铝土矿资源比较丰富的国家有澳大利亚、几内亚、 7 巴西、牙买加、印度、匈牙利、印尼。与全球铝土矿巨 大储量相比，我国铝土矿资源比较贫乏。有关专家指出， 按照保有查明储量计，我国铝土矿资源储量不容乐观， 甚至有专家预计，到2 0 1 5 年前后，我国铝土矿资源将基 本枯竭。与以三水铝石型为主的国外铝土矿相比，我国 铝土矿的质量比较差，加工困难、耗能大的一水硬铝石 型矿石占全国总储量的9 8 ％以上。中国铝土矿的另一个 不利因素是适合露采的铝土矿矿床不多，据统计只占全 国总储量的3 4 ％。国内钢铁企业如何受制于国外铁矿石 供应商的窘境历历在目，这就要求中国铝行业快速与周 边国家建立起资源经济合作伙伴关系，最大限度地分享 境外资源。这是解决我国铝土矿资源不足的最佳途径。 在我国的沿海省市，或者铁路交通便利地区 如山 东省，内蒙古自治区 分布着很多以进口铝土矿为原料 的氧化铝厂。由于地缘因素，这些氧化铝厂的原料来源 主要为印尼三水铝石矿或者澳大利亚混合型铝土矿，或 收稿日期2 0 1 1 ．“．3 0 作者简介赵成盟 1 9 8 6 一 ，男，辽宁建平县人，助理工程师 主要从事有色冶金工艺设计等方面的工作。 4 6 工程设计E n g i n e e r i n gD e s i g n 万方数据 者二者兼而有之。以印尼三水铝石型铝土矿生产氧化铝 的工艺方法主要为低温溶出，而澳大利亚混合型铝土矿 主要采用高温溶出，为实现资源的有效利用，探索出一 种能实现两种铝土矿溶出工艺的方法及装置，以实现资 源互补，势在必行。 2一套溶出装置实现两种溶出工艺 的新方法 2 ．1 实施方式 2 ．1 ．t 设备连接 可实现高低温两种溶出方式的氧化铝溶出装置包 括多级套管预热器、保温罐组和多级闪蒸器。多级套管 预热器各套管预热器的矿浆进口和矿浆出口依次串联连 通，最后一级套管预热器的矿浆出口与保温罐组连通， 保温罐组与多级闪蒸器连通，多级闪蒸器的各级闪蒸器 依次串联连通。其中多级套管预热器分为前半组套管预 热器和后半组套管预热器，两组套管预热器数量相等。 保温罐组分为前半组保温罐和后半组保温罐，两组保温 罐数量相等。多级闪蒸器分为前半组闪蒸器和后半组闪 蒸器，两组闪蒸器数量相等。矿浆输入管道与前半组套 管预热器的第一个套管预热器的矿浆进口和后半组套管 预热器的第一个套管预热器的矿浆进口连通。前半组套 管预热器的矿浆出口与后半组保温罐连通。前半组保温 罐与后半组闪蒸器的第一个闪蒸器连通。 图1 溶出工艺流程 1 1 级套管预热器；2 5 级套管预热器；3 6 级套管预热器； 4l O 级套管预热器；5 1 级保温罐{ 6 5 级保温罐； 7 ～6 级保温罐；8 1 0 级保温罐；9 1 级闪蒸器，1 0 5 级闪蒸器 1 1 6 级闪蒸器j1 2 一l O 级闪蒸器；1 31 级冷凝水泵； 1 42 级冷凝水泵；1 5 1 级冷凝水罐} 1 6 5 级冷凝水罐I 1 7 6 级冷凝水罐；1 8 一l O 级冷凝水罐；1 9 3 - 级冷凝水泵 高压蒸汽管道分别与前半组套管预热器的最后一个 套管预热器的进汽口和后半组套管预热器的最后一个套 管预热器的进汽口连通。 多级套管预热器对应设有多级冷凝水罐，分为前半 组冷凝水罐和后半组冷凝水罐。各套管预热器的冷凝水 出口分别与同级冷凝水罐的进水口连通。最后一个冷凝 水罐的出水口与冷凝水泵连通，第一个冷凝水罐的出水 口与冷凝水泵连通，其余冷凝水罐的出水口与前一级冷 凝水罐的另一个进水口连通。其中前半组冷凝水罐的出 水口还与一个冷凝水泵连通。 多级闪蒸器中第一个闪蒸器到倒数第二个闪蒸器的 出汽口分别与前一级套管预热器的进汽口连通，最后一 个闪蒸器的矿浆出口与料浆输出管道连通，其中前半组 闪蒸器的最后一个闪蒸器的矿浆出口还与另一个矿浆输 出管道连通，前半组闪蒸器的最后一个闪蒸器的出汽口 与蒸汽输出管道连通。后半组闪蒸器的最后一个闪蒸器 的出汽口还与蒸汽输出管道连通。 采用此装置进行氧化铝溶出，可进行高温溶出和低 温溶出。 2 ．1 _ 2 高温溶出 当进行高温溶出时，将9 0 ℃的预脱硅矿浆通过矿 浆输入管道传输到多级套管预热器中，分别通过多级闪 蒸器产生的二次蒸汽将预脱硅矿浆加热到1 9 0 ～2 2 0 ℃， 预脱硅矿浆进入末级套管预热器。向最后一级套管预热 器的进汽口中通人2 8 0 ℃的饱和蒸汽，将预脱硅矿浆加 热至2 2 0 ～2 6 0 ℃。预脱硅矿浆进入保温罐组的各级保温 罐中停留1 2h ，然后依次进入多级闪蒸器中进行减温 减压。 后半组闪蒸器的最后一个闪蒸器的矿浆完成减温减 压后进入稀释系统。低温溶出时，前半组闪蒸器的最后 一个闪蒸器和后半组闪蒸器的最后一个闪蒸器的矿浆完 成减温减压后分别进入一套稀释系统。 进人多级套管预热器的二次蒸汽和高压蒸汽将预脱 硅矿浆加热后形成的冷凝水从出水口分别进入相对应的 各冷凝水罐的一个进水口中，最后一个冷凝水罐排出的 冷凝水进入冷凝水泵。一级冷凝水罐排出的冷凝水进入 冷凝水泵，其余各冷凝水罐排出的冷凝水进入前一级冷 凝水罐的另一个进水口。 高压蒸汽管道与前半组套管预热器的最后一个套管 预热器隔断，前半组套管预热器的最后一个套管预热器 的出料口与后半组保温罐隔断，矿浆输入管道与后半组 套管预热器的第一个套管预热器隔断，前半组保温罐与 后半组闪蒸器隔断，前半组冷凝水罐的最后一个冷凝水 罐与冷凝水泵隔断，前半组闪蒸器的出汽口与前半组套 管预热器的最后一个套管预热器的进汽口连通，前半组 闪蒸器与矿浆输出管道隔断。 2 ．1 ．3 低温溶出 当进行低温溶出时，将前半组套管预热器、后半 组保温罐和前半组闪蒸器作为第一套溶出装置，将后 半组套管预热器、前半组保温罐和后半组闪蒸器作为 有色金属工程2 0 1 2 年第5 期4 7 万方数据 N o N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R l N G 第二套溶出装置。使用第一套溶出装置时，将8 0 ℃的 原矿浆通过矿浆输入管道依次传输到前半组级套管预热 器，通过后半组闪蒸器产生的二次蒸汽将原矿浆加热到 1 1 0 ～1 2 0 ℃，其中原矿将进入前半组套管预热器的最后 一个套管预热器时，向最后一个套管预热器的进汽口中 通人1 6 9 ℃的饱和蒸汽，将原矿浆加热至1 4 0 - 1 4 5 ℃， 然后原矿浆进入后半组保温罐中停留1 2h ，再依次进 入前半组闪蒸器中进行减温减压。使用第二套溶出装 置时，将8 0 ℃的原矿浆通过矿浆输入管道依次传输到 后半组级套管预热器，通过前半组闪蒸器产生的二次蒸 汽将原矿浆加热到11 0 ～1 2 0 ℃，原矿将进入最后一个 套管预热器时，向最后一个套管预热器的进汽口中通入 1 6 9 ℃的饱和蒸汽，将原矿浆加热至1 4 0 ～1 4 5 ℃，然后 原矿浆进入前半组保温罐中停留1 - 2h ，再依次进入前 半组闪蒸器中进行减温减压。 进入前半组套管预热器的二次蒸汽和高压蒸汽将原 矿浆加热后形成的冷凝水分别进入相对应的各冷凝水罐 的一个进水口中，最后一个冷凝水罐排出的冷凝水进入 冷凝水泵或进入前一级冷凝水罐的另一个进水1 5 I 。第一 冷凝水罐排出的冷凝水进入冷凝水泵，其余各冷凝水罐 排出的冷凝水进人前一级冷凝水罐的另一个进水口。进 入后半组套管预热器的二次蒸汽和高压蒸汽将原矿浆加 热后形成的冷凝水分别进入相对应的各冷凝水罐的一个 进水口中，最后一个冷凝水罐排出的冷凝水进入冷凝水 泵，第一冷凝水罐排出的冷凝水进入冷凝水泵，其余各 冷凝水罐排出的冷凝水进入前一级冷凝水罐的另一个进 水口。 高压蒸汽管道与前半组套管预热器的最后一个套管 预热器连通，前半组套管预热器的最后一个套管预热器’ 的出料E l 与后半组保温罐连通，前半组保温罐与后半组 保温罐隔断，前半组保温罐与后半组闪蒸器的第一个闪 蒸器连通，前半组闪蒸器与后半组闪蒸器隔断，前半组 闪蒸器的最后一个闪蒸器与矿浆输出管道连通，前半组 闪蒸器的最后一个闪蒸器的出汽口与前半组套管预热器 的最后一个套管预热器的进汽口隔断。前半组冷凝水罐 中的最后一个冷凝水罐与倒数第二个冷凝水罐隔断，最 后一个冷凝水罐与冷凝水泵连通。 2 ．1 ．4 高低温溶出的衔接 通过流程对比可以看出，低温溶出改为高温溶出， 只需在预留位置增加一组套管预热器和闪蒸器，并增加 预脱硅和高压隔膜泵送料流程。高温溶出改为低温溶出， 套管预热器和闪蒸器数量可满足两组5 0 万t 产能的低温 溶出工艺，从而只需根据不同矿石加工试验报告来增加 保温罐或降低溶出保温停留时间，原有一组高温溶出装 置即改造成相同产能的两组低温溶出。 表1 高温溶出与低温溶出指标对比 从表1 可以看出，高温溶出与低温溶出小时矿浆量 非常接近，这就决定了套管内矿浆流速差别很小 4 ％以 内 ，也就说明其两种流程在满足一定条件下，可以相 互切换。 2 ．2 新工艺的效果及应用前景 采用上述一套溶出装置实现两种溶出工艺的方案以 后，对于规避矿石资源供应链的限制，避免整个氧化铝 厂或者溶出车间重复建设造成的资源和资金浪费均有很 好效果。 内蒙古自治区某新建氧化铝厂计划在投产三年内采 用低温溶出处理印尼三水铝石矿，但由于印尼矿石资源 限制，与澳大利亚某矿产商签订了澳大利亚 三水、一水 混合型铝土矿供矿协议，所以在设计过程中，充分考虑 上述因素，在设计低温溶出工艺及装置的基础上，预留 后期改造空间，其投资与传统低温溶出工艺相比只增加 了不到3 ％，但与矿石改变后新建一溶出车间或者新建 一氧化铝生产线相比，其经济效益就相当可观了。 另外，对于我国现存的大部分以高温溶出为主要生 产工艺的氧化铝工厂来说，在国内矿石资源日益枯竭， 各厂都尽最大限度地利用国外矿石资源的背景下，通过 改造方案，不仅可以实现资源共享，还可以实现提产扩 产，具有很高的可操作性和经济性。 参考文献 [ 1 ] 毕诗文．氧化铝生产工艺[ M 】．北京化学工业出版社，2 0 0 6 3 4 ．4 0 一4 7 ． 【2 】杨重愚．轻金属冶金学[ M 】．北京冶金工业出版社，2 0 0 6 3 1 - 3 2 ． 4 8 工程设计E n g i n e e r i n gD e s i g n 万方数据