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2 0 有色金属 冶炼部分2 0 0 9 年3 期 调整生产工艺结构对混联法生产 氧化铝流程能耗的影响 刘丽孺1 ，陆钟武2 1 ．广东工业大学建设学院，广州5 1 0 0 0 6 ；2 ．东北大学材料冶金学院，沈阳1 1 0 0 0 4 擒要以吨氧化铝综合能耗的e P 分析法及物流分析法为基础，给出了定量分析拜耳一烧结混联法生 产流程中，采用不同的拜耳一烧结法比例；烧结法精液碳分、种分比例，以及不同的直接加热、间接加热 溶出、脱硅比例，对混联法吨氧化铝综合能耗影响的计算式。并以生产数据为依据，定量计算了调整生 产工艺结构所引起的能耗降低量。结果表明提高混联法中拜耳法的比例、提高烧结法精液碳分的比 例、采用问接加热溶出、脱硅工艺都会明显降低吨氧化铝的综合能耗。 关键词氧化铝；混联法；能耗；折合比；工艺 中图分类号T F 8 2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 3 0 0 2 0 - - 0 4 E f f e c to fP r o c e s sS t r u c t u r eA d ju s t m e n to ni t sE n e r g yI n t e n s i t yi nA l u m i n a R e f i n e r yw i t hB a y e r - S i n t e rC o m b i n e dM e t h o d L I UI A r u l 。L UZ h o n g W U 2 1 ．I n s t i t u t eo fC o n s t r u c t i o n ，G u a n g d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ．G u a n g z h o u5 1 0 0 0 6 ．C h i n a 2 ．S c h o o lo tM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g y ，N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g11 0 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ee - pm e t h o da n dm a t e r i a lf l o w sm e t h o dp r e s e n t e di na n a l y z i n gt h eo v e r a l le n e r g yi n - t e n s i t yo fa l u m i n a ，t h ef o r m u l a su s e dt oq u a n t i t a t i v e l yc a l c u l a t et h ee f f e c to fc h a n g eo fp r o c e s si na l u m i n a r e f i n e r yw i t hB a y e r - s i n t e rc o m b i n e dm e t h o do ni t se n e r g yi n t e n s i t yw e r ep r e s e n t e d ．T h ep r o c e s sa d ju s t m e n ti n c l u d e sd i f f e r e n tp r o p o r t i o no fB a y e ra n ds i n t e rm e t h o d ，d i f f e r e n tr a t i oo fp u r i f i e ds i n t e rl i q u o ro u t p u tt oc a r b o nd i o x i d ep r e c i p i t a t i o nt os e e dp r e c i p i t a t i o n ，a n dd i f f e r e n tp r o p o r t i o no fd i r e c ta n di n d i r e c t h e a t i n gd i g e s t i o na n dd e s i l i c a t i o n ．O nt h eb a s i so ft h ed a t ao fp l a n t ，t h ee f f e c t so ft h ec h a n g eo fp r o c e s s s t r u c t u r eo nt h eo v e r a l le n e r g yi n t e n s i t yo fa l u m i n aw e r ea n a l y z e dq u a n t i t a t i v e l y ．a sa ne x a m p l e ．T h er e s u i t ss h o wt h a tt h eh i g h e rp r o p o r t i o no fB a y e rm e t h o d ，t h em o r ep u r i f i e ds i n t e rl i q u o ro u t p u tt oc a r b o nd i o x i d ep r e c i p i t a t i o na n dt h eh i g h e rp r o p o r t i o no fi n d i r e c t h e a t i n gd i g e s t i o na n dd e s i l i e a t i o n ，t h el o w e re n e r g Yi n t e n s i t yo fa l u m i n a ． K e y w o r d s A l u m i n a ；B a y e r s i n t e rc o m b i n e dm e t h o d ；E n e r g yi n t e n s i t y ；P r o d u c t r a t i o s ；P r o c e s s 我国由于一水硬铝石型铝土矿资源条件的限 制，大部分氧化铝的生产采用的是能耗较高的拜 耳一烧结混联法生产流程。在该流程中采用不同的 生产工艺结构，即采用不同的拜耳一烧结法比例；烧 结法精液碳分、种分比例，以及不同的直接加热、间 接加热溶出、脱硅比例，都将对混联法生产氧化铝流 程的吨氧化铝综合能耗产生不同的影响。 作者在对吨氧化铝综合能耗的剖析中‘卜2 3 清楚 基金项目国家人事部2 0 0 7 年度留学人员科技活动择优资助项目 2 0 0 7 3 4 9 号 作者简介刘丽孺 1 9 7 1 一 ，女，博士，副教授． 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年3 期 2 1 地表明，影响吨氧化铝综合能耗的两个直接因素是 各工序的工序能耗和折合比，所以今后的节能方向 是要大力降低各工序的工序能耗和折合比。一般企 业一提到节能，主要是指节约各工序的工序能耗。如 通过引进、开发高效的设备来代替传统的能耗较高 的设备，或对原有的设备进行技术改造，提高其各项 技术指标等等[ 3 - 5 ] 。在这里要重点说明降低各工序 折合比的问题。 在混联法工艺中，熟料烧成、脱硅和高压溶出、 蒸发等工序的工序能耗比较高，因此，降低这些工序 的折合比可带来明显的节能效果。而要降低这些工 序的折合比，调整氧化铝生产企业的生产工艺结构 是主要的途径之一。 1 提高混联法中拜耳法及拜耳法中间 接加热溶出的比例 在其它条件不变的情况下，仅由于各部分生产 比例的不同，也会改变各道工序的折合比，从而引起 吨A l 。0 。能耗的改变。图1 是我国典型的郑州混联 法氧化铝厂的生产流程。 设原来的混联法产量中，拜耳法和烧结法的比 例为a b a b 1 ，拜耳法中直接加热压煮溶出 和间接加热管道化溶出的比例为a 。a a ， a 。 1 。由于生产结构调整，现在的混联法产量中，拜耳 法和烧结法的比例为C d C d 1 ，拜耳法中压 煮溶出和管道化的比例为c 。C 。 c 。 C ； 1 。生产 结构调整前后吨A l 。O 。综合能耗分别为E ，、E 。。则 在其它条件不变情况下，仅由于工艺流程结构调整， 吨A l 0 。能耗的改变量如公式 1 所示。 f - 百丽_ 、卜k ．一．．．．．一．一．一．一．一．一．一．一．一．．．J 1 ■- ●_ _ - ■_ ●●●_ - _ ， 图1典型拜耳一烧结混联法氧化铝生产流程示意图 F i g ．1 S c h e m a t i cf l o ws h e e to ft y p i c a lB a y e ra n ds i n t e rc o m b i n e dp r o c e s s △E E 1 一易 1 一兰 P l 户1 l e 2 P z e 3 p 3 1 ““1 e 7 p 1 1 一等 旬P 1 2 嘲P 4 “ ] - e 3 P 3 2 - I _ - e T p 7 2 1 一 ‘“2 J P 1 P 1 4 e 5 P s e 6 P 6 旬户7 3 1 c ， 式中e 、P 分别是相应各工序的工序能耗和折 合比，e ，是料浆制备工序的能耗；P ，，、P ，、P ，。分别是 混联法生产1t 氧化铝所耗原矿浆、管道化矿浆和 生料浆的折合比；e 。、P 。、e 。、P 。分别是压煮溶出和管 道化溶出工序的工序能耗和折合比；e 。是以石灰 氧化铝企业现用人炉石灰石 为工序产品计算出的 石灰煅烧工序的工序能耗；P 。t 、P 。z 分别是压煮溶出 和管道化溶出所耗石灰的折合比；e 。、P s 、e 。、P e 分别 熟料烧成和脱硅工序的工序能耗和折合比；e ，是以 蒸发母液 氧化铝企业现用蒸发水 为工序产品计算 出的蒸发工序能耗；P ，。、P ，。、P ，。分别是拜耳法压煮 溶出和管道化溶出以及烧结法所耗蒸发母液的折合 比。 一般，在氧化铝生产工艺流程中，拜耳法的吨氧 化铝综合能耗最低，远远低于烧结法。在拜耳法生 产工艺流程中，间接加热溶出 如管道化溶出 的能 耗远低于直接加热的压煮溶出[ 1 ] 。因此，对于混联 法氧化铝生产工艺，应尽可能地提高拜耳法的比例、 降低烧结法的比例。这样可直接降低混联法中烧结 万方数据 2 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年3 期 法各道工序的折合比，从而有利于降低吨氧化铝综 合能耗。在拜耳法中，要尽可能提高间接加热溶出 的生产比例，降低直接加热压煮溶出的比例，这样可 直接降低压煮溶出工序的折合比，从而有利于吨氧 化铝综合能耗的降低。 郑州氧化铝厂1 9 9 9 年A l 。o 。产量为8 7 ．5 万t ， 其中拜耳法和烧结法的比例为6 8 ．9 1 ％3 1 ．0 9 ％， 拜耳法中压煮溶出和管道化的比例为8 5 ．7 1 ％ 1 4 ．2 9 ％[ 6 ] 。根据该厂1 9 9 9 年统计的工序能耗和折 合比 其数值详见文献[ 7 - 8 1 ，根据公式 1 可求出， 在其它条件均不变的情况下，仅将混联法中拜耳法 的比例，以及拜耳法中管道化的比例分别提高1 个 百分点，而引起的吨氧化铝能耗降低量为8 ．4 5 0 5 k g c e 。用同样的方法，可计算出将混联法中拜耳法 的比例提高1 个百分点，以及拜耳法将直接加热的 压煮溶出全部改为间接加热的管道化溶出，而引起 的吨氧化铝能耗降低量为2 0 1 ．2 8 0 7k g c e 。可见节 能量非常显著。 2提高烧结法精液碳分的比例 因为碳分分解率要比种分分解率高3 0 ％左右， 所以提高烧结法精液碳分的比例，可使每吨溶出熟 料多产出A l 。0 。产品，从而可降低混联法中烧结法 各部分的折合比，这样将会大大降低混联法吨 A 1 0 。的综合能耗。 为了简化计算，假设精液中的A l 。O 。经分解 后，除了部分转化成A I O H 。内的A 1 2 0 。外，其余 全部进入到母液中，在整个流程中循环。这样，对某 一具体混联法工艺流程，可依据物流分析法[ 7 - 8 ] ，定 量地确定出采用不同的烧结法精液碳分比例，而引 起的吨A l 。0 。能耗改变量。具体的方法如下 首先。先用公式 2 将进入到循环母液中的 A l 。0 。量折合成循环母液量； L P 6 C 6 - m 1 一刁 ／c 。 2 式中L 为进入到种分或碳分循环母液中的 A l 0 。量，折合成种分或碳分循环母液量，m 3 ；P 。为 吨A l 。0 。的烧结法精液折合比；C 。为烧结法精液中 A l 0 。含量；m 为烧结法精液种分或碳分的比例；1 l 为种分或碳分分解率；C 。为种分或碳分循环母液中 A 1 2 0 3 含量。 然后，依据物流分析确定出的单位母液的增加 量对吨A l o 。能耗的影响量，即可确定出不同烧结 法精液碳分比例，而引起的吨A l 。O 。能耗改变量。 1 9 9 9 年郑州氧化铝厂混联法流程中，烧结精液 的折合比为每吨氧化铝4 ．5 5 6 41 2 1 3 ，烧结法精液碳 分比例为4 7 ．7 5 ％，种分比例为5 2 ．2 5 ％；碳分分解 率为8 7 ．2 0 ％，种分分解率为4 8 ．9 9 ％；烧结法精液 中A l 0 。含量为9 7 ．0 5g ／L ，种分母液中A l 。0 。含 量为7 6 ．5 1g ／L ，碳分母液中A l 0 。含量为1 4 ．2 7 g ／L ￡8 ] 。由式 2 可以计算出进入种分母液和碳分 母液中的每吨氧化铝折合的种分母液量L 。。和碳分 母液量L 1 2 分别为1 ．5 4 0 4I l l 3 和1 ．8 9 4 0m 3 。 若在其它条件不变的情况下。仅使烧结法精液 碳分的比例提高1 个百分点，这时进入种分母液中 和碳分母液中的每吨氧化铝折合的种分母液量L z - 和碳分母液量L 2 2 分别为1 ．5 1 0 9m 3 和1 ．9 3 3 6m 3 。 若将烧结法精液全部碳分，即烧结法精液碳分的比 例为1 0 0 ％。则这时进入种分母液和碳分母液中的 每吨氧化铝折合的种分母液量L 。。和碳分母液量 L 3 2 分别为0 和3 ．9 6 6 5m 3 。 作者在文献[ 7 ] 中用物流分析法分析了1 9 9 9 年 郑州氧化铝厂的混联法流程中，每0 ．0 1m 3 返回上 游工序的种分母液，可使吨A l O 。实际能耗比基准 能耗增加0 ．2 1 8k g c e ；每0 ．0 1m 3 返回上游工序的 碳分母液，可使吨A l 0 。实际能耗比基准能耗增加 0 ．1 1 7k g c e 。由上述分析结果可计算出，当烧结法 精液碳分的比例提高1 个百分点时，吨A l O 。能耗 将比1 9 9 9 年的降低h E 。 A E l L 1 l L 2 1 X1 0 0 0 ．2 1 8 L 1 2 一L 2 2 1 0 0 0 ．1 1 7 O ．1 7 8 6k g c e 若烧结法精液全部碳分，吨A l 。0 。能耗将比 1 9 9 9 年的降低A E 2 A E 2 L l l L 3 1 1 0 0X0 ．2 1 8 L 1 2 一L 3 2 X1 0 0 X 0 ．1 1 7 9 ．3 2 3 8 k g c e 通过上述计算，可以看出，随着烧结法精液碳分 比例的增加，吨A l 。0 。能耗的降低量也在逐步增 加。而且在上述计算结果中，还没有考虑加大液体 苛性钠补碱使循环效率和种分分解率提高等所带来 的节能效果，若将其考虑进去，实际的节能效果还会 更加明显。 3采用间接加热溶出、脱硅工艺 目前我国的混联法氧化铝生产流程中，拜耳法 系统的溶出工序和烧结法系统的脱硅工序大部分采 用的是蒸汽直接加热工艺。由于蒸汽的冷凝水直接 进入溶出矿浆将其稀释，需要在蒸发工序中将循环 母液浓缩，这将大大增加了蒸发工序的折合比。若 采用间接加热溶出、脱硅工艺，不但可以降低蒸发工 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年3 期 2 3 序的折合比，而且间接加热溶出、脱硅工序本身也节 能， 在其它条件不变的情况下，根据e P 分析 法n ] ，可用公式 3 计算出提高间接加热溶出、脱硅 工艺的比例所带来的节能量。 △E A e 2 P z A e 6 P 6 △P s e a 3 其中A e 、A e 。是将蒸汽直接加热压煮溶出工 艺、脱硅工艺，改为间接加热溶出、脱硅工艺，这两道 工序其工序能耗的降低量；△P 8 是采用间接加热溶 出，脱硅工艺，引起蒸发工序蒸发水折合比的降低 量，e 。是以蒸发水作为工序产品而统计的蒸发工序 的工序能耗。 根据郑州氧化铝厂1 9 9 9 年与2 0 0 5 年的生产数 据㈨可知，若该厂能将其蒸汽直接加热压煮溶出和 脱硅工艺，全部改为间接加热溶出、脱硅工艺，则压 煮溶出工序的工序能耗将由1 9 9 9 年的每立方米精 液2 0 ．5 2k g c e 降低为2 0 0 5 年的每立方米精液 1 1 ．1 6k g c e ，脱硅工序的工序能耗也将由每立方米 精液3 3 ．4k g c e ，降低为每立方米精液2 5 ．0k g c e 。 此外，还可使种分母液的蒸发水量降低约2 0 ％，碳 分母液的蒸发水折合比吨A l 。0 。降低0 ．7 9 2 8t 。 1 9 9 9 年该厂的拜耳法和烧结法的比例分别为 6 8 ．9 1 ％和3 1 ．0 9 ％，拜耳法中压煮溶出的比例为 8 5 ．7 1 ％；蒸发水折合比为吨A l 0 ，4 ．3 4t ，蒸发工序 的工序能耗为7 2 ．2k g c e ，压煮精液折合比为吨 A l 0 。8 ．1 5 7 6m 3 ，烧结精液折合比为吨A l 。O 。 4 ．5 5 6 4m 3 。可用公式 3 计算出在其它条件不变的 情况下，仅由于采用了阊接加热溶出、脱硅工艺，将 使吨A l 0 3 能耗降低A E 1 6 9 ．4 4k g c e 。可见，采 用间接加热溶出、脱硅工艺来代替直接加热溶出、脱 硅工艺，将带来明显的节能效果。 4结论 1 给出了定量分析拜耳一烧结混联法生产流 程中，调整生产工艺结构，即采用不同的拜耳一烧结 法比例；烧结法精液碳分、种分比例．以及不同的直 接加热、间接加热溶出、脱硅比例，对混联法吨氧化 铝综合能耗影响的计算式。并以郑州氧化铝厂的生 产数据为依据，定量计算了调整生产工艺结构所引 起的能耗降低量； 2 对于混联法氧化铝生产工艺，应尽可能地提 高拜耳法的比例、降低烧结法的比例。这样可直接 降低混联法中烧结法各道工序的折合比，从而有利 于降低吨氧化铝综合能耗； 3 提高烧结法精液碳分的比例，可使每吨溶出 熟料多产出A l 。O 。产品，从而可降低混联法中烧结 法各部分的折合比，这样将会大大降低混联法吨 A 1 2 0 。的综合能耗； 4 采用间接加热溶出、脱硅工艺，不但可以降 低蒸发工序的折合比，而且间接加热溶出、脱硅工序 本身也节能，所以，吨A l 0 。的综合能耗有明显的 降低。 参考文献 E 1 ] 刘丽孺，陆钟武，于庆波，等．氧化铝综合能耗的e P 分 析[ J ] ，中国有色金属学掇，2 0 0 2 ，1 2 6 ；1 2 9 4 1 2 9 8 ． E 2 3L I UL i r u 。L uA y e 。L UZ h o n g W R ．A n a l y s i so ft h eo v e r a l le n e r g yi n t e n s i t yo fa l u m i n ar e f i n e r yp r o c e s su s i n g u n i tp r o c e s se n e r g yi n t e n s i t ya n dp r o d u c tr a t i om e t h o d [ J ] ．E n e r g y ，2 0 0 6 ，3 1 8 - - 9 1 1 6 7 一1 1 7 6 ． [ 3 ] 潘敏．氧化铝生产中降低蒸发热耗的途径[ J 3 ．轻金属， 2 0 0 0 5 1 4 1 6 ． [ 4 3 刁克建．间接加热连续脱硅在烧结法氧化铝生产上的应 用l - J ] ．轻金属，2 0 0 0 8 1 4 1 6 ． [ 5 ] 孙克萍，先晋聪，程立．我国引进的氧化铝流态化焙烧炉 热耗的分析研究[ j ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 1 2 2 4 一Z 6 ． [ 6 3 中国长城铝业公司．氧化铝生产技术年报，1 9 9 9 2 0 0 5 ． [ 7 3 刘丽孺，陆钟武，于庆波，等．混联法生产氧化铝流程的 物流对能耗的影响[ J ] ．东北大学学报，2 0 0 2 ，2 3 1 0 9 4 4 9 4 7 ． [ 8 - 1L I UL i r u ，L uA y e ，L UZ h o n g W U ．E f f e c to fm a t e r i a l f l o w si np r o c e s si n d u s t r i e so nt h e i re n e r g yi n t e n s i t y [ J ] ． E n e r g y ，2 0 0 6 ，3 1 1 2 1 5 3 4 1 5 4 6 ． 万方数据