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拜耳法砂状氧化铝生产过程中的降低周期性粒度细化新技术和措施

一、拜耳法为什么要生产砂状氧化铝?


电耗的降低数量?气相粉尘环境改善等。

随着电解铝技术的迅速发展,大型预焙槽技术、氧化铝点式加料、浓相输送和烟气净化等技术的广泛应用,铝电解工业对氧化铝原料的质量提出了更为严格的要求。砂状氧化铝因其优良的质量性能,已成为国内外现代电解铝厂的理想原料。与普通氧化铝相比,砂状氧化铝具有流动性好、吸附能力强、强度大、活性高、环保、节能、便于运输,飞扬损失小等特点,普通氧化铝难以与砂状氧化铝竞争。砂状氧化铝溶解性良好每吨铝锭可节约电耗80~100元,较高的比表面积在烟气净化方面,可以吸附氟化物气体,重返电解槽。

国外成熟的砂状氧化铝生产技术绝大多数是以三水铝石和一水软铝石为原料的生产工艺,我国拜耳法生产氧化铝主要以难溶的一水硬铝石型铝土矿为原料,要求在高温和高碱浓度等苛刻的条件下处理,分解原液浓度与苛性比值都较高,同时为降低能耗又要求母液的浓度较高、苛性比值较大,多为粉状和中间状氧化铝,产品的粒度和强度都得不到保证。因此以我国一水硬铝石为原料生产氧化铝的企业,在高浓度、高分解率的条件下生产砂状氧化铝具有非常大的难度。


二、我国拜耳法为什么难以生产砂状氧化铝以及周期性细化的原因?

1、氢氧化铝分解出来是通过生长和附聚两种模式,拜耳法种分有高温附聚和低温长大分解机理,如美铝、瑞铝的以附聚为主的高温两段法模式,法铝的以结晶大为主的低温一段法模式。

2、我国高碱浓度高氧化铝浓度,导致我国氢氧化铝的附聚的比例太低,在分解率50%左右时,通常大约只有15%左右,其余的35%属于细颗粒生长,这35%的细粒在作为种子进入后续的循环中、由于只有15%左右的附聚,(1)多余了20%的细粒,这正是后续细化种子越来越多的原因,(2)种子的 比表面也越来越大,分解速率也会有一定的变化。在后续长期缓慢长大的过程中,是周期性细化的基本原因,要想降低周期性细化或者消除,就必须使附聚更多,最好是接近25%、因而,细粒就可以在后续的循环中被附聚掉而不至于有多余的细粒。

三、CGM是行业的通行做法,提高粒度、比表面、分解率,但是一直只是希望,比较好的产品还不多。

我国氧化铝A厂,产品粒度细强度差,选用国内一家助剂,粒度和强度得到改善,但分解率下降1%左右。我国氧化铝B厂,使用国外助剂,粒度较粗,分解率较高,但强度较差。我国氧化铝C厂,使用国内另一家助剂,粒度和分解率都没得到有效控制。

四、绿脉的CGM 的设计机理,有效的解决溶解性问题和周期星细化的问题,同时提高粒度、比表面、分解率。

无论是国企还是民企,在生产氧化铝工艺普遍采用的是法铝的一段法工艺,由于掌控技术精髓的深浅程度差异,往往出现系统产品的周期性细化粗化问题。粗化都是大家希望的,今天就谈谈细化问题。


氧化铝厂分解系统系统氢氧化铝周期性波动的为40~70天,各厂的情况不尽相同。这种波动对产品质量造成很大的影响,也影响到下游电解铝对砂状氧化铝的质量要求。解决种分过程粒度波动,保证产品质量稳定已成为氧化铝发展的迫切要求。


为了避免这种周期性系统AH粒度变化,必须找出其原因,针对问题采取应对措施。经过分析和调研,周期性细化的原因主要有下面几项。


1、晶种活性降低,比表面积变小,分解过程中产生大量的二次成核是导致氢铝爆发性细化的主要原因。在分解过程氢氧化铝在晶种表面析出,由于粒子间的附着、碰撞、磨蚀及溶液的剪切等作用,脱离母晶而进入溶液,形成很细小的晶核,最终又出现大量的二次成核,大量新晶核的出现又造成一次细化周期,这样出现了氢铝粒度的周期性细化粗化。




如图2 所示,这些细氢氧化铝一旦产生,长大速度极慢。从中位径上可以看出每天长大 0.5 μm 左右,等到中位径>20 μm 以后,每天几乎只长1 μm。因此长大的过程缓慢,一旦种子细化后需要45~60 d的时间才能长粗。

2、过饱和度控制不好也是导致产品粒度波动的原因。在种子粗化以后比表面积小的情况下,过饱和度太大、分解速度太快造成大量的二次成核,细化严重。过饱和度与分解条件有着密切的关系,如温度、Nk、αk、固含、晶种等都有关系。

3、矿石来源复杂,溶出液波动,分解过程的过饱和度不稳定,在连续生产过程中不能保持分解槽晶种粒子个数的产出平衡,系统粗细离子质量波动大。

4、产量与质量的矛盾也会影响产品粒度。影响粒度波动的另外一个原因就是追求产量,特别是在质量与产量冲突的时候,在目前的市场条件下仍然侧重在产量,过分追求分解率产出率是影响粒度的一个原因。如2005年前后的暴利时代,要产量不要质量,有些企业年底赶任务目标等,都会对产品质量产生冲击。


分析了系统周期性的变化因素,下面简要介绍一下应对措施。

1、加强管理是生产砂状氧化铝必须的要求。从以上分析看,生产条件的波动,也带来了工艺过程参数的变化,因此,加强生产管理,提高流程稳定性,是生产高质量砂状氧化铝的必须要求。一方面要尽可能稳定矿石的质量,从而保证溶液浓度的稳定;另一方面尽可能做到平稳出料,保证分解过程固含的稳定,同时,也应该解决好产量与质量的关系,过分地追求产量也会造成质量的波动。

2、高温附聚是目前砂状氧化铝生产过程中最主要的控制方法。因此,为分解提供可靠的高温附聚条件是生产砂状氧化铝的有效手段,附聚体结构AH不易破碎,且有利消灭系统细粒子,焙烧后强度也较高。




3、加入结晶助剂可以有效地加快细颗粒的附聚和长大,可以将结晶助剂作为改善产品粒度的主要措施。

   结晶助剂用于种分分解工序,可以增强及控制分解过程中氢氧化铝的附聚、成核和生长,并限制草酸盐及其他有机物的分解。有的剂型还呈现良好的防泡沫性。

结晶助剂的根本作用在于促进氧化铝细颗粒附聚与长大,对细化期细颗粒的变化有较好的效果,而对粗颗粒基本看不出效果。应该说添加结晶助剂是强化分解生产粗颗粒氢氧化铝的措施之一。

我国一段法工艺产出的产品为球状或板状结构,在焙烧过程极易破碎。



通过对目前国内外助剂的初步研究,大多助剂仅对粒度改善起作用,而在产出率方面少有贡献,甚至降低产出率。针对这种状况,湖南绿脉公司开发出一种适合国内氧化铝生产工艺的助剂,该助剂通过工业初步试用,表现出其优良的特性。该助剂打破了系统周期性波动的魔咒,在一段法工艺中可以产生二段法工艺的产品结构,可以使得氧化铝企业稳定生产出砂状氧化铝产品, 并且还可提高产出率。


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