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關(guān)于氧化鋁、電解鋁生產(chǎn)技術(shù)探析論文
論文摘要:介紹了氧化鋁、電解鋁的冶煉技術(shù)，并闡述了其存在的問題及發(fā)展動向。
論文關(guān)鍵詞:鋁冶煉；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢
我國的鋁冶煉工業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了前所未有的成績，2006年氧化鋁產(chǎn)量達(dá)429萬t，鋁錠283萬t，我國已成為世界鋁生產(chǎn)和消費(fèi)的大國。這一成績的取得，與科技的貢獻(xiàn)是不可分的。
一、氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)
我國鋁土礦資源絕大多數(shù)為一水硬鋁石，由于我國鋁土礦資源的這一顯著特點(diǎn)，國內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)大多采用混聯(lián)法，此外，還有拜耳法和燒結(jié)法。
�。ㄒ唬┭趸X生產(chǎn)技術(shù)
1、拜耳法強(qiáng)化溶出技術(shù)，包括管道化溶出、單管預(yù)熱—高壓釜溶出、管道一停留罐溶出、混聯(lián)法中的拜耳法不平衡溶出、新型高壓隔膜泵；
2、一水硬鋁石選礦一拜耳法生產(chǎn)氧化鋁技術(shù)，該技術(shù)將選礦技術(shù)和拜耳法有機(jī)結(jié)合，有效地利用了我國大量的中低品位鋁土礦，降低了氧化鋁的生產(chǎn)成本；
3、礦石均化和多碎少磨技術(shù)，包括礦山塊礦石及進(jìn)廠碎礦石均化，多碎少磨提高了磨礦效率，降低了磨礦成本；
4、燒結(jié)法熟料燒成強(qiáng)化技術(shù)，包括高品位鋁土礦強(qiáng)化燒結(jié)技術(shù)、鋁土礦浮選精礦強(qiáng)化燒結(jié)技術(shù)、生料漿配料、非飽和配方、石灰配料和高濃度碳酸化分解，生料加煤排硫、窯體改造及操作改進(jìn)、單槍喂料；
5、燒結(jié)法熟料溶出技術(shù)，包括低苛性分子比溶出、高碳酸鈉濃度二段磨溶出、低碳酸鈉濃度一段磨溶出；
6、氧化鋁閃速焙燒技術(shù)，包括美國閃速焙燒爐、丹麥氣體懸浮燃燒爐；
7、粗液脫硅技術(shù)，包括高壓釜間接加熱連續(xù)脫硅、管道化間接加熱連續(xù)脫硅、深度脫硅；
8、分解技術(shù)，包括連續(xù)碳酸化分解、4400m3大型平底分解槽、245m2立盤過濾機(jī)、51m2水平盤式過濾機(jī)、270m2大型板式換熱器、27m2水平帶式真空過濾機(jī)；
9、赤泥分離技術(shù)，包括絮凝沉降分離、42m×6m大型鋼索扭矩沉降槽、 100m2輥?zhàn)有读险婵辙D(zhuǎn)鼓過濾機(jī)、385m2單筒凱利葉濾機(jī)；
10、蒸發(fā)技術(shù)，包括降膜蒸發(fā)器，高效閃蒸器等。
（二）存在的主要問題
1、能耗高
由于混聯(lián)法既有完整的拜耳法系統(tǒng)，又有完整的燒結(jié)法系統(tǒng)，流程異常復(fù)雜。接踵而來的是能耗很高，就是處理鋁硅比約為10的優(yōu)質(zhì)礦石，能耗仍高達(dá)38GJ／t 氧化鋁，是國外一般拜耳法的3倍多。很顯然，隨著礦石品位下降，經(jīng)濟(jì)的拜耳法比例減少，昂貴的燒結(jié)法比例增加，能耗還要增加。
2、產(chǎn)品質(zhì)量不高，多為中間狀氧化鋁
目前國內(nèi)冶金級氧化鋁產(chǎn)品多為中間狀氧化鋁，產(chǎn)品粒度較細(xì)，產(chǎn)品的磨損指數(shù)較大，要很好滿足現(xiàn)代電解鋁工業(yè)大型預(yù)焙槽的要求，還要加快砂狀氧化鋁的開發(fā)。
3、原料質(zhì)量差、鋁土礦A／S低
我國鋁土礦資源與國外三水鋁石和一水軟鋁石相比，原料質(zhì)量差，鋁土礦A／S低，需要高溫高壓溶出，這給氧化鋁生產(chǎn)帶來了困難。
�。ㄈ┭趸X冶煉技術(shù)的發(fā)展方向
1、加速鋁土礦選礦工藝的產(chǎn)業(yè)化步伐
鋁土礦選礦工藝研究通過“十五”科技攻關(guān)，已經(jīng)完成了工業(yè)試驗(yàn)，形成了一套完整的工藝路線，“十一五”期間要加快該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，并開展鋁土礦的反浮選技術(shù)研究。
2、強(qiáng)化和革新現(xiàn)有生產(chǎn)方法
溶出是拜耳法的關(guān)鍵工序。我國現(xiàn)在已經(jīng)有了3種強(qiáng)化溶出技術(shù)：管道化溶出；單管預(yù)熱—高壓釜溶出；停留罐溶出。
應(yīng)該在總結(jié)生產(chǎn)實(shí)際效果的基礎(chǔ)上，盡快推廣應(yīng)用。
首先強(qiáng)化熟料燒結(jié)過程，如降低燒成溫度，改變供料方式，改進(jìn)窯體結(jié)構(gòu)等，其次是提高溶液濃度，強(qiáng)化濕法各工序。采用各種添加劑，例如沉降絮凝劑、過濾助濾劑、分解添加劑、溶出添加劑等，可以顯著強(qiáng)化生產(chǎn)過程，而且很容易被工業(yè)上采用。種子攪拌分解是氧化鋁生產(chǎn)中貯存液量最多，時間最長的工序，它的強(qiáng)化必將顯著提高工廠的生產(chǎn)能力。
3、加快砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)的攻關(guān)，提高我國氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量
我國氧化鋁工業(yè)由于以一水硬鋁石型鋁土礦為主要生產(chǎn)原料，致使種分和碳分分解原液的氧化鋁濃度高、苛性比值也較高，生產(chǎn)砂狀氧化鋁的技術(shù)難度較大�！� 十一五”期間要重點(diǎn)解決鋁酸鈉溶液分解過程粒子成核控制技術(shù)、鋁酸鈉溶液分解過程產(chǎn)品粒度控制技術(shù)、鋁酸鈉溶液分解過程產(chǎn)品強(qiáng)度控制技術(shù)和添加劑強(qiáng)化分解技術(shù)等。通過科技攻關(guān)，形成一套適合我國砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)。
4、加快氧化鋁技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化
加快石灰拜耳法、雙流法新技術(shù)、間接加熱連續(xù)脫硅、高效沉降槽、降膜蒸發(fā)技術(shù)等技術(shù)在氧化鋁生產(chǎn)過程中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，進(jìn)一步降低生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本。
二、電解鋁生產(chǎn)技術(shù)
目前鋁全部采用熔鹽電解方法生產(chǎn)，其生產(chǎn)設(shè)備從較早的單一側(cè)插自焙槽，發(fā)展到擁有側(cè)插自焙、上插自焙、預(yù)焙槽等各種槽型。
我國已完成了180kA、280kA和320kA的現(xiàn)代化預(yù)焙槽的工業(yè)試驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)化。以節(jié)能增產(chǎn)和環(huán)保達(dá)標(biāo)為中心的技術(shù)改進(jìn)與改造，促進(jìn)自焙槽生產(chǎn)技術(shù)向預(yù)焙槽轉(zhuǎn)化，獲得了巨大成功。我國已經(jīng)成為大型預(yù)焙槽開發(fā)的先進(jìn)國家。
（一）電解鋁所取得的主要技術(shù)成績
1、計算機(jī)控制技術(shù)
目前我國主要電解鋁廠均采用了計算機(jī)控制。自適應(yīng)控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)和智能模糊控制技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用使噸鋁節(jié)電在100kW·h左右。
2、電解槽結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
電解槽結(jié)構(gòu)的改進(jìn)已先后完成了槽殼結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、槽底保溫結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、陰極結(jié)構(gòu)及材料的改進(jìn)、陽極系統(tǒng)的改進(jìn)和點(diǎn)下料系統(tǒng)的試驗(yàn)和應(yīng)用。
3、采用添加劑
電解質(zhì)中添加氟化鎂、氟化鋁和鋰鹽等物質(zhì)可以改善電解質(zhì)的某些物化性能，從而提高電解過程中電流效率(約2％左右)。降低電解成本。在電解質(zhì)中加入添加劑目前已被廣泛應(yīng)用。
�。ǘ┐嬖诘募夹g(shù)問題
1、 鋁電解槽壽命短
現(xiàn)在國際上的大型預(yù)焙鋁電解壽命在7年以上，有的已達(dá)10年，而我國鋁電解槽平均壽命僅4年左右。盡管經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，采取了一系列技術(shù)措施，基本克服了電解槽早期破損問題，但槽壽命仍與世界先進(jìn)水平差距較大。
2、整體機(jī)械化裝備水平尚待提高
盡管我國在鋁電解生產(chǎn)實(shí)踐中研究開發(fā)了一系列專用設(shè)備，如多功能聯(lián)合機(jī)組、地爬打殼機(jī)、筒式下料器等，但與國際先進(jìn)水平相比，機(jī)械化裝備水平尚需進(jìn)一步提高，主要表現(xiàn)在：
�。�1）國產(chǎn)多功能聯(lián)合機(jī)組故障頻繁，制造質(zhì)量還不高，關(guān)鍵部件需要進(jìn)一步開發(fā)，如扭拔機(jī)構(gòu)，空壓系統(tǒng)及電氣控制部分。
�。�2）相配套的供料系統(tǒng)和槽上部下料系統(tǒng)跑、冒、漏現(xiàn)象嚴(yán)重，多功能機(jī)組受料問題需改進(jìn)提高；對閘刀式下料和插板式下料裝置應(yīng)改造成點(diǎn)式下料。
�。�3）與工藝操作相配套的設(shè)備需研究開發(fā)，如出鋁及清理抬包的機(jī)械化，與電子計算機(jī)控制相適應(yīng)的打殼下料電磁閥的質(zhì)量及工作性能提高等。
�。�4）保證大型預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)用的壓縮空氣水分較大，這是目前全國各大鋁廠普遍存在的問題，盡管設(shè)有氣水分離器，但效果不理想，極易損壞各種電磁閥，造成一系列設(shè)備故障而影響生產(chǎn)。
（5）與鋁電解工藝操作相配套的其它設(shè)備需開發(fā)，如陽極更換設(shè)備，要求不僅能準(zhǔn)確地拆卸和安裝，而且在更換時能處理殘極周圍的結(jié)殼及掉入槽中的電解質(zhì)塊，現(xiàn)場衛(wèi)生清理設(shè)備及電解槽一系列技術(shù)測試設(shè)備等。
3、自動控制水平尚待進(jìn)一步提高
盡管我國大部分鋁電解廠采用了電解槽槽控技術(shù)，但整體的自動控制水平仍然不高，與國外相比差距較大，主要表現(xiàn)在控制電解槽生產(chǎn)過程的信息取樣不完整，電解槽專家系統(tǒng)不完備，與計算機(jī)控制技術(shù)相配套的設(shè)備故障較多以及綜合的動態(tài)研究不充分等。
（三）鋁電解技術(shù)的發(fā)展
1、完善大型預(yù)焙槽技術(shù)
在現(xiàn)有開發(fā)成功的180kA、280kA和320kA大型預(yù)焙槽的基礎(chǔ)上，逐步完善。使其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)一步提高，達(dá)國際領(lǐng)先水平。
2、自焙槽改造技術(shù)
自焙槽目前約占我國鋁的總產(chǎn)能的一半左右，鑒于我國目前的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，在短期內(nèi)全部淘汰是不可能的，因此，對自焙槽進(jìn)行技術(shù)改造是勢在必行的。
總之，我國鋁冶煉技術(shù)水平近些年來得到了迅速的發(fā)展，縮短了與發(fā)達(dá)國家的差距，但我們還應(yīng)該看到，我國加入WTO，鋁冶煉工業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，加快技術(shù)進(jìn)步，提高鋁冶煉企業(yè)的競爭力是我們迫切的任務(wù)。
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