氧化铝生产晶种过滤过程中减少碱蒸汽含量的研究及应用*

韦文涛，张云峰，向学立

（云南文山铝业有限公司，云南文山663000）

拜耳法氧化铝生产中晶种过滤系统是给铝酸钠溶液（以下简称精液）中添加晶种的过程，通常采用的是立盘过滤机进行液固分离，在真空力的作用下，把悬浮液中的滤液抽走，固体颗粒被截留在滤布表面形成滤饼（晶种），再通过反吹风的作用力把滤饼卸到晶种槽[1]。

某公司的晶种过滤系统也是采用立盘过滤机进行晶种过滤，在晶种过滤过程中产生了大量的碱蒸汽，污染了作业环境，容易造成现场操作人员手部、脸部碱烧伤；反吹风中带有大量的水，在晶种过滤过程中进入生产系统，对工序造成了冲淡，增加了蒸发工序的蒸汽消耗，增加了生产成本。固减少晶种过滤系统的碱蒸汽对生产作业有着重要的意义。

1 立盘过滤机系统的工艺简介及碱蒸汽形成研究

1.1 工艺流程

图1 立盘过滤系统工艺流程图Fig.1 Process flow chart of vertical disc filtration system

1.2 流程运行概述

分解末槽的氢氧化铝料浆由自压方式送至立盘过滤机料浆槽内，经过真空泵产生的负压抽真空，把料浆内液体吸入透过滤布，进入真空受液槽流入母液槽；而固体被吸附在过滤机滤布上形成滤饼，通过空压机产生的反吹风压力，滤饼被吹脱落[2]，掉进晶种槽与降温后的精液混合，形成料浆，由晶种泵送至分解首槽进行分解作业[3]。

晶种槽内经过降温后的铝酸钠溶液温度仍有70℃左右，会产生大量蒸汽，往上飘至滤饼卸料区与反吹出来的母液相遇，蒸汽带走部分碱液，形成碱蒸汽。碱蒸汽随风到处乱飘，会造成现场操作人员皮肤碱烧伤；碱蒸汽飘至设备管道上会对设备设施造成碱腐蚀，并在作业现场和设备设施上产生大量积料。需要花大量的时间进行清理，增加了操作人员的劳动强度。

1.3 晶种过滤时飘碱蒸汽的原因分析

由于矿石品位问题及工艺设计，某公司分解首槽温度高位控制，在64℃左右。因此进入晶种槽的精液温度较高。

表1 精液板式精液出口温度Tab.1 Plate type and outlet temperature of sodium aluminate solution

通过母液板式降温后的精液进入晶种槽后温度仍有70℃。会产生大量的蒸汽，此蒸汽本身不含碱，在往上飘与滤饼相遇，最后经过立盘卸料区时，与反吹风带出来的碱液混合，才形成了碱蒸汽。

图2 碱蒸汽流程示意图Fig.2 Flow chart of alkali vapor

形成碱蒸汽的主要原因：①精液产生的蒸汽在上升过程中与滤饼相遇，带走了滤饼表面的碱液；②蒸汽继续往上升与立盘卸料区反吹出来的母液混合，使蒸汽中的碱含量大幅度升高。

1.4 治理碱蒸汽的研究

1） 从源头治理，降低进晶种槽的精液温度，减少热源，降低碱蒸汽含量。此方法会降低分解槽首槽温度，对分解槽内氢氧化铝的粒度影响较大。

表2 降低精液温度的实验数据表Tab.2 Experimental data for reduction temperature of sodium aluminate solution

降低精液出口温度，能降低晶种槽内温度，减少立盘的碱飘碱量，但降低精液出口温度后，会大幅降低分解槽首槽温度，影响分解槽内氢氧化铝的粒度控制，造成氢氧化铝粒度变细，影响产品质量；

2）加快空气流动，降低碱蒸汽含量。立盘碱蒸汽温度高，空气温度低，利用低温空气与碱蒸汽接触降温，减少立盘飘碱现象[4]。为了加强空气的流动，把晶种过滤厂房立盘过滤机平面的南北两面所有窗户全部拆除，利用东南风向西北流动风向，加强了厂房内的空气流动。冬天冷空气进入厂房内，把立盘过滤机上方飘的碱蒸汽快速冷凝成液体回落到晶种槽，起到减少碱蒸汽的作用，但由于云南的气候较热，寒冷季节较短，所以此方法达不到降低碱蒸汽的目标；

3）降低反吹风压力，降低立盘转速，提高滤饼厚度，减少卸料区的反吹母液量，以达到减少立盘过滤机飘碱量。

第一次实验，稳定转速，降低反吹风压力，实验数据如表3。

表3 降低立盘反吹风压实验数据表Tab.3 Experimental data for reduction reverse blowing pressure of vertical disc

从实验数据可以看出，稳定立盘过滤机转速，降低反吹风压力，能减少立盘过滤机卸料区域的反吹母液量，对治理立盘过滤机飘碱现象有明显效果。但当反吹风压力降低至0.1 MPa时，立盘过滤机滤饼卸料不完全，立盘过滤机滤饼吹脱率降低，影响过滤机产能。

第二次实验，稳定反吹风压力，降低转速，实验数据如表4。

表4 降低立盘转速实验数据表Tab.4 Experimental data for reduction rotating speed of vertical disc

根据立盘过滤机设计风压标准，把反吹压力稳定在0.4 MPa，降低立盘过滤机转速实验，从实验数据可以看出降低立盘过滤机转速，提高了滤饼厚度，能减少部分反吹母液量，但立盘飘碱现象还是很严重，而且转速降低至1r/min以下时，过滤机产量明显降低，对分解系统液量平衡影响较大。

第三次实验，降低转速，降低反吹风压力，实验数据如表5。

表5 降低转速及反吹风压实验数据表Tab.5 Experimental data for reduction rotating speed and reverse blowing pressure of vertical disc

通过实验得出，当反吹风压力低于0.2 MPa时，反吹母液量大幅减少，再同时降低立盘过滤机转速，对治理立盘过滤机飘碱现象有显著效果；

4）及时更换破布，减少因滤布破损造成的喷溅母液量。当立盘过滤机滤布出现大破布时[5]，立盘转至卸料区时，反吹风会把滤板内残留的母液反吹出来，对操作环境污染较为严重。但此现象发生频次为3次/月，较少，只要定期更换滤布就能避免。

2 采取的措施

1）操作优化：①适当降低反吹风量。立盘过滤机是通过反吹风把滤布上的滤饼吹脱，使滤布再生，重复循环作业[8]。但如若反吹风量太大时，会把反吹风中携带的水及残留在滤板内的母液反吹出来，并会造成滤布破损率升高。反吹风压力由原来的0.4 MPa降至0.2 MPa，适当降低反吹风量至滤饼刚好能卸下，既能减少反吹母液量，又能降低空压机负荷；②降低立盘过滤机运行转速，增加滤饼厚度，增加卸料区的密封性及阻力，减小反吹母液量；③减小过滤机频繁开停车，避免过滤机无负荷情况下抽真空及反吹滤布，既能降低滤布破损率，也可以减少反吹母液量；

2）利用轴流风机代替空压机生产反吹风，消除反吹风携带水的问题。利用空压机给过滤机供反吹风，需要循环水作为空压机的辅助介质。流程图如图3。

图3 过滤机旧反吹风流程图Fig.3 Old flow chart of reverse blowing of filter

空压机产生的反吹风中含水量较大，大部分可以通过空气储罐排水阀排走到回水管，但部分水会被携带到过滤机，经测算进入单台立盘过滤机的水约0.5 m3/h，8台立盘过滤机运行，每小时进入生产系统水量为4 m3/h，造成晶种过滤系统冲淡严重，增加生产成本[6]。

利用新型轴流离心风机代替旧的水环式空压机生产反吹风，示意图如图4。

图4 过滤机新反吹风流程图Fig.4 New flow chart of reverse blowing of filter

离心风机不需要用水来做动力介质。在晶种过滤四楼安装3台离心通风机，给8台立盘过滤机供应反吹风，运行电流为78A，比空压机运行电流（180A）大幅度降低，既降低了过滤机系统的电耗，又彻底消除了反吹风带水现象；

3）晶种槽顶加乏汽管，把蒸汽引流外排。在晶种槽顶加根DN800的乏汽管至晶种过滤机厂房外。晶种槽内大量蒸汽通过乏汽管引流至厂房外，遇空气冷凝变成水。使得往上走的蒸汽量大幅度减少，这部分蒸汽再经过滤饼降温后，再往上飘的碱蒸汽已经很少。如图5所示。

图5 晶种槽乏汽流程图Fig.5 Flow chart of waste steam of seed crystal tank

3 应用效果

3.1 技术效果

1）通过此次研究及应用，大大减少了立盘过滤机的碱蒸汽，解决了现场飘碱的安全隐患，截止2019年5月全部措施实施完后，晶种过滤再没出现作业人员皮肤碱烧伤现象，并且现场作业环境得到了大幅度的改善，现场积料很少，环境卫生由每天打扫2次降为一周打扫1次，降低了员工的劳动强度；

2）降低立盘过滤机的反吹母液量，减少了种分母液回头，降低了分解首槽苛性比值，加快了分解速度，有利于提高氧化铝生产的分解率[7]，提高氧化铝产量；

3）减少了设备事故。由于飘碱严重，过滤机及附属设备的各润滑点的加油嘴几乎全部被碱结疤堵塞，造成加油困难，或者加不进去润滑油，造成缺油的设备事故频发。通过减少立盘过滤机的碱蒸汽研究后，设备润滑油嘴堵塞现象大幅度减少。

3.2 经济效益

1）改用离心通风机后减少了大量的水进入流程，降低了晶种过滤系统冲淡，间接降低了蒸发器的负荷及减少了新蒸汽消耗[8]。过滤机反吹风带人系统的水为4 m3/h，蒸发器平均气水比为0.195。生产1 t蒸汽需要160元的成本。

每小时少使用蒸汽量=0.195×4=0.78 t；

每天节省蒸汽费用=0.78×160×24=2 995.2元；

全年节省蒸汽费用=2 995.2×365

=1 093 248元。

2）降低了过滤机系统的运行电耗。利用离心通风机代替空压机，离心通风机运行电流78A，只开3台；而用空压机带，运行电流180A，需要开6台。电单价为0.3元/度。

全年节约电费：（180A×6×380÷1000×24×365）×0.3-（78A×3×380÷1000×24×365）×0.3=844 849.4元。

全年共计节约费用约193.8万元。

4 结语

1）晶种过滤中碱蒸汽主要是由精液蒸汽与立盘过滤机的反吹母液、滤饼碱液混合形成，采用降低过滤机反吹风压力、转速及乏汽引流等措施能大幅降低碱蒸汽的含量，同时消除安全隐患，减少设备事故；

2）引用离心通风机代替老式水环式空压机，既能降低晶种过滤系统的电耗，又能减少水进入生产系统，减少系统冲淡，降低氧化铝生产蒸发工序的新蒸汽消耗。全年共计节约成本193.8万元；

3）通过对晶种过滤系统碱蒸汽的研究及上述技术应用，有效降低了员工劳动强度，改善了作业环境。