摘要：本文针对拜耳法生产氧化铝蒸发系统流程，结合理论实践，在简要阐述拜耳法生产氧化铝工艺流程的基础上，深入分析了拜耳法生产氧化铝蒸发系统的流程。得出在氧化铝生产过程中应用拜耳法具有流程简单、成本低、耗能低的结论，希望对相关单位有一定帮助。
关键词：拜耳法；氧化铝；蒸发系统；流程分析
引言：在拜耳法生产氧化铝过程中，蒸发装置的应用非常广泛，根据蒸发系统中蒸汽和溶液流向不同。根据蒸发系统的流程可分顺流流程、逆流流程、顺逆混合流程。其中逆流程就有生产效率高，生产成本低等特性。因此，我国很多氧化铝生产厂家普遍应用在六效逆流四级闪蒸的降膜蒸发系统来生产氧化铝。此系统由溶液系统、汽系统、水系统工作组成。任何一个系统和蒸汽的能耗皆有非常重要的意义，在这样的基础上开展拜耳法生产氧化铝蒸发系统流程的研究就显得尤为重要。
1、拜耳法生产氧化铝的工艺流程
拜耳法是奥地利化学家K•J•Bayer在1888年～1892年发明的一种生产氧化铝的方法。其主要原理是用氢氧化钠溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，从而获得铝酸纳溶液。该溶液经过分离提纯，再进行降温处理，然后加入适量的氧化铝作为晶种，通过长时间搅拌，即可析出氢氧化铝结晶，再通过蒸馏水多次清洗，在950℃~1200℃的温度下煅烧，就可以得到成品氧化铝[1]。同时析出氧化铝的溶液经过蒸发浓缩后可进行重复使用，大大降低了生产了氧化铝的成本。目前全世界生产的氧化铝和氢氧化铝有90%以上是用拜耳法生产的。基本化学反应式为：
Al2O3•xH2O+NaOH+aq——NaAl（OH）4+aq
此公式中，如果溶出一水铝石和三水铝石，则x的数值为1和3，如果分解为氯酸钠溶液，则x的数值为3。主要原因是三水铝石和一水铝石的结晶结构不同，在氢氧化钠溶液中的溶解性也存在较大差异，因此，在具体生产过程中，要提供不同的溶出条件，比如：三水铝石要在125℃~140℃的环境中溶出，而一水铝石则需要在240℃~260℃的环境下，并加入适量的石灰才能溶出。拜耳法生产氧化铝的工程流程图如图1所示：
2、影响拜耳法生产氧化铝蒸发系统的主要因素
2.1出料浓度
当进料量和设备规模确定的情况下，出料的浓度不同，蒸水量也不相同，研究表明，出料的浓度越大，蒸水量越大，蒸发系统汽水比也就越大。因此，选择科学合理的出料浓度对蒸汽系统的蒸水能力以及经济性有很大影响。蒸汽量、汽水比和母液浓度变化图如图2所示：
从图2中可以清楚看出，母液浓度越高，蒸水量越大，但汽水比的倒数越小，在具体生产过程中，为充分考虑设备生产能力以及生产的经济性，蒸水量曲线和1/汽水比曲线相交点，即为理想的母液浓度[2]。
2.2换热器面积
在六效逆流四级闪蒸的降膜蒸发系统，在进出料浓度、闪蒸级数、进料温度、进料量等参数都相同的情况下，换热面积越大，汽水比也就越低，蒸汽的消耗量也就越低。而如果换热器的面积越大，生产投资也会增加，因此，拜耳法生产氧化铝时，要根据实际，调整蒸汽比，才能在保证产量的基础上，降低生产成本。所以工业上一般采用六效逆流四级闪蒸降膜蒸发。
2.3闪蒸级数
闪蒸器由于蒸发不在加热面上进行，在防止结疤和清理结疤比其他设备优越外，还有结构简单，蒸汽消耗较低等其他特点，而大量实例表明，闪蒸级数的大小直接决定了二次蒸汽利用的次数，通常情况下，二次蒸汽利用次数越多，新蒸汽的需求量就越低。所以通过增加闪蒸级数，能有效降低蒸汽系统的能耗。
3、拜耳法生产氧化铝蒸发系统流程分析
3.1溶液系统
就六效逆流四级闪蒸的降膜蒸发系统而言，溶液系统流程大体上可分为两大类，一类双进单出溶液系统，另一类是双进双出溶液系统。双进单出溶液系统的工艺流程为：蒸发原液从槽罐区用泵按照特定比例，送至相应的蒸发器，当两股料经过四级闪进后进一步浓缩，浓缩后的溶液再由泵送到循环母液区根据具体需求进行调配。
双进双出溶液系统的工艺流程为：先把蒸发原液从槽罐分别泵送到相应的降膜蒸发器中，一部分原液经过逆流蒸发器逐渐加热浓缩后与另一部分能加热浓缩后的母液进行混合处理，然后同时泵送到调配区，根据具体需求进合理调配。
3.2蒸汽系统
拜耳法生产氧化铝的蒸发系统根据蒸汽来源的不同，大体上可分为新蒸汽和不凝气体：
新蒸汽系统的工艺流程为：氧化铝生产企业热电站通过管网输送新蒸汽为I效降膜蒸发设备提供热源，通过加热管束与管内壁的料浆间接换热，使料浆达到一定的温度。而I效降膜蒸发器产生的二次蒸汽，可为II效降膜蒸发设备提供热源，以此类推直到加热所有的蒸发设备。而最后VI效蒸发器中产生的二次蒸汽经循环水进行冷却，并输送到指定回水池进行循环利用。
不凝性蒸汽系统工艺流程：所谓不凝性气体就是不溶于水的气体，若在蒸发器中不排除的话，导致整个蒸发系统汽耗增加、不能持续稳定运行的影响，因此，在拜耳法生产氧化铝时要尽量清除此类不凝性蒸汽。比如：很多老式蒸发设备中，相关设备自身就会有一个阀门，在开关阀门时需要通过人员来开启和关闭，大大增加了蒸发系统操作的复杂性。而新型的蒸发设备中增加了环管和逆止阀，最终通过蒸发器真空系统排出，大大提高了蒸发系统运行的效率和稳定性。
3.3水系统
就六效逆流四级闪蒸的降膜蒸发系统而言，蒸发系统大体上可分为两种系统，一种是新蒸汽冷凝水系统，另一种是二次蒸汽冷凝水系统。
新蒸汽冷凝水来自于饱和新蒸汽冷凝完成的饱和蒸汽冷凝水，可通过一系列处理方式，实现循环再利用，从而达到降低蒸发系统能耗的目的。在具体生产过程中，新蒸冷凝水系统配置有两种，一种是直接回收在饱和蒸汽，具有成本低，回收效率低的特性。另一种是在新蒸汽冷凝系统增设3~5冷凝水罐，进行降温闪蒸，此种方法能有效较低蒸发整体耗气量。
二次汽冷凝水系统，在六效逆流四级闪蒸的降膜蒸发系统中，从第II效开始到第VI效结束，每个降膜蒸发器中都需要配置一个冷凝水罐，对各个效膜蒸发器中的饱和冷凝水进行全面收集，上一效中的冷凝水通过压力差进入下一效冷凝罐中进行闪蒸回收，从而达到降低冷凝水温度、生产节能的目的。
4、结束语
综上所述，本文结合理论实践，深入分析拜耳法在生产氧化铝中蒸发系统流程，得出以下几点结论：
（1）在氧化铝生产中应用拜耳法，既能有效提高氧化铝的生产效率，也能降低生产。
（2）出料浓度、换热器面积、闪蒸级数对蒸发系统高效稳定的运行有重要影响，因此，在具体生产过程中，要根据氧化铝生产实际情况合理调整出料浓度、换热器面积、闪蒸级数。
（3）溶液系统、蒸汽系统、水系统是拜耳法生氧化铝蒸发系统的主要流程，任何一个系统发生问题，都会对氧化铝生产效率和能耗造成不同程度的影响，因此，选择正确的流程对降低能耗、提高生产效率有着关键作用。
参考文献：
[1]刘有奇.提高管式降膜蒸发器在拜耳法生产氧化铝中的运行效率[J].中国有色冶金，2017，46（04）：55-58.
[2]田金隆.拜耳法氧化铝生产中的水循环和水平衡[J].轻金属，2017（03）：18-21.
[3]李荣华.多级闪蒸技术在氧化铝生产中应用分析[J].轻金属，2016（06）：13-15.
论文作者:文强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/23
标签：氧化铝论文; 系统论文; 蒸汽论文; 闪蒸论文; 溶液论文; 拜耳论文; 流程论文; 《基层建设》2018年第4期论文;