關于氧化鋁、電解鋁生產(chǎn)技術探析論文
論文摘要:介紹了氧化鋁、電解鋁的冶煉技術，并闡述了其存在的問題及發(fā)展動向。
論文關鍵詞:鋁冶煉；技術現(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429萬t，鋁錠283萬t，我國已成為世界鋁生產(chǎn)和消費的大國。這一成績的取得，與科技的貢獻是不可分的。
一、氧化鋁生產(chǎn)技術
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，國內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)大多采用混聯(lián)法，此外，還有拜耳法和燒結法。
（一）氧化鋁生產(chǎn)技術
1、拜耳法強化溶出技術，包括管道化溶出、單管預熱—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，該技術將選礦技術和拜耳法有機結合，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，包括礦山塊礦石及進廠碎礦石均化，多碎少磨提高了磨礦效率，降低了磨礦成本；
4、燒結法熟料燒成強化技術，包括高品位鋁土礦強化燒結技術、鋁土礦浮選精礦強化燒結技術、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、單槍喂料；
5、燒結法熟料溶出技術，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，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，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，包括連續(xù)碳酸化分解、4400m3大型平底分解槽、245m2立盤過濾機、51m2水平盤式過濾機、270m2大型板式換熱器、27m2水平帶式真空過濾機；
9、赤泥分離技術，包括絮凝沉降分離、42m×6m大型鋼索扭矩沉降槽、 100m2輥子卸料真空轉鼓過濾機、385m2單筒凱利葉濾機；
10、蒸發(fā)技術，包括降膜蒸發(fā)器，高效閃蒸器等。
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1、能耗高
由于混聯(lián)法既有完整的拜耳法系統(tǒng)，又有完整的燒結法系統(tǒng)，流程異常復雜。接踵而來的是能耗很高，就是處理鋁硅比約為10的優(yōu)質礦石，能耗仍高達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)濟的拜耳法比例減少，昂貴的燒結法比例增加，能耗還要增加。
2、產(chǎn)品質量不高，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，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)大型預焙槽的要求，還要加快砂狀氧化鋁的開發(fā)。
3、原料質量差、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，已經(jīng)完成了工業(yè)試驗，形成了一套完整的工藝路線，“十一五”期間要加快該技術的產(chǎn)業(yè)化，并開展鋁土礦的反浮選技術研究。
2、強化和革新現(xiàn)有生產(chǎn)方法
溶出是拜耳法的關鍵工序。我國現(xiàn)在已經(jīng)有了3種強化溶出技術：管道化溶出；單管預熱—高壓釜溶出；停留罐溶出。
應該在總結生產(chǎn)實際效果的基礎上，盡快推廣應用。
首先強化熟料燒結過程，如降低燒成溫度，改變供料方式，改進窯體結構等，其次是提高溶液濃度，強化濕法各工序。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)技術的攻關，提高我國氧化鋁產(chǎn)品質量
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)砂狀氧化鋁的技術難度較大。“ 十一五”期間要重點解決鋁酸鈉溶液分解過程粒子成核控制技術、鋁酸鈉溶液分解過程產(chǎn)品粒度控制技術、鋁酸鈉溶液分解過程產(chǎn)品強度控制技術和添加劑強化分解技術等。通過科技攻關，形成一套適合我國砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術。
4、加快氧化鋁技術成果的產(chǎn)業(yè)化
加快石灰拜耳法、雙流法新技術、間接加熱連續(xù)脫硅、高效沉降槽、降膜蒸發(fā)技術等技術在氧化鋁生產(chǎn)過程中的產(chǎn)業(yè)化應用，進一步降低生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本。
二、電解鋁生產(chǎn)技術
目前鋁全部采用熔鹽電解方法生產(chǎn)，其生產(chǎn)設備從較早的單一側插自焙槽，發(fā)展到擁有側插自焙、上插自焙、預焙槽等各種槽型。
我國已完成了180kA、280kA和320kA的現(xiàn)代化預焙槽的工業(yè)試驗和產(chǎn)業(yè)化。以節(jié)能增產(chǎn)和環(huán)保達標為中心的技術改進與改造，促進自焙槽生產(chǎn)技術向預焙槽轉化，獲得了巨大成功。我國已經(jīng)成為大型預焙槽開發(fā)的先進國家。
（一）電解鋁所取得的主要技術成績
1、計算機控制技術
目前我國主要電解鋁廠均采用了計算機控制。自適應控制技術、模糊控制技術和智能模糊控制技術的開發(fā)應用使噸鋁節(jié)電在100kW·h左右。
2、電解槽結構的改進
電解槽結構的改進已先后完成了槽殼結構的改進、槽底保溫結構的改進、陰極結構及材料的改進、陽極系統(tǒng)的改進和點下料系統(tǒng)的試驗和應用。
3、采用添加劑
電解質中添加氟化鎂、氟化鋁和鋰鹽等物質可以改善電解質的某些物化性能，從而提高電解過程中電流效率(約2％左右)。降低電解成本。在電解質中加入添加劑目前已被廣泛應用。
�。ǘ┐嬖诘募夹g問題
1、 鋁電解槽壽命短
現(xiàn)在國際上的大型預焙鋁電解壽命在7年以上，有的已達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)實踐，采取了一系列技術措施，基本克服了電解槽早期破損問題，但槽壽命仍與世界先進水平差距較大。
2、整體機械化裝備水平尚待提高
盡管我國在鋁電解生產(chǎn)實踐中研究開發(fā)了一系列專用設備，如多功能聯(lián)合機組、地爬打殼機、筒式下料器等，但與國際先進水平相比，機械化裝備水平尚需進一步提高，主要表現(xiàn)在：
�。�1）國產(chǎn)多功能聯(lián)合機組故障頻繁，制造質量還不高，關鍵部件需要進一步開發(fā)，如扭拔機構，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)象嚴重，多功能機組受料問題需改進提高；對閘刀式下料和插板式下料裝置應改造成點式下料。
（3）與工藝操作相配套的設備需研究開發(fā)，如出鋁及清理抬包的機械化，與電子計算機控制相適應的打殼下料電磁閥的質量及工作性能提高等。
（4）保證大型預焙鋁電解槽生產(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備需開發(fā)，如陽極更換設備，要求不僅能準確地拆卸和安裝，而且在更換時能處理殘極周圍的結殼及掉入槽中的`電解質塊，現(xiàn)場衛(wèi)生清理設備及電解槽一系列技術測試設備等。
3、自動控制水平尚待進一步提高
盡管我國大部分鋁電解廠采用了電解槽槽控技術，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，與計算機控制技術相配套的設備故障較多以及綜合的動態(tài)研究不充分等。
�。ㄈ╀X電解技術的發(fā)展
1、完善大型預焙槽技術
在現(xiàn)有開發(fā)成功的180kA、280kA和320kA大型預焙槽的基礎上，逐步完善。使其各項技術指標進一步提高，達國際領先水平。
2、自焙槽改造技術
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)濟狀態(tài)，在短期內(nèi)全部淘汰是不可能的，因此，對自焙槽進行技術改造是勢在必行的。
總之，我國鋁冶煉技術水平近些年來得到了迅速的發(fā)展，縮短了與發(fā)達國家的差距，但我們還應該看到，我國加入WTO，鋁冶煉工業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，加快技術進步，提高鋁冶煉企業(yè)的競爭力是我們迫切的任務。
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