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文檔簡介
1、<p> 鋁產業(yè)及其廢物的處理</p><p><b> 緒論</b></p><p> 鋁是一種常見的金屬,那么它是如何制取得到的呢?通常將鋁土礦通過拜耳法得到氧化鋁,又將氧化鋁電解得到金屬鋁。生產氧化鋁有拜耳法、燒結法、串聯法、并聯法幾種,那么它們各自都有什么優(yōu)缺點呢?有什么可以改進的辦法呢?生產電解鋁有分自配槽和預配槽,它們又如何改進呢?不管生產
2、氧化鋁還是生產電解鋁都會有廢物排出,那么我們又該當如何去減少廢物的排出量和回收再利用這些廢物呢?本文著重對以上問題作了詳細的闡述。</p><p> 水是生命之源,但隨著工業(yè)的飛速發(fā)展,其受到了嚴重的污染,而生產氧化鋁所排出的廢水含有氫氧化鈉等堿性物質,不僅使廢水含堿度升高,影響再生水回用,同時也造成了大量的堿損失。就此問題筆者大膽提出了氧化鋁廢水“零排放”技術改造方案,可以有效的解決這些問題。</p&g
3、t;<p><b> 第一章.鋁與氧化鋁</b></p><p><b> 1.鋁</b></p><p> Al,鋁為銀白色輕金屬,有延展性。商品常制成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀。在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱能猛烈燃燒,并發(fā)出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫
4、氧化鉀溶液,不溶于水。相對密度2.70。熔點660℃。沸點2327℃。以其輕、良好的導電和導熱性能、高反射性和耐氧化而被廣泛使用。做日用皿器的鋁通常叫“鋼精”或“鋼種”。 </p><p> 由于鋁的活潑性強,不易被還原,因而它被發(fā)現的較晚。1854年,德國化學家德維爾利用鈉代替鉀還原氯化鋁,制得成錠的金屬鋁。</p><p> 鋁是活潑金屬,在干燥空氣中鋁的表面立即形成厚約50埃的致
5、密氧化膜,使鋁不會進一步氧化并能耐水;但鋁的粉末與空氣混合則極易燃燒;熔融的鋁能與水猛烈反應;高溫下能將許多金屬氧化物還原為相應的金屬;鋁是兩性的,即易溶于強堿,也能溶于稀酸。</p><p><b> 2.氧化鋁</b></p><p> Al2O3,,故稱三氧化二鋁,分子量102,通常稱為“鋁氧”,是一種白色無定形粉狀物,俗稱礬土。性狀:難溶于水的白色固體,無
6、臭、無味、質極硬,易吸潮而不潮解。兩性氧化物,能溶于無機酸和堿性溶液中,幾乎不溶于水及非極性有機溶劑。相對密度(d204)4.0,熔點約2000℃。</p><p> 氧化鋁是將鋁礬土原料經過化學處理,除去硅、鐵、鈦等的氧化物而制得,是純度很高的氧化鋁原料,Al2O3含量一般在99%以上。礦相是由40%~76%的γ- Al2O3和24%~60%的α- Al2O3組成。γ- Al2O3于950~1200℃可轉變?yōu)?/p>
7、α- Al2O3(剛玉),同時發(fā)生顯著的體積收縮。</p><p><b> 3.氫氧化鋁</b></p><p> Al(OH)3,是鋁的氫氧化物。是一種堿,由于又顯一定的酸性,所以又可稱之為鋁酸(H3AlO3),但實際與堿反應時生成的是偏鋁酸鹽,因此通常在把它視作一水合偏鋁酸(HAlO2?H2O)。按用途分為工業(yè)級和醫(yī)藥級兩種。</p><
8、p> 第二章. 氧化鋁生產技術與改進</p><p> 我國鋁土礦資源絕大多數為一水硬鋁石,由于我國鋁土礦資源的這一顯著特點,國內氧化鋁生產大多采用混聯法,此外,還有拜耳法和燒結法。</p><p> 1.氧化鋁生產技術 </p><p> ?。?)、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、混聯法中的拜耳法不平衡溶出、
9、新型高壓隔膜泵; </p><p> ?。?)、一水硬鋁石選礦一拜耳法生產氧化鋁技術,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成本; </p><p> ?。?)、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; </p><p> (4)、燒結法熟料燒成強化技術,包
10、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; </p><p> (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; </p><p> ?。?)、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; </p>
11、<p> ?。?)、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; </p><p> ?。?)、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; </p><p> ?。?)、赤泥分離技術,包括絮凝沉降分離、Φ42m×6m大型鋼索
12、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; </p><p> (10)、蒸發(fā)技術,包括降膜蒸發(fā)器,高效閃蒸器等。</p><p> 2.存在的主要問題 </p><p><b> ?。?)、能耗高 </b></p><p> 由于混聯法既有完整的拜耳法系統,又有完整的燒結法系統,流
13、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。 </p><p> ?。?)、產品質量不高,多為中間狀氧化鋁 </p><p> 目前國內冶金級氧化鋁產品多為中間狀氧化鋁,產品粒度較細,產品的磨損指數較大,要很好滿足現代電解鋁
14、工業(yè)大型預焙槽的要求,還要加快砂狀氧化鋁的開發(fā)。 </p><p> (3)、原料質量差、鋁土礦A/S低 </p><p> 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,這給氧化鋁生產帶來了困難。</p><p> 3.氧化鋁冶煉技術的發(fā)展方向 </p><p> ?。?)、加速鋁土礦選礦
15、工藝的產業(yè)化步伐 </p><p> 鋁土礦選礦工藝研究通過“十五”科技攻關,已經完成了工業(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業(yè)化,并開展鋁土礦的反浮選技術研究。 </p><p> ?。?)、強化和革新現有生產方法 </p><p> 溶出是拜耳法的關鍵工序。我國現在已經有了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
16、溶出。 </p><p> 應該在總結生產實際效果的基礎上,盡快推廣應用。 </p><p> 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中貯存液量最多,時間最長的工序,它的強化必將顯著
17、提高工廠的生產能力。 </p><p> ?。?)、加快砂狀氧化鋁生產技術的攻關,提高我國氧化鋁產品質量 </p><p> 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品粒度控制技術、鋁酸鈉溶液分解過程產品強度控
18、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技術。 </p><p> (4)、加快氧化鋁技術成果的產業(yè)化 </p><p> 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過程中的產業(yè)化應用,進一步降低生產能耗和生產成本。 </p><p> 第三章. 電解鋁生產技術</p>
19、;<p> 電解鋁就是通過電解得到的鋁?,F代電解鋁工業(yè)生產采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。熔融冰晶石是溶劑,氧化鋁作為溶質,以碳素體作為陽極,鋁液作為陰極,通入強大的直流電后,在950℃-970℃下,(950℃以上有可能形成熱槽)在電解槽內的兩極上進行電化學反應,即電解。目前鋁全部采用熔鹽電解方法生產,其生產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。 </p><p&g
20、t; 我國已完成了180kA、280kA和320kA的現代化預焙槽的工業(yè)試驗和產業(yè)化。以節(jié)能增產和環(huán)保達標為中心的技術改進與改造,促進自焙槽生產技術向預焙槽轉化,獲得了巨大成功。我國已經成為大型預焙槽開發(fā)的先進國家。</p><p> 1.電解鋁所取得的主要技術成績 </p><p> (1)、計算機控制技術 </p><p> 目前我國主要電解鋁廠均采用了
21、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。 </p><p> (2)、電解槽結構的改進 </p><p> 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、陽極系統的改進和點下料系統的試驗和應用。 </p><p> (3)、采用添加劑 </p>&
22、lt;p> 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。</p><p> 2.存在的技術問題 </p><p> (1)、 鋁電解槽壽命短 </p><p> 現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
23、均壽命僅4年左右。盡管經過幾年的生產實踐,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。 </p><p> (2)、整體機械化裝備水平尚待提高 </p><p> 盡管我國在鋁電解生產實踐中研究開發(fā)了一系列專用設備,如多功能聯合機組、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,主要表現在: </p>
24、<p> 第一國產多功能聯合機組故障頻繁,制造質量還不高,關鍵部件需要進一步開發(fā),如扭拔機構,空壓系統及電氣控制部分。 </p><p> 第二相配套的供料系統和槽上部下料系統跑、冒、漏現象嚴重,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。 </p><p> 第三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
25、制相適應的打殼下料電磁閥的質量及工作性能提高等。 </p><p> 第四保證大型預焙鋁電解槽生產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。 </p><p> 第五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
26、槽中的電解質塊,現場衛(wèi)生清理設備及電解槽一系列技術測試設備等。 </p><p> (3)、自動控制水平尚待進一步提高 </p><p> 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,主要表現在控制電解槽生產過程的信息取樣不完整,電解槽專家系統不完備,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。</p>
27、<p> 3.鋁電解技術的發(fā)展 </p><p> (1)、完善大型預焙槽技術 </p><p> 在現有開發(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。 </p><p> (2)、自焙槽改造技術 </p><p> 自焙槽目前約占我國鋁的總產能的一
28、半左右,鑒于我國目前的經濟狀態(tài),在短期內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。 </p><p> 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。 </p><p> 第四章.氧化鋁廢水“零排放”</p><
29、;p> 1. 氧化鋁廢水的來源及特征 </p><p> 氧化鋁廠外排廢水主要來源于生活污水(澡堂、廁所、宿舍、辦公室排水)、生產廢水(沖洗地坪、設備等)、設備冷卻水、雨排水、外單位排水(熱電廠軟水站排水及沖灰渣水、輕研所排水等)、工藝管道及設備的跑、冒、滴、漏等;具有總排水量大、不穩(wěn)定的特點;其主要污染因子為懸浮物(200~500mg/l);堿(PH值達8~12)。</p><p&
30、gt;<b> 2.技術改造方案 </b></p><p> (1)治理污染源,對重點車間設備進行防跑堿改造,以降低廢水含堿濃度;(2)對水質要求高的設備冷卻水,采用自身循環(huán),以減少廢水排放量;而對水質要求不高的設備冷卻水、有條件的生產用水點等,全部使用再生水代替工業(yè)新水;(3)充分利用赤泥回水、蒸發(fā)壞水代替工業(yè)新水,并保證赤泥回水量≥赤泥附液量;(4)根據生產實際情況,采用經濟實用的方
31、法進行廢水處理。</p><p> 2.1抓源治本,降低廢水含堿濃度</p><p> 在氧化鋁生產過程中,難免有高濃度的含堿廢水進入排水系統,使廢水含堿度升高,影響再生水回用。因此,加強和完善管理及設備維護,對重點車間進行防跑堿設施改造,是降低外排廢水含堿濃度的關鍵。首先在工藝上采用新工藝、新技術(如水泵采用先進的機械密封替代傳統的填料密封,用密封性能較好的漿液閥、注塞閥替代傳統的閘
32、閥、截止閥等);其次對各生產車間大型槽罐(如沉降槽等)增設防跑堿圍子,將泄漏的高濃度含堿污水引入污水槽后再返回工藝流程,有效的防止堿液外泄。</p><p> 2.2完善改造部分設備冷卻水,減少廢水排放量</p><p> 對水質要求較高的回轉窯托輪、排風機、煤磨、格子磨、管磨、溶出磨等設備冷卻水,原設計均用工業(yè)新水冷卻后直接排放(排水量100~200 m3/h)。為減少廢水排放量,進
33、行相應的改造。</p><p> 2.2.1窯磨循環(huán)水系統的改造</p><p> 針對燒成車間煤磨、排風機、燒成窯托輪以及熟料溶出磨、配料格子磨、管磨等設備相對集中的特點,將這些設備的冷卻水集中回收循環(huán)使用,形成獨立的窯磨循環(huán)水系統,有利于管道鋪設和經濟運行。</p><p> 2.2.2焙燒窯托輪、風機冷卻水改造</p><p>
34、 焙燒車間焙燒窯托輪、風機冷卻水耗水量約40~80 m3/h,由于采用單一水源——工業(yè)新水供水,一旦發(fā)生停水事故,焙燒窯就停運。根據生產實際情況,充分利用現有空壓循環(huán)水系統的富余能力供水,將焙燒窯托輪、風機冷卻水納入空壓循環(huán)水系統,不增加水泵開啟臺數,而且改造時保留原有工業(yè)水供水流程,形成雙水源供水,不僅減少了廢水的排放量,而且提高了供水的可靠性,保證了焙燒窯可靠穩(wěn)定地運行。</p><p> 3.充分利用赤泥
35、回水</p><p> 由于氧化鋁生產過程中排出的赤泥帶有一定數量的附著液,隨赤泥排至赤泥堆場的水量約為140m3/h,只有將赤泥的附著液全部回收利用,才能達到真正意義的“零排放”。經過增設赤泥回水中間加壓及大力開發(fā)赤泥回水利用等技術改造項目的實施,使赤泥回水用量逐年增加,現回用量已達180~220m3/h,達到了完全回收赤泥附液的目的,不僅節(jié)約了大量新水,同時還可回收大量的堿和氧化鋁。</p>
36、<p><b> 參考文獻</b></p><p> 1.陳聰.氧化鋁生產設備.北京:冶金工業(yè)出版社,2006</p><p> 2.王捷.氧化鋁生產工藝.北京:冶金工業(yè)出版社,2006</p><p> 3.王捷.電解鋁生產工藝與設備.北京:冶金工業(yè)出版社,2006</p><p> 4.王明海.冶
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