摘要：拜耳法氧化铝生产中能耗大约占生产成本的30%，随着能源价格不断上涨，节能降耗就成为降低氧化铝生产成本的重要途径之一。2010年前中国一水硬铝石拜耳法生产氧化铝的综合能耗通常在10～13GJ/t－Al2O3，近几年来中国氧化铝行业在节能降耗上取得了一定的成果，一些设计新建采用一水硬铝石矿生产的氧化铝厂，氧化铝综合能耗已经降到了9.5GJ/t－Al2O3以下，处于世界同类型企业的领先水平。目前，氧化铝工艺的优化设计已经逐步在国内氧化铝行业中得到应用，也成为了企业降本增效的必要条件和措施。如何降低新建和已有氧化铝厂的生产能耗和成本，工艺优化设计将成为关键因素，也将成为未来氧化铝技术发展的方向和趋势。
关键词：氧化铝生产系统；节能降耗；优化设计
1氧化铝工艺能耗分析及节能降耗方向
1.1氧化铝工艺能耗分析
在拜耳法生产氧化铝过程中，工艺能耗主要由蒸汽、电力、水、压缩空气和焙烧燃料组成，其中蒸汽、电力和焙烧燃料3项占工艺能耗约95%，氧化铝系统节能降耗的关键就在于如何尽可能地降低这3项能耗。目前我国氧化铝工艺设计中焙烧炉均采用流态化焙烧炉，其中比较先进的焙烧炉能耗也已降至2.9GJ/t－Al2O3以下，再继续降低能耗的空间不大，因此进一步降低蒸汽和电力的消耗也就成为优化设计节能降耗的研究方向。
1.2氧化铝节能降耗方向
1.2.1蒸汽能耗分析及节能降耗方向
在氧化铝生产系统中蒸汽的消耗是最大的能耗介质，全厂蒸汽主要是用于溶出矿浆的加热和分解母液的蒸发浓缩，另外预脱硅矿浆的加热、全厂用热水的加热、各工序的化学清洗液加热等也需要消耗蒸汽。溶出工序的蒸汽消耗是氧化铝系统蒸汽的主要消耗，对于一水硬铝石矿生产氧化铝，溶出汽耗在1.50～1.75t/t－Al2O3，而蒸发等其它工序汽耗约在0.5～0.75t/t－Al2O3。近年来，高温高压溶出技术有了较大的改进和优化，采用全管道化溶出技术已经大大提高了换热效率，使得溶出的实际汽耗已经十分接近理论值，因此，对于溶出工序进一步降低汽耗的措施应该是提高相对溶出率从而提高全厂循环效率，同时减少蒸汽输送过程的损失，这是溶出工序进一步节能降耗的有效途径和方向。蒸发的汽耗也是氧化铝系统能耗较大的一个工序，目前氧化铝行业应用最广泛的是六效逆流降膜蒸发技术，其蒸发汽水比一般可达到0.24t－汽/t－水以下，近年来新型的七效逆流降膜蒸发技术也开始逐渐使用，其汽水比可降至0.2t－汽/t－水以下。因此，对于蒸发工序进一步降低汽耗的措施主要是采用新型节能蒸发技术，并充分回收乏汽余热，以及减少蒸汽输送过程的损失，这是蒸发工序进一步节能降耗的有效途径和方向。
1.2.2电耗分析及节能降耗方向
在氧化铝生产系统中电耗是第三大能耗，对于国内的一水硬铝石拜耳法氧化铝厂，其工艺电耗约在220～260kwh/t－Al2O3，工艺电耗主要是氧化铝生产系统各种设备用电，其中物料输送所耗电占整个电耗约80%以上。因此，降低电耗的有效措施要从降低生产系统小时物料流量减少输送设备用电负荷、采用合理的总图布局和车间配置整合以减少物料输送距离入手，这是进一步降低全厂工艺电耗的有效途径和方向。
2氧化铝节能优化技术的设计应用
2.1提高拜耳法循环效率
2.1.1溶出系统优化
（1）溶出温度的控制。脱硅矿浆经过九级自蒸发预热段，五级熔盐加热段，然后进入6台保温停留罐保温溶出；预脱硅温度100℃~105℃，预脱硅时间8-12小时；BWT1出口料温200℃~205℃；SWT5出口料温>~265℃以上，溶出ak1.48，溶出赤泥A/S-1.15；相对溶出率93%，优化溶出指标的重点是保持较低溶出赤泥A/S的同时，努力降低溶出ak。通常采取的措施是：提高溶出温度，延长溶出时间，调整矿石和碱液的配比及降低磨矿细度，保证系统换热效率。（2）石灰添加量。石灰添加量从原有的14%降低到9%，减少了石灰消耗的同时，降低了赤泥铝硅比，提高了溶出率。石灰量降低到7%~8%时，溶出率达到最高，再继续下降时，溶出率下降，找到合适的添加量，保证溶出率最高，根据溶出率计算合适的配碱量，保证溶出ak最低，从而提高循环效率。
2.1.2分解系统的优化，提高循环母液ak
（1）优化分解温度。优化分解槽温度梯度，分解槽有14台，首槽温度60℃±2，前三台恒温附聚，通过加入晶种在高温段附聚与长大，4#、5#、6#、7#、8#、9#槽通过螺旋板式换热器降低温度，槽子之间温差2℃，10#、11#、12#，13#、14#自然降温，减少细颗粒，末槽温度46℃。严格控制温度差，避免中间某两槽温差太大，温度均匀稳定降低。需要继续完善分解槽上螺旋板换热器。（2）保证分解首槽固含，通过简单的计算，根据精液量来加入氢氧化铝种子，保证首槽固含。（3）稳定分解时间：合理安排进料及出料流量，保证分解槽位稳定，以保证系统的平衡。（4）分解槽出料后移，分解12#槽和13#槽都能出料去旋流器。旋流器溢流去14#分解槽，14#槽去立盘过滤出氢氧化铝种子，底流去平盘过滤机。
2.2新型节能技术及大型设备的研发应用
新型节能技术和大型设备的研发应用使氧化铝工业节能降耗的水平更上一层楼。近年来，我国氧化铝行业研发了一些新型的节能技术，其中包括七效逆流降膜蒸发技术，其蒸发汽水比可达到0.18t－汽/t－水，比六效蒸发节约汽耗约20%以上，其节能效果明显，目前在我国某氧化铝厂已经建成投产，运行情况良好。设备大型化也是一种有效的节能途径，它可以减少设备数量和设备运行功率，如分解采用大型Φ18×42m的分解槽技术不仅减少了分解槽数量和投资，还可节约运行电耗，同样规模产能的分解系统，采用Φ18m大型分解槽技术可节约42%左右的电耗。另外，在蒸发工序各效蒸发器蒸汽管上采用新型的减温减压器，可减少蒸汽的过饱和度，提高蒸汽的热利用率，从而降低蒸发汽耗约5.3%。在氧化铝厂的各个循环水站采用新型的无电耗水能机，可取消原循环水站的输送泵，节约电耗约4.6kWh/t－Al2O3。
2.3总图布局节能优化设计
1)按照氧化铝工艺流程的特点，各个工艺车间可单向循环成“回”字形布置，避免物料流向出现往返和交叉，从而可减少物料输送的能耗。2)根据总图场地的高差，合理布局相邻车间，利用地势的高位差自压输送溶液和料浆，减少或取消输送泵，节约电耗。如预脱硅车间可布置在溶出高压隔膜泵车间的高处，分解槽可根据场地高差逐级布置等等。3)将热电站、溶出和蒸发车间布置在相邻附近，尽量减少蒸汽输送管线长度，可有效减少蒸汽管路损失，从而节约全厂汽耗。4)在保证消防安全的前提下，车间之间的间距尽可能减小，保证总图布局紧凑，缩小全厂占地面积，不仅可节约投资，还可以大大减少输送物料的能耗。
2.4车间配置整合节能优化设计
1)整合工序，减少车间数量，从而可减少动力输送设备，节约电耗。如将原料磨、预脱硅和高压泵房整合成一个原矿浆制备车间，将赤泥沉降、热水站、赤泥输送及絮凝剂制备整合成一个赤泥浆液处理车间，将蒸发、分解、焙烧等循环水整合成一个综合循环水系统等。2)根据工艺流程路线，将部分车间在空间高度上逐级配置，利用设备之间高位差自压输送物料，取消部分输送设备，节约电耗。如将成品过滤、控制过滤、排盐苛化、精液热交换上下分层配置成一个综合过滤车间，将种子过滤、母液浮游物回收配置在分解槽顶，集中成一个分解过滤车间等。
3结语
随着能源价格的上涨，氧化铝生产的节能降耗已成为未来氧化铝工业降本增效的重要措施之一，在现有氧化铝企业已有的生产指标下再进一步降低能耗已经成为未来氧化铝节能降耗研究的方向和趋势。分析氧化铝能耗分布，对整个氧化铝生产系统进行节能优化设计，可以有效地降低氧化铝生产系统的汽耗、电耗及综合能耗，也是进一步降低氧化铝企业生产成本的关键。
参考文献
[1]周发星.氧化铝生产过程能耗的分析[J].世界有色金属,2018(16):23+25.
[2]王宁.氧化铝生产技术的发展现状和未来趋势[J].冶金与材料,2018,38(04):90+92.
[3]卫学武.氧化铝生产技术的发展现状和未来趋势[J].中国高新区,2018(06):171.
[4]许文强,嫣艳,潘晓林,涂赣峰.中国氧化铝生产技术大型化发展现状与趋势[J].矿产保护与利用,2017(01):108-112+118.