氧化鋁礦漿磨節(jié)能技術(shù)改造

王 磊 苗 濤

(中鋁山東有限公司， 山東 淄博 255052)

0 前言

隨著國(guó)內(nèi)鋁行業(yè)的發(fā)展，各企業(yè)都在引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備或?qū)ΜF(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。礦漿制備是氧化鋁生產(chǎn)的主要工序之一。在礦漿制備工序中，普遍采用球磨機(jī)或管磨機(jī)進(jìn)行礦漿磨制。由于球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率很大，一般都在1 000 kW以上，整個(gè)礦漿制備工序電耗巨大。因此，改進(jìn)磨機(jī)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化磨礦工藝，提高磨礦效率，對(duì)于降低磨礦電耗和生產(chǎn)成本具有重要意義。

1 礦漿粒度對(duì)溶出率的影響

鋁土礦溶出過程中，由于溶出條件及礦石特性等因素的影響，礦石中的氧化鋁無(wú)法完全進(jìn)入溶液。實(shí)際反應(yīng)后進(jìn)入到鋁酸鈉溶液中的氧化鋁與鋁土礦中氧化鋁的總量之比，就是氧化鋁的溶出率[1]。從理論上講，在其他條件相同時(shí)，礦漿粒度越細(xì)，其表面積就越大，礦石與溶液的接觸面積就越大，溶出效果就越好。但礦漿粒度過細(xì)，一方面會(huì)增加生產(chǎn)成本、降低生產(chǎn)效率；另一方面會(huì)使溶出赤泥變細(xì)，不利于后續(xù)分離沉降的進(jìn)行[2]。因此，將礦漿細(xì)度控制在合適的范圍內(nèi)在氧化鋁生產(chǎn)中具有重要意義。山東某鋁公司甲氧化鋁廠磨礦粒度控制在100#篩篩上(+150 μm)20%～30%，乙氧化鋁廠控制在30%～40%，丙氧化鋁廠的磨礦粒度按照50#篩篩上(+300 μm)35%來(lái)控制，其溶出率都能滿足生產(chǎn)需要。據(jù)此對(duì)礦石進(jìn)行系統(tǒng)溶出實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1～2。

表1 甲氧化鋁廠使用進(jìn)口礦A不同磨礦粒度的溶出結(jié)果

從表1可以看出，礦漿磨礦粒度+150 μm從36%到60%，對(duì)溶出率幾乎沒有影響；從表2可以看出，礦漿磨礦粒度+150 μm從40%到70%對(duì)溶出率的影響也很小，+150 μm達(dá)到76%時(shí)溶出率下降明顯。在實(shí)驗(yàn)室篩上76%的礦樣很難制備，磨出礦樣粗細(xì)不一致，粒度不均勻，在一定程度上也會(huì)影響溶出率。因此，實(shí)際生產(chǎn)中在保證溶出率不過分降低的前提下可適當(dāng)放粗礦漿粒度，但即使放粗粒度也要保證粒度分布的均勻性，如果磨得粗細(xì)不均勻，也會(huì)影響溶出率，同時(shí)也會(huì)影響沉降效果。在保證溶出率的條件下，通過放寬磨礦粒度可以提高磨機(jī)產(chǎn)能，降低電耗。

表2 乙氧化鋁廠使用進(jìn)口礦B不同磨礦粒度的溶出結(jié)果

2 提高礦漿磨產(chǎn)能的改進(jìn)措施

2.1 優(yōu)化管磨機(jī)研磨體

在管磨機(jī)磨制礦漿時(shí)，磨體的填充率是影響磨礦效率的關(guān)鍵因素之一，經(jīng)過長(zhǎng)期生產(chǎn)探索，研磨體填充率控制在26%～28%較為合適[3]。某氧化鋁廠礦漿磨共有3個(gè)倉(cāng)，礦石從一倉(cāng)進(jìn)料，三倉(cāng)出料。由于各倉(cāng)物料的粒度差別較大，一般采用多級(jí)配球方法，球徑由各倉(cāng)較大顆粒的礦石直徑?jīng)Q定，一般按照28d選取(其中d為礦石粒徑)，每倉(cāng)研磨體級(jí)配按照三級(jí)選取，每級(jí)球徑相差10 mm。合理選取研磨體的填充率和級(jí)配可以使磨機(jī)產(chǎn)能提高11%左右，對(duì)于降低礦漿磨球耗和礦漿磨成本意義重大[4]。配球級(jí)配的簡(jiǎn)便方式見表3。

表3 礦漿磨各倉(cāng)的配球級(jí)配方式

另外，根據(jù)物料的屬性，確定研磨體的直徑也是至關(guān)重要的一步，根據(jù)不同直徑的鋼球可確定不同的作用，見表4。

表4 不同規(guī)格研磨球的作用

2.2 優(yōu)化襯板

管磨機(jī)襯板可調(diào)整研磨體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使研磨體在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中機(jī)械能得到充分利用。襯板有多種形式，根據(jù)其外形和功能可分為平襯板、壓條襯板和凸棱襯板，各襯板的特點(diǎn)見表5。通過對(duì)襯板特性進(jìn)行分析，結(jié)合凸棱襯板和壓條襯板的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)新型襯板，如組合式襯板和波紋襯板。

表5 不同類型襯板的特點(diǎn)

2.2.1 組合式襯板

組合式襯板是由提球襯板與壓條襯板變形而來(lái)，把壓條進(jìn)行分離，通過螺栓把提球襯板鑲嵌在平襯板上，并與磨體連接在一起，其斷面圖如圖1所示。提球襯板可根據(jù)研磨體大小外形單獨(dú)設(shè)計(jì)，以提高襯板提球效率。在運(yùn)行過程中，一般提球襯板磨損較快，可以快速進(jìn)行更換；平襯板磨損較慢，可以多次重復(fù)使用，降低使用成本。組合式襯板具有帶球性能好、破碎研磨性能好、檢修更換方便、使用費(fèi)用低等特點(diǎn)。管磨機(jī)一倉(cāng)、二倉(cāng)采用組合式襯板。

圖1 組合式襯板斷面圖

2.2.2 波紋襯板

波紋襯板是把凸棱變?yōu)閳A弧形使其平滑，并增加了波紋的數(shù)量，使其提球高度降低、提球量增加，斷面圖如圖2所示。磨機(jī)三倉(cāng)多采用波紋型襯板，以提高其研磨能力，但破碎能力弱，因此適用于磨機(jī)尾倉(cāng)部位。

圖2 波紋襯板斷面圖

本次優(yōu)化是把波紋襯板安裝到三倉(cāng)使用，可使管磨機(jī)研磨能力提高10%。在磨制工序中，管磨機(jī)可在粗磨倉(cāng)室內(nèi)使用組合式襯板，配合直徑較大的鋼球初期具有破碎能力。在細(xì)磨倉(cāng)內(nèi)使用波紋襯板配合鍛型研磨體進(jìn)行細(xì)磨，達(dá)到較好的粒度分布效果。

2.3 優(yōu)化隔倉(cāng)板

管磨機(jī)分為三倉(cāng)結(jié)構(gòu)，倉(cāng)與倉(cāng)之間通過隔倉(cāng)板分開，隔倉(cāng)板上布滿篩孔，其篩孔有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種為同心圓型，另一種為徑向分布形式的長(zhǎng)條孔，具有切割流線的性能。 當(dāng)孔徑相同時(shí)，同心圓形孔過料能力更強(qiáng)；而長(zhǎng)條孔過料能力較弱，具有阻止大顆粒通過的特性。針對(duì)隔倉(cāng)板的特性，一倉(cāng)、二倉(cāng)之間的隔倉(cāng)板的篩孔為同心圓型，間距為15～18 mm，有利于礦漿過料；二倉(cāng)、三倉(cāng)隔倉(cāng)板篩孔為徑向分布形式的長(zhǎng)條孔，間距為13～15 mm，能有效阻止大顆粒通過，從而保證礦漿粒度合格。目前磨機(jī)內(nèi)礦漿流量在250 m3/h以上，其間隔倉(cāng)縫隙阻礙礦漿的通過，造成一倉(cāng)液位較高、倒料嚴(yán)重，同時(shí)一倉(cāng)內(nèi)礦石較多，造成滿磨現(xiàn)象，使鋼球的破碎性能降低，產(chǎn)能降低。

根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化隔倉(cāng)板結(jié)構(gòu)，隔倉(cāng)板縫隙間距為一道篩板孔徑23～40 mm，二道篩板孔徑為20～25 mm，以用來(lái)增加礦漿的通過能力，進(jìn)而提高產(chǎn)能。隔倉(cāng)板間距優(yōu)化前后產(chǎn)能對(duì)比見表6。

表6 隔倉(cāng)板間距優(yōu)化前后產(chǎn)能對(duì)比

2.4 優(yōu)化旋流器

礦石經(jīng)礦漿磨粉碎后，與調(diào)配液摻配成為礦漿，再經(jīng)旋流器進(jìn)行篩分；旋流器溢流進(jìn)入溶出器，底流返回礦漿磨重新研磨。某鋁業(yè)公司對(duì)旋流器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用新型蝸殼形預(yù)沉降水力旋流器，傳統(tǒng)旋流器和預(yù)沉降旋流器結(jié)構(gòu)如圖3～4所示。預(yù)沉降旋流器與傳統(tǒng)旋流器相比具有減少設(shè)備磨損和能耗、減少溢流跑粗顆粒、優(yōu)化溢流粒度等優(yōu)點(diǎn)。新型蝸殼形預(yù)沉降水力旋流器的特點(diǎn)如下：

圖3 傳統(tǒng)旋流器

1)物料進(jìn)料流道設(shè)計(jì)成蝸殼形狀，進(jìn)入旋流器流道長(zhǎng)，物料在進(jìn)料體內(nèi)獲得一個(gè)比較高的向心力和加速度，較大顆粒提前進(jìn)行分離，提高了旋流器的分級(jí)效率。

圖4 預(yù)沉降水力旋流器

2)選用更加合理的旋流器底流口，可以更好地優(yōu)化底流排口物料粒度及旋流器的返砂比，提高分級(jí)效率，從而使旋流器更加穩(wěn)定高效，旋流器的循環(huán)負(fù)荷通常在1.5～2.5 kPa。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤測(cè)定，結(jié)合長(zhǎng)磨的特點(diǎn)，其返砂比控制在20%～30%，可以在保證產(chǎn)品粒度的基礎(chǔ)上，降低循環(huán)負(fù)荷，使磨機(jī)達(dá)最佳狀態(tài)[5]。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 降低電耗

某鋁業(yè)公司對(duì)礦漿磨系統(tǒng)實(shí)施改進(jìn)之前，礦漿磨電耗約25 kWh/t-AO，經(jīng)過以上系統(tǒng)優(yōu)化，在產(chǎn)量不變的情況下，礦漿磨電耗降低至22.3 kWh/t-AO。電單價(jià)按0.54元/kWh計(jì)算，則一個(gè)年產(chǎn)100萬(wàn)t的氧化鋁廠可降低用電費(fèi)用約(25-22.3)×100×0.54=145.8萬(wàn)元。

3.2 其它效益分析

1)礦漿粒度合理調(diào)正后，沉降性能改善，使得粗液浮游物含量從0.23 g/L降低至0.18 g/L以下，從而使得粗液精制過程中，助濾劑石灰乳的消耗減少。

2)沉降性能改善后，洗滌效果也隨之提高，附損降低，由優(yōu)化前的19 kg/t-AO將至優(yōu)化后的13 kg/t-AO。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要分析了影響磨機(jī)產(chǎn)能的各種因素，通過優(yōu)化礦漿磨中的研磨體、襯板、隔倉(cāng)板等部件并改進(jìn)旋流器結(jié)構(gòu)，提高了磨機(jī)產(chǎn)能，優(yōu)化了礦漿粒度，并降低了磨礦單位電耗。通過上述技改后，磨機(jī)產(chǎn)能提高了10%左右，降低礦漿成本8%左右，具有很大的推廣價(jià)值。當(dāng)前受疫情和潛在經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，氧化鋁行業(yè)再次進(jìn)入低迷期，因此必須不斷開發(fā)設(shè)備節(jié)能技術(shù)，以最小的能耗去獲得系統(tǒng)的最大效益，氧化鋁企業(yè)才能增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，在動(dòng)蕩的市場(chǎng)環(huán)境中存活下去。