氧化铝生产过程结疤的清除

摘 要：氧化铝生产结疤导致管道堵塞，使换热器的传热系数严重降低，降低设备产能，增加能耗，清理结疤既要花费大量的人力、物力、和财力。本文分析了结疤对氧化铝生产的危害及影响因素，提出了主要生产环节有效清除结疤的方法和防止结疤生成的措施。

关键词：氧化铝 结疤 危害 清除

1前言

制约氧化铝行生产设备产能和效率的一个重要因素就是生产过程中各个环节的结疤。结疤厚度达到1mm，所需热交换面积将增加一倍。而且结疤成分复杂并具有一定的硬度，难以清理，有些设备比如溶出管道、蒸发器等清理费用高，而且会降低设备的寿命。因此，我国氧化铝生产过程的结疤是一个不可忽视的问题。

2 结疤对生产的危害

2.1结疤对生产的危害

根据结疤的来源及其物理化学性质不同，可将结疤的矿物成份分为四大类：

（1）因溶液分解而产生，以Al（OH）3为主；

（2）由溶液脱硅以及铝土矿与溶液间反应而产生，如钠硅渣、水化石榴石等；（3）因铝土矿中含钛矿物在拜耳法高温溶出过程中与添加剂及溶液反应而生成。主要为钛酸钙和羟基钛酸钙；

（4）除上述三种以外的结疤成份，如一水硬铝石、铁矿物（铝针铁矿、赤铁矿、磁铁矿）、磷酸盐、含镁矿物、氟化物、及草酸盐等。这类结疤相对较少。

结疤的危害主要有三个方面：

（1）结疤使热交换设备的传热系数急剧下降，使得热能得不到有效利用，增加了能耗。据文献报导，当结疤厚度达1mm时，所需热交换面积将增加一倍。

（2）结疤使设备的有效容积缩小，使设备生产的效率降低，设备产能降低。

（3）清理结疤需要大量人力、物力。

3结疤产生的主要影响因素

3.1温度影响

我国一水硬铝石型铝土矿溶出时，结疤物质与温度的关系是：

170℃以下：主要结疤物质是钙霞石、水镁石，次要的是水合铝硅酸镁、钙钛矿；

160～240℃：主要结疤物质是水镁石、羟基钛酸钙，次要的是水合铝硅酸镁、钙钛矿、钙霞石；

220℃（240℃）以上，结疤较严重。主要结疤物质是钙钛矿，次要的是钙霞石、水合铝硅酸镁。

3.2矿石的物相组成

铝土矿的化学成分和矿物组成，会影响到结疤生成的温度范围、物质种类及含量。矿石中的SiO2，如果以高岭石形态存在，则会在170℃以下的低温区析出结疤；如果是以伊利石、叶蜡石、绿泥石等形态存在，则会在170～220℃大量析出结疤。

3.3石灰的添加

图3.1为不同温度下石灰添加量对结疤素的影响。随着石灰添加量的增加，在165～210℃范围内，结疤厚度较少，而在温度245～280℃范围内结疤厚度增加，产生这种现象的原因，主要是由于低、高温下生成的结疤物质种类不同，低温下主要是硅渣和镁渣结疤，高温下主要是钛渣结疤。

3.4溶液中Al2O3和SiO2浓度的影响

结疤速度随溶液中Al2O3浓度的增加而增加。大量研究表明（图3.2），溶液中SiO2浓度对结疤速度也有很大影响。在任何温度下，溶液中SiO2浓度增加，结疤加剧。溶液中Al2O3和SiO2浓度升高是结疤增加的主要原因，他们都有利于硅渣结疤和镁渣结疤的生成。

3.5矿浆流速的影响

矿浆流速大，紊乱程度进一步增加，晶核被紊乱的涡流冲离结疤表面，使结疤生长速度降低。在高流速下，矿浆中的固体粒子，还会将已生成的结疤冲刷掉。

4主要生产环节有效清除结疤方法

根据结疤成分和性质的不同，以及设备大小形状的差异，可以使用各种破坏及清除结疤的方法，总的可分为机械清除法、化学清除法、高压水清除法及热法。4.1原矿浆结疤的清除

原矿浆结疤主要是硫酸盐结疤以钾钠芒硝的形式析出，比较疏松。清理管道结疤是采用大锤敲击的方法；分级机是采用风镐来清理分级机叶片间的结疤，不能彻底清除管道和分级机上的结疤；建议利用大功率超声波清洗设备，或在管道内和分级机叶片上涂上耐碱耐高温涂料等，以便有效清理或缓解结疤的影响。

4.2 溶出管道结疤的清除

溶出系统结疤主要矿物组成是：低温预热段为氢氧化镁、水合铝硅酸钠、一水硬铝石、钙钛矿、赤泥矿，高温预热段为磁铁矿、钙钛矿、方铁矿、氢氧化镁、赤铁矿。低温预热段结疤表观呈黄色或棕色，厚度1～2mm，层状结构，质硬；高温预热段结疤外观为褐色，厚度1～3mm之间，层状，质脆硬。根据结疤的组成及特点，其清除有水力冲击法、酸洗法、火烧法等。其中酸洗法因清洗结疤效果好、成本低、易操作而被广泛使用，尤其适用于清洗已结垢的热交换器管。酸洗过程在酸与结疤反应的同时，酸也腐蚀钢铁本身。为了阻止酸洗过程中管道及设备腐蚀，酸洗时，我国氧化铝厂采用加入缓蚀剂的方法来阻止酸对金属管道的表面的腐蚀。

4.3蒸发器结疤的清除方法

碳分蒸发器结疤的主要成分为：碳酸钠、硫酸钠、二氧化硅及其混合物；种分蒸发器结疤的主要成分为：水合铝硅酸钠（钠硅渣）。目前我国蒸发器结疤的清除一般采用水煮法和酸洗法。水煮法是指在蒸发器生产一周后，采用通入适量的新蒸汽加水循环溶解加热管壁上的可溶盐。酸洗法是指在蒸发器生产一个月后，用5%左右的稀硫酸在蒸发器内循环清洗加热管壁上不溶于水的铝硅酸钠结疤，并在稀酸内加入一定量的缓蚀剂。

5结论

氧化铝生产系统结疤成分复杂，不同的生产环节因工艺条件不同及料浆组成不同，结疤形成的机理及物相组成有很大差异。由于目前还没有完全有效地方法阻止结疤的生成，清除结疤是目前采用的最有效的措施，对拜耳法原矿浆结疤的清除，建议用水冲刷、浸泡，也可以利用大功率超声波清洗设备或在管道内和分级机叶片上涂以耐碱耐高温涂料等；对溶出管道结疤的清除采用硫酸酸洗，同时加入缓蚀剂，清理结疤效果较好。

参考文献

[1]毕诗文，于海燕，氧化铝生产工艺，北京：化学工业出版社，2006.1

[2]拜耳法生产中结疤的性质，国外氧化铝新技术文集，郭焕雄，强化一水硬铝石矿的拜耳法溶出，轻金属.

[3]陈万坤，彭关才，一水硬铝石型铝土矿的强化溶出技术落后，北京：冶金工业出版社，张净，酸处理有机缓冲剂，精细化工信息.