氧化铝的焙烧技术与节能

[摘要] 本文阐述了氧化铝的焙烧技术一般工艺，并进一步探讨节能方面的内容，对氧化铝的焙烧工艺进行一般性阐述，有着一定的设计和生产方面的指导意义。

[关键词] 回转窑 气体悬浮焙烧炉 附水 结晶水

中图分类号 ： F407. 3 文献标识码 ： A 文章编号 ：

1、 概述

生产氧化铝的最后一道工序是除去氢氧化铝附水和结晶水，随着电解铝对氧化铝的物理化学性能要求的不断提高，还要考虑产品的物理性能比如α-AO的百分含量，粒度，磨损指数和安息角等。

众所周知，氧化铝的焙烧过程需要消耗大量的热能，一般使用的热能物质有重油、煤气、天然气等。然而近年由于前述能源物质的价格不断上升，给氧化铝的焙烧技术，特别是节能技术提出了非常紧迫的经济诉求。因此探讨氧化铝的焙烧技术有着非常重要的现实意义。

2、氧化铝焙烧的基本过程和原理

经分解而得的氢氧化铝料浆经过过滤即得到含水率为10%左右的氢氧化铝滤饼，通过焙烧以后得到合格的氧化铝产品，主要发生的变化有如下四个过程：

（1）氢氧化铝被加热至100℃完成附水的去除；

（2）温度升高至500℃时，氢氧化铝失去两个结晶水分子变成一水软铝石；

（3）温度升高至600℃后一水软铝石将再失去剩余的结晶水而变成γ-AO。至此，脱水结束；

（4）温度升高至900℃以上时，开始发生晶型改变，即γ-AO变成α-AO，后者属于六方晶系，其原子排列紧密，原子间距小，密度大，稳定性好，不吸水，流动性能好，其含量越高越有利于电解铝的生产。

2、 氧化铝的焙烧工艺及其发展过程

氧化铝的焙烧设备和工艺发展过程一般有传统回转窑、改进回转窑和流态化焙烧工艺三个阶段。

第一阶段：采用传统回转窑焙烧

十九世纪早期，世界上工业生产氧化铝的焙烧设备基本上均采用传统的回转窑设备，其工艺就是将氢氧化铝送至回转窑内，由外部通入可燃粉煤或气体。这种设备结果简单，维修方便，标准化强度高。其一般的运转参数是：倾斜度为2～3%，转速为1.6r/min，物料填充率为6～9%，焙烧停留时间为70～100min。传统回转窑一般采用煤和天然气作为燃料，其能耗大（一般为4.5～6.0GJ/t），热效率低（小于45%），产量低，燃料成本高等缺点，其优点是由于其颗粒间摩擦的速度强度小，产品破碎率低，粒度颗粒大。

第二阶段：采用改进后的回转窑焙烧

针对传统回转窑的缺点，对其进行改造，降低热耗取得一定效果，一般有以下四点改进。

（1）带旋风预热氢氧化铝的短回转窑。20世纪60年代末期，德国波力求斯公司用水泥工业生产生料悬浮预热的改进型多波尔窑，为匈牙利氧化铝厂改造焙烧氢氧化铝的工艺，1968年在阿尔马斯费度托氧化铝厂投产。产能为503t/d，其热耗为4.16gj/t。

（2）改变燃烧装置的位置。20世纪70年代末，法国生产水泥设备的斐沃-凯勒布柯克公司使用其水泥窑外生料悬浮预热技术，改造彼斯涅所属的加丹氧化铝厂回转窑，取得成功，提高了回转窑的生产效率和节能效果，平均节能22%。

（3）采用气态悬浮焙烧技术改造回转窑。1987年，丹麦史密斯公司用气态悬浮焙烧回转炉为意大利氧化铝厂改造了一台产能为900t/d的回转窑，改造后产能增加到1000t/d，热耗由4.60gj/t降低至3.66gj/t。

（4）采用旋风热交换器与流态化冷却机的回转窑。前苏联曾经设计了多级旋风冷却机，同时用流化床最终冷却氧化铝，燃料单耗降低15%～18%。

3.流态化焙烧工艺的发展及应用情况

1946年，美国铝业公司率先进行流化床焙烧氢氧化铝技术的开发，加拿大

铝业公司先后与丹麦史密斯公司、美国道尔-奥立弗公司合作，分别开发用流化床替代多筒冷却出料氧化铝以及采用气态悬浮焙烧氢氧化铝的技术。1963年世界上第一台日产300t的流态闪速焙烧炉在美国铝业公司的博克赛特氧化铝厂投产。经过近40年的发展，目前美国、德国、法国、丹麦等国的数家公司开发了几种不同类型的流态化焙烧炉，在热耗和单机产能方面取得了巨大进展，增加到1000t/d，热耗已降至3.0～3.3GJ/t，单机产能最高达到1800～2000t/d，同时自动化水平也大大提高。

气体悬浮焙烧炉的系统及设备主要包括：氢氧化铝喂料系统、文丘里干燥器、气态悬浮焙烧炉、多级旋风筒冷却器、第二级流态化冷却器、除尘及粉尘循环系统、输送系统、燃烧系统等。

其基本流程是：含水分10%左右的氢氧化铝通过螺旋输送机A01进入闪速干燥器A02，在干燥器内干燥了的氢氧化铝由烟气及水蒸汽的气流带入上部预热旋风筒P01，在P01中干氢氧化铝和废气进行分离，废气经过电收尘之后排空，干氢氧化铝卸入P02的上升管，在此与热旋风筒P03来的1000℃-1200℃的热气体汇合，完成预焙烧过程后进入P02旋风分离，废气用于处理下一批氢氧化铝，分离出来的氧化铝以310-350℃的温度进入主焙烧炉P04。在P04中氧化铝呈悬浮状态进行焙烧，之后和热气一起进入副焙烧炉P03进行旋风分离，分离下来的氧化铝则依次经过C01、C02、C03、C04进行冷却，之后进入流化床用循环冷却水进行冷却，最后冷却至80℃以下进入氧化铝大仓。电收尘收集下来的氧化铝粉尘被吹送至C02旋风筒中，焙烧炉系统由位于电收尘后的ID风机提供动力。整个生产过程由计算机操作系统完成自动控制。

气体悬浮焙烧炉的特点是：

（1）没有空气分布板和空气喷嘴部件，预热燃烧用的空气只用一条管道送入焙烧炉底部，压降小，维修工作量小。

（2）整个系统中温度在100℃以上部分，物料均处于稀相状态，系统总压降仅为0.055-0.065MPa，动力消耗少。

（3）焙烧好的物料不保温，也不循环回焙烧炉。简化了焙烧炉的设计和物料流的控制。

（4）整个装置内物料存量少，容易开停，也使开停的损失减到最小。

（5）所有旋风垂直串联配置，固体物料由上而小自流，无需吹送，减少了空气耗用量。由于燃烧在炉内有较分布和无焰燃烧，以及固体物料穿过焙烧炉时的稀相床流动 ，使用品质量均匀。

（6）整个系统在略低与大气压下操作，更换仪表、燃料喷嘴等附件时不必停炉处理。