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由于干法烧结及其制备生料具有一定的困难,干法烧结需要将碳分母液蒸发析出碳酸钠,并且煅烧成无水的形态,才能用于配料,不易获得生料成分的准确配制,加上细磨装置很复杂,生料配料和烧结过程中空气和窑气不易净化等。因此本设计采用湿法配料,其主要特点如下:
(1)可以利用窑气的热量蒸发母液中的水分,使其无须蒸发到含水碳酸钠结晶析出的程度。
(2)采用湿磨既提高磨的效率,又无须将进磨物料一一烘干。 (3)料浆可以用泵输送,减轻环境的污梁。
(4)生料浆的成分可以准确地调配,保证成分稳定,有利于窑的运转。 (5)湿法配料提高了窑的热效率。
(6)因其废气的温度一般较干料烧结时降低150-200℃,改善了劳动条件。 (7)窑灰量大大减少,同时也减少了生料的机械损失。 (8)转盘操作也无干法操作要求严格,同时减轻了劳动强度。 二、加石灰(加小块石灰配料) 石灰配料可得如下良好经济指标:
(1)石灰遇水产生自然粉散现象,可以减少物料的磨细数量,因而按生产1吨Al2O3计算的原料磨生产能力提高,动力消耗下降。
(2)有助于烧结成窑能力的提高,这是因为石灰石的分解虽是吸热反应,然而在采取石灰配料时它的这种反应是早在石灰炉中进行完了。因而,使石灰石配料在烧结过程所应吸取的大量热,就可转变被用来烧结出更多的烧结块。
(3)若全部都用石灰配料,溶液粘度较大,流动性降低,引起原料磨堵塞和输送管道不能很好畅通,加入少量小块石灰配料可以很好地解决这一问题。
(4)可以得到较高浓度的CO2气体(约38-40%),而石灰石在窑中分解,其浓度仅±12%。CO2浓度高,便有助于提高碳酸化分解工序的生产率,降低了碳分过程的蒸发消耗量。因而可使碳分周期大大缩短,且溶出温度不仅会降低,反而还能不断升高。
(5)石灰消化是放热反应,由于这个原因,生料浆不需要蒸气保温。 (6)生料中石灰与Na2Oc间发生苛化反应。因而,当生料浆温度下降时,在一定程度上可免除Na2CO3、lOH2O结晶析出所造成的窑尾结壳现象。
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对石灰石和石灰进行经济比较,可得到石灰和小块石灰石配料比单纯的石灰配料或石灰石配料有更好的经济效果。
三、采用低碱高钙配方
碱比和钙比是生料浆中两个关键指标,它们指的是:碱比为生料浆中的[N]/([A]+[F]),钙比为生料浆中的[C]/[S]。从理论上说[N]/[A]+[F]=1,[C]/[S]=2的饱和配方,炉料最能保证NA、NF和C2S的生成,具有最好的烧结效果,以各种氧化物的化学纯试剂进行的实验研究证明了这一点。但在生产条件下,烧结条件远比在实验条件下复杂得多,饱和配方有时并得不到溶出率最高的熟料。在确定炉料配方的时候,要综合考虑原料特点,烧结制度以及熟料溶出工艺等各方面的问题,所选择的炉料配方必须保证烧结过程的顺利进行,制得高质量的炉料,并且要尽可能的节约原料和燃料。这一切关键在于炉料具有比较宽的温度范围。结合本设计所采用的矿石的低铁、高铝、高硅的特点,本设计采用[N]/[A]+[F]=0.95,[C]/[S]=2.15的低碱度钙配方,这是由于矿石中Fe2O3量较低,熟料中只有部分Fe2O3以Na2O·Fe2O3状态存在,4CaO·Fe2O3Al2O3在熟料中呈稳定状态,在生料加煤的状态下,一部分Fe2O3还原成FeS和FeS2。如果碱比为1,在烧结过程中,多余的Na2O便生成Na2O·CaO·SiO2,造成Na2O的损失,2CaO·SiO2和CaO·TiO2在熟料中都呈稳定相。
而钙比是以CaO对SiO2的分子比表示,熟料中常含1-1.52%的TiO2,也可能出现一些其它含钙的化合物,因钙比低于2的炉料由于NAS2不能完全分解,会造成Al2O3和Na2O的损失。
基于上述原因,本设计采用高钙低碱配方。已有的生产实践证明,采用这种配方,Al2O3和Na2O的溶出率高出0.5-1.0%,而且烧结温度范围比较宽。
四、湿法喂料(喷入法)
关于湿法喂料的优点上面已经提及,现只对喷入法合理性进行论证。 生料浆可用两种方法饲入窑内:
一种是流入法。采用瓢式给料机将料浆注入窑内,在窑后部装有大量链条,在挂链带内窑气与料浆之间的传热不够强烈,料浆要通过相当大的一段挂链带,才能烘干到不致粘结在窑壁的程度,所以挂链带要求长径比大于30,而且实践证明,流入法不能用来饲加Na2CO3含量在5%以上的料浆,因此在烧结炉料时,
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不得不采用另一种方法即喷入法饲料。这时料浆是通过两级串联的泥浆泵在12-14kg/cm2的压力下由喷枪喷射入窑。
另一种即采用喷入法。它具有如下优点:
(1)射程大、物料分布均匀,且增加了窑气和物料的接触面积,有利于进行热交换,烘干迅速,提高了热效率。
(2)增加了烘干带内传热面积,因而提高了窑的产量。 (3)可减少窑壁堵塞,避免烧出的熟料质量不好,易破碎。
虽然喷入法饲料其设备复杂,动力消耗大,劳动强度大,并且会产生大量灰尘,但在目前吸尘系统不断改进的情况下,采用一个长管喷枪喂料,不仅可降低工人的劳动强度,排除几个喷枪相互干扰的问题,而且提高了窑尾烘干能力。
混联法过程中碱的损失,一般是在烧结法生料浆中加入新纯碱来补充的。 五、生料加煤除硫
氧化铝生产过程中,原料、燃料,甚至生产用水常含有或多或少的硫化物和硫酸盐,如铝土矿中含硫约1%,烧结用煤或重油中含硫约0.7%,所有进入烧结过程中的硫将和碱反应,最后转变为Na2SO4,因此每公斤的硫将消耗3.4公斤的碳酸钠,熟料中的Na2SO4在溶出时进入铝酸钠溶液,且随溶液的溶出作循环而积累。
我国的生产经验证明,熟料中的Na2SO4含量若超过7%,烧结过程便遭到严重困难,而无法进行,Na2SO4的熔点为884℃,并且与Na2CO3组成熔点为826℃的共晶(其中Na2CO3的分子含量为62%)。因此Na2SO4在烧结反应还未充分进行之前便已溶化,Na2SO4溶体不能溶解CaO,因而不能促进CaO的扩散,它不仅不能提高烧结的反应速度,而且还使之受到阻碍。当炉料中Na2Os(用Na2O表示的硫含量)达到3.5%,Na2SO4含量为8%,它溶化后炉料具有一定的可塑性,加之Na2SO4溶体的低温下粘度较大,在回转窑中容易使烧成带后结圈,使窑不能正常运转,在含有大量Na2SO4的结圈中,可以见到其白色晶体,在蒸发母液时,Na2SO4以碳酸碱2 Na2CO4·Na2SO3析出,加热表面上因而结垢,使传热效率下降。
为了消除硫的危害,因内外在脱硫方面作了大量的探索和研究,提出了许多方法。如母液蒸发过程除硫,熟料窑灰脱硫,蒸发—时效—分离法脱硫,生料浆浮选脱硫,熟料加煤脱硫,在烧结方法中生料加煤脱硫等。
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本设计采用了我国特有的,并付诸于生产实践中的生料加煤除硫措施,这一措施有如下优点:
(1)生料加煤后烧成的熟料疏松多孔,可使溶出磨的生产能力提高8-9%,减少过磨现象,从而降低二次损失和改善赤泥的沉降性能。
(2)生料加煤,可使相当部分硫转化成二价硫,从赤泥排出。生料加煤后,Fe2O3在 烧结过程600℃-700℃时被还原成呈碱性的FeO,甚至金属Fe,使呈Na2SO4形态的S减少,从而减少,而减少配料过程Na2O的配置。
(3)能使熟料Al2O3的溶出率提高0.5-1.0%。
(4)生料加煤还能强化烧结过程,因为加入到生料中的煤是在进入燃烧带以前燃烧的,等于增加窑的燃烧空间,提高了窑的发热能力,脱硫反应为:
Na2SO4+4CO= Na2S+4CO2 Fe2O3+CO=2FeO+CO2
Na2S+FeO+Al2O3=Na2O·Al2O3+FeS
在窑的烧成带和冷却带,由于氧化气氛的增强,已还原的Na2S和FeS有较大部分又会重新氧化成Na2SO4,致使脱硫率只有33%,为了抑制这种现象,掺入生料的煤量不应太多,以免窑头的过剩空气系数太大。
总之,采用生料加煤措施,熟料中的Na2SO4含量限制在5-6%以下,窑的操作条件得到改善,碱耗降低,熟料质量得到提高,熟料中的FeS在溶出时随同赤泥排出。
六、用沉降槽进行赤泥的分离洗涤
过滤分离和沉降分离效果比较如表2.3所示。
表3.2 过滤分离和沉降分离效果比较
技术条件、指标 溶出凝固比(L/S) 溶出温度 过滤能力
Al2O3的净溶出率(%) Na2O的净溶出率(%) Al2O3的过程溶出率(%)
过滤分离 2.5-3.0 78-86℃ 0.07 760.1 91.4 80.9
沉降分离 2.5 88-94℃ 0.23 75.4 88.9 75.9

