干法氟化鋁生產(chǎn)技術(shù)工藝

1、干法氟化鋁工藝及控制一、工藝簡(jiǎn)介氟化鋁(AlF3) 是鋁電解生產(chǎn)過程中的一種主要輔助材料（主要用作于鋁電解的助熔劑，用于調(diào)整電解槽電解質(zhì)的分子比水平），其含水量對(duì)電解鋁生產(chǎn)和凈化過程影響很大。氟化鋁生產(chǎn)有代表性的工藝有氫氟酸濕法工藝、氟化氫無水工藝(工藝流程見圖1)、氟硅酸法工藝。五十年代初，我國(guó)第一家電解鋁廠撫順鋁廠，引進(jìn)前蘇聯(lián)技術(shù)，建成我國(guó)首家氟化鹽廠。我國(guó)還引進(jìn)瑞士Buss公司干法工藝，于二十世紀(jì)九十年代初在湘鄉(xiāng)鋁廠建成了無水氟化鋁生產(chǎn)線, 現(xiàn)該廠已有三條干法線,目前為世界最大氟化鹽生產(chǎn)廠。無水氟化鋁具有主含量高、水分低、堆積比重大的特點(diǎn)，特別適用于電解槽啟動(dòng)后降低電解質(zhì)分子比。與濕法產(chǎn)

2、品相比，無水氟化鋁在使用中有以下優(yōu)點(diǎn)：a、主含量在90%以上，高出濕法產(chǎn)品近5個(gè)百分點(diǎn)，雜質(zhì)含量低，節(jié)約了氟化鋁用量，降低了生產(chǎn)成本，有利于提高原鋁質(zhì)量。b、水分含量低，小于1.0%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于濕法產(chǎn)品水分7.0%的水平，在電解過程中使用無水氟化鋁產(chǎn)品，AlF3幾乎不發(fā)生水解反應(yīng)，其可利用的有效成份遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于濕法產(chǎn)品。更為主要的是避免了使用濕法產(chǎn)品因氟化鋁的水解造成的操作環(huán)境惡劣的狀況，有利于環(huán)境保護(hù)。但傳統(tǒng)干法氟化鋁工藝，設(shè)備投資大，工藝復(fù)雜，一條年產(chǎn)萬噸級(jí)生產(chǎn)線，需投資上億元人民幣，且后期維護(hù)困難，綜合成本較高.,所以開發(fā)新的干法氟化鋁生產(chǎn)工藝成為該行業(yè)的發(fā)展方向。氟硅酸法工藝正是在種情況下產(chǎn)

3、生的。該工藝使用了鋁型材行業(yè)的廢渣氟鋁酸銨，一方面開辟了新的氟資源，另一方面解決了氟鋁酸銨的積壓和污染問題。該重大關(guān)鍵技術(shù)的突破，開辟了新的干法氟化鋁生產(chǎn)工藝，較傳統(tǒng)工藝可節(jié)約投資約50%。將濕法和干法工藝相結(jié)合，避免了傳統(tǒng)濕法工藝脫水過程中的水解效應(yīng)，對(duì)氟化鋁行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步有積極的推動(dòng)作用。干法氧化鋁流程簡(jiǎn)圖本文介紹氟化氫-無水工藝法制備干法氟化鋁工藝及控制方案。如上圖所示，背景為工藝設(shè)備安裝位置截圖，前景為工藝流程簡(jiǎn)圖。干法氟化鋁按工藝流程分為氟化氫制備（包括酸給料、螢石給料、氟化氫反應(yīng)爐）及氟化鋁制備包括流化床、尾氣處理、成品處理。流程如下：1.螢石(CaF2)粉料與濃硫酸(98%)及發(fā)

4、煙硫酸(103%)的混合物在反應(yīng)爐里反應(yīng)生成HF氣體與石膏(CaSO4)2.HF氣體經(jīng)過凈化(酸洗)后在流化床(上下兩段)內(nèi)與干燥后的粉料AL(OH)3反應(yīng)生成成品(ALF3),成品經(jīng)過冷卻后去包裝,尾氣進(jìn)行處理后方空。主設(shè)備是流化床，流化床分上下兩段，正常情況下，干燥后的粉料由給料螺旋（變頻控制）從上段底部送入床內(nèi)，與下段逆流而上的熱氟化氫氣體接觸反應(yīng)，產(chǎn)生的尾氣由頂部排出去尾氣吸收系統(tǒng)。為使物料充分接觸、反應(yīng)完全，達(dá)到流化狀態(tài)。床上下段的頂?shù)仔栌幸欢▔翰?，床?nèi)負(fù)壓由兩個(gè)真空泵實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)生成的物料由溢流管流入下段或通過排料螺旋送入下段，繼續(xù)反應(yīng)生成的氟化鋁由底側(cè)部排出進(jìn)入冷卻工段。如果床溫過

5、高，給料螺旋調(diào)節(jié)能力不夠，則可啟動(dòng)緊急給料螺旋，將粉料有下段送入達(dá)到降溫的目的。給料螺旋故障或啟動(dòng)時(shí)，料由氣力輸送泵直接由上下兩段送入床內(nèi)。流化床如圖。  二、控制要求1）采用大屏幕微機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng);2）可供監(jiān)測(cè)與控制的參數(shù)包括：(1) 預(yù)凈化酸流量控制,預(yù)凈化酸泵槽液位控制,硫酸送料槽液位控制,發(fā)煙硫酸送料槽液位控制,中央吸收凈化器出口溫度控制,硫酸一級(jí)預(yù)熱器出口溫度控制,大氣冷凝塔進(jìn)水流量控制,預(yù)反應(yīng)器轉(zhuǎn)速控制,HF反應(yīng)爐內(nèi)壓力,流化床錐部負(fù)壓控制,I號(hào)粗酸泵槽液位控制,II號(hào)粗酸泵槽液位控制,再氟器出氣溫度控制,凈化塔出氣溫度控制,3V-1229壓力控制,粗HF儲(chǔ)槽液位控

6、制,精餾塔收集器液位控制,硫酸吸收酸泵槽液位控制,硫酸吸收塔循環(huán)酸溫度控制,進(jìn)3C-1237水流量控制,硫酸流量控制, 煙酸流量控制,發(fā)煙硫酸反應(yīng)釜溫度控制, I號(hào)弱酸洗滌器溫度控制, I號(hào)弱酸洗滌器液位控制, 反應(yīng)爐燃燒室流量控制, 精餾塔冷凝器冷凍下水流量控制, 進(jìn)3E-1230蒸汽流量控制, 反應(yīng)爐燃燒室溫度, 進(jìn)3V-1234硫酸流量, 燃燒室出口壓力控制, 反應(yīng)爐內(nèi)壓力控制,流化床尾氣溫度控制.(2) 反應(yīng)爐轉(zhuǎn)速與申克稱及點(diǎn)火系統(tǒng)聯(lián)鎖；硫酸流量聯(lián)鎖；煙硫酸流量聯(lián)鎖； 硫酸一級(jí)預(yù)熱器出口溫度聯(lián)鎖；號(hào)弱酸洗滌器（C-1237）溫度聯(lián)鎖；號(hào)弱酸洗滌器（C-1237）液位聯(lián)鎖；3V-1229

7、安全壓力聯(lián)鎖；硫酸截?cái)嚅y聯(lián)鎖；發(fā)煙硫酸截?cái)嚅y聯(lián)鎖；真空泵A泵加水截?cái)嚅y聯(lián)鎖；真空泵S泵加水截?cái)嚅y聯(lián)鎖；純堿高位槽溫度聯(lián)鎖。3）整個(gè)系統(tǒng)具有手動(dòng)與自動(dòng)功能；4) 系統(tǒng)具備設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示，事故聲光報(bào)警及破管堵管處理功能，系統(tǒng)故障自監(jiān)測(cè)及診斷功能，生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、月報(bào)的儲(chǔ)存與打印功能。三、控制方案1模擬量控制部分：實(shí)際應(yīng)用中分成三類，智能PID、串級(jí)PID、比值控制。1）  硫酸送料槽液位控制回路（智能PID）：硫酸儲(chǔ)槽液位是根據(jù)出口管道上的調(diào)節(jié)閥的開口大小來實(shí)現(xiàn)。其控制框圖如下：  2）空燃比控制（比值控制）進(jìn)燃燒室的煤氣與空氣按一定比例，以保證燃燒充分又不能發(fā)生爆炸事故。控制原理

8、是：由流量計(jì)連續(xù)監(jiān)測(cè)煤氣管道的煤氣流量，根據(jù)計(jì)算機(jī)人工設(shè)定的空燃比計(jì)算出所需空氣的量，控制空氣調(diào)節(jié)閥的的開度，以調(diào)節(jié)進(jìn)燃燒室的空氣量其控制框圖如下： 3）流化床頂層料溫控制回路（串級(jí)回路）流化床是整個(gè)氟化鋁生產(chǎn)中最重要的設(shè)備，床溫的穩(wěn)定與否直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。通過調(diào)節(jié)給料螺旋的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)進(jìn)料量，以達(dá)到使頂層料溫穩(wěn)定的目的。由于氫氧化鋁與氟化氫反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)，加料可以降低頂層料溫。但頂層料溫的變化有一段時(shí)間的滯后，因此引入了反映相對(duì)靈敏的尾氣溫度作為副調(diào)對(duì)象，定層料溫作為主調(diào)反饋，構(gòu)成一串級(jí)回路。方案如圖所示：2  邏輯控制部分：1）  參與連鎖的設(shè)備（閥門、

9、泵等）有自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作方式：自動(dòng)狀態(tài)下設(shè)備跟隨邏輯條件動(dòng)作；手動(dòng)時(shí)由面板人工操作。2）  硫酸流量連鎖控制：硫酸預(yù)熱器蒸汽閥、硫酸二級(jí)預(yù)熱器出口閥與硫酸流量連鎖，手動(dòng)方式下、面板可操作閥門的開閉；自動(dòng)狀態(tài)下，硫酸流量低時(shí)則關(guān)閉硫酸預(yù)熱器蒸汽閥、硫酸二級(jí)預(yù)熱器出口閥。方案如下：3）  煙酸流量連鎖控制：煙酸預(yù)熱器蒸汽閥與煙酸流量連鎖，連鎖方式下，煙酸流量小于設(shè)定值時(shí)則關(guān)閉煙酸預(yù)熱器蒸汽閥。4）  其它類似連鎖設(shè)備有：發(fā)煙硫酸反應(yīng)釜溫度與硫酸二級(jí)預(yù)熱器蒸汽閥連鎖；I號(hào)弱酸洗滌器溫度與I號(hào)弱酸洗滌器冷卻水閥連鎖；I號(hào)弱酸洗滌器液位與I號(hào)弱酸洗滌器出口閥連鎖；精餾塔冷凝器冷凍下水流量與E-1231冷卻下水閥連鎖；進(jìn)3E-1230蒸汽流量與進(jìn)E-1230蒸汽閥連鎖；HF反應(yīng)爐緊