無(wú)論是拜耳法的母液還是燒結(jié)法的碳分母液都要經(jīng)過蒸發(fā)濃縮排出多余的水分，保持循環(huán)母液體系的水分量的平衡，使蒸發(fā)母液達(dá)到符合拜耳法溶出或燒結(jié)法配料的濃度要求。這些水的來(lái)源為：（1）赤泥洗水[每噸赤泥需要3～6t（水）]；（2）氫氧化鋁洗水[每噸氧化鋁需要0.5～1.5t（水）]；（3）原料帶入或泵的軸密封水[每噸氧化鋁需要1t（水）]。
蒸發(fā)過程在蒸發(fā)器中進(jìn)行。蒸發(fā)器是分上、下兩部分的換熱器，下部為列管，由新蒸汽加熱，上部為促使氣液分離的蒸發(fā)室，如圖1所示。由于母液中含碳酸鈉、硫酸鈉、溶解的硅等，蒸發(fā)時(shí)加熱管壁上的硅渣結(jié)垢現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。母液的蒸發(fā)濃縮的能耗占整個(gè)過程的一半以上，采用新技術(shù)對(duì)氧化鋁生產(chǎn)具有重要的意義。
圖1 蒸發(fā)器工作示意圖
1-加熱管；2-加熱室；3-中央循環(huán)管；4-蒸發(fā)室；5-除沫器；6-冷凝器
一、采用新的溶液濃縮工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒸發(fā)過程
現(xiàn)代氧化鋁廠母液的蒸發(fā)濃縮采用兩段蒸發(fā)的新技術(shù)，第一段用五效降模式蒸發(fā)器組，第二段用五效閃速蒸發(fā)器組。一水碳酸鈉在閃速蒸發(fā)器中析出。我國(guó)廣西平果鋁業(yè)公司從法國(guó)引進(jìn)一套這種蒸發(fā)器，蒸發(fā)1t水的汽耗為0.37t。
燒結(jié)法和聯(lián)合的分解母液中有大量的碳酸鈉和硫酸鈉，還含有SiO2，我國(guó)采用錯(cuò)流三段蒸發(fā)，每段三效。有3-1-2錯(cuò)流流程和2-3-1錯(cuò)流流程。圖2為2-3-1錯(cuò)流加料蒸發(fā)流程。錯(cuò)流蒸發(fā)對(duì)減輕鹽結(jié)垢有較好的作用，但對(duì)硅渣結(jié)垢也沒有明顯的作用。采用低溫運(yùn)行可降低能耗。
圖2 2-3-1錯(cuò)流加料蒸發(fā)
可逆過程的能量消耗量少，反滲透法是有希望接受可逆過程的一種降低能耗的溶液濃縮新方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的滲秀膜的研制，反滲透技術(shù)將會(huì)用于鋁工業(yè)生產(chǎn)。
二、熱泵蒸發(fā)工藝
據(jù)報(bào)道，1984年澳大利亞的KWINANA鋁廠和WACERUP鋁廠采用“壓縮低壓蒸汽再利用”的節(jié)能措施，是熱泵首次在鋁工業(yè)中應(yīng)用。從此開始了熱泵蒸發(fā)流程和技術(shù)的研究。熱泵原理是逆向卡諾循環(huán)，在逆向循環(huán)中把低溫?zé)嵩碩2的熱量Q2送到高溫?zé)嵩碩1，需要消耗機(jī)械功W，放出熱量Q1。熱泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性用“獲熱系數(shù)”表示。該系數(shù)表示工作介質(zhì)送至高溫?zé)嵩碩1的熱量Q1與消耗的機(jī)械功的比值：
E=T1/（T1－T2）
從“獲熱系數(shù)”計(jì)算式可見，可逆卡諾的獲熱系數(shù)正好是卡諾循環(huán)效率的倒數(shù)。高溫?zé)嵩吹臏囟萒1與低溫?zé)嵩吹臏囟萒2相差越小，獲熱系數(shù)越大，獲熱率越高，熱泵的經(jīng)濟(jì)性越好。熱泵生產(chǎn)流程由于采用的設(shè)備及工作介質(zhì)不同分為空氣壓縮式、機(jī)械壓縮式、噴射式、吸收式及半導(dǎo)體熱泵。
當(dāng)熱泵效率為60%時(shí)，熱泵蒸發(fā)工藝的能耗比三效真空蒸發(fā)的能耗降低58%～62%。由中壓供熱機(jī)組的三效真空蒸發(fā)改為熱泵蒸發(fā)，節(jié)能效果見表1。隨著熱泵制造技術(shù)的提高，熱效率將大大提高，采用熱泵蒸發(fā)技術(shù)是最好的節(jié)能方法。
表1 不同熱泵效率的能耗及節(jié)能效果
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熱泵效率/%
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熱泵蒸發(fā)能耗/kJ·kg-1（水）
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三效真空蒸發(fā)能耗/kJ·kg-1（水）
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節(jié)約能源/%
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60
70
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345.7
296.0
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920（中壓蒸汽） 835（中壓蒸汽）
920（中壓蒸汽） 835（中壓蒸汽）
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58～62
64～67
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