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1、年产100万吨氧化铝的管道化溶出车间设计建国以来，我国氧化铝工业不断发展起来，氧化铝生产已经发展成为一个大型的工业部门。形成了一个山东、河南、山西、贵州、广西、重庆等地为主的氧化铝生产基地。氧化铝的产量和品种也都在不断增加，产品的质量也在不断提高，生产技术上也得到了一系列的成果。本设计为广西壮族自治区平果县某氧化铝厂年产100万吨氧化铝车间设计，通过对铝土矿成分分析，氧化铝生产的现状分析，工艺流程的选择与论证，经济分析等选择拜耳法生产氧化铝，拜耳法生产氧化铝的工艺流程较简单，能耗低，氧化铝产品质量高，经济效益较明显。并选用溶出温度较高，传热系数高，溶出时间较短，能耗较低的管道化溶出的技术。并根
2、据所学的理论知识和氧化铝工厂提供的生产相关数据资料进行各项计算，包括全厂的物料平衡计算、管道化溶出车间的热平衡计算，设备的选型和计算以及年产100万吨氧化铝的成本计算。经综合论证和工艺比较，设计年产100万吨氧化铝的溶出车间采用氧化铝管道溶出车间，能取得理想的经济效益。推动了广西壮族自治区百色市平果县的经济发展，给当地带来更大的就业机会。关键词：氧化铝；拜耳法；管道化溶出Designingapipelinedissolutionshopofaluminaplantwithproductionof1000,000tonsAI2O3everyyearAbstract：Sincethefoundin
3、gofthePeoplesRepublicofChina,Chinasaluminaindustryhascontinuedtodevelop,andaluminaproductionhasdevelopedintoalargeindustrialsector.FormedanaluminaproductionbasemainlyinShandong,Henan,Shanxi,Guizhou,Guangxi,Chongqingandotherplaces.Theoutputandvarietyofaluminaarealsoincreasing,thequalityoftheproductsi
4、salsoconstantlyimproving,andtheproductiontechnologyhasalsoachievedaseriesofresults.Thisdesignisdesignedforanaluminaplantwithanannualoutputof1milliontonsinanaluminaplantinPingguoCounty,GuangxiZhuangAutonomousRegion.ItselectsBayerthroughanalysisofbauxitecomposition,analysisofaluminaproductionstatus,pr
5、ocessselectionanddemonstration,andeconomicanalysis.Themethodofproducingalumina,theBayerprocessforproducingaluminaisrelativelysimple,theenergyconsumptionislow,thequalityofthealuminaproductishigh,andtheeconomicbenefitisobvious.Italsoadoptsatechnologyofpipelinedissolutionwithhighdissolutiontemperature,
6、highheattransfercoefficient,shortdissolutiontimeandlowenergyconsumption.Accordingtothetheoreticalknowledgelearnedandtheproductionrelateddataprovidedbythealuminaplant,thecalculationincludesthematerialbalancecalculationofthewholeplant,theheatbalancecalculationofthepipelinedissolutionworkshop,theselect
7、ionandcalculationoftheequipment,andtheannualoutputof1milliontons.Thecostofaluminaiscalculated.Throughcomprehensivedemonstrationandprocesscomparison,thedissolutionworkshopwithanannualoutputof1milliontonsofaluminaisdesignedtousealuminumoxidepipedissolutionworkshoptoachievethedesiredeconomicbenefits.It
8、promotedtheeconomicdevelopmentofPingguoCounty,BaiseCity,GuangxiZhuangAutonomousRegion,andbroughtmoreemploymentopportunitiestothelocalarea.Keywords:alumina；Bayerprocess；apipelinedigesting目录摘要IAbstract111 绪论11.1 氧化铝生产现状11.2 铝土矿的资源现状11.2.1 我国的铝土矿资源现状21.2.2 国外铝土矿资源现状31.3 氧化铝的性质41.3.1 氧化铝的物理性质41.3.2 氧化铝的
9、化学性质51.4 氧化铝的生产方法51.5 氧化铝的发展趋势52厂址选择72.1 厂址选择原则72.2 本设计厂址选择83工艺流程选择与论证103.1原矿冶炼提取氧化铝工艺103.1 碱石灰烧结法生产氧化铝103.2 拜耳法生产氧化铝123.3 拜耳-烧结联合法生产氧化铝133.3.1 并联法生产氧化铝133.3.2 串联法生产氧化铝153.3.3 混联法生产氧化铝163.4 工艺流程选择173.5 拜耳法生产氧化铝各个工序的简述173.5.1 磨矿工序173.5.2 管道化溶出183.5.3 赤泥分离洗涤203.5.4 晶种分解203.5.5 母液蒸发203.5.6 苛化203.5.7 焙烧
10、204技术经济指标的选择论证225冶金计算245.1 以1吨铝土矿为基准计算物料平衡245.1.1 磨矿与管道化溶出部分245.1.2 溶出液稀释和赤泥分离275.1.3 赤泥洗涤部分305.1.4 精液分解及AI(C)H)3分离洗涤325.1.5 蒸发排盐苛化355.1.6 分析比较405.1.7 焙烧405.2 生产1吨产品氧化铝的物料平衡415.2.1 磨矿和管道化溶出的物料平衡415.2.2 溶出液的稀释物料平衡425.2.3 赤泥分离的物料平衡425.2.4 精种过滤的物料平衡435.2.5 赤泥洗涤的物料平衡435.2.6 分解分级过程的物料平衡435.2.7 产品过滤洗涤的物料平
11、衡445.2.8 蒸发排盐的物料平衡445.2.9 苛化的物料平衡455.2.10 焙烧的物料平衡465.2.11 每吨氧化铝的物料平衡465.3 管道化溶出热平衡485.3.1 自蒸发参数485.3.2 自蒸发水量计算485.3.3 矿浆预热496主体设备及主要辅助设备的设计选型和计算526.1 主体设备526.1.1 溶出器生产能力的确定526.1.2 套管计算526.2 辅助设备556.2.1 溶出前槽556.2.2 隔膜泵556.2.3 脉冲缓冲罐566.2.4 单套管预热器566.2.5 闪蒸槽566.2.6 稀释槽和稀释泵566.2.7 溶出后槽和后泵566.2.8 辅助设备及其他
12、设备577生产组织与技术经济分析637.1 生产组织637.1.1 车间劳动定员637.1.2 劳动工资估算637.2 技术经济分析647.2.1 原料铝土矿成本计算647.2.2 其他生产成本计算647.3.2经济效益计算658环境保护与安全668.1 环境保护668.1.1 赤泥668.1.2 废气678.1.3 废水678.2 安全678.2.1 操作安全679结论69致谢70参考文献711绪论本设计说明书主要是描述近几年来我国和国外关于氧化铝的一些生产状况和主要生产流程，厂址选择和工艺流程论证，通过物料平衡计算，金属平衡及热平衡计算，设备的设计选型以及计算，设计出年产100万吨氧化铝的
13、管道化溶出车间。最后绘制4张Al图纸，包括主体设备图，车间配置图（平面和立体各一张）以及设备连接图。1.1 氧化铝生产现状随着炼铝工的迅速发展，氧化铝生产已然发展变为一个大型的工业的部门。目前氧化铝90%以上是用于电解炼铝，但是电子，石油，化工，耐火材料、陶瓷、磨料、防火剂、造纸以及制药等许多部门也需要各种特殊性能的氧化铝和氢氧化铝。中国氧化铝无论是在“市场供求量、消费量，还是核心生产技术、主附设备等水平在全世界都是名列前茅的，中国氧化铝的发展对中国氧化铝市场的需求提供了强有力的支撑，这得益于生产规模大型化和主体装备大型化的良性互动发展，ll09，o随着生产技术的不断完善和发展，氧化铝厂的技术
14、经济指标大幅度改善。以拜耳法生产1吨氧化铝为例，综合能耗和人工消耗，1950年代为30GJ和10工时，1080年代为1420GJ和0.9L6工时。到2000年,综合能耗已经降低到了912GJ2。为了适应不同矿区铝土矿的特点，对于铝土矿原料的的物质组成和结构的研究日趋细致和深入，氧化铝生产工艺也在此基础上不断完善。在氧化铝生产中，对于原料的综合应用和环境保护也比以往更加重视，正在向无废料生产的方向发展，很多工厂在生产氧化铝的同时还制得了钱，氧化车凡，格和水泥等产品。这些写都是氧化铝生产的科学技术水平达到了一个新的高度，并且为今后的发展展示了良好的前景。1.2 铝土矿的资源现状“铝土矿资源可谓是铝
15、工业建设的基础，是一个国家铝工业顺利发展决定性因素”。氧化铝生产中铝土矿是主要的原材料，目前全球铝土矿的资源可以说是很丰富的，资源保证程度也很高，“按照全球铝土矿产量（1.31.5亿吨/年）计算，全球铝土矿总资源约550亿吨750亿吨图”，静态保证年限在200年以上。目前全球铝土矿资源主要分布在南美洲（33%）,非洲（27%）,亚洲（17%）,大洋洲（13%）。几内亚、澳大利亚这两个国家的储量约占全球铝土矿资源的一半左右，南美的巴西牙买加、圭亚那和苏里南大概占25%左右。一般铝土矿主要可以分为一水硬铝石型，一水软铝石型和三水铝石型。1.2.1 我国的铝土矿资源现状我国铝土资源十分丰富，分布也很
16、广泛，储量很大。主要分布在山西、河南、贵州、广西及山东等地区。“铝土矿集中分布在山西、贵州、河南和广西四个省（区）,四个省储量合计超过全国储量的90%，。我国主要以一水硬铝石为主，硅、锂、铁含量高就是一水硬铝石型铝土矿的主要特点。我国主要的铝土矿的矿物类型和化学成分如列表I-Io表1-1我国主要铝土矿的类型和化学成分化学组成（）矿区矿石类型Al2O3SiO2TiO2Fe2O3铝硅比山东一水硬铝石型-高岭石型55.016.02.512.03.4河南一水硬铝石(I)型高岭石型70.797.553.33.129.38河南一水硬铝石7(II)型-高岭石型60.257.813.69.7.71河南一水硬铝
17、石(III)型-高岭石型62.016.043.032.03.87山西一水硬铝石(I)型高岭石型65.813.93.11.54.73山西一水硬铝石(II)型-高岭石型64.712.33.04.45.26广西一水硬铝石(I)型高岭石型57.455.923.5419.059.7贵州一水硬铝石(I)型高岭石型69.19.453.181.617.28续表1-1我国主要铝土矿的类型和化学成分矿区矿石类型化学组成（）铝硅比AhO3SiO2TiO2Fe23贵州(II)一水硬铝石型-高岭70.97.593.762.259.35石型1.2.2 国外铝土矿资源现状国外大不多数是三水铝石型铝土矿，也有一部分为一水软铝
18、石型，比如说地中海沿岸的国家，具有高铝硅比的特点。希腊则为一水硬铝石.一水软铝石型国外一些国家的铝土矿的矿石类型和化学成分如表l-2o表1-2国外一些铝土矿类型矿石类型国家与地区矿石类型AI2O3SiO2Fe2O3铝硅比澳大利亚（韦帕）三水铝石-一水软铝石58-594.5-56811澳大利亚（戈弗）三水铝石51.53.018.417.1几内亚（弗里亚）三水铝石42.740.825.5854牙买加（曼特斯特）三水铝石49.572.4918.2123.72苏里南三水铝石53.163.429.7215.6圭亚那三水铝石59.52.05.529.8印度尼西亚（宾坦）三水铝石5251310.4加纳三水铝
19、石53-630.23.78-1415美国（阿肯色州）三水铝石5013.05.63.85苏联（土耳加）三水铝石404511-1316-183.2-4南斯拉夫一水软铝石504.819.610.4续表1-2国外一些铝土矿类型国家与地区矿石类型矿石类型A12O3SiO2Fe2O3铝硅比匈牙利一水软铝石50-526718-208法国一水软铝石5542613.7苏联（北乌拉尔）一水硬铝石-一水软铝石5242313希腊（派尔纳斯）水硬铝石水软铝石564.62112.2苏联（萨拉伊尔）一水硬铝石（含有刚玉）56.028.0612.3771.3 氧化铝的性质铝元素的化学性质较为活泼，在自然界中分布价位广泛，地壳
20、中铝的含量仅次于氧和硅，居多第三位，其中在金属元素中排第一。因为铝的化学性质很很活泼，所以都以化合物的形态存在于自然界中。1.3.1 氧化铝的物理性质氧化铝及其水合物的不同物理性质主要取决与他们的结构不同。其中一水硬铝石的折光率、比重和硬度是最大的，一水软铝石次之，三水铝是最小。氧化铝及其水合物的主要物理性质如表l-30表1-3氧化铝及其水合物的主要物理性质矿物名称三水铝石Al（OH）3一水软铝石AlOOH一水硬铝石AlOOH晶石单斜晶系斜方晶系斜方晶系（假六方晶系）比重2.423.013.44折光率1.571.661.72莫代硬度2.53.53.54.06.57.01.3.2 氧化铝的化学性
21、质铝元素位于元素周期表的第三周期第三主族。它的氧化物其水合物是两性化合物，既可以溶于酸也可以溶于碱。而氧化铝及其水合物的不同形态使其化学活性不同，因为不同形态的氧化铝在酸溶液或者碱溶液中的溶解度和溶解速度是不一样的。其中三水铝石是最易溶解的，最难溶解且溶解速度最慢的是一水硬铝石。1.4 氧化铝的生产方法“氧化铝生产过程就是从矿石中提取氧化铝使之与杂质分离的过程”。生产方法大概上可以分成：酸法，减法，电热法还有酸碱联合法。但是在工业生产中大部分都是采用碱法。所谓碱法，就是采用烧碱氢氧化钠或者是纯碱碳酸钠处理原料铝土矿，使原矿石中的氧化铝与碱发生化学反应转化成铝酸钠溶液。而不溶于性的其他杂质元素铁
22、，锂,硅等进入赤泥，从中分离洗涤后提炼或者综合利用。而碱法生产又可以分为拜耳法，碱石灰烧结法，和拜耳-烧结联合法。拜耳法是直接利用含有大量游离苛性碱的循环母液和铝土矿反应，使得氧化铝从铝土矿中溶出得到铝酸钠溶液，往铝酸钠溶液中添加晶种经搅拌氢氧化铝便可结晶析出。拜耳法的基本原理有两条：一是用氢氧化钠溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液在添加晶种，不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝便呈氢氧化铝析出；二是分解得到的母液，经过蒸发浓缩后在高温下可用处溶出新的一批铝土矿碱石灰烧结法是将石灰石，碳酸钠配入到铝土矿中。在高温下烧结得到含有固态铝酸钠的熟料。用水或稀碱溶液溶出熟料得到铝酸钠溶液。铝酸钠溶液脱硅净化
23、后，通入二氧化碳便可分解结晶得到氢氧化铝。拜耳烧结联合法是采用拜耳法和烧结法的联合生产流程，可以兼收拜耳法和烧结法的优点，获得较单一的拜耳法或者烧结法更好的经济效果。1.5 氧化铝的发展趋势近几年全球铝工业的快速发展，氧化铝的需求量大幅度上升，带动了氧化铝行业走向繁荣，产能产量持续持续增加伊。但是虽然我国虽然是名副其实的铝工业大国，但还不是铝业强国L我国作为目前全球最大的氧化铝生产及消费国，氧化铝产量已从最初2006年占据世界总比重的23%,上升到目前的54%。而且氧化铝是电解铝的主要原料，大部分的氧化铝也是用来提供电解铝使用。我国铝工业是上世纪50年代左右发展起来的，1954年山东铝厂作为我
24、国第一个氧化铝厂投产以来，到1966年后郑州、贵州、山西等氧化铝厂建立后，氧化铝产量和品种不断增加，产品质量日益提高。虽然我国在氧化铝生产技术上取得了一些成绩,但是和其他国家先进水平还是与一定的差距。主要是设备和一些经济和技术指标上的差距。“目前全世界的氧化铝产业基本被大概二十个铝业工业所控制，包括美铝、力拓-加铝、俄铝、海德鲁、比利顿、印度国家铝业、中国铝业、山东信发、山东魏桥集团和杭州锦江集团等1“2015年底，中国氧化铝产能约6500万吨/年，产量5898万吨/年口11。8，截止2018年3月底，我国氧化铝达到每年生产8130万吨；氧化铝开工率回升，采暖季结束后，氧化铝开工率回升88%,
25、2018年一季度中国氧化铝产能与2017年基本持平，氧化铝进口量大范围降低，达到供需平衡1。阻碍我国氧化铝工业发展主要原因是我国的高品位铝土矿资源不多，但是使用进口铝土矿生产氧化铝的成本较高，产业竞争力不足，因此我国氧化铝生产规模扩大及产业进一步扩张面临严峻挑战。2厂址选择2.1厂址选择原则厂址选择是工程项目建设前期共组的主要内容和重要组成部分之一。所以再进行厂址选择工作是应该坚持以下的原则和要求：（1）要根据上级机关或主管部门下达的文件中所确定的企业规模、产品方案以及远景发展等有关规定，进行厂址选择工作。（2）厂址选择应按上级机关或主管部门批准的规划，在指定的行政区域内进行,并与当地地区的规
26、划协调一致。没有规划的，可与当地规划部门共同协商。（3）要贯彻执行工业布局大分散，小集中，多搞小城镇的方针，按照工农结合,城乡结合，有利生产，方便生活的原则进行厂址选择和居民区规划。（4）要从全局出发，正确处理工业与农业、生产与生态、生产与生活、近期与远期、内部与外部、场地与场地等多方面的关系；既要保证生产，提高企业的经济效益。又要因地制宜，实事求是。（5）矿石企业要尽可能在矿产资源附近选择厂址，冶炼，加工厂的厂址也应注意靠近原料，燃料，辅助材料产地以及电源。厂址选择要为合理开发和充分利用矿产资源创造条件。（6）厂址用地要注意以下问题：1）厂址选择事宜建厂的地形和必需的场地面积，以满足生产工艺
27、和物料输送的要求。2）要节约用地。3）要留有适当的发展余地。4）工业场地应竟可能占用荒地、坡地、空地和劣地，渣场、尾矿场应尽可能占用低洼地、深谷和不宜耕种的瘠地，运输路线、管线工程应尽可能避开林业或良田，注意减少工程量，少占农田和不占良田。5）厂址应不拆或少拆房屋以及其他建筑物。6）企业不与农、牧，渔业争水，不妨碍和破坏农田水利基本建设。7）选择厂址的同时还要考虑到复地还出。（7）厂址要有方便的交通运输条件，尽可能靠近铁路车站、公路干线或作者航运港口（码头）。（8）选择厂址时，应注意洪水，高山滚石，泥石流等自然灾害对企业的威胁和影响。凡在安全有可能受到威胁的地区建厂时，必须在选择厂址时就考虑采
28、取可靠的防范措施。（9）厂址要有良好的工程地质和水文地质条件。（10）厂址要有良好的供水和排水条件。（三）在选择厂址时要有较好的供电条件，电源可靠，线路短捷，进线方便。有条件时应靠近电源，而且电源应有一定的备用负荷。（12）选择厂址时要注意卫生防护。（13）充分考虑到企业实行协作。（14）在选择厂址时要注意施工条件，地方建树材料及施工用水、用电尽量就近解决，厂址附近应有足够的施工基地的场地，施工机械器具的运输应当方便。（15）某些特殊的地区或地点不允许或不宜建厂，如重要的文化古迹、自然保护区、九度以上的地震区等等。2.2本设计厂址选择氧化铝属于冶金企业，所以氧化铝厂的设计要考虑交通、矿山资源、
29、水电资源，地势，居民污染等问题。所以经综合考虑，我们将氧化铝厂的厂址选择在广西百色市平果县一带，在这里建设氧化铝厂有以下的的优点：（1）交通方面，在水路上；右江航道流经平果县，位于右江中游段，年径流量2.14亿立方米，通过右江货运船只可以直通粤港澳珠三角地区再远销海外。公路上，平果县距离广西首府南宁只有115公里，距离百色市120公里，而且距离最近的港口钦州港也仅250公里左右。武平高速，广昆高速，国道324,省道313、省道208都穿境而过。铁路上有南昆铁路和云桂铁路线，可以西接云南、贵州等地区、南下可达南宁、北部湾地区，粤港澳珠江三角区。无论在水路上还是在公路、铁路上，平果县的交通都可以满
30、足原矿石或者成品氧化铝的运输。（2）地理环境方面，平果县地势北高南低，南北低山丘陵，中部岩溶地貌，平原占地面积为17.7%0基本地震烈度为七度，所以即使有地震发生，对厂房或者是其他的建筑物影响也不是很大，适合在这里建设氧化铝厂。右江穿过西南面，红水河支流平治河流经北部，满足航道通航运输条件。平果县属于亚热带季风性气候，夏长冬短，年平均气温在21.5摄氏度，气温适宜符合氧化铝生产条件。（3）电力资源方面，平果县境内有500千伏变电站2座，变电总容量620000KVA;220千伏变电站3座；110千伏变电站5个，变电总容量99000KVA；35千伏变电站9个，变电总容量42805KVA。（4）原矿
31、资源方面，平果县境内主要铝矿石资源丰富，境内的太平镇、那豆镇，教美镇，新安镇，果化镇都是主要矿田区。矿石分布面积高达1750平方公里，占全县总面积的百分之七十左右其中那豆、太平、教美级以上地质储量达2亿多吨，在我国铝资源中占有重要地位矿床具有分布范围广、规模大、埋藏浅、易开采等特点。矿区已探明铝土矿储量为2亿吨，可开采储量1.53亿吨，平均氧化铝含量60%,铝硅比平均为14,在年产100万吨氧化铝的规模下可供开采60年以上。主要以难溶的一水硬铝石型铝土矿为主。3工艺流程选择与论证3.1 原矿冶炼提取氧化铝工艺目前为止我们已经得出许多种从铝土矿或者其他含有铝原矿中冶炼提取氧化铝的方法，但是因为一
32、些经济与技术上的原因，现在应用于工业生产的只有个别几种。氧化铝生产方法大概可以分为碱法、酸法，酸碱联合法和热法。但是只有碱法应用于我们的工业生产中。“碱法的基本原理是使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成铝酸钠溶液，进入溶液而与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，氢氧化铝经高温锻烧制得成品氧化铝【3.2 碱石灰烧结法生产氧化铝碱石灰烧结法生产氧化铝是将“矿石、碱粉、石灰石混合配料口6叫在回转窑内进行高温烧结，炉料中的Ab3与Na2CO3反应生成可溶性的固体铝酸钠溶液(Na2O-Al2O3)o杂质氧化铁、二氧化硅和二氧化钛分别生成铁酸钠(Na2Fe2O3)原硅酸钠
33、(2CaOSi2O)和钛酸钠(CaOTiO2)这些化合物都是在熟料中能够同时保持平衡的。铝酸钠极易溶于水或稀碱溶液。铁酸钠则易水解。而原硅酸钠2CaOSiCh和钛酸钙CaOTiCh不溶于水，与碱溶液的反应也较微弱。因此用稀碱溶液溶出时，可以将熟料中的A12O3和Na2O溶出，得到铝酸钠溶液，与进入赤泥中的2CaOSiO,CaOTiCh和Fe2O3H2等不溶性残渣分离。熟料的溶出液(粗液)经过专门的脱硅净化过程得到纯净的铝酸钠精液。它在通入Co2气体后，苛性比值混合稳定性降低，于是析出氢氧化铝并得到碳分(Na2CO3)母液，后者经浓缩后返回配料。因此在生产过程中Na2CO3也是循环使用的口力3.
34、7。碱石灰烧结法的基本流程：破碎后的铝土矿和石灰按一定的配比送往球磨机，配入一定分量的碳分母液，以及用于弥补补碱损失的碳酸钠一起进行细磨。并且调整生料浆以保证料浆成分符合配料要求。生料浆经调整合格后，用喷枪将泥料浆喷入窖内。炉料在高温下烧结生成铝酸钠、铁酸钠、原硅酸钠以及钛酸钙等化合物。为了减少溶出过程的化学损失且得到合适的铝酸钠溶液，溶出用的原液是由赤泥洗液、氢氧化铝洗液和一定分量的碳分母液调配而成的。分离后的赤泥夹带一定数量的附液、需要洗涤，已回收附液中的AbCh和Na20。在熟料溶出过程中，虽然2CaOSi2不溶于水或碱，但是会被溶液中的NaoH、Na2CO3NaAlO2所分解，造成Ab
35、Ch和NazO的损失,并使铝酸钠溶液中含有56gL的SiCh,需要进行专门的脱硅处理，使溶液的硅量指数提高到400600甚至1000以上。在脱硅过程中添加种分母液是为了提高溶液的稳定性，防止氢氧化铝过早析出。脱硅过程洗出的硅含有相当数量的NazO和Ab3,将硅渣返回配料从而回收NazO和Ah3o脱硅以后的精液大部分进行碳酸化分解，少部分进行晶种分解，以便提供脱硅前需要添加的种分母液。碱石灰烧结法生产氧化铝基本流程如图Mo图3T碱石灰烧结法生产氧化铝基本流程图3.3 拜耳法生产氧化铝拜耳法生产氧化铝是拜耳在18891892年提出的，全球拜耳法的主要特点有：适合处理高铝硅比（7）的铝土矿；流程简单
36、，能耗低，产品质量好，成本低，经济性高。具有其他方法所无可比拟的特点网，拜耳法是目前世界上使用铝土矿生产氧化铝流程最短，经济性最好的方法U叫目前全球生产氧化铝中90%以上都是采用拜耳法的拜耳法生产氧化铝的实质为：Al2O3（l或3）2+2NaO+q=2NaAl（OH）4+aq口）拜耳法生产氧化铝的基本流程是：破碎后的铝土矿和石灰还有种分蒸发母液（循环母液）调制成原矿浆，然后在高温下将Ab3从矿石中溶出，得到铝酸钠溶液和赤泥组成的溶出料浆。料浆洗液进行稀释，再在沉降槽中将铝酸钠溶液和赤泥分离，赤泥经洗涤后排往赤泥堆场。净化后的铝酸钠溶液进入氢氧化铝种子进行分解，析出氢氧化铝。氢氧化铝和母液蒸发后
37、，洗净燃烧即得成品氧化铝。母液和洗液通过蒸发浓缩。在蒸发时有一定数量的Na2CO3H2O从母液结晶析出。将其分离出来用Ca（OH）2苛化成NaOH溶液与蒸发母液一同送往湿磨配料。拜耳法生产氧化铝的流程如图l-2o软氧化铝图3-2拜耳法生产氧化铝基本流程图3.4 拜耳.烧结联合法生产氧化铝“联合法可经济的处理高、低品位的铝土矿123”o“根据铝土矿的化学成分、矿物组成以及其他条件的不同，在联合法氧化铝生产中，有串联、并联和混联三种不同生产工艺21，。3.4.1 并联法生产氧化铝当同时有大量的低硅铝土矿又有一部分高硅铝土矿，就可以采用并联法，并联法包括拜耳和烧结两个平衡的系统22。并联法的基本生产
38、流程如图l-3o图33并联法生产氧化铝基本流程图并联法生产氧化铝的主要优点有：(1) “可以合理利用国家铝土矿资源，如果矿区铝土矿品位不均匀，或者是不同地区有两种品位的铝土矿，用并联法处理处理这两类铝土矿可以得到较好的经济效益23O(1)生产过程的碱损失都是用价格较低的纯碱补充的，能减低氧化铝成本。(2) “种分母液蒸发时析出的Na2COsH2O可直接送烧结法系统配料，因而省去了碳酸钠苛化工序。Na2CO3H2O吸附的有机物也在烧结过程中烧掉，减少了有机物循环积累及其对种分过程的不良影响o当铝土矿中有机物含量高时，这一点尤为重要“7197”。(3)烧结法系统中低苛性比值的铝酸钠溶液添加到拜耳法
39、系统混合使拜耳法中溶液的苛性比值降低，能提高晶种分解速度。由于全部精液都用于种分分解，因而烧结法溶液的脱硅要求放低些，但种分母液的蒸发过程也可能因此增加困难。并联法生产氧化铝的主要缺点有：(1)工艺流程比较复杂。烧结法系统送到拜耳法系统的铝酸钠溶液液量应该正好补充拜耳法部分的碱损失、保证生产中的流量平衡。拜耳法系统的生产不免受烧结法系统的影响和制约。为此，必须设置足够的循环母液储槽及其他备用设施，以应付烧结法生产的波动。(2)用铝酸钠溶液代替纯苛性碱补偿拜耳发系统的苛性碱损失，使拜耳法各工序的循环碱量有所增加，同时还可能带来NazSCU在溶液中积累的问题，对各个工序的技术经济指标也将有所影响。
40、3.4.2 串联法生产氧化铝串联法适用于处理中等品位的铝土矿和低品位的三水铝石型铝土矿。串联法是先用拜耳法处理铝土矿，提取其中大部分氧化铝，然后再用烧结法处理拜耳法赤泥，进一步提取其中的氧化铝和碱。得到的铝酸钠溶液与拜耳法混合溶液，进行晶种分解。种分母液蒸发析出的一水苏打送烧结法系统配置生料I97。串联法生产氧化铝的基本流程如图1-4。图3-4串联法生产氧化铝基本流程图串联法生产氧化铝主要优点有：(1)“由于矿石经过拜耳法与烧结法两次处理，因此氯化铝总回收率高，减耗较低，在处理难溶铝土矿是可以适当降低对拜耳法溶出条件的要求使之较易于进行【97”。(2)矿石中大多氧化铝由经济效益较高的拜耳法提取
41、出来，只有少部分是由烧结法处理，减少了回转窑的负荷和燃料消耗量，使氧化铝成本降低。（3） “全部产品使用晶种分解法得到的，产品质量高I98”。（4） “生产过程机械损失由较便宜的碳酸钠补充，取消了拜耳法的苏打苛化工序，蒸发析出的碳碱直接送往烧结配料侬1”。主要缺点：工艺流程复杂，工序多，两系统相互制约，给生产带来组织调度上的困难。少将谀过程的技术条件也受拜耳法系统赤泥成分的制约，很难控制在适宜范围内。另外由于赤泥熟料的ALO3含量低，熟料折合比高，使熟料中氧化铝和碱的溶出率比铝土矿烧结熟料低。3.4.3 混联法生产氧化铝混联法是同时兼具了串联法和并联法的优点，“混联法是添加一部分低品位矿石和赤
42、泥一起进行烧结，以提高熟料的铝硅比，扩大烧结温度范围范围，以补偿碱损失,氧化铝的回收率高，碱耗低I99，。混联法生产氧化铝的基本流程如图l-5o图35混联法生产氧化铝基本流程图混联法生产氧化铝的主要优点有：（1）拜耳法系统的赤泥，用烧结法回收其中的氧化铝和其他氧化钠，提高了氧化钠的总回收率，降低了碱耗。（2）在烧结法系统中配置生料浆时添加相当数量的低品位的铝土矿，既提高了熟料铝硅比，改善了烧结过程，同时也有效低利用了一部分低品位矿石。混联法厂可以看成是一个串联法厂和一个烧结法厂综合在一起。通过碳分生产出一部分氢氧化铝，使拜耳法与烧结法部分的产能可以灵活地调节。（3）以廉价的苏打加入烧结法，以补
43、偿生产过程中苛性碱损失。（4）混联法在国内经过多年的生产实践。“在烧结系统配入一定量的矿石，提高了熟料铝硅化，改善了熟料的烧结特性，使熟料烧成容易掌握，提高了熟料质量和溶出率闿”。混联法的主要不足则是流程很长，设备繁多，很多作业过程互相强制等等。3.5 工艺流程选择综合以上的几种氧化铝生产方法，拜耳法生产氧化铝流程会有以下的优点：（1）拜耳法生产氧化铝的流程较简单，建设投资少。（2）拜耳法生产能耗低，生产成本低。（3）氧化铝化学纯度高，杂质含量少巴（4）拜耳法生产氧化铝的设备较易于制造，可行性更强。（5）拜耳法生产氧化铝的效率高，成品氧化铝的质量普遍比较高。（6）冶炼过程是湿法冶炼，可以有利于
44、改善生产者的劳动环境。拜耳法可以满足以最小的需求产出最大的价值的目的。而且根据本次毕业设计所给铝土矿的成分表，计算知道铝硅比为11.017适用于拜耳法生产氧化铝的要求。3.6 拜耳法生产氧化铝各个工序的简述3.5.1磨矿工序磨矿工序主要是为了矿浆制备，通过将铝土矿和一定量的苛性碱也（循环母液+氢氧化钠）通过湿磨配置成后续符合要求的原矿浆。矿浆制备的主要工序有：铝矿石破碎、配矿、入磨配料、湿磨。主要的工艺流程为：经过均化库混匀后的铝矿通过皮带系统送至原料磨磨头铝矿仓，再通过板式给料机、皮带加入到棒磨机内；石灰（石灰仓）通过电子皮带秤、皮带加入到棒磨机内；通过管道送来的蒸发循环母液一起被加入到棒磨
45、机内，磨出的矿浆通过泵池、中间泵打到水旋器分级，细度不合格的矿浆通过管道进入球磨机内进行细磨，球磨机磨出的矿浆进入泵池，合格的矿浆经回转筛、矿浆槽、矿浆泵送往溶出前槽进行下一步的溶出作业。3.5.2管道化溶出“我国对拜耳法间接加热管道化溶出技术的研究早在20世纪60年代就开始了m3，。拜耳法生产氧化铝溶出主要是将铝土矿、石灰、碱液按照一定的比例配置成矿浆，经过加热，使铝土矿中的氧化铝和碱发生反应生成铝酸钠溶液的过程。“管道化溶出是代替压煮器溶出，可实现比压煮器更高的溶出温度或更高的溶出压力1261”。管道化溶出可以提高溶出温度和溶出压力，从而提高了溶出率，缩短溶出时间，降低循环母液碱浓度。同时，管道化溶出有以下经济优点：（1）管道化溶出设备表面积较少，可以减少热量的损失。（2）管道化溶出中，“矿浆在加热溶出管内流速快，高度湍流，大大强化了矿浆与载热体之间的传热门3，。（3）管道化溶出的设备制造工艺较简单，维修成本也相对比较低。（4）“可用化学或高压水方法清洗结疤，清洗速度快，而且无笨重体力劳动27%（5）可以实现高溶出温度和低循环碱液浓度溶出，是的溶出和分解的碱液的浓度接近，这样可以降低了蒸发工序的工作量，显著降低能耗（20%以上）。以不同溶出技术的热耗对比如表3-10表3-1管道化溶出和压煮器溶出的热耗对比项目_比较项目
