压煮器课程设计说明书().doc

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1、目录绪论1第一章 生产方法与工艺流程及主要技术条件的选择与论证71.1 氧化铝生产方法现状71.2 工艺流程的选择与论证111.3 氢氧化铝焙烧141.4 主要技术、经济指标的选择与论证16第二章 冶金计算172.1 设计计算原始条件172.2 氧化铝的计算18第三章 高压溶出器的设计计算283.1 单位时间内通过溶出器的矿浆量的计算283.2 溶出器个数的确定283.3 溶出器壁厚与封头厚度的确定29第四章 总结30参考文献30绪论一、氧化铝工业1氧化铝行业的发展动态氧化铝是炼铝的基本原料，冰晶石氧化铝熔盐电解仍然是目前工业生产金属铝的唯一方法，每生产一吨金属铝消耗尽两吨氧化铝。世界90%以

2、上的氧化铝用于生产电解铝，氧化铝工业的盛衰主要取决于电解铝工业的发展状况。虽然目前由于国际金融危机的影响，有色金属行业处于低迷期，但是从长期发展来看，未来几年，世界铝价亦将回升到高位区并继续上扬。电解炼铝以外使用的氧化铝称之为非冶金用氧化铝或多品种氧化铝。世界上多品种氧化铝的开发十分迅速，并已在电子、石油、化工、耐火材料、精密陶瓷、军工、环境保护及医药等许多高新技术领域获得了广泛的应用。目前多品种氧化铝达300多个品种。2.世界氧化铝工业的发展1894年世界上第一个拜耳法生产氧化铝的工厂投产，一百多年来，随着世界对金属铝的需求量增加，氧化铝工业得到迅速发展。2000年-2006年世界和我国的氧

3、化铝产量情况见下表绪-1：20002006年世界和我国的氧化铝产量统计 表绪-1项目2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年世界Al2O3产量/万吨4811.94848.84978.55259.15487.25615.76600我国Al2O3产量/万吨432.8474.7545.0611.2698.0853.61300目前世界上生产氧化铝的国家有30余个，氧化铝厂85座。主要集中在澳大利亚、中国、美国、巴西和俄罗斯，这5个国家氧化铝产能占世界总产能的70%左右，其中澳大利亚铝土矿资源得天独厚，氧化铝产能占世界的25%左右。全球氧化铝厂中规模在100万吨/年以上的有

4、30家，生产能力占全球总产能的50%以上其中300万吨/年以上的3家均在澳大利亚。世界氧化铝的生产经营主要集中在6家跨国企业集团手中，其中美铝和加铝控制了全球30%以上的氧化铝生产能力。现代氧化铝工业面临着科学技术快速发展、优质铝土矿资源日益短少、世界能源危机日趋加深、市场竞争明显加剧、清洁生产和环境保护的法律法规日益完善而要求越来越高的挑战，因此要求氧化铝工业能够适应这种新的形势，近年来氧化铝生产主要发展方向表现在：1）工厂的生产规模不断扩大。由于现代科学技术的发展，电解铝、电子、化工等工业对氧化铝生产在产量、质量、品种等方面提出了更多更高的要求，而优质的铝土矿资源日益紧缺，能源危机日益加深

5、，这就要求必须尽量采用高效、低耗的大型冶金设备及生产过程的强化技术。因此世界氧化铝厂向大规模、系列化发展。近几年新建的氧化铝厂起步规模都在100万吨以上。生产规模的扩大，生产工艺的改进，使生产设备日益大型化和高效化，而设备大型化有利于工艺过程的自动控制和监测。2）随着优质铝土矿资源的日益枯竭，要求人们最大限度地综合利用铝土矿资源，而单纯的氧化铝生产工艺已经不能满足要求，往往需要采用选矿、冶金、护工等联合流程。为了降低电解铝原料的投资成本，世界各大铝业公司纷纷推行集约化生产经营，以期在这一劳动密度型较高产品的生产过程获利更丰厚。3）在流程和工艺上也有许多变化和提高。生产过程的控制和自动化是氧化铝

6、技术的进步的重要标志，集中表现在能耗和劳动了消耗大幅度降低，使生产成本下降。如在20世纪50年代，氧化铝生产能耗为30GJ/t，人工消耗10个工时以上；80年代初，单耗降到13GJ/t，人工消耗为0.9-1.6；到2000年，单耗降到9-12GJ/t。4）随着工业的发展，各国对环境保护的要求日益提高，要求有更高的卫生标准和安全标准。因此，氧化铝工业必须充分考虑实施清洁生产的措施，“三废”及冶金炉窑中排放热能的利用、综合治理等。除了上述发展外，今年来在氧化铝生产的许多工序中还广泛应用各种添加剂。它们在絮凝沉降、助滤、脱水、放钩、砣硅及除杂等方面都具有良好的效果。在强化种分及抑制熟料溶出时二次反应

7、的添加剂也在积极研究之中。广泛的基础理论研究对推动氧化铝生产的技术进步也起了重要作用。3.我国氧化铝工业的发展我国铝工业是在解放后建立和发展起来的。1954年7月1日在山东铝厂产出我国第一批氧化铝，1960年郑州铝厂投产，1978年贵州铝厂投产，1988和1998年山西铝厂和平果铝业公司分别投产，2006年我国氧化铝产量已超过1300万吨。经过半个世纪的发展，我国已成为世界第一电解铝生产国、第二氧化铝生产国，在世界铝工业中具有举足轻重的地位。表绪-2我国六大氧化铝厂的情况：我国六大氧化铝厂主要情况（2003年） 表绪-2厂名生产方法投产时间产量/万吨碱耗/（kg/tAO）综合能耗/（GJ/tA

8、O）中铝山东分公司烧结法为主195495.0381.236.66中铝郑州分公司混联法1965137.5063.029.38中铝贵州分公司混联法197875.2168.138.16中铝山西分公司混联法1987141.6058.233.72中铝中州分公司烧结法为主199285.1062.340.12中铝平果分公司拜尔法199568.9064.512.61总计603.34我国氧化铝工业经过前20年，特别是近10年的科技进步，技术水平和装备水平已大大提高，主要经济技术指标已得到优化。虽然国内氧化铝工业取得了长足的进步，但与世界铝工业强国相比，我国在全球配置资源能力、技术装备水平、产品竞争力、技术创新、

9、产业集中度等方面差距较大：我国的铝土矿资源丰富，其储量位居世界第五。但我国铝土矿资源属于高铝、高硅、低铁、低铝硅比的一水硬铝石型铝土矿，至今尚未找到大中型三水软铝石矿床。一水硬铝石型铝土矿矿石难磨难溶，需在高温高碱高压下才能溶出，较难处理。由于我国铝土矿较难处理，除了广西的部分铝土矿外，其他铝土矿矿石处理不得不选用烧结法、混联法等工艺流程，这些流程溶出时间长，工艺复杂，致使我国氧化铝企业与同等装备水平的国外企业相比，氧化铝能耗高；我国的氧化铝厂中，虽然陕西、平果铝业公司和中州铝厂引进了部分国外先进的氧化铝生产技术和设备，但从总体上看，与国外相比还有较大差距，我国使用烧结法流程生产氧化铝的比重较

10、大，占53%，使得我国氧化铝生产的整体装备水平不高。技术研发力量薄弱，铝加工等关键技术装备仍依赖进口。我国铝工业整体素质不高、产品竞争力不强、产业结构不合理等问题依然十分突出。我国氧化铝产品中砂状氧化铝比重占10%。六大氧化铝生产企业中只有平果铝业公司生产砂状氧化铝，其余五家生产中间状氧化铝。随着我国大型预焙槽和干法净化技术的推广应用，砂状氧化铝的需求量将越来越大。我国对砂状氧化铝的生产工艺流程进行了大量试验，但目前尚未达到大规模生产水平。资源供应短缺的矛盾进一步凸显，对外依赖度不断上升，资源严重不足已成为制约我国铝工业发展的主要因素。针对中国氧化铝工业存在的问题，国内提出了一系列解决方案：（

11、1）加速氧化铝工业所需人才的培养。实现氧化铝工业发展战略目标的关键是人才的培养，所以应加强各类人才的培养，尤其是管理人才、技术人才、市场营销人才的培养，加大人才培养力度，并建立完善的激励机制，调整人才结构，形成合力的人才梯次，营造多出人才、出号人才的氛围，为氧化铝工业的可持续发展奠定坚实的基础。（2）开发应用新技术，提高技术装备水平，降低生产成本。氧化铝工业应加大科技投入，以降低成本为目的，节能降耗为重点，加快开发适合我国铝土矿特点的新工艺、新设备、新技术、新材料和新的控制系统。应进一步加强溶出、烧结、脱硅、蒸发、焙烧等工序的节能研究：对于拜耳法溶出，根据矿石情况，在对国内已有的管道化溶出、双

12、流法溶出、单管预热高压釜溶出、管道预热高压釜溶出、管道预热停留罐溶出等强化溶出技术的实际效果进行总结的基础上，有选择地推广应用；对于烧结法，在完善富矿烧结法的基础上，积极开发生料流态化焙烧设备，完善和推广间接加热连续脱硅技术，以达到节能降耗；积极采用计算机控制技术应用氧化铝生产节能新技术；加快开发和推广应用铝土矿选矿除杂技术，提高铝土矿的A/S，从而保证可经济地采用拜耳法处理；开发推广大型高效设备等。与此同时，通过资产、管理、技术生产要素的优化组合，是氧化铝可比制造成本达到同期国际先进水平。只有这样，才能使我国氧化铝在国际市场有较强的竞争力。（3）提高产品质量，开发新品种。努力提高我国氧化铝工

13、业的产品质量，增加市场需求的品种，根据我国铝土矿资源的有机物含量低，采用烧结法能够生产白度较高的氧化铝产品的特点，大力开发多品种氧化铝，调整产品结构。（4）挖掘潜力，扩大产能，满足需求。我国氧化铝工业发展的最大优势是国民经济稳定健康的发展。随着经济建设步伐的加快，我国铝的需求量越来越大，国内良好的市场空间，为氧化铝工业的发展提供了广阔的前景。（5）加快铝土矿原料和赤泥的综合利用针对我国铝土矿原料情况，结合氧化铝生产流程，实现有价元素镓、钪等的回收。加大开发和应用氧化铝环保新技术，尤其是氧化铝废渣脱碱生产水泥及其它建筑材料的新技术等，以实现氧化铝生产“零”排放。（6）加快再生铝行业的发展和相关先

14、进技术设备的开发研究，减少铝土矿的消耗，为循环经济的发展提供保障。总之，氧化铝作为重要的炼铝用原材料，对铝工业的持续稳步发展意义重大。在资源有保证的情况下，如何根据世界市场的消费特点合理开发矿石资源、优化生产设施布局、加强内部管理和实施技术改造，实现资源的最优化配置，降低成本，不断获取成本竞争优势，提高竞争力将是各生产商进行决策时需要考虑的主要因素。二、铝土矿资源1.世界铝土矿资源情况铝在地壳中的平均含量为8.8%，但目前铝的可利用矿产资源仅为铝土矿、霞石和明矾石，而95%以上的氧化铝是从高品位的铝土矿提取的。目前，世界已探明铝土矿资源储量约360亿吨，其中几内亚90亿吨，澳大利亚60亿吨，巴

15、西30亿吨，牙买加30亿吨苏里南20亿吨，喀麦隆20亿吨，中国23亿吨约居世界第五位。2.我国的铝土矿资源现状我国铝土矿资源储量丰富，保有储量为2288亿吨。主要分布在山西、贵州、河南、广西、山东五省区，储量21.16亿吨，占全国总储量的9248。我国铝土矿资源储量预测可达50亿吨，其中山西25亿吨，河南4亿吨，贵州5亿吨，广西7亿吨，云南3亿吨。我国铝土矿资源的特点：(1)大型矿床少，已查明的324处矿床中。储量在5000万吨上的矿床仅有5个，多数储量在5002000万吨之间，还有许多500万吨以下的小型矿床。(2)沉积型矿床多，坑采储量比重大，保有储量中88为沉积型矿床，堆积型床占11，红

16、土风化壳型矿床仅占1，适合于露天开采的约占30，介于露采和坑采之间的占30，其余40为坑采矿。且多数沉积型矿床的矿体薄，缓倾斜，围岩不稳定，坑采难度大。(3)一水硬铝石型矿石为主是中国铝土矿的主要特点，在保有储量中，一水硬铝石型矿石占99，这是一种高铝高硅的难溶矿石，矿石的铝硅比(A/S)低，溶出性能差，生产成本高。(4)我国铝土矿虽然资源丰富，在我国铝土矿保有储量中A十B十C的储量为7.5亿吨，其中A/S约47的储量占59.53即4.46亿吨，而A/S7的铝土矿仅占保有储量的33.05，即为2.467亿吨。我国中低品位铝土矿现有储量尚可支撑20到40年。我国提出了“坚持以人为本，树立全面、协

17、调、可持续的发展观，促进经济社会和人的全面发展”的社会主义科学发展观。从中国铝工业的发展势头看，如果不可再生的铝土矿资源一旦枯竭，那么中国现有的铝工业特别是氧化铝工业将面临“无米之炊”的困境。因此，应从长远考虑，及早制定铝土矿资源战略以保障中国铝工业的可持续发展。面对我国铝土矿资源存在的突出问题和重点矛盾，众多学者分别从不同角度提出了解决方案，大致归纳如下：（1）科学规划与布局，实施铝土矿资源的保护性开采战略，进一步提高中国铝土矿资源开发利用水平。保护和合理利用资源是实现经济可持续发展的战略方针。铝资源作为国家紧缺的大宗原材料和战略性矿产，必须坚持可持续发展和资源安全为原则，不能仅仅由市场需求

18、和经济利益所驱动。一是对已探明和开啊的铝土矿实行保护性开采，提高铝土矿开采效率，保护不可再生的铝土矿资源，杜绝乱采监挖和无证开采，防止资源的损失浪费，延长矿山服务年限。二是控制国内铝土矿开采规模，保护矿产资源的合理储备，保证在较长时间内满足现有氧化铝工业对矿产资源的需求。三是加大铝土矿资源的勘探和开发，增大铝土矿资源的储备。(2)改进部分现有技术，提高资源利用率。鉴于中国铝土矿资源的特性，必须走科技开发之路。围绕充分提高资源利用率这目标，加大对氧化铝加工工艺和高效率设备的研发力度。结合信息和控制技术的发展，推进原料均质化、工序模块化、作业智能化进程，从而实现有限资源的高效利用。（3）加大科技开

19、发力度，提高铝土矿综合利用水平。加强铝土矿资源的综合利用，既可以防止或降低有价资源的浪费，又可以显著提高企业的经济效益，使矿石资源利用的经济效果实现最优化。（4）加快海外铝土矿资源的开发和利用力度。随着我国工业化、城市化进程的加快，对能源、重要矿产资源的需求量大幅度增加，实施利用国外资源的资源战略，已成为我国经济社会可持续发展的必然选择。采取充分利用国内外两种资源的方针，实现资源全球范围的优化配置，有利于中国铝工业的可持续发展能力的提高国外铝资源十分丰富，品质优良，保障程度高，低成本氧化铝生产优势十分明显，扩产潜力巨大。目前，国外有十余个规划建设项目，主要集中在澳大利亚，几内亚、越南、印度、巴

20、西、牙买加等国家，我们应注意信息的收集，密切跟踪，以多种形式开发利用国外资源：自发地、有组织结地成氧化铝采购联合体，并由一个无任何经济利益关系的中介机构牵头，统一对外，参与对国外现货和短期合同的投标和商务谈判，掌握采购和定价的主动性，这是遏制多头对外，竞相抬价，规范市场秩序，解决氧化铝有效供给和扭转被动局面的重要措施。以补偿贸易、投资产能、投资入股等方式与竞争力强，有意合作的企业进行合作，稳定货源，锁定价格。这种方式可避免市场变化所带来的风险，主动性较强。鼓励、支持国内企业直接投资开发铝资源，并建设氧化铝厂，也可以与国外公司结成战略同盟关系，共同开发。支持有丰富氧化铝资源的外国公司进入我国电解

21、铝企业，使部分电解铝企业纳入跨国公司氧化铝一体化市场运作体系中。探讨进口国外优质铝土矿在经济、安全、稳定前提下建设氧化铝厂的可能性。（5）建立多元化氧化铝生产供应体系。氧化铝供应短缺的状况将长期存在，因此，除了对国内现有氧化铝厂进行改扩建，增加产能、产量和强化对国外资源开发、利用外，还应考虑选择资源条件好、环境条件具备的地方建设若干个布局合理的氧化铝厂，以改善现有生产供应格局，形成多元化的氧化铝生产供应体系。这样，既可以缓解氧化铝供应紧张局面，又形成多元开发，公平竞争，降低成本，有利于电解铝工业发展。（6）严控电解铝工业的无序发展。目前，我国电解铝产能产量增长已大大超过需求的增长，而且不少地方

22、不顾主客观条件盲目无序的发展，给整个铝工业以及相关行业带来很大影响。为此，需要采取以下措施：制定合理的、科学的电解铝工业发展规划。并遵照资源开发程度和可能、市场需求发展趋势、原料和能源供给的保证程度以及合理布局等条件实施。按照国家有关规定，规范电解铝建设秩序和程序，严格控制电解铝生产能力的扩大和新建工程的审批。根据“环保法”和国家产业政策要求，加速并坚决淘汰环保不达标的自焙电解槽的生产能力。对未经国家批准，或擅自扩大生产能力的项目和企业，不分配供应氧化铝，并取消电价、供货等优惠政策。（7）建立、健全国内废铝回收和国外进口体系。提高再生铝产量和技术水平。从铝资源合理利用和节省能源角度考虑，应注重

23、并加强废铝的回收和再生铝的生产。随着我国铝消费量增加，废铝产生量也将随之增加，并逐渐进入循环周期。由于再生铝具有节约资源，减少能源消耗等优势，所以应提倡和鼓励对废铝的回收，建立健全国内废铝回收和国外进口体系，建设再生铝加工基地和生产企业。这是国内外铝工业客观发展的必然趋势，是充分利用铝资源的需要，也是我国铝工业发展战略的重要组成部分。（8）建立环保生态环境战略，实现和谐发展。在开发国内铝土矿资源和利用国外铝土矿资源的过程中，硬度注意保护人类共同赖以生存的地球自然环境。包括矿石开采过程中的保护和氧化铝生产过程中对环境的保护，决不能走先污染，后治理的路，个别企业为了眼前的、局部的利益而不考虑环境因

24、素的做法应当依照国家法律严格处理。为我国总体社会目标的实现和可持续发展，铝土矿资源的保护和综合利用势在必行。在这方面，中国一直在努力，特别是在近几年，取得的成绩也是举世瞩目的。第一章 生产方法与工艺流程及主要技术条件的选择与论证1.1氧化铝生产方法现状氧化铝生产方法分为碱法、酸法、酸碱联合法和热法四类，但目前世界用于氧化铝工业生产的只有碱法。此法的原理是用碱（工业烧碱NaOH或纯碱Na2CO3）与铝土矿中的氧化铝反应，转变成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂志和绝大部分的硅成为不溶性化合物进入残渣(赤泥)，它从溶液分离出来经洗涤后弃去或另行综合利用。溶出后的铝酸钠溶液经净化、结晶析出的氢氧化铝，经

25、分离后送焙烧即得到成品氧化铝。同时分解后的母液可在生产过程中循环利用。根据生产流程，碱法又分为拜尔法、碱石灰烧结法和拜耳烧结联合法等。1.1.1拜尔法拜尔法是由奥地利化学家拜尔与1889-1892年提出的，故称为拜尔法，它适用于优质铝土矿和明矾石，尤其是在处理三水铝石型铝土矿时，具有其他方法无可比拟的优点。目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有90%以上是采用拜尔法生产的。拜尔法的基本原理主要基于拜尔的两大技术发明专利：a 较低摩尔比的铝酸钠溶液在常温下，添加Al(OH)3作为晶种，不断搅拌，溶液中的氧化铝以Al(OH)3形态逐渐析出，同时溶液的摩尔比不断增高。b 析出大部分氢氧化铝后的铝酸钠

26、溶液（分解母液），在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物。拜耳法的实质就是使下一反应在不同的条件下朝不同的方向交替进行：交替使用以上两个过程就可以一批批地处理铝土矿，得到纯的氢氧化铝产品，构成所谓拜尔法循环。拜尔法的特点是：流程简单，能耗低，产品成本低；适合处理高铝硅比矿石，一般要求铝硅比在7以上，铁，硫，有机物等含量低，且需要消耗加个昂贵的苛性碱；得到的氧化铝产品采用种分的方法，其质量好，纯度高。1.1.2石灰石烧结法碱石灰烧结法是在铝土矿中配入石灰石（或石灰）、纯碱（含大量碳酸钠的碳分母液），在高温下烧结得到含有固态铝酸钠的熟料用水或者稀碱溶液溶出熟料后得到铝酸钠溶液，铁酸钠水解成Fe

27、2O3水合物沉淀，氧化硅和氧化钛与石灰反应生成原硅酸钙、钛酸钙沉淀，成为不溶性泥渣。分离后的铝酸钠溶液经过脱硅净化后，通入二氧化碳气体便可分解结晶氢氧化铝，其分解后的母液经蒸发后循环使用。适用于低品位（高硅和高铁）铝土矿和霞石矿。碱石灰烧结法的特点是：适合于低铝硅比矿（A/S3-6），并可同时生产氧化铝和水泥等，有利于原料的综合利用，且利用较便宜的碳酸钠；流程较拜尔法复杂，生产氧化铝产品有火法过程（烧结部分），也有湿法部分（溶出烧结料阶段，碳酸化分解阶段等），能耗高，生产成本高；其产品不如拜尔法的好（这里只是总地说，对于具体的矿物而言，可能会有出入）。1.1.3拜尔-烧结联合法拜尔烧结联合法是

28、拜尔法和烧结法两种工艺流程的组合，按照组合方式不同又分为串联法、并联法和混联法三种。（1）串联法此法即拜尔法生产系统和烧结法生产系统串接进行生产的方法。铝土矿进入拜尔法系统溶出，分离出的赤泥，全部送烧结法系统，加入石灰石和纯碱等配制成生料浆，经烧结并用稀碱溶液溶出，制成铝酸钠溶液，净化后成为精液，然后与拜尔法系统的精液合并，进行搅拌分解，析出氢氧化铝，经焙烧后成为氧化铝。串联法的主要优点：可以克服矿石中碳酸盐及有机物含量高带来的困难；由于矿石经过拜尔法和烧结法两次处理，因而氧化铝总回收率高；矿石中大部分氧化铝有加工费和投资费都较低的拜尔法提取出来，故使得消耗于熟料窑的投资及单位产品的加工费减少

29、，产品成本降低。串联法的主要缺点：拜尔法赤泥炉料的烧结比较困难，而烧结过程能否顺利进行及熟料质量的好坏又是串联法的关键。此外，当矿石中氧化铁含量低时，还存在烧结法系统供碱不足的问题。较难维持拜尔法和烧结法的平衡和整个生产系统的均衡稳定。两个系统互相影响，给生产调控带来一定的困难。（2）并联法此法即拜尔法系统和烧结法系统平行组合生产的一种方法。高品位铝土矿进拜尔法系统，低品位矿石进烧结法系统。两个系统各自产出氢氧化铝合并焙烧后成为氧化铝。并联法主要优点：可以再处理优质铝土矿的同时，处理一些低品位铝土矿；种分母液蒸发时析出的一水碳酸钠直接送往烧结法系统配料，因而取消了拜尔法的碳酸钠苛化工序，从而也

30、就免除了苛化所得稀碱溶液的蒸发过程。同时，一水碳酸钠吸附的大量有机物可在烧结过程中烧掉，避免有机物对拜尔法某些工序的不良影响。生产过程全部碱损失都用价格较低的碳酸钠补充，经济，产品成本低并联法主要缺点：用铝酸钠溶液代替苛性碱补偿拜尔法系统的苛性碱损失，使得拜尔法各个工序的循环量增加，从而对各工序的技术经济指标有影响。工艺过程比较复杂。拜尔法系统的生产受烧结法系统的影响和制约，必须有足够的循环母液储量，以免因不能供应拜尔法系统足够的铝酸钠溶液时使拜尔法系统减产。（3）混联法它是我国研制成功的一种生产氧化铝方法，它既有完整的拜尔法系统，又有完整的烧结法系统，铝矿石分别加入拜尔法系统和烧结法系统，拜

31、尔法系统产出的赤泥送烧结法系统，在加入石灰石、纯碱和铝矿石一起配制成生料浆，经焙烧、溶出、脱硅等过程所得精液，部分并入拜尔法系统，用搅拌分解析出氢氧化铝，其余用碳酸化分解析出氢氧化铝，再经洗涤、焙烧获得氧化铝。混联法的主要优缺点：混联法除了具有串联法和并联法的一些优点外，还解决了用纯串联法处理低铁铝土矿时补碱不足的问题，提供了熟料铝硅比，既改善了烧结过程，又合理利用了低品位矿石，由于增加了碳酸化分解过程，作为调节过剩苛性碱溶液的平衡措施，而有利于整个生产流程的协调配合。但是混联法存在流程长、设备繁多、投资大、能耗高的严重缺点。1.1.4其他方法随着我国铝土矿富矿资源的贫竭，经过不断地研究，学者

32、提出了以下几种方法：（1）拜尔水热联合法：此法主要用来处理拜尔法赤泥，但是它要求母液分子比较高（8），如何经济地制取高分子比的碱液和高温下耐碱腐蚀的设备材质问题有待进一步解决。（2）选矿拜尔法：此法对于中等品位的铝土矿有着非常有人的应用前景。它是通过选矿使中等品位的铝土矿A/S达到拜尔法生产的要求，然后利用简单的拜尔法生产氧化铝。虽然此法优势明显，但是却不能推广应用。主要因为：氧化铝回收率低，在70-80%之间，铝硅分离难以达到较高的指标，还需要考虑尾矿的利用；铝土矿中杂质嵌布粒度很细而带来磨矿、选矿、产品脱水等一系列问题，尤其是浮选过程中的药剂、水分给后续拜尔法溶出的稳定带来问题。（3）酸法

33、：酸法是用硝酸、硫酸、盐酸等无机酸处理含铝原料而得到相应的铝盐的酸性水溶液。然后使这些铝盐成水合物晶体（蒸发结晶）或碱式铝盐（水解结晶）从溶液中析出，亦可用碱中和这些铝盐的水溶液，呈氢氧化铝析出，煅烧后得无水氧化铝。酸法适合处理高硅低铁铝矿，如粘土、高岭土等。但它的缺点是耐酸设备昂贵，酸的回收困难，从溶液中除铁也困难。（4）酸碱联合法：酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝，再用碱法（拜耳法）处理。这一流程的实质是用酸法除硅，碱法除铁。图1-1，为拜耳法生产氧化铝的工艺流程图工艺流程的选择，受很多因素影响，是一项综合性的技术经济工作，主要因素有：1）铝土矿类型、矿物的

34、化学组成、品位、A/S（即铝土矿中Al2O3对SiO2的重量比）；2）产品方案及产品质量指标；3）基建投资费用和经营管理费用；4）环境效应和综合利用。本设计所给的铝土矿的A/S为11.9，氧化铁含量为13.32%，氧化硅含量为5.07%，不属于高硅高铁矿，且其他杂质含量不高。拜尔法流程简单，能耗低，产品成本低，适合处理高铝硅比矿石，一般适合处理铝硅比在7以上，铁，硫，有机物等含量低的矿物，得到的氧化铝产品采用种分的方法，其质量好，纯度高。此外，拜尔法技术先进，生产稳定可靠，机械化和自动化水平高，是经过了科学实验与大生产的检验证实的可靠技术，且经济效益和社会效益高，符合环境保护要求。综上所述，此

35、次设计工艺流程选拜尔法流程。拜尔法工艺流程见图1-1。1.2工艺流程的选择与论证1.2.1高压溶出铝土矿溶出是拜尔法生产氧化铝的两大核心工序之一。其任务在于用苛性碱溶液处理铝土矿，使其中的氧化铝水合物转化成铝酸钠溶液，矿石中的铁、钛等杂志和绝大部分硅成为不溶性化合物，经过矿浆稀释、赤泥分离和叶滤后制得精液送去分解车间。溶出效果的好坏直接影响到整个拜尔法生产氧化铝的技术经济指标。目前，世界上拜尔法氧化铝生产中所采用的强化溶出工艺主要由四类：管道化溶出、单管预热停留罐溶出、管道预热高压釜溶出和双流法溶出工艺。(1)管道化溶出技术管道化溶出是拜尔法溶出工艺及装置的一种，该工艺又分为单管管道化和多管管

36、道化两种，均采用管道进行矿浆的预热及溶出。此技术来源于西德VAW公司，主要针对三水铝土矿易溶的特点开发研制的。九十年代引进，经不断改进，现已逐步适应了我国一水硬铝石矿的特性。单管管道化溶出在该工艺中，矿浆用高压泵送入预热管道中，用自蒸发生产的二次蒸汽预热矿浆，最后用熔盐加热矿浆至所需的溶出温度。虽然在这种近似活塞流的管式反应器中，矿石颗粒群中的粗、细粒子在相同的浓度(等苛性比值)下随料浆一起流动、反应，几乎没有返混，使得矿浆浓度得以较充分的利用。但对于我国含硅较高的一水硬铝石矿，在较高的溶出温度下仍需较长时间才能反应完全，并且在高温处理此类矿石时易于在加热面上形成结疤，使得投资增加，设备运转率

37、降低，且清理结疤亦较困难。多管管道化溶出在该工艺中，两根输送矿浆的管子和一根输送碱液的管子共同放入一根粗管中，然后合流入保温管，用自蒸发产生的二次蒸汽预热矿浆，用高压新蒸汽加热矿浆到溶出温度。在该系统中，因是三根管子交替输送矿浆和碱液，可以减轻或避免矿浆在加热过程形成结疤，但碱液预热系统管道腐蚀严重同时对于我国含硅较高的一水硬铝石矿来说，溶出管道长度较长，投资亦相应增加。总的来说，管道化溶出有以下特点：管道化溶出技术拥有很大的优势，用低压熔盐炉取代了昂贵的高压蒸汽锅炉，综合投资较低，比传统压煮器溶出所需投资减少20-40%，操作简单灵活，检修工作量少，而且给进一步提高溶出温度强化溶出提供了可能

38、，还有可能实现无蒸发工序的工艺技术；实现整个预热过程及熔盐加热过程的全管道化，工艺技术指标先进，溶出液k1.45，Al2O3相对溶出率93%；实现了全过程间接加热，对溶出过程不会带来矿浆冲稀，能耗较低；可以在较低的碱液浓度下得到较好的溶出效果；设备产能适中，一组溶出装置的产能可以达到年产15-20万吨氧化铝的要求。但是设备运转率低于AP溶出装置，运转率在80%左右；隔膜泵压力高，管道结疤及磨损、结疤清洁等反面均逊色于AP溶出；而且，有实验表明，对于含铁量高、硬度高、溶解性差的广西地区一水硬铝石型铝土矿来说，即使溶出温度高达310，若没有充足的溶出时间，要达到良好的溶出效果和有效解决磨损及结疤问

39、题是行不通的。由此可以看出，管道化溶出并不适合我国广西地区的铝土矿。(2）管道化预热停留罐溶出技术该工艺是我国针对一水硬铝石型铝土矿自主开发的。此项技术是使矿浆在单管预热器中快速加热到溶出温度，再在停留罐中充分溶出。它利用了管式反应器容易实现高温溶出及高压釜能保证较长溶出时间的特点，又克服了纯管道化溶出时间管道过长，使泵头压力升高，电耗大且结疤清洗困难的缺点，以及纯高压釜溶出时溶出温度不能超过260，机械搅拌密封和结疤清洗困难的缺点，适合于处理需要较长溶出时间的一水硬铝石型铝土矿。停留罐中无搅拌和加热装置，结构简单、加工制造容易、维修方便、容易清洗结疤。采用此项技术需要较长的溶出时间以及稍高的

40、碱液浓度(Nk150160g/L)，但溶出的热耗较低(约4.0GJ/t.Al2O3 以下)与纯管道化溶出相当，而这套方案的特点是：实现了蒸汽全部间接加热，能耗低；设备运转率高，可达93%以上；设备产能大；检修维护工作量较小；工艺指标先进，溶出液k1.45，Al2O3相对溶出率93%，整个拜尔法循环系统碱浓度高，氧化铝产出率高；使用低成本的熔盐加热矿浆，熔盐温度可以调高到375，在运行期间可保证矿浆的溶出温度达265-270，对拜尔法赤泥均衡稳定的低铝硅比（A/S=1.3-1.5）很有保证。但是，因为每组装置产能高，不适宜在30万t/a的小氧化铝厂采用，限制了此技术的使用范围；投资大，压煮器多，

41、需配置专用的高压蒸汽锅炉。(3）单管预热高压釜溶出技术我国已经引进该项技术并投入生产，其技术特点是将矿浆在单管预热器中预热到150左右，再在间接加热、机械搅拌的高压釜中加热、溶出。溶出温度高于260，溶出时间充分，达4560min，矿浆流量可达450m3/h，相当于年产氧化铝330kt，是当前处理一水硬铝石型铝土矿的最大溶出器组。此项技术的最大缺点是由于矿浆的溶出是在机械搅拌的高压、高温、高浓度碱的恶劣条件下进行，加热管束常被矿浆磨穿造成事故，设备维修频繁。结疤难处理，每运行15天，需要停产18小时清洗结疤，造成生产的不稳定。同时还须采用高压蒸汽锅作为热源，热效率不高，且受密封装置的限制，温度

42、不能突破260来强化溶出，另外，此技术只适用于小型氧化铝厂，在大型氧化铝厂方面无设计、生产经验，设备运转率低，这是它的不足之处。(4）双流法溶出该工艺是将配料所需的循环母液分为两部分，磨制原矿浆的碱液只占10-30%，用自蒸发产生的二次蒸汽或熔盐分别预热或加热碱液与原矿浆，然后在溶出器中汇合进行溶出。双流法溶出既可实现高温的强化溶出，又可以避免或减少加热面得结疤，还提高了设备的运转率。但双流法溶出工艺及控制较管道预热停留罐溶出工艺复杂，同时要求管道有较好的材质。综合以上四种溶出方案优缺点的全面比较，由于管道预热压煮器间接加热溶出技术是目前世界上处理一水硬铝石矿具有生产实践经验和技术经济效果较好

43、的先进技术，且溶出工艺有以下特点：a、实现了溶出过程全部间接加热，有效地防止了溶液因直接加热带来的矿浆冲稀问题，氧化铝溶出率及溶出液Rp均较高。b、设备运转率高，管道预热器及压煮器的结疤易清理。c、设备产能大，一组溶出装置年产能可达400kt以上。因此，本次设计的平果铝土矿的高压溶出采用管道预热压煮器溶出工艺，根据产能要求，拟定采用两组溶出装置。1.2.2赤泥沉降分离及洗涤铝土矿溶出后得到含有赤泥（因含有大量呈红色的氧化铁泥渣而得名）和铝酸钠溶液的混合浆液，其必须经过稀释后才能进行沉降或过滤使赤泥和溶液分离，以获得晶种分解要求的纯净的铝酸钠溶液（精液），分离后的赤泥必须经过洗涤，尽量减少以附液

44、形势带走的Na2O和Al2O3损失。赤泥的沉降分离是拜尔法氧化铝生产过程中的主要工序之一，起着承上启下的作用，生产操作中，时常由于固液分离不好使生产不能正常进行，直接影响固液分离效率和氧化铝的产出率，因此，提高固液分离效率已成为氧化铝生产的重要内容。赤泥的分离和洗涤工序包括：（1）高压溶出矿浆的稀释；（2）赤泥浆液的沉降分离；（3）赤泥的洗涤；1.2.2.1高压溶出矿浆的稀释高压溶出矿浆在稀释槽中用赤泥洗液稀释，其目的为：（1）降低铝酸钠溶液的浓度，促使其分解；（2）降低铝酸钠溶液的粘度，加速赤泥沉降分离；（3）促进铝酸钠溶液进一步脱硅；（4）有利于稳定沉降槽的操作。1.2.2.2赤泥的分离和

45、洗涤赤泥分离的目的就是将稀释矿浆中的铝酸钠溶液与赤泥分离，并获得工业上纯净的铝酸钠溶液。通常，稀释后的矿浆采用沉降槽分离赤泥。沉降槽溢流送去叶滤，底流经3-5次反响洗涤，洗至赤泥中Na2O的附液损失为0.3-1.8%（对于赤泥而言）。末次洗涤后的赤泥再经过1次过滤，使赤泥含水量降至45%以下。一次真空过滤可以代替两次沉降洗涤，在赤泥沉降分离中，可以根据经济和设备的实际情况将沉降槽和过滤机联合使用。如果赤泥沉降分离不良，将会减产30-40%；赤泥洗涤不好，则会显著地增加Na2O和Al2O3的损失，同时也会影响赤泥的用途。赤泥矿浆经分料箱均匀分配入各分离沉降槽，分离槽溢流自流入粗液槽。底流经水力混

46、合槽与二次洗液混合均匀，用泵进入一次洗涤槽。赤泥反向洗涤的流程：赤泥从一次顺流到末次，末次沉降底流用泵送去过滤机，热水与赤泥的流向相反，即从末次逐级逆流到一次沉降洗涤，一次溢流即赤泥洗液，送去稀释。反向洗涤的优点是能降低新水用量，又能得到浓度较高的洗液。赤泥过滤所得到的滤液，经加热体温后仍返回末次洗涤槽，可以提高末次洗涤槽的进料液固比，有利于沉降。Al(OH)3洗液和赤泥洗液不是一道用去稀释溶出矿浆，而是跟热水一道加入洗涤槽，以便提高末次洗涤沉降槽的进料液固比，加快赤泥沉降速度。同时，由于Al(OH)3洗液量波动较大，用于稀释会是稀释矿浆浓度波动，不利于分离沉降槽的操作。赤泥分离洗涤用沉降槽现

47、在氧化铝行业普遍采用下列形式：(1)深锥高效沉降槽由于占地面积小、单位面积产能高、氧化铝水解损失较小、底流固含高而受到各氧化铝厂的亲睐，但其絮凝剂添加量大，生产运行费用高，清理检修工作量较平底沉降槽大。(2)平底沉降槽运行稳定，底流固含可达600650g/l，对流量波动的适应性强，且操作简单、维护工作量小，汽车可直接开进槽底清理赤泥及结疤，清理工作方便；此外絮凝剂添加量小，生产经营费用较低。平底沉降槽的缺点为占地面积大，氧化铝水解损失相对略高。总的来说，一段法的工艺特点是高浓度、高固含、流程简单易操作，精液产出率较高，但是是产品粒度不够均匀，磨损指数高、强度低，晶种循环量大。而二段法虽然流程复杂，分级操作难度大，但具有产品粒度均匀，可以控制+150m和-15m的粒度，种子循环量小，产品氧化铝的百分含量可以降至15%以下，可以完全满足电解铝生产要求，具有很高的市场竞争力和发展前景。因此，本设计采用二段法进行晶种分解。1.3氢氧化铝焙烧在高温下将氢氧化铝的附着水、结晶水除去，使其晶型转变，以获得适合要求的氧化铝，一般的煅烧温度在10001250下进行。此工序的常用设备有回转窑、气体悬浮焙烧