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1、 利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁工藝講座2012年1月 講座包括以下四個(gè)部分一、企業(yè)情況介紹二、我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)及鋁土礦現(xiàn)狀三、利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的意義四、利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁工藝介紹一、企業(yè)情況介紹 內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開(kāi)發(fā)有限公司于2007年7月26日成立,是由大唐能源化工有限責(zé)任公司、同方環(huán)境股份有限公司、北京國(guó)能智信投資有限公司、多倫縣信遠(yuǎn)再生資源有限公司共同投資的股份制公司。 是大唐集團(tuán)首家利用粉煤灰提取氧化鋁、生產(chǎn)鋁硅合金的有色冶金企業(yè),也是我國(guó)粉煤灰綜合利用的產(chǎn)業(yè)示范基地。 大唐國(guó)際批復(fù)定員1830人,其中在冊(cè)員工644人,勞務(wù)派遣1186人。全公司人員平均年齡28歲。 承攬國(guó)家“十一五

2、”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)、國(guó)家“863”重大專項(xiàng)1項(xiàng)、內(nèi)蒙古自治區(qū)重大科技攻關(guān)項(xiàng)目2項(xiàng)、呼和浩特市重大科技專項(xiàng)2項(xiàng)。 截至目前再生資源公司已獲得省部級(jí)一等獎(jiǎng)3項(xiàng),二等獎(jiǎng)1項(xiàng),三等獎(jiǎng)1項(xiàng),取得9項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利,在國(guó)內(nèi)核心期刊發(fā)表論文15篇、專著1篇,出版高校教材1本。 電解車間于2008年3月25日開(kāi)工建設(shè),2009 9月15日生產(chǎn)出第一批鋁錠。設(shè)計(jì)產(chǎn)能12萬(wàn)噸/年。 炭素車間于2009年5月18日開(kāi)工建設(shè),于2011年2月15日轉(zhuǎn)入生產(chǎn)管理。設(shè)計(jì)產(chǎn)能6萬(wàn)噸/年。 氧化鋁車間于2009年4月開(kāi)工建設(shè),至2010年8月30日打通主要工藝流程。設(shè)計(jì)產(chǎn)能24萬(wàn)噸/年。 “十二五”期間,大唐集團(tuán)規(guī)劃建

3、設(shè)兩個(gè)“煤電灰鋁”一體化循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目,爭(zhēng)取達(dá)到年產(chǎn)270萬(wàn)噸氧化鋁(135萬(wàn)噸電解鋁)的總體規(guī)模。依托項(xiàng)目建設(shè),確保實(shí)現(xiàn)“出精品、出人才、出效益”目標(biāo)。其中再生資源公司將再建設(shè)50萬(wàn)噸/年氧化鋁項(xiàng)目,配套235萬(wàn)千瓦自備電廠,并擴(kuò)建托克托電廠五期工程2臺(tái)60萬(wàn)千瓦級(jí)機(jī)組。 二、我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)及鋁土礦現(xiàn)狀 2011年我國(guó)氧化鋁產(chǎn)能達(dá)3320萬(wàn)噸,進(jìn)口168萬(wàn)噸,世界產(chǎn)能8775萬(wàn)噸。 進(jìn)口鋁土礦4031.85萬(wàn)噸,對(duì)外依存度達(dá)60%以上。進(jìn)口鋁土礦主要來(lái)自印度尼西亞和澳大利亞。 我國(guó)鋁土礦資源比較匱乏,截止2008年底基礎(chǔ)儲(chǔ)量約為8.73億噸,靜態(tài)保證年限僅有10年,且這些保有的鋁土礦質(zhì)量較差,

4、加工困難、耗能大的一水硬鋁石型礦石占全國(guó)總儲(chǔ)量的98%以上,適于露采的鋁土礦礦床也不多。為此,國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)所用原材料多從國(guó)外進(jìn)口,我國(guó)鋁土礦對(duì)外依存度隨之急劇上升。 按照國(guó)內(nèi)目前的技術(shù)水平,生產(chǎn)1噸鋁錠需要2噸氧化鋁和4噸鋁土礦,而2010年底我國(guó)的鋁冶煉產(chǎn)能就已達(dá)到2300萬(wàn)噸,實(shí)際產(chǎn)量為1560萬(wàn)噸。由此推算,生產(chǎn)1560萬(wàn)噸鋁錠則需要6240萬(wàn)噸鋁土礦。 鑒于上述原因,開(kāi)發(fā)非鋁土礦資源生產(chǎn)氧化鋁是保證我國(guó)氧化鋁生產(chǎn)的必由之路,也是保證我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的戰(zhàn)略需要。三、利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁的意義 可解決我國(guó)鋁土礦資源日益短缺的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)高鋁煤炭?jī)?chǔ)量十分豐富,遠(yuǎn)景資源量約1000億噸,已

5、探明儲(chǔ)量為319億噸。其中,粉煤灰中氧化鋁含量在45%以上的煤炭資源主要分布在內(nèi)蒙古中部的準(zhǔn)格爾煤田。 具有可靠地技術(shù)保障。大唐集團(tuán)與清華同方合作,經(jīng)過(guò)八年的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)研究,探索并開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“高鋁粉煤灰提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)活性硅酸鈣”及“礦熱法冶煉鋁硅合金”工藝技術(shù),形成了極具特色的“煤炭電力高鋁粉煤灰有色金屬”循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)模式。鋁合金鋁合金脫堿鋁板、帶、箔鋁板、帶、箔水泥硅鈣渣氧化鋁氧化鋁活性硅酸鈣高填料文化用紙發(fā)電發(fā)電高高 鋁鋁 煤煤 炭炭電石渣粉煤灰粉煤灰PVC化工 基于對(duì)高鋁粉煤灰物相組成與顯微結(jié)構(gòu)的深入研究,結(jié)合我國(guó)燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的實(shí)踐,大唐集團(tuán)自主研究并開(kāi)發(fā)了“預(yù)脫硅

6、堿石灰燒結(jié)法提取氧化鋁多聯(lián)產(chǎn)”工藝路線。 四、利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁工藝介紹四、利用粉煤灰生產(chǎn)氧化鋁工藝介紹 本節(jié)內(nèi)容按工藝流程進(jìn)行介紹,對(duì)輔助工藝系統(tǒng)不做詳細(xì)介紹。 1、粉煤灰貯倉(cāng)及輸送工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 工藝技術(shù)指標(biāo): 氧化鋁含量45%; 鋁硅比(A/S )0.8。 廠外轉(zhuǎn)運(yùn)站膠帶輸送機(jī)1#轉(zhuǎn)運(yùn)站膠帶輸送機(jī)2#轉(zhuǎn)運(yùn)站膠帶輸送機(jī)3#轉(zhuǎn)運(yùn)站膠帶輸送機(jī)粉煤灰貯倉(cāng)螺旋輸送機(jī)機(jī)大傾角輸送機(jī)粉煤灰預(yù)調(diào)配S-1斗提機(jī)螺旋輸送機(jī)2、粉煤灰預(yù)調(diào)配工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 工藝技術(shù)指標(biāo): 粉煤灰漿液固含:350-400g/l; NaOH濃度:150-170g/l(以Na2O計(jì)); 粉煤灰漿液苛堿含量:

7、140-160g/l (以 Na2O計(jì)) 。不合格礦漿4個(gè)下料漏斗4臺(tái)電子皮帶秤4臺(tái)調(diào)配槽2臺(tái)合格料漿槽3臺(tái)礦漿泵粉煤灰預(yù)脫硅工序循環(huán)母液槽70堿液4臺(tái)棒閥3、粉煤灰預(yù)脫硅工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 反應(yīng)原理: SiO2(glass)+2NaOH = Na2SiO3 + H2O 工藝技術(shù)指標(biāo): 脫硅溫度:130-140; 脫硅時(shí)間:0.5-2h; 脫硅液SiO2含量 45g/l; 脫硅粉煤灰鋁硅比(A/S) 1.8。4、粉煤灰分離洗滌工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 工藝技術(shù)指標(biāo): 粉煤灰洗滌用水:0.7t-水/t-粉煤灰; 洗后粉煤灰Na2O含量6.0%; 進(jìn)料溫度85; 脫硅液浮游物含量 5.0

8、g/l。5、活性硅酸鈣制備工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 采用石灰乳苛化生產(chǎn)微粉硅酸鈣技術(shù)。 工藝技術(shù)指標(biāo): CaO與SiO2質(zhì)量比:0.80.9 ; 反應(yīng)溫度:955 ; 反應(yīng)時(shí)間:0.5-1h ; 活性硅酸鈣附水65 ; 三級(jí)濾餅Na2O含量 1.5%。脫 硅 液 槽葉 濾 機(jī)混 合 槽反 應(yīng) 槽分 離 沉 降 槽一 級(jí) 帶 式 過(guò) 濾脫 堿 槽中 和 槽中 和 沉 降 槽粉 煤 灰 分 離脫 硅 液石 灰 乳 槽底 流精 液底 流 槽去預(yù)脫硅濾 餅二 級(jí) 帶 式 過(guò) 濾熱 水 槽濾 餅濾 餅底 流三 級(jí) 帶 式 過(guò) 濾去 烘 干 系 統(tǒng)濾 液 槽去 蒸 發(fā) 槽 罐 區(qū)NaOH溶 液循 環(huán) 酸

9、 槽溢 流 槽稀 酸 槽 來(lái)去 灰 堆 場(chǎng)硫 酸 鈉 漿 液6、活性硅酸鈣烘干工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 采用閃蒸干燥機(jī)和回轉(zhuǎn)干燥煅燒機(jī)兩段烘干技術(shù)。 工藝技術(shù)指標(biāo): 活性硅酸鈣質(zhì)量:SiO248,CaO45,Na2O0.2,灼減3 。緩 沖 倉(cāng)喂 料 機(jī)閃 蒸 干 燥 機(jī)布 袋 除 塵 器轉(zhuǎn) 筒 烘 干 機(jī)冷 卻 器活 性 硅 酸 鈣 貯 倉(cāng)制 備 來(lái) 的 濕 硅 酸 鈣熱 風(fēng) 爐螺 旋 泵燃 氣 站 來(lái) 的 煤 氣鼓 風(fēng) 機(jī)鼓 風(fēng) 機(jī)引 風(fēng) 機(jī)熱 風(fēng) 爐燃 氣 站 來(lái) 的 煤 氣鼓 風(fēng) 機(jī)鼓 風(fēng) 機(jī)布 袋 除 塵 器引 風(fēng) 機(jī)羅 茨 風(fēng) 機(jī)包 裝 機(jī)堆 棧冷 卻 進(jìn) 水冷 卻 回 水羅 茨

10、風(fēng) 機(jī)布 袋 除 塵 器引風(fēng)機(jī)外 賣尾 氣 外 排尾 氣 外 排尾 氣 外 排7、生料漿制備工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 工藝技術(shù)指標(biāo): 堿比:0.951.02; 鈣比:2.092.15; 含水率:41; 細(xì)度:20014; 鐵鋁比:0.060.02。膠帶輸送機(jī)碳酸鈉或苛化渣液管硅鈣渣洗滌石灰石倉(cāng)無(wú)煙煤倉(cāng)粉煤灰倉(cāng)鋁土礦倉(cāng)皮帶輸送機(jī)管磨機(jī)直線振動(dòng)篩緩沖槽電石渣倉(cāng)皮帶輸送機(jī)電石渣槽去生料漿調(diào)配8、生料漿調(diào)配工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 工藝技術(shù)指標(biāo): 堿比:0.951.01; 鈣比:1.951.99; 含水率:41; 細(xì)度:20014; 鐵鋁比:0.080.02。三次調(diào)配來(lái)生料漿磨制生料漿分配槽料漿調(diào)

11、配槽分配槽合格料漿槽柱塞泵去回轉(zhuǎn)窯9、煤粉制備工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 工藝技術(shù)指標(biāo): 入磨最大料度50mm; 入磨最大水份8%; 出磨煤粉細(xì)度+160目篩 14%; 出磨煤粉水分3.0%(全水); 灰分 15%。原煤膠帶機(jī)原煤倉(cāng)耐壓稱 重給煤機(jī)輥式磨袋式除塵器煤粉倉(cāng)環(huán)狀天平計(jì)重器羅茨風(fēng)機(jī)窯頭燃燒器氮?dú)獗獠即龎m器煤磨風(fēng)機(jī)10、熟料燒成工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 熟料燒結(jié)的目的就是要使原料中的Al2O3轉(zhuǎn)變成易溶于水或稀堿溶液的化合物(Na2OAl2O3),而使SiO2、Fe2O3和TiO2等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒蛳A溶液的2CaOSiO2、Na2OFe2O3和CaO TiO2等化合物,以便在

12、下一步溶出過(guò)程中將有用成分與有害雜質(zhì)分離出來(lái)。10、熟料燒成工序 主要工藝技術(shù)指標(biāo) 堿比:0.95-1.0; 鈣比:1.9-2.0; Al2O3標(biāo)準(zhǔn)溶出率93%; Na2O標(biāo)準(zhǔn)溶出率95%; 容重:1.15-1.25kg/l?;剞D(zhuǎn)窯靜電除塵器旋風(fēng)除塵器脈沖除塵器回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯拉鏈輸送機(jī)羅茨風(fēng)機(jī)螺旋泵煙囪引風(fēng)機(jī)螺旋泵羅茨風(fēng)機(jī)羅茨風(fēng)機(jī)羅茨風(fēng)機(jī)去熟料中碎金屬補(bǔ)償器來(lái)自生料漿調(diào)配表示主物料流程表示氣體流程TE排氣排氣進(jìn)入煤粉制備內(nèi)蒙古大唐國(guó)際再生資源開(kāi)發(fā)有限公司熟料燒結(jié)系統(tǒng)圖第 張比例共 張數(shù)量材料日期日期審核制圖11、熟料溶出工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 采用筒形溶出器+棒磨機(jī)的兩段逆流溶出技術(shù)。 一段

13、溶出漿液工藝技術(shù)指標(biāo): Al2O3含量65g/l; 苛性比(K):1.1-1.4; 固含30g/L; 一段氧化鋁溶出率60%; 一段氧化鈉溶出率80%。 11、熟料溶出工序 二段溶出漿液工藝技術(shù)指標(biāo): 固含:300-400g/L; 細(xì)度(D50):25-35 微米。 調(diào)配混調(diào)配混 均槽均槽一二段脫硅一二段脫硅硅鈣渣洗滌硅鈣渣洗滌溶出漿溶出漿液槽液槽二段溶出漿二段溶出漿液槽液槽粗液槽粗液槽棒磨機(jī)棒磨機(jī)筒形溶出器筒形溶出器熟料倉(cāng)熟料倉(cāng)沉降槽沉降槽膠帶輸送機(jī)膠帶輸送機(jī)硅鈣渣二次洗液硅鈣渣二次洗液蒸發(fā)槽罐區(qū)熱水蒸發(fā)槽罐區(qū)熱水污水槽污水槽絮凝劑絮凝劑溶出調(diào)溶出調(diào) 配液槽配液槽水旋器水旋器部分碳分母液、部

14、分碳分母液、AH成品過(guò)濾洗液、硅鈣渣洗液、種分母液成品過(guò)濾洗液、硅鈣渣洗液、種分母液12、硅鈣渣分離洗滌工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 工藝技術(shù)指標(biāo): 末次沉降槽底流液固比(L/S)2.5; 其它沉降槽底流液固比(L/S)2.0; 沉降槽溫度90; 沉降槽溢流浮游物0.2g/L。一洗三洗二洗脫堿棒磨機(jī)底流泵底流泵底流泵底流泵熱水槽溶出器硅鈣渣壓濾13、硅鈣渣壓濾工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 脫堿反應(yīng):硅鈣渣的主要成分為硅酸二鈣和二次反應(yīng)生產(chǎn)的鈉硅渣等。其中堿主要以化合堿形式存在于鈉硅渣中。脫堿槽中所發(fā)生的化學(xué)如下:NaOAl2O31.7SiO2H2O+Ca(OH)2 CaOAl2O3xSiO2yH2

15、O+NaOHNa2CO3+Ca(OH)2 = CaCO3+2NaOH13、硅鈣渣壓濾工序 工藝技術(shù)指標(biāo) 壓濾機(jī)濾液浮游物2g/L; 壓濾機(jī)濾餅附水30; 硅鈣渣含堿0.6; 電石渣加入量:812。壓濾機(jī)濾液槽底流漿液槽1#2#3#5#4#硅鈣渣漿液硅鈣渣漿液四洗沉降槽硅鈣渣洗滌 示意閥門(mén)14、一二段脫硅工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 熟料溶出粗液,加入鈉硅渣種子和種分母液,利用套管預(yù)熱器進(jìn)行一段脫硅。一部分濾液經(jīng)精濾后送種子分解。另一部分精液加入石灰乳經(jīng)深度常壓脫硅精濾后送碳分分解,產(chǎn)品作為種子分解的晶種。 主要技術(shù)指標(biāo):一段脫硅溫度 145;一段脫硅液硅量指數(shù)為200-300;二段脫硅硅量指數(shù)6

16、50-1100。 粗液槽(2個(gè))熟料溶出粗液種分母液鈉硅渣漿液套管預(yù)熱器(內(nèi)3-1598,外48010)保溫罐(5個(gè))一級(jí)料漿自蒸發(fā)器二級(jí)料漿自蒸發(fā)器三級(jí)料漿自蒸發(fā)器一段緩沖槽新蒸汽冷凝水自蒸發(fā)器套管預(yù)熱器(內(nèi)3-1598,外48010)套管預(yù)熱器(內(nèi)3-1598,外48010)硅鈣渣洗滌新蒸汽冷凝水罐新蒸汽冷凝水自蒸發(fā)器罐冷凝水罐蒸發(fā)站氫氧化鈉蒸發(fā)預(yù)脫硅新蒸汽冷凝水回電廠或硅鈣渣洗滌一段脫硅沉降槽一段溢流槽一段葉濾機(jī)一段精液槽種子過(guò)濾二段脫硅反應(yīng)槽二段脫硅沉降槽二段溢流槽二段葉濾機(jī)二段精液槽碳酸分解轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)液封槽濾液槽底流槽濾渣槽漿液槽生料漿磨制轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)液封槽濾液槽底流槽石灰乳制備石灰乳

17、槽 15、碳酸化分解工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 碳分原理: 2NaAl(OH)4+CO2 =2Al(OH)3+Na2CO3+H2O 主要技術(shù)指標(biāo): 碳分分解率 88% ; 二氧化碳濃度38% ; 碳分溫度85。1#碳分槽2#碳分槽3#碳分槽4#碳分槽5#碳分槽6#碳分槽7#碳分槽8#碳分槽9#碳分槽10#碳 分槽二段脫硅液種子過(guò)濾沉 降 槽溢 流水力旋流器CO2氣體底流底流蒸發(fā)槽罐區(qū)各碳分槽溢 流壓縮空氣壓縮空氣各碳分槽各碳分槽16、種子過(guò)濾工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 主要技術(shù)指標(biāo):立盤(pán)過(guò)濾機(jī)進(jìn)料溫度5055;濾餅含附液率20%;母液浮游物含量2 g/L;種子過(guò)濾進(jìn)料固含500g/l。3號(hào)立盤(pán)

18、過(guò)濾機(jī)1號(hào)立盤(pán)過(guò)濾機(jī)分解分級(jí)來(lái)漿液成品過(guò)濾來(lái)化學(xué)清洗液與蒸發(fā)槽罐區(qū)來(lái)熱水真空受液槽氣液分離器真空受液槽氣液分離器錐形母液槽 (種分)錐形母液槽 (碳分)真空泵種分母液槽碳分母液槽泵送至碳酸化分解泵送至分解分級(jí)分解槽泵送至孰料溶出調(diào)配槽泵送至一二段脫硅120板式換熱器(種分)晶種槽(碳分)溢流槽去分解分級(jí)成品過(guò)濾來(lái)化學(xué)清洗液與蒸發(fā)槽罐區(qū)來(lái)熱水(碳分)晶種槽去分解分級(jí)一二段脫硅來(lái)一段脫硅精液17、種子分解工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 反應(yīng)原理: NaAl(OH)4+xAl(OH)3(晶種) =(x+1)Al(OH)3+NaOH 主要技術(shù)指標(biāo):分解首槽溫度 5961;分解末槽溫度 5055;分解時(shí)間4

19、550h;分解產(chǎn)出率 55 kg/m3-精液。種子過(guò)濾晶種槽來(lái)漿液管網(wǎng)來(lái)壓縮空氣種子過(guò)濾立盤(pán)溢流液水力旋流器去成品過(guò)濾溢流重新返回槽內(nèi)側(cè)部出料至種子過(guò)濾套管預(yù)熱器管網(wǎng)來(lái)蒸汽冷凝水罐冷凝水至成品過(guò)濾熱水槽清洗系統(tǒng)來(lái)強(qiáng)堿溶液種子過(guò)濾來(lái)種分母液板式換熱器種 子 過(guò)濾 來(lái) 種分 母 液通 至 分級(jí) 機(jī) 進(jìn)料泵1 號(hào)分解槽2 號(hào)分解槽3 號(hào)分解槽4 號(hào)分分解解槽5 號(hào)分解槽6 號(hào)分解槽7 號(hào)分解槽8 號(hào)分解槽9 號(hào)分解槽18、成品過(guò)濾工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 主要技術(shù)指標(biāo): 洗水加入量1 t/t-Al2O3; 洗水溫度85; 母液浮游物含量2g/l; 濾餅含水率 8%; 濾餅中可溶性堿Na2O 0.6%。19、氫氧化鋁焙燒工序 工藝流程圖(見(jiàn)下頁(yè)) 反應(yīng)原理: Al2O3.3H2O Al2O3+3H2O 主要技術(shù)指標(biāo): 熱耗3.27MJ/kg-Al2O3; -Al2O3含量: 520%; 灼減: 0.51.0%; 粒度分布: +125m15%;-45m12%。20、蒸發(fā)系統(tǒng) 蒸發(fā)的目的是:排除系統(tǒng)多余的水分,保持體系中水量平衡,使蒸發(fā)母液達(dá)到工藝系統(tǒng)配料濃度的要求。 我公司工藝系統(tǒng)中包括氫氧化鈉蒸發(fā)站和碳分母液蒸發(fā)站,均采用管式降膜蒸發(fā)器。 為保證系統(tǒng)內(nèi)苛性堿(NaOH)與碳?jí)A(Na2CO3)的平衡,還設(shè)有排鹽苛化工序。21、其他輔助工序 原燃料貯倉(cāng)及輸送工序:外購(gòu)合格的石灰石

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