年產(chǎn)120萬噸氧化鋁拜爾法生產(chǎn)高壓溶出工藝設(shè)計(jì)

太原理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）概述最近幾年,氧化鋁生產(chǎn)發(fā)展尤為迅猛,氧化鋁工業(yè)是世界經(jīng)濟(jì)中最重要的基礎(chǔ)原料工業(yè)部門之一，自20世紀(jì)中葉以來，隨著氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，氧化鋁工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，氧化鋁年產(chǎn)量保持快速的增長。1904年世界氧化鋁產(chǎn)量僅1000噸，到2000年，氧化鋁總產(chǎn)量則高達(dá)6000多萬噸，一躍成為僅次于鋼鐵的特大型金屬冶煉行業(yè)。同時(shí)，隨著全球經(jīng)濟(jì)在21世紀(jì)進(jìn)一步飛速發(fā)展，人類對氧化鋁及其深加工產(chǎn)品的年需求量將會(huì)以更高的速度增長。為此，許多鋁土礦資源豐富、氧化鋁產(chǎn)量較大的國家對氧化鋁生產(chǎn)的研究和開發(fā)一刻也未曾停止，各種氧化鋁生產(chǎn)強(qiáng)化技術(shù)和加工工藝不斷涌現(xiàn)。我國鋁工業(yè)從近兩年來看的總體情況為電解鋁的貢應(yīng)量比實(shí)際的需求量少，而氧化鋁的貢量又不能滿足電解鋁的需要，我國每年需要從國外引進(jìn)鋁材?，F(xiàn)在我國鋁廠的電解車間的生產(chǎn)能力為420萬噸/年，而氧化鋁的生產(chǎn)能力為340萬噸/年，因此要改變我國鋁工業(yè)的現(xiàn)狀，首先需改變我國氧化鋁的現(xiàn)狀，提高氧化鋁的生產(chǎn)能力。1.1設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)內(nèi)容是年產(chǎn)120萬噸氧化鋁拜爾法生產(chǎn)高壓溶出工藝設(shè)計(jì)。內(nèi)容包括拜爾法氧化鋁生產(chǎn)高壓溶出工藝流程圖，工廠高壓溶出車間平面配置圖，工廠溶出車間配置圖，工廠高壓溶出車間配置圖。1.2設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料1、生產(chǎn)工藝流程要求：拜爾法氧化鋁高壓溶出；2、設(shè)備的設(shè)計(jì)要求：單管（三管套）—壓煮溶出；3、物料配料及平衡計(jì)算；（1）原始成分：表1.1鋁土礦及石灰的化學(xué)成分：（%）成成分項(xiàng)目（2）技術(shù)條件：1、循環(huán)母液及末次赤泥底流液的成分表1.2循環(huán)母液及末次赤泥底流液的基本成分成成分項(xiàng)目NTANkNcCO2計(jì)H2O密度20℃循環(huán)母液(g/L)255.10137.60230.81323末次赤泥底流液(g/L)15.921.72.631.784.581004.41048末次赤泥底流液1.522.0330.2510.1733.97796.0231002、石灰添加量按原礦漿中CO2的含量8.00%計(jì)。3、赤泥鋁硅重量比及鈉硅比：溶出赤泥A/S=2.00；分離赤泥A/S=2.20；Nk/S=0.16；赤泥結(jié)晶水為8%。4、溶出液及稀釋：溶出液苛性比ak=1.50；脫硅指數(shù)A/S=230；Al2O3濃度=170g/L；稀釋液Al2O3濃度=160g/L；脫硅指數(shù)A/S=307。5、赤泥分離與洗滌液固比L/S：分離L/S=4.0；一次洗滌L/S=3.0；二次洗滌L/S=2.95；三次洗滌L/S=2.90；四次洗滌L/S=2.68；赤泥鋁餅附液液固比L/S=30/70=0.4286。6、種分蒸發(fā)母液苛性比（ak）為2.902。7、Al(OH)3洗滌用水量為1t干Al(OH)3耗1.20t新水；洗凈后Al(OH)3含水6%。8、蘇打?yàn)V餅苛化率為90%；苛化時(shí)石灰投入量按CaO化學(xué)計(jì)量的125%計(jì)。9、生產(chǎn)過程中Al2O3和Na2O的機(jī)械損失：（1）破碎及儲(chǔ)存0.30%。濕磨0.20%；（2）液濾0.05%；（3）晶種攪拌分解0.37%；（4）Al(OH)3洗滌0.5%；（5）種分原液蒸發(fā)0.75%；（6）Al(OH)3焙燒0.377%。4、設(shè)備的熱平衡計(jì)算。1、溶出條件：出堿液濃度NK=200g/L（實(shí)驗(yàn)確定）溶出溫度280℃時(shí)間120min1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求１、氧化鋁生產(chǎn)工藝流程的選擇；２、物料配料及平衡計(jì)算；３、單管（三管套）—壓煮溶出熱平衡計(jì)算；４、單管、高壓溶出器、自蒸發(fā)器、油壓泥漿泵等的選擇計(jì)算；５、氧化鋁溶出車間的平面布置圖；６、主體設(shè)備圖；1.4設(shè)計(jì)目的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)的最后也是最重要的環(huán)節(jié)，通過本次設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)技能有跟進(jìn)一步提高，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生參閱資料撰寫文章等能力。2生產(chǎn)方法及工藝的確定2.1氧化鋁工業(yè)的發(fā)展鋁自十九世紀(jì)末開始工業(yè)生產(chǎn)以來，發(fā)展十分迅速，全世界原鋁的產(chǎn)量大約每十年就會(huì)增長一倍，在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的許多部門以及日常生活中，鋁都獲得了很廣泛的應(yīng)用，這是由于鋁及其鋁合金具有許多優(yōu)良性能，而因鋁的資源又十分豐富之故，到上世紀(jì)60年代初，鋁的產(chǎn)量已經(jīng)超過銅而居有色金屬之首。到2006年，全世界原鋁的產(chǎn)量已達(dá)到，而且對原鋁及其合金的需求還在不斷增加。表2.1給出了21世紀(jì)初近幾年世界鋁產(chǎn)量和我國鋁產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)。表2.2給出了2001年世界氧化鋁前五位的國家。表2.1世界鋁產(chǎn)量和我國鋁產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)單位：萬噸年份200120022003200420052006世界原鋁產(chǎn)量244726092800我國原鋁產(chǎn)量339.5436.0550.0全球原鋁消費(fèi)量238225232717我國原鋁消費(fèi)量465425520我國進(jìn)口鋁錠13.020.619.0表2.22001年世界氧化鋁前五位的國家國家澳大利亞中國美國牙買加巴西產(chǎn)量（萬噸/年）1634.6474.7416.9353.5350.7占全球比例6.526.47冰晶石—氧化鋁熔體電解仍然是目前工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的唯一方法，所以鋁生產(chǎn)包括從鋁礦石生產(chǎn)氧化鋁以及電解鋁兩個(gè)主要過程。90%以上的氧化鋁是供電解鋁冶煉鋁用的。電解鋁以外使用的氧化鋁稱之為非冶金用氧化鋁或多品種氧化鋁。世界上第一個(gè)用拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的工廠投產(chǎn)于1894年，日產(chǎn)僅1噸多。一個(gè)世紀(jì)以來，隨著世界鋁需求量的增加，氧化鋁工業(yè)的發(fā)展很快，2003年世界氧化鋁總產(chǎn)能已達(dá)到6331萬噸，總產(chǎn)量為5922萬噸，其中冶金級氧化鋁產(chǎn)量達(dá)到5457萬噸，非冶金級氧化鋁產(chǎn)量達(dá)到了465萬噸。此外，以現(xiàn)代微機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控裝置和生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的應(yīng)用，為氧化鋁廠提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低原材料消耗和節(jié)能提供了巨大潛力。2.2我國鋁工業(yè)的發(fā)展和存在問題建國以來，我國鋁工業(yè)從無到有，從小到大，取得了很大的成績，先后建立了山東、鄭州、蘋果、等重點(diǎn)企業(yè)，我國六大氧化鋁基地已基本形成?；厩闆r如表2.3表2.32003年我國六大氧化鋁廠主要生產(chǎn)情況廠名生產(chǎn)方法投產(chǎn)時(shí)間產(chǎn)量（萬噸）堿耗（kg/tAO）綜合能耗（GJ/tAO）山東鋁廠燒結(jié)法為主1954年95.0381.236.66鄭州鋁廠混聯(lián)法1965年137.5063.029.38貴州鋁廠混聯(lián)法1978年75.2168.138.16山西鋁廠混聯(lián)法1987年141.6058.233.72中州鋁廠燒結(jié)法1992年85.1062.340.12蘋果鋁廠拜爾法1995年68.9064.512.61總計(jì)603.34我國氧化鋁工業(yè)自1954年起始以來，發(fā)展迅速，基本以每十年翻一翻的速度飛速發(fā)展。2002年產(chǎn)量突破500萬噸，2003年的產(chǎn)量突破600萬噸。在氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)方面，我國在50多年的發(fā)展中，也取得了卓有成效的進(jìn)步，其主要技術(shù)成如下：1、獨(dú)創(chuàng)了適合我國國情的混聯(lián)法工藝。同時(shí)使用拜爾法處理高品位鋁土礦，用燒結(jié)法處理低品位鋁土礦。2、燒結(jié)法熟料燒成強(qiáng)化技術(shù)。包括生料漿配料、非飽和配方、石灰配料、生料加煤脫溜技術(shù)和熟料窯熱工自動(dòng)化控制技術(shù)。3、燒結(jié)法熟料溶出技術(shù)。包括低苛性分子比溶出技術(shù)、高碳酸濃度二段磨溶出技術(shù)。4、粗液脫硅技術(shù)。包括間接加熱連續(xù)脫硅技術(shù)、加石灰乳深度脫硅技術(shù)和HCAC脫硅技術(shù)。5、富礦強(qiáng)化燒結(jié)工藝。6、拜爾法強(qiáng)化溶出技術(shù)，包括管道化、單管預(yù)熱——壓煮器間接加熱溶出、管道預(yù)熱——停留罐溶出技術(shù)、混聯(lián)法中的拜爾法不平衡溶出和雙料法溶出技術(shù)等。7、赤泥絮凝沉降分離技術(shù)。包括大直徑平底沉降槽技術(shù)、深錐高效沉降槽技術(shù)。8、分解技術(shù)。包括高濃度二氧化碳分解技術(shù)、連續(xù)碳酸化分解技術(shù)、碳酸化分解生產(chǎn)砂狀氧化鋁和晶種分解生產(chǎn)砂狀氧化鋁工藝技術(shù)。9、氧化鋁焙燒技術(shù)。包括美鋁Mark型閃速爐、丹麥氣體懸浮燃燒爐、循環(huán)流態(tài)化焙燒爐。10、五效管式降膜——強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)技術(shù)。11、鋁酸鈉溶液成分電導(dǎo)率法在線實(shí)時(shí)檢測技術(shù)。12、串聯(lián)聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁工藝。13、石灰拜爾法生產(chǎn)氧化鋁工藝（1998年通過鑒定）。14、正浮選選礦拜爾法生產(chǎn)氧化鋁工藝（1999年通過鑒定）。但同時(shí)，由于我國鋁土礦資源存在著以下特點(diǎn)的特點(diǎn)，使得我國氧化鋁生產(chǎn)有著自己的現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)和技術(shù)瓶頸。我國鋁土礦資源的特點(diǎn)如下：1、大型礦床少，已查明的306處礦床中．儲(chǔ)量在5000萬噸上的礦床僅有5個(gè)，多數(shù)儲(chǔ)量在500～2000萬噸之間，還有許多500萬噸以下的小型礦床2、沉積型礦床多，坑采儲(chǔ)量比重大，保有儲(chǔ)量中88％為沉積型礦床，堆積型礦床占11％，紅土風(fēng)化殼型礦床僅占1％，適合于露天開采的約占3O％，介于露采和坑采之間的占3O％，其余40％為坑采礦。且多數(shù)沉積型礦床的礦體薄，緩傾斜，圍巖不穩(wěn)定，坑采難度大。3、一水硬鋁石型礦石為主是中國鋁土礦的主要特點(diǎn)，在保有儲(chǔ)量中，一水硬鋁石型礦石占99％，這是一種高鋁高硅的難溶礦石，礦石的鋁硅比(A／s)低，溶出性能差，生產(chǎn)成本高。4、我國鋁土礦雖然資源豐富，但商品鋁土礦儲(chǔ)量少，國際上按鋁土礦中AI2O的溶出性能，把A／S>7的鋁土礦稱為商品礦。在我國鋁土礦保有儲(chǔ)量中A十B十c的儲(chǔ)量為75億噸，其中A／s4～7的儲(chǔ)量占59．53％即446億噸，而A／S>7的商品鋁土礦僅占保有儲(chǔ)量的33．05％．即為2467億噸。目前，我國氧化鋁生產(chǎn)能力約為380萬t／a，到2005年達(dá)到450萬t／a。盡管如此發(fā)展，我國氧化鋁產(chǎn)品缺口仍在150萬t／a左右。鋁土礦的性能質(zhì)量決定了氧化鋁的生產(chǎn)方法，為適應(yīng)我國鋁土礦高鋁高硅一水硬鋁石型的鋁土礦的特點(diǎn)，國內(nèi)氧化鋁工業(yè)50年來走過了曲折的道路，從我國第一個(gè)山東鋁廠的燒結(jié)法開始，到自行研究設(shè)計(jì)的鄭州鋁廠、山西鋁廠的混聯(lián)法及貴州鋁廠的串聯(lián)法．以至發(fā)展到近期平果鋁廠的拜耳法生產(chǎn)工藝。采用一水硬鋁石礦生產(chǎn)的國家是我國和希臘，占世界總產(chǎn)量的8．8％，其中我國占7％．采用三水鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的占62．7％，采用三水一一水軟鋁石型鋁土礦的占34．8％，采用一水軟鋁石型礦的占0．7％。國外的生產(chǎn)方法均為低溫(143℃)溶出的拜耳祛生產(chǎn)工藝．投資省，能耗?。a(chǎn)成本低。而我國的氧化鋁工業(yè)取得的成績是氧化鋁回收率高(>90％)，堿耗低(90～150kg／kg)，但能耗卻是國外拜耳法的2～4倍．在直接生產(chǎn)成本中能耗費(fèi)占50％以上。相反，國外鋁工業(yè)，由于采用三水鋁石礦為原料進(jìn)行拜耳法工藝技術(shù)生產(chǎn)氧化鋁，其工藝簡單、流程短、能耗低、生產(chǎn)成本低，即使國外唯一的希臘一水硬鋁石礦氧化鋁生產(chǎn)廠，由于其礦石特有的礦物特征（如表2.4），表2.4各種鋁土礦類型特征的比較性質(zhì)三水鋁石一水軟鋁石一水硬鋁石化學(xué)分子式Al2O3·3H2OAl2O3·H2OAl2O3·H2O含Al2O3(％)65.3584.9884.98含化合水(％)34.6515.0215.0晶系單斜晶系斜方晶系斜方晶系奠氏硬度2.3～3.53.5～56.5～7密度(g/cm3)2.3-2．4301～3.063.3～3.5溶出溫度(℃)14018242其運(yùn)作成本也相對較低。而我國最新設(shè)計(jì)，近期建設(shè)的平果鋁廠，其生產(chǎn)成本據(jù)倫敦商品研究所(CRU)報(bào)告，在西方35個(gè)冶金級氧化鋁廠中，平果鋁廠的生產(chǎn)成本為最高其成本為西方35個(gè)廠加權(quán)平均生產(chǎn)成本的140％。統(tǒng)計(jì)資料表明，中國氧化鋁工業(yè)的Al2O3生產(chǎn)成本為1181～1595元／t折合142-192美元／t，現(xiàn)有生產(chǎn)廣的投資回收費(fèi)用平均為77美元／t，新建廠為129美元／t。這樣一來現(xiàn)有生產(chǎn)廠的銷售成本為219～269美元／t，新建廠銷售成本高達(dá)271～321美元／t。而同期國外的氧化鋁廠生產(chǎn)成本為122～140美元／t，其投資回收費(fèi)用在20-70美元／t，其實(shí)際銷售成本為167～185美元，t。通過對比可見：我國氧化鋁廠成本比國外廠高出30美元／t以上，在國際市場缺乏競爭力．致使國內(nèi)現(xiàn)有氧化鋁廠低利潤運(yùn)行。2.3氧化鋁主要生產(chǎn)方法和工藝流程2.3.1氧化鋁主要生產(chǎn)方法氧化鋁生產(chǎn)有多種方式,其選擇要根據(jù)礦石的特點(diǎn)，保證技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)合理，產(chǎn)品質(zhì)量能滿足電解鋁的要求。一、解煉鋁對氧化鋁質(zhì)量的要求：1、氧化鋁的純度氧化鋁的純度是影響原鋁質(zhì)量的主要因素，同時(shí)也影響電解過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，所以對氧化鋁的純度有嚴(yán)格的要求。如果氧化鋁中含有比鋁更正電性的氧化物（Fe2O3、SiO2、TiO2、V2O5），則在電解過程中，這些元素將首先在陰極上析出而使鋁的質(zhì)量下降。硅和鐵是金屬中的主要雜質(zhì)，它們降低鋁的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，影響鋁合金的機(jī)械性能。2、氧化鋁的物理性質(zhì)氧化鋁的物理性質(zhì)不直接影響金屬鋁的質(zhì)量，但是對電解過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及環(huán)境保護(hù)卻有較大的影響。按照氧化鋁的物理性質(zhì)，鋁工業(yè)通常將氧化鋁分為砂狀與面粉狀連種類型，二者在物理性質(zhì)上差別很大，但并沒有一個(gè)嚴(yán)格區(qū)分這兩種氧化鋁的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)還劃分一種物理性質(zhì)介于砂狀與面粉狀之間的所謂“中間型”氧化鋁。表2.5我國氧化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等級化學(xué)成分（%）Al2O3不低于雜質(zhì)，不高于SiO2Fe2O3Na2O灼減一級98.60.020.020.500.80一級98.50.040.040.550.80三級98.40.060.040.600.80四級98.30.080.050.600.80五級50.601.00美國鋁業(yè)公司以三水鋁石型鋁土礦為原料，分解采用低濃度，高溫，低分解率，產(chǎn)品為典型的砂狀氧化鋁。而歐洲的法國、匈牙利、羅馬尼亞等國，是以一水軟鋁石為原料，采用高濃度分解，輕氧化鋁高溫焙燒，產(chǎn)品為典型的面粉狀氧化鋁。我國是以一水硬鋁石為原料，生產(chǎn)方法不同于美國，也不同于歐洲，產(chǎn)品氧化鋁的物理性質(zhì)也與之不同，介于砂狀與面粉狀之間?，F(xiàn)在世界各國廣泛采用大型預(yù)焙槽和干法凈化煙氣，特別是由于控制環(huán)境污染，提高自動(dòng)化程度的需要，采用了中間下料的大型預(yù)焙槽，要求使用流動(dòng)性好、溶解速度快、對氟化氫吸附能力以及細(xì)粒子少的砂狀氧化鋁。因此，近年來砂狀氧化鋁的應(yīng)用越來越多。二、氧化鋁生產(chǎn)方法概述生產(chǎn)氧化鋁的方法大致可以分為：堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法和熱法?，F(xiàn)在在工業(yè)上基本采用的是堿法生產(chǎn)。堿法：是用堿（NaOH或Na2CO3等）處理礦石，使礦石中的氧化鋁變成溶于水的鋁酸鈉，礦石中的鐵、鈦等雜質(zhì)和絕大部分的硅則成為不溶解的化合物。把不溶解的殘?jiān)c溶液分離，將純凈的鋁酸鈉溶液進(jìn)行分解析出氫氧化鋁，經(jīng)分離、洗滌、和煅燒后，便可獲得氧化鋁產(chǎn)品。分解母液則循環(huán)使用來處理另一批鋁礦。分解分離Al(OH)2焙燒Al2O3堿處理分離鋁酸鈉溶鋁礦石鋁酸鈉母液蒸發(fā)循環(huán)母液赤泥（Fe、Ti、Si雜質(zhì)）圖2.1堿法生產(chǎn)氧化鋁的基本過程堿法有拜爾法、燒結(jié)法和拜爾燒結(jié)聯(lián)合法等多種流程。拜爾法是直接用含有大量游離NAOH的循環(huán)母液處理礦石，以溶出其中的氧化鋁而獲得鋁酸鈉溶液，并用加晶種分解的方法，使溶液中的氧化鋁成為氫氧化鋁結(jié)晶析出。拜爾法流程簡單，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量好，成本也低，但它適用處理高品位鋁礦，A/S一般要在9以上。燒結(jié)法則是在鋁礦石配入石灰石（或石灰）、蘇打（含有大量NaCO3的碳酸母液），在高溫?zé)Y(jié)得到含固體鋁酸鈉的熟料，用水或稀堿液溶出熟料，得到鋁酸鈉的溶液。經(jīng)脫硅后的純凈鋁酸鈉溶液用碳酸化分解法（往溶液中加入二氧化碳?xì)怏w）使溶液中的氧化鋁呈氫氧化鋁析出，碳分母液中經(jīng)蒸發(fā)后返回用于配制生料漿。燒結(jié)法工藝比較復(fù)雜，能耗高，產(chǎn)品質(zhì)量和成本一般不及拜爾法好，但它可以處理高硅鋁礦，A/S可以為3～5。拜爾—燒結(jié)聯(lián)合法，兼有拜爾法和燒結(jié)法流程，因而可以兼收兩個(gè)流程的特點(diǎn)，獲得較單一的拜爾法或燒結(jié)法好的經(jīng)濟(jì)效果。它一般處理A/S為6～8的中等品位的鋁礦。酸法：是用硝酸、硫酸、鹽酸等無機(jī)酸處理含鋁原料而得到相應(yīng)的鋁鹽的酸性水溶液。然后使這些鋁鹽成水合物晶體（蒸發(fā)結(jié)晶）或堿式鋁鹽（水解結(jié)晶）從溶液中析出，亦可用堿中和這些鋁鹽的水溶液，鋁成氫氧化鋁析出，煅燒所得的氫氧化鋁或者各鋁鹽的水合物或堿式鋁鹽，便可得到無水氧化鋁。酸法適合高硅低鐵鋁礦，如粘土、高嶺石等，但它們的缺點(diǎn)是需要昂貴的耐酸設(shè)備，酸的回收比較困難，從鋁鹽溶液中除鐵也比較困難。酸堿聯(lián)合法：是先用酸法從高硅礦石中制取含鐵、鈦等雜質(zhì)的不純氫氧化鋁，然后再用堿法（拜爾法）處理，這一流程的實(shí)質(zhì)是用酸法除硅、堿法除鐵。熱法：適用于高硅高鐵的鋁礦，起實(shí)質(zhì)是在電爐或高爐內(nèi)還原熔煉礦石，同時(shí)獲得硅鐵合金（或生鐵）與含氧化鋁的爐渣，二者借比重差異分開后，再用堿法從爐渣中提取氧化鋁。2.3.2拜爾法氧化鋁生產(chǎn)工藝流程一、基本原理拜爾法包括兩個(gè)重要化學(xué)過程：分子比MR(如1.6左右)的鋁酸鈉溶液在常溫下，添加氫氧化鋁作為晶種，不斷攪拌，溶液中Al2O3便可以呈氫氧化鋁徐徐析出，同時(shí)溶液的分子比MR不斷增大，這就是鋁酸鈉溶液的晶種分解過程。而已經(jīng)析出大部分氫氧化鋁的溶液，常稱為分解母液，在加熱時(shí)，又可以溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物，這就是利用種分母液溶出鋁土礦的過程。交替使用這兩個(gè)過程就能夠一批批地處理鋁土礦，從中得到純的氫氧化鋁產(chǎn)品，構(gòu)成所謂的拜爾法循環(huán)。鋁土礦破碎補(bǔ)充苛性堿破碎濕磨濕磨溶出溶出溶出礦漿稀釋稀釋稀釋礦漿稀釋礦漿沉降分離沉降分離粗液稠濃赤泥液石灰乳赤泥洗滌葉濾赤泥洗滌葉濾精液赤泥洗液苛化晶種分解苛化晶種分解氫氧化鋁漿液堆場溶解蒸發(fā)沉降分離母液溶解蒸發(fā)沉降分離分離晶種氫氧化鋁Na2CO3結(jié)晶分離洗滌熱水洗液蒸發(fā)母液洗滌氫氧化鋁焙燒焙燒氧化鋁圖2.2拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的基本流程拜爾法的實(shí)質(zhì)就是下一反應(yīng)在不同條件下的交替進(jìn)行。溶出Al2O3·H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq種分形象地就如下所示：溶出（溶解）鋁土礦赤泥溶出（溶解）NaOHNaAl(OH)4種子分解母液溶液種子分解種子Al(OH)3焙燒Al2O3圖2.3拜爾法主要化學(xué)過程二、基本工藝流程各工廠由于礦石的特點(diǎn)、技術(shù)裝備水平和地區(qū)工業(yè)條件的不同所采用的流程也不盡相同。圖1-2是拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的基本流程。2.3.3燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)工藝流程用拜爾法處理鋁硅比A/S＞7的優(yōu)質(zhì)礦石時(shí)，才能得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。而堿石灰燒結(jié)法處理鋁硅比A/S＜4的劣質(zhì)鋁土礦，以及在處理SiO2含量更高的其他煉鋁原料（如霞石、娟云石和正長石）時(shí)，也得到了實(shí)際應(yīng)用，并可以同時(shí)生產(chǎn)氧化鋁、鉀肥和水泥等產(chǎn)品。一、基本原理堿石灰燒結(jié)法的基本原理是：使?fàn)t料中的氧化物經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)殇X酸鈉（Na2O·Al2O3）、鐵酸鈉（Na2O·Fe2O3）、原硅酸鈣(2Ca2O·SiO2)和鈦酸鈣(Ca2O·Al2O3)，用水或稀堿溶液溶出時(shí)，鋁酸鈉溶液進(jìn)入溶液，鐵酸鈉水解為NaOH和Fe2O3·H2O沉淀，而原硅酸鈣和鈦酸鈣不溶成為泥渣。分離出去的泥渣后得到的鋁酸鈉溶液，再通過CO2進(jìn)碳酸化分解Al(OH)3，便析出，而碳分母液（主要成分為Na2CO3）經(jīng)蒸發(fā)濃縮后返回配料燒結(jié)，循環(huán)使用。經(jīng)過焙燒即成為產(chǎn)品Al2O3 。一、基本工藝流程堿石灰燒結(jié)法主要環(huán)節(jié)是：燒結(jié)——溶出——脫硅——碘分。碳酸鈉鋁土礦石灰石煅燒破碎CO2氣體煅燒破碎濕磨配料石灰濕磨配料凈化料降調(diào)整凈化料降調(diào)整煤粉調(diào)整液制備燒結(jié)(重油)調(diào)整液制備燒結(jié)熟料溶出熱水赤泥洗液熟料溶出洗滌赤泥分離赤泥洗滌赤泥分離赤泥粗鋁酸鈉溶液棄赤泥脫硅新蒸汽脫硅石灰乳分離硅渣硅渣分離硅渣精液晶種分解碳酸化分解晶種分解碳酸化分解晶種種分母液氫氧化鋁碳分母液蒸發(fā)洗滌軟水蒸發(fā)洗滌焙燒焙燒重油蒸發(fā)母液成品氧化鋁氫氧化鋁洗液圖2.4堿石灰燒結(jié)法基本流程圖2.3.4拜爾法和燒結(jié)法的優(yōu)缺性比較一、拜爾法的特點(diǎn)：1、適合高鋁硅比，A/S一般＞9；2、流程簡單，能耗低，成本低；3、產(chǎn)品質(zhì)量好，純度高。二、堿石灰燒結(jié)法的特點(diǎn):1、適合于低鋁硅比礦，A/S一般為3～6；2、流程復(fù)雜，能耗高、成本高；3、產(chǎn)品和質(zhì)量較拜爾法低2.4生產(chǎn)方法選擇氧化鋁是兩性氧化物，既可以用酸性溶液也可以用堿性溶液處理鋁土礦使氧化鋁溶出。因此氧化鋁的生產(chǎn)方法大致可以分為堿法，酸法，酸堿聯(lián)合法和熱法等。但目前在工業(yè)上得到應(yīng)用的卻只有堿法。1.堿法該法是用堿（NaOH或Na2CO3）處理鋁土礦，使鋁土礦中的氧化鋁進(jìn)入鋁酸鈉溶液中去。礦石中的其他雜質(zhì)和絕大部分硅成為不溶性物質(zhì)進(jìn)入殘?jiān)?，并從溶液中分離出來經(jīng)洗滌后丟棄或另行處理。溶出后的鋁酸鈉溶液經(jīng)過凈化得到精液便可以通過分解析出輕氧化鋁，而分解后的溶液作為母液再生產(chǎn)種循環(huán)使用。在氧化鋁的堿法處理中又可以分為拜爾法，堿石灰燒結(jié)發(fā)以及拜爾――堿石灰燒結(jié)聯(lián)合等多種流程。分解分離Al(OH)2焙燒Al2O3堿處理分離鋁酸鈉溶鋁礦石鋁酸鈉母液蒸發(fā)循環(huán)母液赤泥（Fe、Ti、Si雜質(zhì)）圖2.5堿法生產(chǎn)氧化鋁的基本過程拜爾法是減法中最具代表性的，它直接利用含有大量游離苛性堿的循環(huán)母液處理鋁土礦，溶出其中的氧化鋁得到鋁酸鈉溶液，然后向NaAl2O3溶液中加入氫氧化鋁晶種，經(jīng)過長時(shí)間的攪拌便可析出氫氧化鋁晶體，而分解后的溶液經(jīng)過蒸發(fā)后用于下一批鋁土礦的溶出。堿石灰燒結(jié)法是在鋁土礦中配入石灰石，純堿在高溫下燒結(jié)得到固態(tài)NaAl2O3熟料，用水或稀堿溶液溶出熟料得到NaAl2O3溶液，NaAl2O3溶液脫硅凈化后通入二氧化碳便可分解結(jié)晶出氫氧化鋁，分解后的溶液也經(jīng)蒸發(fā)后也循環(huán)使用。2.酸法該法是用硝酸，硫酸，鹽酸等無機(jī)酸處理含鋁原料而得到相應(yīng)鋁鹽的酸性水溶液，然后使這些鋁鹽成水合物晶體或堿式鋁鹽從溶液中析出，也可用堿中和這些鋁鹽的水溶液使鋁從氫氧化鋁析出，煅燒所得的氫氧化鋁或堿式鋁鹽便可得無水氧化鋁。酸法實(shí)用于處理高硅底鐵的鋁土礦，如粘土，高嶺土等，此法在原則上具有可行性，但與堿法相比，需要昂貴的耐酸設(shè)備，酸的回收一般比較復(fù)雜，煅燒鋁鹽的熱耗也比較大，因此，目前在工業(yè)上此方法還不具有實(shí)用性。3.熱法此法適用處理高硅高鐵的鋁土礦，其實(shí)質(zhì)是在電爐或高爐中還原熔煉礦石，同時(shí)獲得硅鐵合金與含鋁酸鈣爐渣，兩者借比重差分離后，再用堿法從爐渣中提取氧化鋁，其缺點(diǎn)是能耗高，而且技術(shù)上還不成熟，工業(yè)上也還沒有得到利用，因此，本設(shè)計(jì)也不考慮此方法。經(jīng)過以上方法比較，拜耳法流程比較簡單，能耗底，產(chǎn)品質(zhì)量好，尤其針對于鋁硅比比較高的鋁土礦，經(jīng)濟(jì)效益好，目前世界上90％以上三氧化二鋁是用拜耳法生產(chǎn)的。堿石灰燒結(jié)法流程復(fù)雜，能耗高，產(chǎn)品質(zhì)量較差，成本高，經(jīng)濟(jì)效益較低，但是它適用于鋁硅比較低的鋁土礦。2.5工藝流程的選擇論證分子比MR的鋁酸鈉溶液在常溫下，添加氫氧化鋁作為晶種，不斷攪拌，溶液中Al2O3便可以呈氫氧化鋁徐徐析出，同時(shí)溶液的分子比MR不斷增大，這就是鋁酸鈉溶液的晶種分解過程。而已經(jīng)析出大部分氫氧化鋁的溶液，常稱為分解母液，在加熱時(shí)，又可以溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物，這就是利用種分母液溶出鋁土礦的過程。交替使用這兩個(gè)過程就能夠一批批地處理鋁土礦，從中得到純的氫氧化鋁產(chǎn)品，構(gòu)成所謂的拜爾法循環(huán)。拜爾法的實(shí)質(zhì)就是下一反應(yīng)在不同條件下的交替進(jìn)行。溶出Al2O3·H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq種分形象地就如下所示：溶出（溶解）鋁土礦赤泥溶出（溶解）NaOHNaAl(OH)4種子分解母液溶液種子分解種子Al(OH)3焙燒Al2O3圖2.6拜爾法主要化學(xué)反應(yīng)圖2.7拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的基本流程3設(shè)計(jì)計(jì)算3.1物料平衡計(jì)算3.1.1以1000㎏碎鋁土礦為計(jì)算基準(zhǔn)石灰添加量設(shè)石灰的添加量為X，則：（0.8096X+1000×0.0010）/（X+1000）=8.00%解之得：X=94.57㎏式中：0.8096——石灰中CaO的含量，%8.00——原礦漿要求的CaO的含量，%1000×0.0010——1000㎏鋁土礦中CaO的含量，%可由此列出碎鋁土礦與石灰的混礦成分與含量表表3.1混礦成分成成分項(xiàng)目Al2O3SiO2Fe2O3TCaOfCaOCO2Na2OMgO鋁土礦/㎏673.7069.0059.0011.00——0.901.00石灰/㎏1.230.7476.5673.911.89—0.71混礦/㎏674.9369.7459.0087.5684.911.890.901.71混礦/%61.666.375.398.007.760.170.080.16成成分項(xiàng)目STiO2K2O灼減H2O結(jié)其他計(jì)附水總計(jì)鋁土礦/㎏0.2033.701.90140.6—100020.001020石灰/㎏———13.25—94.577.57102.14混礦/㎏0.2033.701.90153.85—1094.5727.571122.14混礦/%0.023.080.1714.06————（1）預(yù)算生產(chǎn)過程反苛化、化學(xué)和機(jī)械損失耗用的苛性鈉(NaOk)。經(jīng)預(yù)算后噸碎鋁土礦耗用的NaOk列于表2—4①：（2）試算進(jìn)入溶出液和溶出赤泥的Al2O3和SiO2的量設(shè)進(jìn)入溶出系統(tǒng)的成分為：令：總Al2O3為A總，進(jìn)入濕磨的Al2O3為A濕，溶出液中的Al2O3為A容，溶出赤泥中的Al2O3為A赤；總中SiO2為S總，進(jìn)入濕磨的SiO2為S濕，溶出液中的SiO2為S容，溶出赤泥中SiO2為S赤。則：總Al2O3=溶出液中的Al2O3+溶出赤泥中的Al2O3即A總=A容+A赤總SiO2=溶出液中的SiO2+溶出赤泥中SiO2即S總=S容+S赤已知：A赤/S溶=2.00即A赤=2.00×S赤A容/S容=230即A容=230×S容試算結(jié)果得出：A總=A濕－2.52=A容+A赤=230×S容+2.00×S赤<1>S總=S濕－0.13=S容+S赤<2>式中：2.52及0.13——分別為經(jīng)試算濕磨過程Al2O3及SiO2的機(jī)械損失S濕=69.74㎏A濕=1283.12㎏S溶=5.01㎏（進(jìn)入溶出液中的SiO2）S赤=64.74㎏（進(jìn)入溶出赤泥中SiO2）則：A赤=2.00×S赤=2.00×64.61=129.22（進(jìn)入溶出赤泥中的Al2O3）A容=230×S容=130×5.01=1152.3㎏（進(jìn)入溶出液中的Al2O3）A總=A濕－2.52=1283.12－2.52=1280.6㎏S總=S濕－0.13=69.74－0.13=69.61㎏表3.2噸碎鋁土礦耗用NaOk分布情況序號耗用工序名稱占所在工序用量的比例/%噸碎鋁土礦耗用數(shù)量/㎏占耗用比例/%1濕磨12進(jìn)入溶出赤泥2.169.7321.623失去苛性鈉1.025610.7523.894硅渣帶走0.0750.781.755分離赤泥鋁餅附液0.3974.129.166液濾損失0.050.511.137種分0.373.828.198氫氧化鋁分離0.303.086.859種分母液蒸發(fā)0.505.1311.4010結(jié)晶蘇打?yàn)V液0.373.668.1311氫氧化鋁未洗凈0.1271.302.89合計(jì)45.00100注：①此表參考計(jì)算需要的堿液量[混礦A－(A/S)×S＋A損]×溶出液ak/1.645＋混礦CO2×62/44＋進(jìn)入赤泥中的Na2Ok＋濕磨過程中損失的Na2Ok=全過程耗用的Na2Ok＋V[母液中的Na2Ok濃度－(溶出液ak×母液Al2O3濃度)/1.645]式中:混礦A——噸碎鋁土礦混礦（鋁礦＋石灰中的Al2O3含量），㎏A/S——溶出赤泥中的鋁硅比值，S——噸碎鋁土礦進(jìn)入赤泥中的SiO2量，㎏溶出液ak——溶除液的苛性比值，1.645——Al2O3與Na2O的分子量之比，即102/62，混礦CO2×62/44——噸碎鋁土礦中的CO2消耗的Na2Ok，㎏V——1000㎏碎鋁土礦需要配入的循環(huán)母液量(溶出液ak×母液Al2O3濃度)/1.645——溶出液中Al2O3結(jié)合的Na2Ok，㎏/m3將上述有關(guān)數(shù)據(jù)代入配堿關(guān)系式中得：[674.9－(2×S赤＋2.52)×0.912＋2.66＋9.73＋2.12=45.00＋V[230.8－(1.5×137.6)/1.645]化簡為：105.33V＋1.824S赤=582.75<3>式中:2.66（1.89×62/44）——混礦中CO2中和的Na2Ok，㎏9.73——損失于溶出赤泥的Na2Ok，㎏45.00——試算過程中拜爾法全過程失去的Na2Ok，㎏礦漿濕磨溶出成分量（按每噸堆鋁土礦計(jì)，㎏）1.進(jìn)入濕磨的成分量（按每噸堆鋁土礦計(jì)，㎏）1）由混礦進(jìn)入的成分Al2O3=674.93㎏SiO2=69.74㎏CaO=87.56㎏Fe2O3=59.00㎏其他（S+Na2O+K2O+TiO2+MgO）=38.41㎏H2O結(jié)=153.85㎏2）由液體苛性鈉補(bǔ)入的成分Na2Ok=45.00㎏折成NaOH=45×80/62=58.06㎏折成42%的液體NaOH=58.06/0.42=138.24㎏H2O=138.24－45.00=93.24㎏3）由循環(huán)母液帶入的成分Al2O3=V×137.60=4.42（本節(jié)已算出）×137.60=608.192㎏Na2Ok=V×230.8=4.42×230.8=1020.14㎏Na2Oc=V×24.3=4.42×24.3=107.41㎏CO2=107.41×44/62=76.23㎏H2O=4.42×965.78=4268.75㎏進(jìn)入濕磨成分量（㎏）：進(jìn)入濕磨成分量（㎏）=（混礦＋循環(huán)液＋補(bǔ)入的苛性堿液）成分量其中：Al2O3=674.93＋137.6×V=A濕<4>SiO2=69.74=S濕<5>則由<1><2><3><4><5>聯(lián)立方程組得：A總=A濕－2.52=A容+A赤=230×S容+2.00×S赤V=4.42m3S總=S濕－0.13=S容+S赤S赤=64.61㎏105.33V＋1.824S赤=582.75解之得：S容=5.01㎏Al2O3=674.93＋137.6×V=A濕A濕=1283.12SiO2=69.74=S濕S濕=69.74㎏則前面涉及到的未知量可依此計(jì)算得出。即：Al2O3=674.93＋137.6×4.42=A濕=1283.12㎏SiO2=69.74=S濕Na2Ok=45＋1020.14=1065.14㎏Na2Oc=107.41㎏CaO=87.56㎏CO2=1.89㎏Fe2O3=59.00㎏其他=38.41㎏H2O結(jié)=153.85㎏2.進(jìn)入溶出礦漿液的成分量Al2O3=1283.12－1283.12×0.2%=1280.55混礦中CO2結(jié)合成的Na2Oc=[1.89－(1.89×0.2%)]×62/44=1.88㎏Na2Oc=107.41－107.41×0.2%＋1.88=109.08㎏CO2=109.08×44/62=77.41㎏Na2Ok=1065.14－（1065.14×0.2%＋1.88）=1061.13㎏SiO2=69.74－69.74×0.2%=69.60㎏CaO=87.56－87.56×0.2%=87.38㎏Fe2O3=59.00－59.00×0.2%=58.88㎏其他（S+Na2O+K2O+TiO2+MgO）=38.41－38.41×0.2%=38.33㎏H2O結(jié)=153.85－153.85×0.2%=153.54㎏3.進(jìn)入溶出液的成分量由SiO2=5.01㎏得：Al2O3=A/S×S=230×5.01=1152.3㎏Na2Ok=1061.13－9.73=1051.4㎏檢驗(yàn)：溶出液ak=1.645×1051.4/1152.3=1.500可見與已知條件ak=1.500相吻合，則試算合理。Na2Oc=109.08㎏CO2=77.41㎏已知溶出液Al2O3的濃度為270g/L故：V=1152.3/270=1.268m3Na2Ok=1051.4/4.628=246.34㎏/m3Na2Oc=109.08/4.268=25.56㎏/m3CO2=77.41/4.268=18.14㎏/m3SiO2=5.01/4.268=1.171㎏/m3溶出液密度γTA=γTNK+γTNC+0.0005A－γTH2O（按T=20℃計(jì)算）其中：γTA——20℃下鋁酸鈉溶液的密度，㎏/m3γTNK——20℃下苛性鈉溶液的密度，㎏/m3γTNC——20℃下碳酸鈉溶液的密度，㎏/m3A——20℃下鋁酸鈉溶液中Al2O3的濃度，已知A=270g/LγTH2O——20℃下鋁水的密度，㎏/m3可知，在20℃時(shí)：γTNK=1.274t/m3γTNC=1.042t/m3γTH2O=0.9982t/m3即：γTA=γTNK+γTNC+0.005A－γTH2O=1.274＋1.042＋0.0005×270－0.9982=1.4528t/m3=1452.8㎏/m3溶出液重量G=γ×V=1452.8×4.268=6200.55㎏溶液中水：H2O=6200.55－（1152.3＋5.01＋105.4＋109.08＋77.41）=3805.35㎏4.進(jìn)入溶出赤泥的成分量Al2O3=A總－1152.3=1280.6－1152.3=128.34㎏SiO2=S總－（5.01＋0.13）=69.61－（5.01＋0.13）=64.47㎏Na2Ok=9.73㎏CaO=87.38㎏Fe2O3=58.88㎏其他（S+Na2O+K2O+TiO2+MgO）=38.33㎏而赤泥中赤泥結(jié)晶水的含量是8%，則：H2O結(jié)=（128.3＋64.47＋9.73＋58.88＋87.38＋38.33）×8%÷92%=33.66㎏則赤泥總重G=33.66÷8%=420.75㎏5.溶出過程水的平衡溶出過程水的平衡是：原礦漿中的水=（混礦中的水＋補(bǔ)入液體苛性鈉中的水＋循環(huán)母液中的水）－濕磨過程損失的水=（27.57＋93.24＋4268.75）×（1－0.2%）=4380.78㎏溶出過程中水的平衡關(guān)系式是：鋁土礦中的水＋原礦漿中的水－溶出礦漿自蒸發(fā)水=溶出赤泥中的結(jié)晶水＋溶出液中的水設(shè)溶出礦漿自蒸發(fā)水為x，將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入以上關(guān)系式得：153.54＋4380.78－x=33.66＋3805.35則：x=695.31㎏溶出過程水的平衡溶出液中的SiO2在稀釋過程中有脫硅反應(yīng)（A/S由230左右上升到307左右），生成Na2O·Al2O3·1.7SiO2·2H2O化學(xué)物進(jìn)入分離赤泥中。在稀釋和赤泥洗滌過程中赤泥鋁硅重量比增大，即A/S由2.00增加到2.20。Al2O3水解損失=（A/S分離－A/S溶出）/SiO2=（2.20－2.00）×64.61=12.92㎏結(jié)晶水H2O=12.92×MSiO2/MAl2O3=12.92×54/102=6.48㎏式中：MSiO2/MAl2O3——SiO2和Al2O3的式量比稀釋液中SiO2=（A進(jìn)入容出液－A水解損失）÷A/S脫硅反應(yīng)后=（1152.3－12.92）÷307=3.71㎏由溶出赤泥轉(zhuǎn)化成分離赤泥，其增量為：SiO2=5.01－3.71=1.30㎏Al2O3=1.30㎏Na2Ok=1.30×MNa2Ok/MAl2O3=1.30×62/102=0.79㎏H2O結(jié)=1.30×2MH2O/MAl2O3=1.30×2×18/102=0.41㎏分離赤泥中成分量為：Al2O3=128.3＋1.30＋12.92=142.52㎏SiO2=64.61＋1.30=65.91㎏Na2Ok=9.73＋0.79=10.52㎏CaO=87.38㎏其他（S+Na2O+K2O+TiO2+MgO）=38.33㎏H2O結(jié)=33.66＋6.84＋0.41=40.91㎏分離赤泥總重量G=142.52＋65.91＋10.52＋87.3＋38.33＋40.91=385.57㎏赤泥沉降分離（按每噸堆鋁土礦計(jì)，㎏）1.赤泥濾餅附液損失濕式赤泥濾餅附液按30/70計(jì)算，則：附液含量=385.57×30/70=165.24㎏其附液濾餅成分量為：Al2O3=165.24×1.52%=2.51㎏Na2Ok=165.24×2.033%=3.85㎏Na2Oc=165.24×0.251%=0.41㎏CO2=0.41×44/62=0.29㎏H2O=165.24－（2.51＋3.85＋0.41＋0.29）=158.18㎏式中：1.52%，2.033%，0.251%——分別為赤泥鋁餅附液（末次赤泥底流附液）中Al2O3，Na2Ok，Na2Oc的重量百分比2.赤泥沉降分離溢流成分及其溢流量分離溢流溶液成分：Al2O3=溶出液中的Al2O3－（水解損失的Al2O3＋進(jìn)入硅渣中的Al2O3＋赤泥濾餅附液中的Al2O3）=1152.3－（12.92＋1.30＋2.51）=1135.57㎏同理：Na2Ok=1051.4－（0.79＋3.85）=1046.76㎏Na2Oc=109.08－0.41=108.67㎏CO2=108.67×44/62=77.12㎏SiO2=Al2O3÷A/S=1135.57÷370=3.07㎏沉降分離溢流量：溢流溶液Al2O3濃度是160g/L，則溢流溶液體積為：V=1135.57÷160=7.10m3Na2Ok=1046.76÷7.10=147.43㎏/m3Na2Oc=108.67÷7.10=15.31㎏/m3CO2=77.12÷7.10=10.86㎏/m3SiO2=3.07÷7.10=0.43㎏/m3溢流溶液密度：γTA=γTNK+γTNC+0.0005A－γTH2O（按T=20℃計(jì)算）其中：γTA——20℃下鋁酸鈉溶液的密度，㎏/m3γTNK——20℃下苛性鈉溶液的密度，㎏/m3γTNC——20℃下碳酸鈉溶液的密度，㎏/m3A——20℃下鋁酸鈉溶液中Al2O3的濃度，已知A=160g/LγTH2O——20℃下鋁水的密度，㎏/m3查附圖②可知，在20℃時(shí)：γTNK=1.175t/m3γTNC=1.031t/m3γTH2O=0.9982t/m3則：γTA=γTNK+γTNC+0.0005A－γTH2O=1.175＋1.031＋0.0005×160－0.99823=1.2878t/m3=1278.8㎏/m3溢流溶液重量G=7.10×1278.8=9143.17㎏其中水：H2O=9143.17－（1046.76＋108.67＋77.12＋3.07＋1135.57）=6771.98㎏送去晶種分解的種分原液量=分離溢流量－葉濾損失（損失為0.05%）其中：Al2O3=1135.57×（1－0.05%）=1135.00㎏SiO2=3.07×（1－0.05%）=3.06㎏Na2Ok=1046.73×（1－0.05%）=1046.24㎏ak=1.645×（mNa2Ok÷mAl2O3）=1.645×（1046.24÷1135.00）=1.516Na2Oc=108.67×（1－0.05%）=108.62㎏CO2=108.62×44/62=77.08㎏H2O=6771.98×（1－0.05%）=6768.59㎏式中：mNa2Ok÷mAl2O3——Na2Ok和Al2O3的重量比則可以計(jì)算出送去的種分原液=1135.00＋3.068＋1046.24＋108.62＋77.08＋6768.59=9138.6㎏晶種攪拌分解（按每噸堆鋁土礦計(jì)，㎏）1.種分原液成分種分原液Al2O濃度為160g/L，則種分原液量：V=mAl2O3/cAl2O3=1135.00/160=7.0938m3Al2O3=160.00㎏/m3SiO2=3.068/7.0938=0.43㎏/m3Na2Ok=1046.62/7.0938=147.49㎏/m3Na2Oc==108.62/7.0938=15.3㎏/m3CO2=15.31×44/62=10.87㎏/m3已經(jīng)計(jì)算出：ak=1.516，種分原液γA與葉濾精液密度γA相等，即γA=1287.8㎏/m3種分原液量G=V×γA=7.0938×1278.8=9135.8㎏/m3其中：H2O=9135.40－（1135.00＋3.068＋1046.24＋108.62＋77.08）=6765.39㎏為避免計(jì)算中的煩瑣與節(jié)省時(shí)間，預(yù)先算出分解過程的機(jī)械損失，損失量為0.37%，則剩余量為：Al2O3=1135.00×（1－0.37%）=1130.80㎏SiO2=3.068×（1－0.37%）=3.06Na2Ok=1046.24×（1－0.37%）=1042.37㎏Na2Oc=108.62×（1－0.37%）=108.22㎏CO2=108.22×44/62=76.80㎏H2O=6765.39×0.37%=25.03㎏分解過程蒸發(fā)濃縮（包括析出的Al(HO)3中的結(jié)晶水）為5%，故蒸發(fā)濃縮水量：H2O=（6567.39－25.03）×5%=337.02㎏2.分解Al2O3析出量晶種分解采用機(jī)械攪拌，故吸收空氣中CO2中和的Na2Ok可以忽略不計(jì)。根據(jù)原始條件種分母液苛性比ak=2.9042故分解母液中的Al2O3=102/62×（母液中的Na2Ok÷母液的ak）=1.645×（1042.37÷2.9024）=590.79㎏分解析出的Al2O3=原液中的Al2O3－（機(jī)械損失＋母液中）的Al2O3=1135.00－[（1135.00－1130.80）＋590.79]=540.01㎏其中：Al(HO)3結(jié)晶水=540.01－mAl(HO)3/mAl2O3=540.01－54/102=285.89㎏Al(HO)3量：G=Al2O3＋結(jié)晶水＋SiO2=540.01＋285.89＋540.01×0.012%=825.96㎏蒸發(fā)水量=蒸發(fā)濃縮水量—Al(HO)3結(jié)晶水=337.02—285.89=51.13㎏種分母液量=母液中的成分量＋水=（590.79＋2.995＋1042.37＋108.22＋76.80）＋[6765.39－（25.03＋285.89＋51.13）]=1821.18＋6403.34=8224.52㎏注：晶種是一種自身的循環(huán)物料，分解過程中晶種添加量的大小可根據(jù)各廠的具體情況來確定，其物料平衡在后面的噸產(chǎn)品的物料平衡計(jì)算中加進(jìn)去，在此省略。產(chǎn)品氧化鋁的分離，洗滌和焙燒（按每噸堆鋁土礦計(jì)，㎏）1.產(chǎn)品Al(HO)3分離濕式產(chǎn)品Al(HO)3附液按20%計(jì)算，其附液量=Al(HO)3×20%÷80%=825.96×0.25=206.49㎏產(chǎn)品Al(HO)3附液的成分為：Al2O3=(590.79÷8224.52)×206.49=14.83㎏SiO2=(2.995÷8224.52)×206.49=0.08㎏Na2Ok=(1042.37÷8224.52)×206.49=26.17㎏Na2Oc=(108.22÷8224.52)×206.49=2.72㎏CO2=2.72×44/62=1.93㎏H2O=206.49－(14.83＋0.08＋26.17＋2.72＋1.93)=206.49－45.73=160.76㎏式中:8224.52——種分母液量，㎏825.96——分解析出的產(chǎn)品Al(HO)3量，㎏種分母液分離過程的機(jī)械損失為0.3%，其損失成分量為：Al2O3=590.79×0.3%=1.77㎏SiO2=(2.995－0.08)×0.3%=0.009㎏Na2Ok=1042.37×0.3%=3.13㎏Na2Oc=108.22×0.3%=0.32㎏CO2=0.32×44/62=0.23㎏H2O=6303.34×0.3%=18.91㎏損失量為=18.91＋（1.77＋0.009＋3.13＋0.32＋0.23）=24.37㎏泥的洗水用（有的廠家是這樣用，否則循環(huán)母液量是不能還原的（循環(huán)液量及其成分始終是不變的），如果用做赤泥洗滌，不僅增加原液苛性比值，同時(shí)增加了循環(huán)液的處理量。本計(jì)算把它們送去蒸發(fā)為循環(huán)母液的一部分。2.剩余種分母液量及其成分剩余種分母液量=種分母液量－（分離過程損失＋Al(HO)3附液）=8224.52－[（8224.52×0.37%）＋204.49]=7993.36㎏剩余種分母液成分量=種分母液成分量－（分離過程損失＋Al(HO)3附液）成分其中：Al2O3=590.79－（590.79×0.3%＋14.83）=574.19㎏SiO2=2.995－（2.995×0.3%＋0.08）=2.91㎏Na2Ok=1042.37－（1042.37×0.3%＋26.17）=1013.08㎏Na2Oc=108.22－（108.22×0.3%＋2.72）=105.18㎏CO2=105.18×44/62=74.64㎏H2O=7993.36－（574.19＋2.91＋1013.08＋105.18＋74.64）=7993.36－1770.00=6223.36㎏3.產(chǎn)品Al(HO)3洗滌產(chǎn)品Al(HO)3洗水量為1t干Al(HO)3耗用水1.20t。Al(HO)3附水量為6%。洗水耗用量=1.2×Al(HO)3=1.2×825.96=991.15㎏Al(HO)3洗液成分及洗液量洗液成分量=Al(HO)3附液成分量－Al(HO)3末次洗凈部分其中：Al2O3=14.83－0.86=13.97㎏Na2Ok=2.17－1.30=24.87㎏Na2Oc=2.72－0.16=2.56㎏CO2=2.56×44/62=1.82㎏Al(HO)3洗液成分量=13.97＋24.87＋2.56＋1.82=43.22㎏Al(HO)3洗液量=分離產(chǎn)品Al(HO)3附液量＋洗水量－[（產(chǎn)品Al(HO)3末次洗凈成分量＋產(chǎn)品Al(HO)3附水量）]=206.49＋991.15－[（0.86＋1.30＋0.16＋0.11）＋（825.96×6%）÷94%]=206.49＋991.15－[2.34＋52.72]=1142.49式中：0.86，1.30，0.16，0.11——?dú)埩粲贏l(HO)3中的末次洗凈的Al2O3，Na2Ok，Na2Oc，CO2量，㎏種分母液蒸發(fā)（每噸堆鋁土礦計(jì)，㎏）1.蒸發(fā)原液及其成分量蒸發(fā)原液量=剩余種分母液成分＋Al(HO)3洗液量=7993.36＋1142.49=9135.85㎏蒸發(fā)原液成分=剩余種分母液成分＋Al(HO)3洗液成分其中：Al2O3=574.19＋13.97=588.16㎏SiO2=2.91＋0=2.91㎏Na2Ok=1013.08＋24.87=1038.05㎏Na2Oc=105.18＋2.56=107.74㎏CO2=107.74×44/62=76.46㎏H2O=9135.85－（588.16＋2.91＋1038.05＋107.74＋76.46）=9135.85－1813.32=7322.53㎏2.蒸發(fā)母液成分及其母液量蒸發(fā)過程損失0.5%，損失總量為=9135.85×0.5%=45.68㎏其中損失的成分量為：Al2O3=588.16×0.5%=2.94㎏SiO2=0（按蒸發(fā)原液與循環(huán)母液之差計(jì)）Na2Ok=1013.05×0.5%=5.19㎏Na2Oc=107.74×0.5%=0.54㎏CO2=0.54×44/62=0.38㎏H2O=45.68－（2.94＋2.91＋5.19＋0.54＋0.38）=45.68－11.96=33.72㎏故，蒸發(fā)母液成分量為：Al2O3=588.16－2.94=585.89㎏SiO2=2.91㎏Na2Ok=1038.05－5.19=1032.89㎏Na2Oc=107.74－0.54=107.2㎏CO2=107.2×44/62=76.08㎏H2O=9135.17×（1－0.5%）－（585.22＋2.90＋1032.89＋107.2＋76.08）=9090.17－1804.25=7285.92㎏3.蒸發(fā)水量平衡計(jì)算根據(jù)收入等于支出的平衡，設(shè)其蒸發(fā)水量為x，其平衡關(guān)系式為：蒸發(fā)原液中的水－蒸發(fā)的水=損失的水＋Na2CO3·H2O帶走的結(jié)晶水＋循環(huán)母液中的水故：蒸發(fā)的水=蒸發(fā)原液中的水－（損失的水＋Na2CO3·H2O帶走的結(jié)晶水＋循環(huán)母液中的水）已知：蒸發(fā)原液中的水=7322.53㎏損失的水=33.72㎏一水蘇打（Na2CO3·H2O）帶走的結(jié)晶水=0.38㎏原循環(huán)母液中的水=4268.75㎏則：蒸發(fā)的水=7322.53－（33.72＋0.38＋4268.75）=3019.68㎏蘇打?yàn)V餅附液及其附液量（每噸堆鋁土礦計(jì)，㎏）1.蘇打?yàn)V餅附液成分量蘇打?yàn)V餅附液成分量=蒸發(fā)母液成分量－循環(huán)母液成分量其中：Al2O3=585.22－608.192=－22.97㎏Na2Ok=1032.89－1020.14=12.75㎏Na2Oc=（107.2÷1032.89）×12.75=1.32㎏CO2=1.32×44/62=0.94㎏將1.32㎏Na2Oc轉(zhuǎn)化為Na2CO3·H2O，則其重量為：1.32＋1.32×44/62＋1.32×18/62=1.32＋0.94＋0.38=2.64㎏2.蘇打?yàn)V餅附液量附液體積V=12.75÷230.8=0.055m3附液重量G=1323.00×0.055=73.09㎏蘇打?yàn)V餅附液含量=73.09÷（73.9＋2.64）×100%=96.51%核實(shí)：Na2Ok=230.8×0.055=12.69㎏（12.75㎏），誤差為0.056㎏Na2Oc=24.3×0.055=1.34㎏（1.32㎏），誤差為0.02㎏CO2=1.34×44/62=0.95㎏（0.94㎏），誤差為0.01㎏附液重量=附液密度×附液體積=1323.00×0.055=72.765㎏濾餅附液中的水=73.09－（0＋12.69＋1.34＋0.95）=58.11㎏式中：230.8，24.3——分別為循環(huán)母液中的Na2Ok，Na2Oc密度，㎏/m31323——循環(huán)母液密度，㎏/m0氫氧化鋁洗滌與焙燒（每噸堆鋁土礦計(jì)，㎏）1.焙燒的的Al(HO)3成分量焙燒的的Al(HO)3成分量有：焙燒的的Al(HO)3=洗后Al2O3＋未洗凈的Al2O3＋Al(HO)3結(jié)晶水＋雜質(zhì)含量=540.01＋0.86＋285.89＋0.06＋1.30＋0.16＋0.11=828.43㎏（已知其含水6%）式中：540.01——分解Al2O3析出量，㎏285.89——Al(HO)3結(jié)晶水，㎏0.86，1.30，0.16，0.11——?dú)埩粲贏l(HO)3中的未洗凈的Al2O3，Na2Ok，Na2Oc，CO2量，㎏焙燒過程Al2O3損失為0.377%，則焙燒過程的成分損失量為：Al2O3=（540.01＋0.86）×0.377%=2.04㎏結(jié)晶水H2O結(jié)=285.89㎏CO2=0.11㎏損失總量=2.04＋285.89－0.11=288.04㎏2.其他成分量包括灼減，雜質(zhì)（Fe2O3，Na2O，及SiO2等）為1.00%其他成分量=[（540.01＋0.86）－2.04]×1.00%÷99.00%=5.44㎏故1t鋁礦石產(chǎn)出的產(chǎn)品量=Al2O3＋其他成分量=[（540.01＋0.86）－2.04]＋5.44=543.91㎏根據(jù)以上的計(jì)算結(jié)果，我們可以編制1t鋁礦石產(chǎn)出Al2O3量的物料平衡計(jì)算表（見表3.3）表3.31t鋁礦石產(chǎn)出Al2O3量的物料平衡表成成分項(xiàng)目Al2O3SiO2Na2OkNa2OcCaOCO2Fe2O3其他結(jié)晶水計(jì)H2O合計(jì)鋁土礦674.9369.7487.561.8959.0038.41153.851094.5727.571122.14補(bǔ)入液體NaOH45.0045.2093.24138.24循環(huán)母液609.191020.14107.4176.231736.744268.756005.49濕磨損失0.2%69.741065.14107.4187.5678.1259.0038.41153.852866.124389.567288.68進(jìn)入溶出赤泥2.570.1380.0040.120.080.315.738.7814.51失去Na2Ok-1.88+1.88進(jìn)溶出液1152.255.011051.4109.082317.73805.356200.55溶出自蒸發(fā)水659.31659.31水解損失12.926.8419.7619.76硅渣帶走1.301.300.790.413.83.8分離赤泥142.5265.9110.5287.3858.8838.3340.91385.57385.57赤泥濾餅液帶走2.513.850.410.297.08158.17165.24沉降分離溢流1135.573.071046.76108.6777.122371.196771.989143.17葉濾損失0.05%0.570.00150.520.0540.0391.183.394.57種分原液1135.003.0681046.24108.6277.082370.016768.599138.6種分損失0.37%4.200.0113.870.400.298.7825.0433.82種分蒸發(fā)濃縮量51.1351.13種分析出Al2O3540.010.065285.89825.97825.97成成分項(xiàng)目Al2O3SiO2Na2OkNa2OcCO2CaOFe2O3其他結(jié)晶水計(jì)H2O合計(jì)分解母液590.792.9951042.37108.2276.801821.186403.348224.52Al(HO)3附液14.830.0826.172.721.9345.73160.76206.49母液分離損0.3%1.770.0093.130.320.235.4618.9124.37剩余種分母液574.192.911013.08105.1874.641770.006223.367993.36Al(HO)3洗水991.15991.15Al(HO)3未洗凈0.861.300.160.111.1952.2053.39Al(HO)3洗液13.9724.872.561.8243.22991.151142.49蒸發(fā)原液585.162.911038.05107.7476.461813.327322.539135.85蒸發(fā)損失0.5%2.940.0155.190.540.389.0736.6145.68蒸發(fā)母液585.222.901032.89107.276.081804.257285.929090.17蘇打?yàn)V餅12.751.320.9414.9858.1173.09蘇打?yàn)V餅附液12.75循環(huán)母液608.192.901020.14107.4176.231814.874268.756083.62蒸發(fā)水量3019.683019.68洗凈后Al(HO)3540.870.061.300.160.11285.89286.2452.87339.76焙燒損失0.377%2.040.11285.89286.2452.87339.76產(chǎn)品Al2O3538.830.061.300.16540.353.92544.27表3.4濕磨平衡表項(xiàng)項(xiàng)目成分Al2O3SiO2Na2OkNa2OcCO2CaOFe2O3計(jì)附水H2O總計(jì)其他結(jié)晶水收入鋁土礦1237.81126.78108.40108.401493.2038.2365.78200.25石灰2.141.292.46152.14158.8515.111.23NaOH42%82.6882.68171.33循環(huán)母液8.12m31119.281874.33197.35143.533190.967843.1067.01合計(jì)（入磨礦漿）2359.23128.071957.01197.35146.81172.35108.404925.698067.77200.25支出濕磨損失（0.2%）4.720.263.910.390.0070.330.229.8377原礦漿2354.51127.811953.10196.96146.803172.02108.184915.858051.