年产55万吨氧化铝厂的溶出车间设计

1、摘要:本设计为年产 55 万吨氧化铝厂的溶出车间设计。通过综合考虑原料、交通、气象、地理、供水、供电、燃料等因素，确定在广西壮族自治区平果县建厂。在广泛深入论证国内外氧化铝生产的各种不同工艺的基础上，结合设计要求和原料特点，制定了氧化铝生产溶出稀释沉降分离赤泥洗涤晶种分解焙烧母液蒸发等段工艺。并绘制了主体设备、高压溶出车间平面布置图、高压溶出车间立体布置图和工艺设备连接图四张图。关键词：氧化铝；拜尔法；溶出车间；溶出管道.Abstract:This paper was to design the digesting workshop of alumina plant with producti

2、on of 550,000 tons Al2O3 every year. Taking all the factors into consideration, such as material supply, the transportation, climate, power supply, water supply and fuel, the factory was located in Pingguo County, Guangxi Zhuang Autonomous Region.The four drawings were respectively about the main eq

3、uipment, the connection of equipments, the plane Layout of the digesting workshop and the three-dimensional layout of the digesting workshop.Keywords: alumina；Bayer process；digesting workshop；tubular digester .目录目录摘要摘要:.1前前 言言:.5第一章、资源介绍及厂址和生第一章、资源介绍及厂址和生产产能力的选择与论证能力的选择与论证.121.1 资源介绍 .121.1.1 资源供应方面

4、 .121.1.2 从经济和工业布局方面考虑.131.1.3 从能源供应及交通方面.141.2 生产能力的选择与论证 .141.3 环境保护 .14第二章、生产方法，流程及技术参第二章、生产方法，流程及技术参数数的选择与论证的选择与论证.152.1 生产方法的选择 .152.2 工艺流程与主体设备的选择与论证.16221 矿浆粒度.162.2.2 配料 .172.2.3 预脱硅 .192.2.4 溶出 .202.2.5 赤泥沉降与洗涤.242.2.6 晶种分解.272.2.7 晶种分解工序技术条件及指标:.312.2.8 产品过滤与分级.312.2.9 产品氢氧化铝焙烧.322.2.10 母液

5、蒸发和一水碳酸钠苛化 .35第第 3 章章 物物料料平衡计算平衡计算.363.1 主要生产技术指标.363.2 物料平衡计算.363.2.1 损失计算.363.2.2 循环溶液计算 .393.2.3 浆液的稀释和沉降 .413.2.4 铝酸钠溶液的分解.453.2.5 氢氧化铝浆液的沉降.463.2.6 产品氢氧化铝的洗涤与焙烧.473.2.7 苛化.483.2.8 蒸发和苏打分离.513.3 氧化铝物料小时流程表.53第四章第四章 高压溶出热平衡计算高压溶出热平衡计算.544.1 有关参数的确定.544.1.1 原矿浆的比重与比热.544.1.2 热平衡计算中有关参数的确定.544.2 各级

6、自蒸汽器自蒸发水量的计算.554.3 各级预热器的热平衡计算.564.4 换热器热负载的计算.584.4.1 矿浆流量的确定.584.4.2 热负载计算.584.4.3 总的传热系数的确定.594.5 各传热面积的计算.59第五章第五章 高压溶出车间设备选择与计算高压溶出车间设备选择与计算.615.1 保温停留罐设计计算.615.1.1 保温罐个数.615.1.2 溶出保温罐设计计算.615.1.3 端盖的设计.625.2 高压泵.635.2.1 泵的流量的确定.635.2.2 泵的压力的计算.635.2.3 局部阻力.645.2.4 整个输送系统总的阻力.645.3 保温材料.645.3.1

7、 保温停留罐保温材料的计算.645.4 保温材料的用量.655.4.1 保温罐保温的计算.65第六章第六章 经济经济技技术分析术分析.676.1 成本核算的条件 .676.2 劳动定员及经济效益 .686.2.1 劳动定员.686.2.2 经济效益计算 .68第七章第七章 资源的回收利用及环境保护资源的回收利用及环境保护.697.1 资源的回收利用 .697.2 环境保护 .707.2.1 环境保护的宗旨.707.2.2 水污染的防治 .717.2.3 赤泥的堆存 .717.2.4 本车间环保要求 .72后记后记.73参考资料：参考资料：.74前 言:金属铝于 1808 年被发现,到 1854

8、 年人们通过钠还原法仅获得几克金铝.1886 年美国的霍尔和法国的埃鲁特同时发现了熔盐电解法制取金属铝生产工艺,1888 年德国卡尔.拜耳发明了苛性碱化学浸出法提取氧化铝生产工艺、设备、效能以及规模的渐进世改进和发展,工业体系日趋完善,对世界文明和发展作出了重要贡献.但无论是氧化铝生产工艺还是电解铝生产工艺,其核心技术仍然没有突破历经百年的技术原型,其生产过程仍然不能摆脱对一次资(能)源的高度依赖.铝现在一直成为有色金属生产、消费的主流，是需求量仅次于钢铁的第二大金属材料。铝具有重量轻、耐腐蚀、易导电、易延伸、外形美观等优点，广泛应用于包装、建筑、运输、电气和其他铝制品行业。过去消费集中在军工

9、、航空航天、电力、机械等领域，现在正向建筑、交通运输及包装等行业转移，铝的应用范围越来越广泛。从目前至今后几年，由于能源和环保等方面的限制，特别是西方国家对铝的需求量将高于产量，如我国周边国家和地区一直靠进口铝来满足其需求，这样，未来几年，世界铝价将处于高位区。当前，我国经济高速增长也需要大量铝，铝的产销增长率高于同期我国国民经济的增长率。我国拉动内需，加强基础设施建设，增加对能源、交通、水利及公用设施的投资力度，必将增加对重要基础原材料铝的需求。而随着我国西部大开发战略的实施及消费结构的改变，我国的铝消费仍将处于高速增长阶段，所有这些，给我国氧化铝工业的发展提供了良好的机遇，市场发展前景非常

10、广阔。1 铝土矿资源及氧化铝生产、产品现状11 我国铝土矿资源我国铝土矿资源储量丰富，保有储量为 228 亿吨。主要分布在山西、贵州、河南、广西、山东五省区，储量 21.l6 亿吨，占全国总储量的 92.48%。目前，世界己探明铝土矿资源储量 360 亿吨，其中几内亚 90 亿吨，澳大利亚 60亿吨，巴西 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。我国铝土矿资源的特点：（l）大型矿床少，己查明的 306 处矿床中储量在 5000 万吨以上的矿床仅有 5 个，多数储量在 5002000 万吨之间且有许多 500 万吨以下的小型矿床。（2）

11、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，堆积型矿床 11，红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。但多数沉积型矿床的矿体薄，缓倾斜月岩不稳定，开采难度大。（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，但其中 AS 在 47 的储量占 59.53即4.46 亿吨，而 A/S7 的商品铝土矿仅占保有储量的 3305%，约为 2467 亿吨。我国氧化铝工业的发展是一部

12、一水硬铝石生产氧化铝技术发展的历史。世界上除了原苏联等少数国家对一水硬铝石生产氧化铝有一定的研究外，西方氧化铝大国力一水硬铝石生产氧化铝基本没有进行过多少研究，他们的技术多适用于三水铝石之中。只有我们中国氧化铝工业五十年如一日地对一水硬铝石生产氧化铝开展了一步又一步的深入研究，实现了实践认识再实践再认识的飞跃，实现了从小到大，由弱到强的发展。另一方面，中国氧化铝工业采用混联法生产技术，历经几十年努力，在碱耗和氧化铝回收率两个方面取得了巨大进步。但是，混联法生产技术装备落后、工艺复杂、能耗高、成本高，对国内供不应求的市场和国际氧化铝低成本的冲击湿现出危机四伏、回天无力的局面。同时，原有工艺的大量

13、废渣排放所造成的污染不但己成为一大公害，而且也与国家可持续发展的总体战略相悖。12 我国铝土矿的开发利用现状全国己开发利用的矿区储量 3.75 亿吨，占 16.39。现己生产利用的矿区 59 处，重点矿区 17 处都有铝土生产能力 445 万 ta,实际采矿量 207 万吨加上民采矿石，全国铝土矿年产量约 662 万吨。到 1995 年底全国己形成氧化铝年生产能力 346 万吨，年产量 220 万吨。全国山东、郑州、山西、贵州、平果六大氧化铝生产基地最终可形成年产 615 万吨的生产能力。我国目前的铝土矿开采均为“采富弃贫”的方法，尤其是近年来氧化铝厂成本高，经济效益下降，从而加剧了民采富矿的

14、比例增大。13 我国氧化铝工业现状国外氧化铝工业普遍以三水铝石和一水软铝石为原料, 采用拜耳法生产. 拜耳法用于处理高铝硅比的铝土矿, 流程简单、成本低、产品质量高, 其经济效果远比碱烧结法、联合法和酸法等其它方法为好. 用于处理易溶出的三水铝石型铝土矿时 拜耳法优点更是突出 全世界生产的氧化铝 90%以上是用拜耳法生产的.拜耳法工艺自诞生一百多年来,其基本原理没有发生根本性的变化, 但在以下五个方面的技(1) 设备向大型化、 自动化、 节能化方向发展. 如大体积高压溶出器、大型的机械搅拌平底分解槽、大直径赤泥沉降槽、大面积降膜蒸发器的开发及应用. 设备的大型化使氧化铝厂向规模化、系列化方向发

15、展,目前世界上最大的氧化铝厂是澳大利亚的格拉斯通厂, 氧化铝年生产能力为 365 万 t. 该厂只有三组溶出器, 每组有两个蒸汽搅拌的立式溶出器, 即单系列产能在 100 万 t 以上. 其次是宾加拉氧化铝厂和沃斯利厂, 年产能均为 310 万 t. 全世界年产 100万 t 以上的氧化铝厂的产能占总产能的 50%.(2) 拜耳法工艺各过程的强化以及节能降耗技术. 能耗在氧化铝生产成本中占有较大比重, 降低能耗一直是降低氧化铝生产成本的主要措施之一. 目前国外氧化铝厂普遍采用大型高效节能设备, 改进工艺,强化生产, 防止设备结疤和利用二次能源来降低氧化铝生产能耗. 如间接加热强化溶出、高产出率

16、种分过程、降膜蒸发技术、流态化焙烧、高效沉降等.通过强化各个过程, 使整体的循环效率和产出率大大提高, 节能降耗并降低成本.(3) 拜耳法生产过程中新型高效添加剂的采用. 如溶出添加剂、晶种分解过程添加剂、赤泥分离用高效絮凝剂等的研究开发. 各种新型高效的添加剂正得到越来越广泛的应用.(4) 对综合利用和环境保护的高度重视.对赤泥的综合处理及综合利用研究, 一直是氧化铝工业中的重点.(5) 氧化铝产品的质量的提高. 为了满足电解炼铝烟气干法净化及生产技术指标优化的需要, 国外氧化铝产品基本上为砂状氧化铝, 且氧化铝产品质量不断提高. 大量的研究集中在改善氧化铝产品的化学成分和物理性质, 以满足

17、电解铝工业技术发展的更高需要.2、我国氧化铝工业的发展由于铝及铝合金具有许多优良性能，而且铝的资源丰富，因此铝工业自问世以来，在短短的一百多年间，获得了其它金属无与伦比的发展速度，到 20 世纪 50 年代中叶铝的产量已经超过铜而居于有色金属之首位，产量仅次于钢铁。20 世纪 80 年代以来，随着世界经济的发展，世界电解铝的消费一直保持增长，年增长率为 4%左右。2000 年，世界电解铝产量 24000kt，消费24800kt。随着铝在交通、建筑、包装等领域的应用范围不断拓展，世界电解铝的需求还将增加。到 2005 年，世界电解铝的需求将增加到 29600kt，年均增长约 3%。冰晶石-氧化铝

18、熔体仍然是目前工业生产金属铝的唯一的方法，所以铝生产包括从铝矿石生产氧化铝以及电解两个主要过程。每生产 1t 金属铝消耗近2t 氧化铝。因此，随着电解铝的迅速增长，氧化铝的生产也迅速发展起来。90以上的氧化铝是供电解铝用。电解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，并在电子、石油、化工、耐火材料、精密陶瓷、军工、环境保护以及医药等许多高新技术领域得到广泛的应用。1990 年世界非冶金用氧化铝 3,400kt,2000 年为7,800kt。目前非冶金用氧化铝以达到 300 多种。自从 1894 年世界上第一个日产 1t 氧化铝的拜尔法氧化铝厂投产以

19、来，通过一百多年的发展，氧化铝厂的规模不断扩大，到 1990 年，产能超过 2000kt氧化铝的工厂，占到总产能的 16。能耗也大幅降低。21 解决国内氧化铝供应缺口问题的途径市场分析表明，2005 年以后，我国氧化铝仍存在巨大缺口。截止到 1999年，我国己累计进口氧化铝 l，397.04 万 t，占同期我国氧化铝产量的45.75%。其中从 19921999 年，共进口氧化铝 l032 万 t，耗用外汇201，24407 万美元折合人民币 167 亿元，平均到岸价 195 美元t，加上关税、增值税、贸易费用和国内运输费用等有 310 美元t，折合人民币 2，573元 t 左右。实践表明，适当

20、进口部分国外氧化铝以补国内氧化铝供应的不足，是解决电解铝生产原料短缺，缓解国内氧化铝供应紧张局面的有效途径之一。但是长期大量进口氧化铝，不仅耗用大量外汇，而且严重冲击国内市场，造成国内生产的萎缩，国内氧化铝企业的生产和建设极其不利。因此，必须从多方面探讨解决国内氧化铝供应缺口问题的途径。现从现有氧化铝企业挖潜、扩建现有生产能力、进口国外铝矿、另建氧化铝厂和到国外开矿建厂等几个方面进行探讨。截至 2000 年底，我国己经建成了山东铝厂、郑州铝厂、贵州铝厂、山西铝厂、中洲铝厂和平果铝厂等六大氧化铝厂建设规模 400 万 t a，1999 年共生产氧化铝 382. 19 万 t，2000 年共计生产

21、氧化铝 428. 958 万 t。这表明我国氧化铝企业达产状况己取得突破性进展，挖掘现有氧化铝生产企业的潜力必须进行必要的技术改造和扩建。除此之外，由于山西省丰富的铝土矿资源和山西铝厂良好的建设条件，山西铝厂氧化铝三期工程的新建也应尽快纳入日程。从 80 年代中期开始，山东铝业公司率先进行了进口国外矿石建设氧化铝厂方面的探讨，建设了一座年产氧化铝 6 万 t 的拜耳法厂。目前该厂使用的是印尼宾坦三水铝石矿，Al2O3 含量 50%，AS 在 7.5 左右。由于受到资金限制，该厂扩建到 15 万 ta 的计划搁浅。在铝土矿丰富的国家或地区建设氧化铝厂，是西方发达国家的一贯做法，有比较成功的经验。

22、在这方面，我国在 90 年代初进行了一些探索，如设想在澳大利亚的博温与科马尔克公司合资建设一座 100 万 t a 的氧化铝厂，山东铝业公司拟在印尼建设 60 万 t a 的氧化铝厂等，但都因无法筹集到足够的资本金而放弃。22 解决国内氧化铝供应几个方案的经济效益经分析，解决国内氧化铝供应几个方案的经济效益如表所示。 项目方案产量万吨 t投资利润内部收内部收益益11.012.517.615.315.514.813.613.5现有氧化铝厂山东铝厂郑州铝厂贵州铝厂山西铝厂中州铝厂16.614.910012.613.09016.814.8扩建现有氧化铝厂中州铝厂平果铝厂山西铝厂8011.812.64

23、013.313.7进口铝矿氧化铝厂山东小拜耳法扩建,新建拜耳法厂1007.210.3在国外开矿建氧化铝厂10.023 我国氧化铝工业面临的新形势电解铝工业的迅猛发展给氧化铝工业提供了发展的机遇的同时，也提出了严峻的挑战。从进入新世纪以未，我国电解铝工业迅猛发展。截止 2001 年，己建成电解铝企业 130 家，生产能力达 425 万 ta。当年实际产量 337 万 t。据协会咨询部最新调查月前在建的生产能力还有近 300 万 t，到 2005 年实际形成的生产能力将达到 700 万 t 以上。2006 年生产能力达到 851 万吨.按 2001 年电解铝产量计算当年应消耗氧化铝650 万 t，

24、但 2001 年国内生产氧化铝仅 4746 万 t。2002 年上半年电解铝产量为 202.66 万 t，全年将达到 400 万 t 以上，全年将消耗氧化铝 800 万 t 左右。然而今年上半年氧化铝产量为 265.73 万 t，全年产量将有 550 万 t 左右，缺口还是很大。如按 2005 年电解铝形成的生产能力预测届时需氧化铝1400 万 t。实际产量如按能力的 70计算，则约需氧化铝1000 万 t。2005 年我国氧化铝只能形成产能700万 t，2006 年800 万 t，尚远远不能满足电解铝工业发展的需要。所以电解铝工业的迅猛发展给氧化铝工业扩大规模、增加产量提供了发展的机遇，但是

25、也使氧化铝工业面临了国际市场更加严峻的挑战。从近两年氧化铝进口情况可看出市场挑战的严峻。2000 年进口氧化铝 188.17 万 t,2001 年实际进口 332.1 万 t 增加了将近 80。而 2002 年 l10 月份氧化铝实际已进口 356.13 万 t，同比增长 31%，尽管政府对氧化铝的进口采取了一些保护国产氧化铝的措施，然而，在市场经济条件下，政府的硬性保护是有限的，国外企业的竟争是全面的、长期的。国外企业己经看到了中国电解铝工业发展的势头，看好了中国的市场，他们己经采取了反政府保护的措施。例如与电解铝厂签订长期供货合同等等。所以我国氧化铝企业只有勇敢地面对挑战，采取有效的措施，

26、迅速增强自身的竟争能力，才是生存发展的最好途径。竞争和挑战无非就是价格、质量和服务三方面。其中价格和质量的竟争就是科技的竟争。因此，我国氧化铝工业决不能满足己有技术进步的成绩，应该在现有技术水平的基础上，认真总结经验，紧紧围绕降低价格，提高质量，继续开展更加深入的研究和开发，把我国以一水硬铝石为原料的氧化铝工业的技术进步推向新的高峰。24 促进氧化铝工业发展的首要课题开展一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的最佳工艺技术研究是促进氧化铝工业发展的首要课题所谓最佳的工艺技术就是：针对当前我国氧化铝生产技术和装备所存在的问题，进一步研究出适应我国资源特点的技术经济指标最优的工艺技术和生产效果最好的装备，并

27、在此基础上研究出像三水铝石那样的一水硬铝石生产氧化铝的规范的技术路线和工艺流程。这项研究可包括：（1）一水硬铝石原料与三水铝石原料生产氧化铝的基本特性比较的基础理论研究，以正确认识两者的差异；（2）选矿脱硅工艺流程的优化研究。首先完成反浮选的研究其次是不同矿点不同矿种的选矿研究，最终得出具有不同特点矿区的技术经济指标最好的选矿工艺流程；（3）现有生产技术装备的原料适应性研究，特别是溶出、分解、蒸发、过滤的技术和装备；（4）一水硬铝石原料生产砂状氧化铝的研究；（5）生产过程自动化的研究；（6）根据上述研究组合各种条件下的最佳工艺技术的研究。开展上述工艺技术研究有利于规范一水硬铝石型铝土矿生产氧化

28、铝的工艺流程，优化生产的技术经济指标增强我国氧化铝工业的竞争力；有利于确定一水硬铝石原料生产氧化铝与三水铝石原料的实际差异，统一对我国铝土矿资源的认识，明确我国氧化铝工业的发展方向；有利于在国际上提高对一水硬铝石资源的认识，在国际范围内是否开发利用这种资源具有积极意义。3、砂状氧化铝的现状以及发展31 目前国内外砂状氧化铝生产情况目前国际上生产砂状氧化铝的工艺技术有三种：是以三水铝石为原料低浓度溶出种分生产砂状氧化铝的美铝技术；二是主要用三水铝石为原料以较高浓度溶出种分生产砂状氧化铝的瑞铝技术；三是用一水软铝石和一水硬铝石为原料以高浓度溶出种分生产砂状氧化铝的法铝技术。目前国内六大氧化铝厂中，

29、山东铝厂、中州铝厂为纯烧结法生产，郑州铝厂、贵州铝厂、山西铝厂为混联法生产，只有平果铝厂为纯拜耳法生产。除平果铝厂于 90 年代初引进法国PECHINEY 公司的一段分解砂状氧化铝生产技术生产砂状氧化铝外(产出率较高，但强度差，磨损指数在 232311)，其余厂家生产的产品均为中间状或粉状，砂状氧化铝产量仅占当年氧化铝产量的 10。32 我国砂状氧化铝自主研发情况 我国科研院所、设计、生产单位多年来利用国内现有资源和设备，对砂状氧化铝生产进行了大量的试验研究。贵州铝厂在 80 年代早期便开始砂状氧化铝的研究工作，当时是为了满足引进 8 万吨年大型预焙阳极电解铝工程的需要而开展的。尽管研制工作取

30、得了定的进展，但由于技术和设备上等方面的原因，在工业生产上没有取得成功。 80 年代中期，山西铝厂扩建工程拟引进瑞铝公司技术生产砂状氧化铝，但有关部门决定由国内自行研究解决，由郑州轻研院等单位承担。在小型试验、扩大试验的基础上，于 l987 年完成了物料流量为 65m3h 的半工业性试验，做了大量的试验研究工作，但没有形成成熟可靠的生产工艺和技术装备，最终未能得到满意的砂状氧化铝产品。2001 年成立中国铝业集团公司后，决策层从我国铝工业长远的发股战略出发，决定继续进行砂状氧化铝研究开发，决定 2003 年底以前拿出成果，即研究开发出适合于水硬铝石为原料的砂状氧化铝生产工艺技术，摸索出砂状氧化

31、铝分解制度和控制措施。在中铝公司的组织下， 由山西铝厂、郑州轻研院、中南大学、沈阳铝镁院组成的生产、科研院校、设计单位科技攻关组迅速成立并开展工作。试验项目被国家列为“十五”期间科技重点攻关项目，试验基地设在能覆盖我国各种氧化铝生产流程的，最具商代表性的山西铝厂进行。 山西铝厂半工业试验线的设计工艺技术条件及设备选择，都按高浓度一段分解砂状氧化铅工艺确定和计算，但都兼顾了两段分解生产砂状氧化铝的工艺条件和需要。到目前为止，山西铝厂现场碳分及种分扩试已取得阶段性成果，砂状氧化铝分解半工业试验生产线已建成投入使用，操作与设备运行日趋稳定，基本具备了半工业试验条件。半工业试验拟分三个阶段进行：第一阶

32、段，以拜耳法精液为原料生产砂状氧化铝；第二阶段，以烧结法种分精液为原料生产砂状氧化铝；第三阶段，以烧结法碳分为原料生产砂状氧化铝。33 研究开发生产砂状氧化铝的迫切性及重要意义与普通(中间状、粉状)氧化铝相比，砂状氧化铝具有流动性好、吸附能力强、强度大、活性较高、环保、节能、便于运输，飞扬损失小等特点。国外发达国家已很少生产普通氧化铝，普通氧化铝将逐渐被淘汰。普通氧化铝具有粒度细、强度低、比表面小、不易运输、飞扬损失大的缺点。面对中国加入 W T 0 后氧化铝市场通融，进口砂状氧化铝质好、价廉、成本低、环保的优点，国产普通氧化侣难以与共抗争，不利于占领市场争取市场份额。长期以来，电解铝厂的氟化

33、氢气体、沥青烟对人体及环境造成危害，使用砂状氧化铝是解决氟害的根本。砂状氧化铝以其粒度、硬度(磨损系数小)和表面活性(比表面积大)的优点，克服了粉状氧化铝的缺点。氟化物及沥青烟微粒在具有高活性比表面的砂状氧化铝上得到较好的吸附和沉降，以砂状氧化铝为原料的预焙阳极大型电解槽，可使同废气和粉尘起排放的氟化物减少 80以上。砂状氧化铝流动性好，适合各种给料输送及多点下料槽。由于国家、企业对环保要求的提高， 目前及今后砂状氧化铝将成为大多数电解铝企业的首选。市场上普通氧化铝明显会受到砂状氧化铝的排挤。随着今后国际、困内气化铝产量的进一步扩大，市场上氧化铝需求相对过剩，普通氧化铝生产厂的竞争力将逐步被弱

34、。经焙烧后过细的氧化铝产品将增大电收尘的负荷，降低电收尘效率，飞扬损失增大，最终增加氧化铝成本，降低氧化铝总回收率。应用于电解铝工艺，粉状氧化铝粒度较纫，在输送及电解过程中容易产生飞扬，恶化操作环境和大气质量，烟气中氧化铝粉尘含量增加，也使电解铝烟气净化负荷增大，同时也增加氧化铝损失，提高铝锭成本。细粉和超细粉的过多存在，在定程度上也影响电流效率。第一章、资源介绍及厂址和生产能力的选择与论证第一章、资源介绍及厂址和生产能力的选择与论证1.1 资源介绍本设计的矿石来源为广西百色地区。广西百色地区的铝土矿质量好，储量大，初步估算堆积矿储矿量约三亿吨，分布平果、德保、靖西、田东、田阳等县，目前已探明

35、的平果那豆矿区储量为七千万吨，铝硅比 10 以上。广西铝工业基地即以平果那豆矿区作为当前建设的原料基地。广西平果铝土矿资源丰富且集中，分布范围 1750 平方公里，总储量达 3 亿吨，各矿区储量如表 1-1：表 1-1 平果矿区矿藏储量表储量平均品位矿床类型工作程度万吨铝硅比Al2O3Si02Fe203储量级品38205412.2361.905.2614.51BC13241467.7956.167.0518.93C270611009.9359.265.9716.57BC1C2那豆堆积和少量残积已审批的报告81281009.6659.196.1316.37BC1C2太平堆积加密升级70.6714

36、.9853.623.5823.41C1C2敖美堆积普查500015.1352.783.4920.41远景堆积普查2813.3047.1014.2719.85远景新安堆积普查4053.6648.6913.3119.94远景平果铝土矿主要是堆积矿，由上述五个矿区组成，总储量约为 2 亿吨，已探明的铝土矿为 1.52 亿吨，矿体覆盖层薄，属低硅高铁型。个矿体赋存条件好，多数为水平或缓倾斜矿，各矿体高差小，矿层厚，有利于开采。1.1.1 资源供应方面目前，世界己探明铝土矿资源储量约 360 亿 t。我国铝土矿资源储量丰富，截至 1994 年底，我国保有储量 22.88 亿 t，居世界第五位。其中 A

37、B C级储量为 7.5 亿 t，占总储量的 31.69。主要分布在全国 19 个省区，其中山西、贵州、河南、广西、山东五省区储量共计 21.16 亿 t，占全国总储量的 9056。我国铝土矿资源储量预测可达 50 亿 t，其中山西 25 亿 t，河南 4 亿 t，贵州 5 亿 t，广西 7 亿t，云南 3 亿 t，储量 21.16 亿吨，占全国总储量的 92.48%。铝土矿根据所含氧化铝水化物的形态，分为三水铝石型、一水软铝石型和一水硬铝石型。我国铝土矿类型以高岭石一水硬铝石型为主，约占总储量的 98以上，而三水铝石型铝土矿仅在海南、广东、福建、台湾等省区有分布，储量不到 2。我国保有铝土矿储

38、量中，沉积型矿床占 88，堆积型矿床占11，红土风化型矿床占 1。适合干露大开采的占 30，介干露采和坑采之间的占 30，其余 40只适合干坑内开采。我国铝土矿属高铝、高硅、低铁难溶矿石，铝硅比偏低，其中铝硅比小干 4 的储量占 742，铝硅比为 4 6 的储量占 4859，铝硅比为 6 7的储量占 1094O，铝硅比为 7 9 的储量占 1443O，铝硅比为 910 的储量占 1156，铝硅比大干 10 的储量占 69。我国铝土矿虽然资源丰富，但商品铝土矿储量少（国际上按铝土矿中 Al2O3溶出性能，把 A/S 大于 7 的铝土矿称为商品） 。在我国铝土矿保有量中 A+B+C 的储量为 7.

39、5 亿吨，其中 A/S 为47 的储量占 59.53%，而 A/S 大于 7 的商品铝土矿占保有量的 33.05%。即为2.467 亿吨。以一水硬铝石型矿石为主是中国铝土矿的主要特点，在保有量中，一水硬铝石占 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。本设计中采用的矿石为我国广西地区的铝土矿。目前，广西已发现铝土矿产地 64 处，已勘察矿区 26 处，其中大型矿床 10处（矿均大于 2000 万吨） ，中型 7 处（储量大于 500 万吨） 。截止 1998 年全区探明保有的石储量铝土矿储量为 6.12 亿吨，居全国第二位。据地质资料的产地绝大部分分

40、布于百色地区的平果，田阳，靖西，德保，那坡，田东等县，保有量为 5.34 亿吨，占全广西保有量的 87.25%。按成矿区可划分为百色资源区（和田阳，靖西，德保，那坡，田东等县）和平果资源区，前储量为 3.08 亿吨，占广西的 50.32%，后者储量为 2.26 亿吨，占广西的 36.39%。按每年生产 1 吨Al2O3消耗 2.1 吨铝土矿计算，平果现有资源可以支持 200 多年。经探查，广西平果县附近有丰富的石灰石储量，完全可以实现对年产 65 万吨氧化铝工厂的供给。1.1.2 从经济和工业布局方面考虑 由于铝为仅次于钢铁的第二重要金属，近十多年来，我国在“有限发展铝”的方针知道下，铝工业发

41、展很快，而且随着经济的快速发展，我国铝金属（包裹铝材）的需求急剧增长。原铝产量由 1985 年的 102.5 万吨猛增至 2003 年的611.2 万吨。2006 年我国氧化铝产量将突破 700 万吨。但是由于我国的铝土矿多为一水硬铝石，用它来生产 Al2O3能耗高，经济效益差，再加上我国氧化铝生产能力不足，Al2O3的生产满足不了电解铝的需求，故每年需要大量的进口氧化铝，2004 年进口氧化铝将超过 500 万吨。 虽则我国现代化建设的进行以及世界经济的复苏，国内以及世界对铝金属的需求将继续增长。然而，我国绿工业产业结构以及生产布局存在不合理的现象，形成了加工能力大于冶炼能力，冶炼能力又大于

42、采选能力的一种极不合理的倒宝塔结构。其次，一些铝资源丰富的省区目前生产低附加值的初级上游产品（或氧化铝或铝锭） ，而接受返销铝型材等产品，如广西。而另一些缺乏铝资源的东部省份却是铝材或铝产品深加工工业的大省，坐享下游加工工业的高增值利益，形成了极不合理的经济布局。由于产品结构不配套，产销布局不合理，致使我国每年还需进口大量的氧化铝和金属铝（包过铝材） 。这个市场的机遇，正式铝土矿资源丰富，储量为全国第二位的广西发展铝工业的良机。所以，在有限发展铝工业（我国的十五发展规划中明确表示）的方针指导下，在西部大开发的政策倾斜下，无论从经济上还是从工业布局上来讨论，在广西地区建设年产 65 万吨氧化铝的

43、工业都是可行而且必要的。1.1.3 从能源供应及交通方面 由于氧化铝工业生产能耗偏高，所以对水电的需求很大。在水力资源方面，可以充分利用广西境内红水河丰富的水力资源，据资料纪录，广西平果附近右江水水力丰富，年平均为 442m3/s，最枯流量 23 m3/s，可以满足铝企业用水要求。电力方面，可以利用现有的红水河龙滩 360 万 kw 水电站，并考虑利用当地水电站解决水电低峰问题。在交通方面，平果附近有南昆铁路（右江北岸）及缜桂铁路，而且北部湾各个港口均在 350km 以内，右江常年通航能力在 120t 以上，可以直达广州黄埔港，交通十分便利。 综上所述，本设计中年产 65 万吨氧化铝厂可建在广

44、西平果县右江南岸。1.2 生产能力的选择与论证由于广西平果铝土矿资源丰富，加以丰富的红河水资源，平果具有建大型铝工业基地的条件，但考虑国家的财力、物力的因素，广西铝工业基地采取由小到大，滚动式发展的战略。起步规模在量力而行的前提之下，尽可能的提高投资的经济效益，因此拟订初步建设规模280kt 氧化铝 /年，然后在进行追加投资扩建。新投产的氧化铝生产设备应该尽可能先进。因此应该能够生产高等级的氧化铝产品。根据电解对氧化铝的要求，本设计的所有工艺流程都是以生产砂状氧化铝为前提，要求氧化铝的等级为一级品。1.3 环境保护在工艺的选择中，应该考虑生产过程对环境的污染，尽量选择污染指数小的生产设备。减少

45、有害气体、烟尘及其他废水废渣的排放。并且，在工厂内推行环 保测评。使得工厂的废弃物符合我国现行的排污标准和卫生标准的有关规定。升华用水应做到零污染排放 ,赤泥堆场应有防渗设施,不得污染土壤和水体。并且应该定期进行环境污染指数的测评，跟踪废弃物的流向，防止不可预知的重大污染事故的发生。应该注意到，氧化铝生产是一个长期的事业，应该做好跟附近居民的沟通。防止单方面武断的作出事关周围居民生活的重大决策。由于铝厂建立在广西右江附近，因此，要考虑工业排水对右江水质及沿岸居民的生产生活带来的影响，应该尽量降低工业排水的污染物含量。第二章、生产方法，流程及技术参数的选择与论证2.1 生产方法的选择氧化铝的生产

46、方法7有酸法和碱法，但到目前为止，碱法占据着绝对主导地位。它是用碱（NaOH 或 Na2CO3）来处理铝矿石。碱法生产又分为拜尔法、烧结法以及联合法等多种流程和工艺。拜尔法是直接用含有大量游离的NaOH 的循环母液，处理铝土矿，以溶出其中的 Al2O3而获得铝酸钠溶液，拜尔法生产氧化铝具有流程简单，作业方便，能耗低，成本低，污染小，产品质量好等优点。但它对铝土矿的铝硅比要求较高7。拜尔法是在国外开发和发展起来的，适用于铝硅比较高的铝土矿，如果铝硅比偏低，拜尔法生产氧化铝的经济效果就非常不明显了。对于铝硅低于 7 的矿石，单纯的拜尔法已经不适用了。处理铝硅比在4 以下的矿石，目前只有碱石灰烧结法

47、有着良好的应用。烧结法工艺与拜尔法比较，它的作业环节多，能耗大，污染大，投资和成本都比较高，产品质量差，这是其缺点；但对于铝硅比较低的矿石，它有不可代替的优点，可以实现资源的综合利用，对于我国大部份铝土矿都是一水硬铝石的矿藏来说，是非常具有继续开发的价值的。联合法可分为并联法、串联法、混联法等三种，对于铝硅比在48 的铝矿石，联合法可以兼收拜尔法和烧结法的优点，三种联合法各具优缺点和它们各自的适用范围。并联法包括拜尔法和烧结法两个平行的系统，可以在处理优质矿的同时，处理低品位的矿石，种分母液蒸发时析出的碳酸钠直接送往烧结法系统，补碱用碳酸碱；碱循环量大工艺流程复杂。串联法氧化铝回收率较高，碱耗

48、低；拜尔法赤泥炉料的烧结比较困难，当处理低铁矿石时，会出现烧结法系统供碱不足的问题，拜尔法和烧结法两大系统的平衡难以控制。混联法比较适合处理低铁矿石，解决串联发中的烧结法系统供碱不足的问题，整个系统易于平衡，产品质量好；但其流程长，设备繁多，控制复杂10。世界上采用拜耳法生产的氧化铝约 90%，烧结法和联合法只占 10%左右。我国和俄罗斯以烧结法和联合法生产氧化铝为主。无论是直接能耗还是间接能耗，我国的烧结法和联合法生产氧化铝与国外的拜耳法相比明显过高，其主要原因有：(1)我国生产氧化铝原料的特殊性，主要表现为铝硅比小，铁含量高，矿石难溶出。(2)我国氧化铝生产厂的规模较小，设备技术水平和利用

49、率较低。(3)我国缺乏天然气资源，以煤、焦炭或重油为燃料，能量交换率和余热利用率较低。我国氧化铝生产成本过高，最主要的原因是生产氧化铝的原料特性。我国生产氧化铝的一水硬铝石型铝土矿比国外的三水铝石含硅高、铝硅比低，铝的溶出性能差,杂质含量高,因而碱耗高,工艺复杂,生产经营成本高。因此,简化氧化铝生产工艺,提高我国拜耳法生产氧化铝的比例是在开放的国际环境下参与竞争的有利武器，采用拜尔法，能够显著降低成本，提高生产效率。综合考虑以上因素，选择拜尔法，因为矿石铝硅比较高，达到16。09，对于一水硬铝石，可采用强化溶出技术8来克服其不利因素。2.2 工艺流程与主体设备的选择与论证221 矿浆粒度10磨

50、矿的粒度对溶出速度，溶出率，赤泥的分离与洗涤都有影响。高温时一硬铝石的溶出受扩散控制，所以，其动力学方程为： (1)(3CCdTSNRdtdCAeA式中：CA 溶液中 Al2O3浓度CAe 溶液中的 Al2O3平衡浓度R 气体常数N 阿伏加德罗常数T 温度S 相界面积 溶液粘度d 颗粒直径 扩散层厚度表明溶出速度与相界面积成正比，与粘度成反比。粒度越小，比表面积越大，溶出越快。另外，破碎细磨的目的出于增大表面积和活性中心，还可破坏不同矿物组成的连生体和聚集体，破坏表面的包裹，提高铝土矿的裸露程度。从而，由单个溶出来看，磨矿越细，溶出速度越快，单位时间溶出率越高。但随着破碎和磨矿的增加动力消耗就

51、要增加。矿石的磨矿细度大小的确定，取决于它的矿物组成，结构，物理特性及溶出条件。硅含量高的矿物疏松，易于溶出，细度要求不高。铁含量高的矿物致密，难于溶出，要求细磨。另外，铝土矿的矿物类型也是一个重要条件，溶出条件由三水铝石，到一水软铝石，再到一水硬铝石变得越来越苛刻，这就意味着破碎磨矿要使粒度越来越细。对于本设计的矿物组成及结构来看，它是一水硬铝石型矿物，Al2O3含量：67.27%,Fe2O3含量：11.78%，SiO2含量： 4.18%，为高铁矿石，这就要求磨矿粒度细。然而，单纯的提高破碎和磨细度又会给赤泥的沉降造成不良影响，使赤泥的沉降分离变得困难，增加了生产成本，并且得到的氧化铝产品杂

52、质含量比较大。目前，就对粒度的加工来说，采取多多破少磨的思路。因为破碎的比湿磨能量利用率高，再者，通过破碎可以更好的破坏铝土矿的晶格，使其晶格受到破坏，从而增加铝土矿的反应活性点，增加溶出活性性能。但是，当破碎粒度到达一定的尺寸时，过多的破碎就会不仅增加破碎车间的负担，而且使整个工序来看能量利用率反而下降。磨矿的粒度一般要求是 1015mm,破碎粒度取为11mm。我国的铝土矿大多为一水硬铝石型铝土矿，特别是平果矿，其铁含量较高，结构致密，且坚硬，这就会表现出很差的溶出性能。下表为平果矿所进行的实验数据，条件：温度：260C，时间：2h, Na2Ok浓度：160g/l。表 2-1 粒度对广西平果

53、矿溶出的影响粒度组成/%154m98154m7698m5076m50mAl2O3溶出率5.416.310.78.159.586.23.611.011.010.563.986.30.00.00.02.098.086.6对广西矿加大磨矿粒度可使其溶出性能得到改善。但是，如前所说磨矿粒度要有一个经济值，一来其溶出率提高，二来过细的粒度将使赤泥的沉降性能变坏。据资料，广西矿的可磨系数为 2.25，较难磨。综上且参考广西的铝土矿溶出实践（表 2-2）,磨矿粒度定为 60%70%:230#以上，采用两段磨矿。第一段为开路磨矿，采用棒磨机。因为棒磨机磨矿机理有一些破碎的成份在内，当粒度到一定细度就用其处理不

54、再适合，所以第二段选磨矿细度更细的球磨。球磨机有格子磨和溢流磨两种。格子磨排液面低，能及时排除合格产品，过粉碎现象较轻，装球量多，处理能力比同规格的溢流型球磨机高 10%15%。相比之下，溢流型球磨机产能低，运转率较高，磨机能耗及备件材料消耗较多，磨矿成本较高，所以，采用格子型球磨机。为了提高分级机效率，在两段磨后，设计一套水利旋流器进行分级。这是因为，水利旋流器结构简单，本身运动部件，占地面积小，做细粒分级时效率一般比螺旋分级机高，适宜分级粒度为0.01mm0.3mm，由于它的给矿扬送功率较大，操作比较复杂，故采用耦合或变频调速来稳定水利旋流器工作。表 2-2 平果铝磨矿工艺及指标调查情况磨

55、机排矿粒度项目入磨粒度磨内液固比+ 35#+155#+230#棒磨机512mm0.30.8球磨机12mm0.51.005%4050%2.2.2 配料配料是为溶出作充分的准备，以达到氧化铝生产的总体要求，主要考虑的因素有： 循环母液成分、配料分子比、石灰添加量等因素。1.循环母液成分的选择与论证：根据生产实践循环母液k一般在 3.03.8，k越高氧化铝溶出速度越快，设备产能越高，得到的溶出液k越低，越有利于 晶种分解，循环效率就越高，但过分提高k会使 晶种分解 时间变得 很长，生产上不能实现，由于本次设计采用的矿石铝硅比非常高，因此k暂定为 2.8。当其他条件相同时，循环母液的碱浓度越高，也越有

56、利于氧化铝的溶出，溶出分子比也越小，但从整个流程来看，种分时的铝酸钠溶液的Na2O浓度不宜超过 140g/l，如果要求循环溶液的碱浓度过高，蒸发过程的负担和困难必然增大。所以从整个流程来权衡，母液的碱浓度应保持适当的数值。 本工艺欲采用高温强化溶出，故将碱浓度定为230g/l10。综上所述， 循环母液的组成 （g/l）：Na2Ok =230 k2.8 Al2O3130.125 CO214.19 Na2Oc20 H2O=963.34 密度=1358kg/m32.铝酸钠溶液成分确定：根据图 2110可知，在 280下铝酸钠溶液的平衡分子比大约为1.28，为保证高的循环效率，应尽可能的采用低的配料苛

57、性比，通常配料苛性比要比在此条件下的平衡苛性比高0.10.2。因此铝酸钠溶液的 k1.4 (T=1.6)比较合适。当前，各大氧化铝厂的种分氧化铝浓度都有越来越浓的趋势，以此来提高产能，取得了和好的效果。在此参考平果铝厂的技术指标8氧化铝的浓度定为181g/l,Nc/NT0.2。综上所述，铝酸钠溶液 （分解原液） 的主要参数：k1.45，Al2O3181g/l，Nk160g/l，Nc13.91g/l，d1315kg/m3。 图 21 一水硬铝石在合成铝酸钠溶液中的溶解度3.石灰添加量与添加方式 :石灰对于一水硬铝石溶出性能的改善，在氧化铝生产过程中具有十分重要的作用，主要表现在13,P174-1

58、78：消除铝土矿中 TiO2不良影响，避免钛酸钠的生成。提高 Al2O3的溶出率。促进针铁矿转化为赤铁矿。降低碱耗。清除杂质。改善赤泥的沉降性能。图 22 溶出赤泥 A/S 和 N/S 与石灰添加量的关系然而，过量的添加石灰，会使氧化铝的回收率明显下降，因此石灰添加量有一个最佳值，在280下平果铝土矿的最佳石灰添加量为75。图2213为石灰添加量对溶出赤泥A/S 和 N/S 的影响。考虑到过程中的损失，以免影响效果， 本设计采用 8%。石灰的添加方式有前加和后加两种，前者对于技术条件没有过高的要求，但容易在加热段形成结疤，后者不会有加热段形成结疤的问题，但技术要求有点高，为避免在加热段生成结疤

59、，本工艺采用后加方式，用母液化灰在溶出前高压打入与矿浆混合。2.2.3 预脱硅工业中为了防止和减轻结疤，将原矿浆进行预脱硅处理，预脱硅就是在高压溶出前，通常将原矿浆在 90以上搅拌 610h，使硅矿物尽可能转为硅渣，这个过程称为预脱硅。在预脱硅过程中，只有高岭石和多水高岭石这些活性高的硅矿物才能反应生产的钠硅渣，保持较长时间，可以使生成钠硅渣的反应进行得更为充分。矿浆中生成的钠硅渣又是其他含硅矿物在更高温度下反应生成钠硅渣的晶种。钠硅渣在这些晶种上析出，减轻了它们在加热表面上析出结疤的现象。以下是各地的常压预脱硅试验，石灰添加量为 38，所用的循环母液Na2O200230 g/L，结果如表 2

60、-3：表 23 常压预脱硅试验矿石温度/时间/h脱硅率/%脱钛率/%贵州矿954826.5313.0） ，赤泥排放和堆存条件差。国外不少氧化铝厂采用56 次反向洗涤，但这些厂逐步采用大型高效沉降槽使其底流固含在45以上。沿海生产厂可将赤泥排入深海。我国氧化铝厂均在内陆，平果氧化铝厂建在石灰石岩溶地区，而且临近右江，赤泥底排放要求比较高。这样从投资和环保多方面考虑，采用五次沉降洗涤加一次过滤机洗涤比较合适，经国内生产实践证明18,该工艺不仅给生产带来良好的技术经济效果，而且产出的赤泥含水率47，为赤泥的干法输送和堆存提供了条件 。 表 2-4 赤泥洗涤的主要指标16洗涤方式赤泥附碱（Na2O）k