年产120万吨氧化铝拜尔法生产高压溶出工艺设计

太原理工大学本科毕业设计（论文）概述最近几年,氧化铝生产发展尤为迅猛,氧化铝工业是世界经济中最重要的基础原料工业部门之一，自20世纪中叶以来，随着氧化铝生产技术的不断进步，氧化铝工业得到了迅猛发展，氧化铝年产量保持快速的增长。1904年世界氧化铝产量仅1000吨，到2000年，氧化铝总产量则高达6000多万吨，一跃成为仅次于钢铁的特大型金属冶炼行业。同时，随着全球经济在21世纪进一步飞速发展，人类对氧化铝及其深加工产品的年需求量将会以更高的速度增长。为此，许多铝土矿资源丰富、氧化铝产量较大的国家对氧化铝生产的研究和开发一刻也未曾停止，各种氧化铝生产强化技术和加工工艺不断涌现。我国铝工业从近两年来看的总体情况为电解铝的贡应量比实际的需求量少，而氧化铝的贡量又不能满足电解铝的需要，我国每年需要从国外引进铝材。现在我国铝厂的电解车间的生产能力为420万吨/年，而氧化铝的生产能力为340万吨/年，因此要改变我国铝工业的现状，首先需改变我国氧化铝的现状，提高氧化铝的生产能力。1.1设计任务本设计内容是年产120万吨氧化铝拜尔法生产高压溶出工艺设计。内容包括拜尔法氧化铝生产高压溶出工艺流程图，工厂高压溶出车间平面配置图，工厂溶出车间配置图，工厂高压溶出车间配置图。1.2设计基础资料1、生产工艺流程要求：拜尔法氧化铝高压溶出；2、设备的设计要求：单管（三管套）—压煮溶出；3、物料配料及平衡计算；（1）原始成分：表1.1铝土矿及石灰的化学成分：（%）成成分项目（2）技术条件：1、循环母液及末次赤泥底流液的成分表1.2循环母液及末次赤泥底流液的基本成分成成分项目NTANkNcCO2计H2O密度20℃循环母液(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、石灰添加量按原矿浆中CO2的含量8.00%计。3、赤泥铝硅重量比及钠硅比：溶出赤泥A/S=2.00；分离赤泥A/S=2.20；Nk/S=0.16；赤泥结晶水为8%。4、溶出液及稀释：溶出液苛性比ak=1.50；脱硅指数A/S=230；Al2O3浓度=170g/L；稀释液Al2O3浓度=160g/L；脱硅指数A/S=307。5、赤泥分离与洗涤液固比L/S：分离L/S=4.0；一次洗涤L/S=3.0；二次洗涤L/S=2.95；三次洗涤L/S=2.90；四次洗涤L/S=2.68；赤泥铝饼附液液固比L/S=30/70=0.4286。6、种分蒸发母液苛性比（ak）为2.902。7、Al(OH)3洗涤用水量为1t干Al(OH)3耗1.20t新水；洗净后Al(OH)3含水6%。8、苏打滤饼苛化率为90%；苛化时石灰投入量按CaO化学计量的125%计。9、生产过程中Al2O3和Na2O的机械损失：（1）破碎及储存0.30%。湿磨0.20%；（2）液滤0.05%；（3）晶种搅拌分解0.37%；（4）Al(OH)3洗涤0.5%；（5）种分原液蒸发0.75%；（6）Al(OH)3焙烧0.377%。4、设备的热平衡计算。1、溶出条件：出碱液浓度NK=200g/L（实验确定）溶出温度280℃时间120min1.3设计内容和要求１、氧化铝生产工艺流程的选择；２、物料配料及平衡计算；３、单管（三管套）—压煮溶出热平衡计算；４、单管、高压溶出器、自蒸发器、油压泥浆泵等的选择计算；５、氧化铝溶出车间的平面布置图；６、主体设备图；1.4设计目的本科毕业设计是教学的最后也是最重要的环节，通过本次设计可以培养学生对专业技能有跟进一步提高，同时培养学生参阅资料撰写文章等能力。2生产方法及工艺的确定2.1氧化铝工业的发展铝自十九世纪末开始工业生产以来，发展十分迅速，全世界原铝的产量大约每十年就会增长一倍，在现代工业技术的许多部门以及日常生活中，铝都获得了很广泛的应用，这是由于铝及其铝合金具有许多优良性能，而因铝的资源又十分丰富之故，到上世纪60年代初，铝的产量已经超过铜而居有色金属之首。到2006年，全世界原铝的产量已达到，而且对原铝及其合金的需求还在不断增加。表2.1给出了21世纪初近几年世界铝产量和我国铝产量统计。表2.2给出了2001年世界氧化铝前五位的国家。表2.1世界铝产量和我国铝产量统计单位：万吨年份200120022003200420052006世界原铝产量244726092800我国原铝产量339.5436.0550.0全球原铝消费量238225232717我国原铝消费量465425520我国进口铝锭13.020.619.0表2.22001年世界氧化铝前五位的国家国家澳大利亚中国美国牙买加巴西产量（万吨/年）1634.6474.7416.9353.5350.7占全球比例6.526.47冰晶石—氧化铝熔体电解仍然是目前工业生产金属铝的唯一方法，所以铝生产包括从铝矿石生产氧化铝以及电解铝两个主要过程。90%以上的氧化铝是供电解铝冶炼铝用的。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。世界上第一个用拜尔法生产氧化铝的工厂投产于1894年，日产仅1吨多。一个世纪以来，随着世界铝需求量的增加，氧化铝工业的发展很快，2003年世界氧化铝总产能已达到6331万吨，总产量为5922万吨，其中冶金级氧化铝产量达到5457万吨，非冶金级氧化铝产量达到了465万吨。此外，以现代微机为基础的监控装置和生产过程的计算机管理系统的应用，为氧化铝厂提高劳动生产率、降低原材料消耗和节能提供了巨大潜力。2.2我国铝工业的发展和存在问题建国以来，我国铝工业从无到有，从小到大，取得了很大的成绩，先后建立了山东、郑州、苹果、等重点企业，我国六大氧化铝基地已基本形成。基本情况如表2.3表2.32003年我国六大氧化铝厂主要生产情况厂名生产方法投产时间产量（万吨）碱耗（kg/tAO）综合能耗（GJ/tAO）山东铝厂烧结法为主1954年95.0381.236.66郑州铝厂混联法1965年137.5063.029.38贵州铝厂混联法1978年75.2168.138.16山西铝厂混联法1987年141.6058.233.72中州铝厂烧结法1992年85.1062.340.12苹果铝厂拜尔法1995年68.9064.512.61总计603.34我国氧化铝工业自1954年起始以来，发展迅速，基本以每十年翻一翻的速度飞速发展。2002年产量突破500万吨，2003年的产量突破600万吨。在氧化铝生产技术方面，我国在50多年的发展中，也取得了卓有成效的进步，其主要技术成如下：1、独创了适合我国国情的混联法工艺。同时使用拜尔法处理高品位铝土矿，用烧结法处理低品位铝土矿。2、烧结法熟料烧成强化技术。包括生料浆配料、非饱和配方、石灰配料、生料加煤脱溜技术和熟料窑热工自动化控制技术。3、烧结法熟料溶出技术。包括低苛性分子比溶出技术、高碳酸浓度二段磨溶出技术。4、粗液脱硅技术。包括间接加热连续脱硅技术、加石灰乳深度脱硅技术和HCAC脱硅技术。5、富矿强化烧结工艺。6、拜尔法强化溶出技术，包括管道化、单管预热——压煮器间接加热溶出、管道预热——停留罐溶出技术、混联法中的拜尔法不平衡溶出和双料法溶出技术等。7、赤泥絮凝沉降分离技术。包括大直径平底沉降槽技术、深锥高效沉降槽技术。8、分解技术。包括高浓度二氧化碳分解技术、连续碳酸化分解技术、碳酸化分解生产砂状氧化铝和晶种分解生产砂状氧化铝工艺技术。9、氧化铝焙烧技术。包括美铝Mark型闪速炉、丹麦气体悬浮燃烧炉、循环流态化焙烧炉。10、五效管式降膜——强制循环蒸发器蒸发技术。11、铝酸钠溶液成分电导率法在线实时检测技术。12、串联联合法生产氧化铝工艺。13、石灰拜尔法生产氧化铝工艺（1998年通过鉴定）。14、正浮选选矿拜尔法生产氧化铝工艺（1999年通过鉴定）。但同时，由于我国铝土矿资源存在着以下特点的特点，使得我国氧化铝生产有着自己的现实特点和技术瓶颈。我国铝土矿资源的特点如下：1、大型矿床少，已查明的306处矿床中．储量在5000万吨上的矿床仅有5个，多数储量在500～2000万吨之间，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，堆积型矿床占11％，红土风化壳型矿床仅占1％，适合于露天开采的约占3O％，介于露采和坑采之间的占3O％，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，但商品铝土矿储量少，国际上按铝土矿中AI2O的溶出性能，把A／S>7的铝土矿称为商品矿。在我国铝土矿保有储量中A十B十c的储量为75亿吨，其中A／s4～7的储量占59．53％即446亿吨，而A／S>7的商品铝土矿仅占保有储量的33．05％．即为2467亿吨。目前，我国氧化铝生产能力约为380万t／a，到2005年达到450万t／a。尽管如此发展，我国氧化铝产品缺口仍在150万t／a左右。铝土矿的性能质量决定了氧化铝的生产方法，为适应我国铝土矿高铝高硅一水硬铝石型的铝土矿的特点，国内氧化铝工业50年来走过了曲折的道路，从我国第一个山东铝厂的烧结法开始，到自行研究设计的郑州铝厂、山西铝厂的混联法及贵州铝厂的串联法．以至发展到近期平果铝厂的拜耳法生产工艺。采用一水硬铝石矿生产的国家是我国和希腊，占世界总产量的8．8％，其中我国占7％．采用三水铝石型铝土矿生产氧化铝的占62．7％，采用三水一一水软铝石型铝土矿的占34．8％，采用一水软铝石型矿的占0．7％。国外的生产方法均为低温(143℃)溶出的拜耳祛生产工艺．投资省，能耗小．生产成本低。而我国的氧化铝工业取得的成绩是氧化铝回收率高(>90％)，碱耗低(90～150kg／kg)，但能耗却是国外拜耳法的2～4倍．在直接生产成本中能耗费占50％以上。相反，国外铝工业，由于采用三水铝石矿为原料进行拜耳法工艺技术生产氧化铝，其工艺简单、流程短、能耗低、生产成本低，即使国外唯一的希腊一水硬铝石矿氧化铝生产厂，由于其矿石特有的矿物特征（如表2.4），表2.4各种铝土矿类型特征的比较性质三水铝石一水软铝石一水硬铝石化学分子式Al2O3·3H2OAl2O3·H2OAl2O3·H2O含Al2O3(％)65.3584.9884.98含化合水(％)34.6515.0215.0晶系单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溶出温度(℃)14018242其运作成本也相对较低。而我国最新设计，近期建设的平果铝厂，其生产成本据伦敦商品研究所(CRU)报告，在西方35个冶金级氧化铝厂中，平果铝厂的生产成本为最高其成本为西方35个厂加权平均生产成本的140％。统计资料表明，中国氧化铝工业的Al2O3生产成本为1181～1595元／t折合142-192美元／t，现有生产广的投资回收费用平均为77美元／t，新建厂为129美元／t。这样一来现有生产厂的销售成本为219～269美元／t，新建厂销售成本高达271～321美元／t。而同期国外的氧化铝厂生产成本为122～140美元／t，其投资回收费用在20-70美元／t，其实际销售成本为167～185美元，t。通过对比可见：我国氧化铝厂成本比国外厂高出30美元／t以上，在国际市场缺乏竞争力．致使国内现有氧化铝厂低利润运行。2.3氧化铝主要生产方法和工艺流程2.3.1氧化铝主要生产方法氧化铝生产有多种方式,其选择要根据矿石的特点，保证技术上可行，经济合理，产品质量能满足电解铝的要求。一、解炼铝对氧化铝质量的要求：1、氧化铝的纯度氧化铝的纯度是影响原铝质量的主要因素，同时也影响电解过程的技术经济指标，所以对氧化铝的纯度有严格的要求。如果氧化铝中含有比铝更正电性的氧化物（Fe2O3、SiO2、TiO2、V2O5），则在电解过程中，这些元素将首先在阴极上析出而使铝的质量下降。硅和铁是金属中的主要杂质，它们降低铝的导电率、导热性和耐腐蚀性，影响铝合金的机械性能。2、氧化铝的物理性质氧化铝的物理性质不直接影响金属铝的质量，但是对电解过程的技术经济指标以及环境保护却有较大的影响。按照氧化铝的物理性质，铝工业通常将氧化铝分为砂状与面粉状连种类型，二者在物理性质上差别很大，但并没有一个严格区分这两种氧化铝的统一的标准，有时还划分一种物理性质介于砂状与面粉状之间的所谓“中间型”氧化铝。表2.5我国氧化铝质量标准等级化学成分（%）Al2O3不低于杂质，不高于SiO2Fe2O3Na2O灼减一级98.60.020.020.500.80一级98.50.040.040.550.80三级98.40.060.040.600.80四级98.30.080.050.600.80五级50.601.00美国铝业公司以三水铝石型铝土矿为原料，分解采用低浓度，高温，低分解率，产品为典型的砂状氧化铝。而欧洲的法国、匈牙利、罗马尼亚等国，是以一水软铝石为原料，采用高浓度分解，轻氧化铝高温焙烧，产品为典型的面粉状氧化铝。我国是以一水硬铝石为原料，生产方法不同于美国，也不同于欧洲，产品氧化铝的物理性质也与之不同，介于砂状与面粉状之间。现在世界各国广泛采用大型预焙槽和干法净化烟气，特别是由于控制环境污染，提高自动化程度的需要，采用了中间下料的大型预焙槽，要求使用流动性好、溶解速度快、对氟化氢吸附能力以及细粒子少的砂状氧化铝。因此，近年来砂状氧化铝的应用越来越多。二、氧化铝生产方法概述生产氧化铝的方法大致可以分为：碱法、酸法、酸碱联合法和热法。现在在工业上基本采用的是碱法生产。碱法：是用碱（NaOH或Na2CO3等）处理矿石，使矿石中的氧化铝变成溶于水的铝酸钠，矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物。把不溶解的残渣与溶液分离，将纯净的铝酸钠溶液进行分解析出氢氧化铝，经分离、洗涤、和煅烧后，便可获得氧化铝产品。分解母液则循环使用来处理另一批铝矿。分解分离Al(OH)2焙烧Al2O3碱处理分离铝酸钠溶铝矿石铝酸钠母液蒸发循环母液赤泥（Fe、Ti、Si杂质）图2.1碱法生产氧化铝的基本过程碱法有拜尔法、烧结法和拜尔烧结联合法等多种流程。拜尔法是直接用含有大量游离NAOH的循环母液处理矿石，以溶出其中的氧化铝而获得铝酸钠溶液，并用加晶种分解的方法，使溶液中的氧化铝成为氢氧化铝结晶析出。拜尔法流程简单，能耗低，产品质量好，成本也低，但它适用处理高品位铝矿，A/S一般要在9以上。烧结法则是在铝矿石配入石灰石（或石灰）、苏打（含有大量NaCO3的碳酸母液），在高温烧结得到含固体铝酸钠的熟料，用水或稀碱液溶出熟料，得到铝酸钠的溶液。经脱硅后的纯净铝酸钠溶液用碳酸化分解法（往溶液中加入二氧化碳气体）使溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出，碳分母液中经蒸发后返回用于配制生料浆。烧结法工艺比较复杂，能耗高，产品质量和成本一般不及拜尔法好，但它可以处理高硅铝矿，A/S可以为3～5。拜尔—烧结联合法，兼有拜尔法和烧结法流程，因而可以兼收两个流程的特点，获得较单一的拜尔法或烧结法好的经济效果。它一般处理A/S为6～8的中等品位的铝矿。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，铝成氢氧化铝析出，煅烧所得的氢氧化铝或者各铝盐的水合物或碱式铝盐，便可得到无水氧化铝。酸法适合高硅低铁铝矿，如粘土、高岭石等，但它们的缺点是需要昂贵的耐酸设备，酸的回收比较困难，从铝盐溶液中除铁也比较困难。酸碱联合法：是先用酸法从高硅矿石中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝，然后再用碱法（拜尔法）处理，这一流程的实质是用酸法除硅、碱法除铁。热法：适用于高硅高铁的铝矿，起实质是在电炉或高炉内还原熔炼矿石，同时获得硅铁合金（或生铁）与含氧化铝的炉渣，二者借比重差异分开后，再用碱法从炉渣中提取氧化铝。2.3.2拜尔法氧化铝生产工艺流程一、基本原理拜尔法包括两个重要化学过程：分子比MR(如1.6左右)的铝酸钠溶液在常温下，添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中Al2O3便可以呈氢氧化铝徐徐析出，同时溶液的分子比MR不断增大，这就是铝酸钠溶液的晶种分解过程。而已经析出大部分氢氧化铝的溶液，常称为分解母液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这就是利用种分母液溶出铝土矿的过程。交替使用这两个过程就能够一批批地处理铝土矿，从中得到纯的氢氧化铝产品，构成所谓的拜尔法循环。铝土矿破碎补充苛性碱破碎湿磨湿磨溶出溶出溶出矿浆稀释稀释稀释矿浆稀释矿浆沉降分离沉降分离粗液稠浓赤泥液石灰乳赤泥洗涤叶滤赤泥洗涤叶滤精液赤泥洗液苛化晶种分解苛化晶种分解氢氧化铝浆液堆场溶解蒸发沉降分离母液溶解蒸发沉降分离分离晶种氢氧化铝Na2CO3结晶分离洗涤热水洗液蒸发母液洗涤氢氧化铝焙烧焙烧氧化铝图2.2拜尔法生产氧化铝的基本流程拜尔法的实质就是下一反应在不同条件下的交替进行。溶出Al2O3·H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq种分形象地就如下所示：溶出（溶解）铝土矿赤泥溶出（溶解）NaOHNaAl(OH)4种子分解母液溶液种子分解种子Al(OH)3焙烧Al2O3图2.3拜尔法主要化学过程二、基本工艺流程各工厂由于矿石的特点、技术装备水平和地区工业条件的不同所采用的流程也不尽相同。图1-2是拜尔法生产氧化铝的基本流程。2.3.3烧结法氧化铝生产工艺流程用拜尔法处理铝硅比A/S＞7的优质矿石时，才能得到较好的技术经济指标。而碱石灰烧结法处理铝硅比A/S＜4的劣质铝土矿，以及在处理SiO2含量更高的其他炼铝原料（如霞石、娟云石和正长石）时，也得到了实际应用，并可以同时生产氧化铝、钾肥和水泥等产品。一、基本原理碱石灰烧结法的基本原理是：使炉料中的氧化物经过高温烧结转变为铝酸钠（Na2O·Al2O3）、铁酸钠（Na2O·Fe2O3）、原硅酸钙(2Ca2O·SiO2)和钛酸钙(Ca2O·Al2O3)，用水或稀碱溶液溶出时，铝酸钠溶液进入溶液，铁酸钠水解为NaOH和Fe2O3·H2O沉淀，而原硅酸钙和钛酸钙不溶成为泥渣。分离出去的泥渣后得到的铝酸钠溶液，再通过CO2进碳酸化分解Al(OH)3，便析出，而碳分母液（主要成分为Na2CO3）经蒸发浓缩后返回配料烧结，循环使用。经过焙烧即成为产品Al2O3 。一、基本工艺流程碱石灰烧结法主要环节是：烧结——溶出——脱硅——碘分。碳酸钠铝土矿石灰石煅烧破碎CO2气体煅烧破碎湿磨配料石灰湿磨配料净化料降调整净化料降调整煤粉调整液制备烧结(重油)调整液制备烧结熟料溶出热水赤泥洗液熟料溶出洗涤赤泥分离赤泥洗涤赤泥分离赤泥粗铝酸钠溶液弃赤泥脱硅新蒸汽脱硅石灰乳分离硅渣硅渣分离硅渣精液晶种分解碳酸化分解晶种分解碳酸化分解晶种种分母液氢氧化铝碳分母液蒸发洗涤软水蒸发洗涤焙烧焙烧重油蒸发母液成品氧化铝氢氧化铝洗液图2.4碱石灰烧结法基本流程图2.3.4拜尔法和烧结法的优缺性比较一、拜尔法的特点：1、适合高铝硅比，A/S一般＞9；2、流程简单，能耗低，成本低；3、产品质量好，纯度高。二、碱石灰烧结法的特点:1、适合于低铝硅比矿，A/S一般为3～6；2、流程复杂，能耗高、成本高；3、产品和质量较拜尔法低2.4生产方法选择氧化铝是两性氧化物，既可以用酸性溶液也可以用碱性溶液处理铝土矿使氧化铝溶出。因此氧化铝的生产方法大致可以分为碱法，酸法，酸碱联合法和热法等。但目前在工业上得到应用的却只有碱法。1.碱法该法是用碱（NaOH或Na2CO3）处理铝土矿，使铝土矿中的氧化铝进入铝酸钠溶液中去。矿石中的其他杂质和绝大部分硅成为不溶性物质进入残渣，并从溶液中分离出来经洗涤后丢弃或另行处理。溶出后的铝酸钠溶液经过净化得到精液便可以通过分解析出轻氧化铝，而分解后的溶液作为母液再生产种循环使用。在氧化铝的碱法处理中又可以分为拜尔法，碱石灰烧结发以及拜尔――碱石灰烧结联合等多种流程。分解分离Al(OH)2焙烧Al2O3碱处理分离铝酸钠溶铝矿石铝酸钠母液蒸发循环母液赤泥（Fe、Ti、Si杂质）图2.5碱法生产氧化铝的基本过程拜尔法是减法中最具代表性的，它直接利用含有大量游离苛性碱的循环母液处理铝土矿，溶出其中的氧化铝得到铝酸钠溶液，然后向NaAl2O3溶液中加入氢氧化铝晶种，经过长时间的搅拌便可析出氢氧化铝晶体，而分解后的溶液经过蒸发后用于下一批铝土矿的溶出。碱石灰烧结法是在铝土矿中配入石灰石，纯碱在高温下烧结得到固态NaAl2O3熟料，用水或稀碱溶液溶出熟料得到NaAl2O3溶液，NaAl2O3溶液脱硅净化后通入二氧化碳便可分解结晶出氢氧化铝，分解后的溶液也经蒸发后也循环使用。2.酸法该法是用硝酸，硫酸，盐酸等无机酸处理含铝原料而得到相应铝盐的酸性水溶液，然后使这些铝盐成水合物晶体或碱式铝盐从溶液中析出，也可用碱中和这些铝盐的水溶液使铝从氢氧化铝析出，煅烧所得的氢氧化铝或碱式铝盐便可得无水氧化铝。酸法实用于处理高硅底铁的铝土矿，如粘土，高岭土等，此法在原则上具有可行性，但与碱法相比，需要昂贵的耐酸设备，酸的回收一般比较复杂，煅烧铝盐的热耗也比较大，因此，目前在工业上此方法还不具有实用性。3.热法此法适用处理高硅高铁的铝土矿，其实质是在电炉或高炉中还原熔炼矿石，同时获得硅铁合金与含铝酸钙炉渣，两者借比重差分离后，再用碱法从炉渣中提取氧化铝，其缺点是能耗高，而且技术上还不成熟，工业上也还没有得到利用，因此，本设计也不考虑此方法。经过以上方法比较，拜耳法流程比较简单，能耗底，产品质量好，尤其针对于铝硅比比较高的铝土矿，经济效益好，目前世界上90％以上三氧化二铝是用拜耳法生产的。碱石灰烧结法流程复杂，能耗高，产品质量较差，成本高，经济效益较低，但是它适用于铝硅比较低的铝土矿。2.5工艺流程的选择论证分子比MR的铝酸钠溶液在常温下，添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中Al2O3便可以呈氢氧化铝徐徐析出，同时溶液的分子比MR不断增大，这就是铝酸钠溶液的晶种分解过程。而已经析出大部分氢氧化铝的溶液，常称为分解母液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这就是利用种分母液溶出铝土矿的过程。交替使用这两个过程就能够一批批地处理铝土矿，从中得到纯的氢氧化铝产品，构成所谓的拜尔法循环。拜尔法的实质就是下一反应在不同条件下的交替进行。溶出Al2O3·H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq种分形象地就如下所示：溶出（溶解）铝土矿赤泥溶出（溶解）NaOHNaAl(OH)4种子分解母液溶液种子分解种子Al(OH)3焙烧Al2O3图2.6拜尔法主要化学反应图2.7拜尔法生产氧化铝的基本流程3设计计算3.1物料平衡计算3.1.1以1000㎏碎铝土矿为计算基准石灰添加量设石灰的添加量为X，则：（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——原矿浆要求的CaO的含量，%1000×0.0010——1000㎏铝土矿中CaO的含量，%可由此列出碎铝土矿与石灰的混矿成分与含量表表3.1混矿成分成成分项目Al2O3SiO2Fe2O3TCaOfCaOCO2Na2OMgO铝土矿/㎏673.7069.0059.0011.00——0.901.00石灰/㎏1.230.7476.5673.911.89—0.71混矿/㎏674.9369.7459.0087.5684.911.890.901.71混矿/%61.666.375.398.007.760.170.080.16成成分项目STiO2K2O灼减H2O结其他计附水总计铝土矿/㎏0.2033.701.90140.6—100020.001020石灰/㎏———13.25—94.577.57102.14混矿/㎏0.2033.701.90153.85—1094.5727.571122.14混矿/%0.023.080.1714.06————（1）预算生产过程反苛化、化学和机械损失耗用的苛性钠(NaOk)。经预算后吨碎铝土矿耗用的NaOk列于表2—4①：（2）试算进入溶出液和溶出赤泥的Al2O3和SiO2的量设进入溶出系统的成分为：令：总Al2O3为A总，进入湿磨的Al2O3为A湿，溶出液中的Al2O3为A容，溶出赤泥中的Al2O3为A赤；总中SiO2为S总，进入湿磨的SiO2为S湿，溶出液中的SiO2为S容，溶出赤泥中SiO2为S赤。则：总Al2O3=溶出液中的Al2O3+溶出赤泥中的Al2O3即A总=A容+A赤总SiO2=溶出液中的SiO2+溶出赤泥中SiO2即S总=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容试算结果得出：A总=A湿－2.52=A容+A赤=230×S容+2.00×S赤<1>S总=S湿－0.13=S容+S赤<2>式中：2.52及0.13——分别为经试算湿磨过程Al2O3及SiO2的机械损失S湿=69.74㎏A湿=1283.12㎏S溶=5.01㎏（进入溶出液中的SiO2）S赤=64.74㎏（进入溶出赤泥中SiO2）则：A赤=2.00×S赤=2.00×64.61=129.22（进入溶出赤泥中的Al2O3）A容=230×S容=130×5.01=1152.3㎏（进入溶出液中的Al2O3）A总=A湿－2.52=1283.12－2.52=1280.6㎏S总=S湿－0.13=69.74－0.13=69.61㎏表3.2吨碎铝土矿耗用NaOk分布情况序号耗用工序名称占所在工序用量的比例/%吨碎铝土矿耗用数量/㎏占耗用比例/%1湿磨12进入溶出赤泥2.169.7321.623失去苛性钠1.025610.7523.894硅渣带走0.0750.781.755分离赤泥铝饼附液0.3974.129.166液滤损失0.050.511.137种分0.373.828.198氢氧化铝分离0.303.086.859种分母液蒸发0.505.1311.4010结晶苏打滤液0.373.668.1311氢氧化铝未洗净0.1271.302.89合计45.00100注：①此表参考计算需要的碱液量[混矿A－(A/S)×S＋A损]×溶出液ak/1.645＋混矿CO2×62/44＋进入赤泥中的Na2Ok＋湿磨过程中损失的Na2Ok=全过程耗用的Na2Ok＋V[母液中的Na2Ok浓度－(溶出液ak×母液Al2O3浓度)/1.645]式中:混矿A——吨碎铝土矿混矿（铝矿＋石灰中的Al2O3含量），㎏A/S——溶出赤泥中的铝硅比值，S——吨碎铝土矿进入赤泥中的SiO2量，㎏溶出液ak——溶除液的苛性比值，1.645——Al2O3与Na2O的分子量之比，即102/62，混矿CO2×62/44——吨碎铝土矿中的CO2消耗的Na2Ok，㎏V——1000㎏碎铝土矿需要配入的循环母液量(溶出液ak×母液Al2O3浓度)/1.645——溶出液中Al2O3结合的Na2Ok，㎏/m3将上述有关数据代入配碱关系式中得：[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]化简为：105.33V＋1.824S赤=582.75<3>式中:2.66（1.89×62/44）——混矿中CO2中和的Na2Ok，㎏9.73——损失于溶出赤泥的Na2Ok，㎏45.00——试算过程中拜尔法全过程失去的Na2Ok，㎏矿浆湿磨溶出成分量（按每吨堆铝土矿计，㎏）1.进入湿磨的成分量（按每吨堆铝土矿计，㎏）1）由混矿进入的成分Al2O3=674.93㎏SiO2=69.74㎏CaO=87.56㎏Fe2O3=59.00㎏其他（S+Na2O+K2O+TiO2+MgO）=38.41㎏H2O结=153.85㎏2）由液体苛性钠补入的成分Na2Ok=45.00㎏折成NaOH=45×80/62=58.06㎏折成42%的液体NaOH=58.06/0.42=138.24㎏H2O=138.24－45.00=93.24㎏3）由循环母液带入的成分Al2O3=V×137.60=4.42（本节已算出）×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㎏进入湿磨成分量（㎏）：进入湿磨成分量（㎏）=（混矿＋循环液＋补入的苛性碱液）成分量其中：Al2O3=674.93＋137.6×V=A湿<4>SiO2=69.74=S湿<5>则由<1><2><3><4><5>联立方程组得：A总=A湿－2.52=A容+A赤=230×S容+2.00×S赤V=4.42m3S总=S湿－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湿A湿=1283.12SiO2=69.74=S湿S湿=69.74㎏则前面涉及到的未知量可依此计算得出。即：Al2O3=674.93＋137.6×4.42=A湿=1283.12㎏SiO2=69.74=S湿Na2Ok=45＋1020.14=1065.14㎏Na2Oc=107.41㎏CaO=87.56㎏CO2=1.89㎏Fe2O3=59.00㎏其他=38.41㎏H2O结=153.85㎏2.进入溶出矿浆液的成分量Al2O3=1283.12－1283.12×0.2%=1280.55混矿中CO2结合成的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结=153.85－153.85×0.2%=153.54㎏3.进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㎏检验：溶出液ak=1.645×1051.4/1152.3=1.500可见与已知条件ak=1.500相吻合，则试算合理。Na2Oc=109.08㎏CO2=77.41㎏已知溶出液Al2O3的浓度为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℃计算）其中：γTA——20℃下铝酸钠溶液的密度，㎏/m3γTNK——20℃下苛性钠溶液的密度，㎏/m3γTNC——20℃下碳酸钠溶液的密度，㎏/m3A——20℃下铝酸钠溶液中Al2O3的浓度，已知A=270g/LγTH2O——20℃下铝水的密度，㎏/m3可知，在20℃时：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.进入溶出赤泥的成分量Al2O3=A总－1152.3=1280.6－1152.3=128.34㎏SiO2=S总－（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㎏而赤泥中赤泥结晶水的含量是8%，则：H2O结=（128.3＋64.47＋9.73＋58.88＋87.38＋38.33）×8%÷92%=33.66㎏则赤泥总重G=33.66÷8%=420.75㎏5.溶出过程水的平衡溶出过程水的平衡是：原矿浆中的水=（混矿中的水＋补入液体苛性钠中的水＋循环母液中的水）－湿磨过程损失的水=（27.57＋93.24＋4268.75）×（1－0.2%）=4380.78㎏溶出过程中水的平衡关系式是：铝土矿中的水＋原矿浆中的水－溶出矿浆自蒸发水=溶出赤泥中的结晶水＋溶出液中的水设溶出矿浆自蒸发水为x，将有关数据带入以上关系式得：153.54＋4380.78－x=33.66＋3805.35则：x=695.31㎏溶出过程水的平衡溶出液中的SiO2在稀释过程中有脱硅反应（A/S由230左右上升到307左右），生成Na2O·Al2O3·1.7SiO2·2H2O化学物进入分离赤泥中。在稀释和赤泥洗涤过程中赤泥铝硅重量比增大，即A/S由2.00增加到2.20。Al2O3水解损失=（A/S分离－A/S溶出）/SiO2=（2.20－2.00）×64.61=12.92㎏结晶水H2O=12.92×MSiO2/MAl2O3=12.92×54/102=6.48㎏式中：MSiO2/MAl2O3——SiO2和Al2O3的式量比稀释液中SiO2=（A进入容出液－A水解损失）÷A/S脱硅反应后=（1152.3－12.92）÷307=3.71㎏由溶出赤泥转化成分离赤泥，其增量为：SiO2=5.01－3.71=1.30㎏Al2O3=1.30㎏Na2Ok=1.30×MNa2Ok/MAl2O3=1.30×62/102=0.79㎏H2O结=1.30×2MH2O/MAl2O3=1.30×2×18/102=0.41㎏分离赤泥中成分量为：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结=33.66＋6.84＋0.41=40.91㎏分离赤泥总重量G=142.52＋65.91＋10.52＋87.3＋38.33＋40.91=385.57㎏赤泥沉降分离（按每吨堆铝土矿计，㎏）1.赤泥滤饼附液损失湿式赤泥滤饼附液按30/70计算，则：附液含量=385.57×30/70=165.24㎏其附液滤饼成分量为：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%——分别为赤泥铝饼附液（末次赤泥底流附液）中Al2O3，Na2Ok，Na2Oc的重量百分比2.赤泥沉降分离溢流成分及其溢流量分离溢流溶液成分：Al2O3=溶出液中的Al2O3－（水解损失的Al2O3＋进入硅渣中的Al2O3＋赤泥滤饼附液中的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㎏沉降分离溢流量：溢流溶液Al2O3浓度是160g/L，则溢流溶液体积为：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℃计算）其中：γTA——20℃下铝酸钠溶液的密度，㎏/m3γTNK——20℃下苛性钠溶液的密度，㎏/m3γTNC——20℃下碳酸钠溶液的密度，㎏/m3A——20℃下铝酸钠溶液中Al2O3的浓度，已知A=160g/LγTH2O——20℃下铝水的密度，㎏/m3查附图②可知，在20℃时：γTNK=1.175t/m3γTNC=1.031t/m3γTH2O=0.9982t/m3则：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㎏送去晶种分解的种分原液量=分离溢流量－叶滤损失（损失为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的重量比则可以计算出送去的种分原液=1135.00＋3.068＋1046.24＋108.62＋77.08＋6768.59=9138.6㎏晶种搅拌分解（按每吨堆铝土矿计，㎏）1.种分原液成分种分原液Al2O浓度为160g/L，则种分原液量：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已经计算出：ak=1.516，种分原液γA与叶滤精液密度γA相等，即γA=1287.8㎏/m3种分原液量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㎏为避免计算中的烦琐与节省时间，预先算出分解过程的机械损失，损失量为0.37%，则剩余量为：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㎏分解过程蒸发浓缩（包括析出的Al(HO)3中的结晶水）为5%，故蒸发浓缩水量：H2O=（6567.39－25.03）×5%=337.02㎏2.分解Al2O3析出量晶种分解采用机械搅拌，故吸收空气中CO2中和的Na2Ok可以忽略不计。根据原始条件种分母液苛性比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－（机械损失＋母液中）的Al2O3=1135.00－[（1135.00－1130.80）＋590.79]=540.01㎏其中：Al(HO)3结晶水=540.01－mAl(HO)3/mAl2O3=540.01－54/102=285.89㎏Al(HO)3量：G=Al2O3＋结晶水＋SiO2=540.01＋285.89＋540.01×0.012%=825.96㎏蒸发水量=蒸发浓缩水量—Al(HO)3结晶水=337.02—285.89=51.13㎏种分母液量=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：晶种是一种自身的循环物料，分解过程中晶种添加量的大小可根据各厂的具体情况来确定，其物料平衡在后面的吨产品的物料平衡计算中加进去，在此省略。产品氧化铝的分离，洗涤和焙烧（按每吨堆铝土矿计，㎏）1.产品Al(HO)3分离湿式产品Al(HO)3附液按20%计算，其附液量=Al(HO)3×20%÷80%=825.96×0.25=206.49㎏产品Al(HO)3附液的成分为：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——种分母液量，㎏825.96——分解析出的产品Al(HO)3量，㎏种分母液分离过程的机械损失为0.3%，其损失成分量为：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㎏损失量为=18.91＋（1.77＋0.009＋3.13＋0.32＋0.23）=24.37㎏泥的洗水用（有的厂家是这样用，否则循环母液量是不能还原的（循环液量及其成分始终是不变的），如果用做赤泥洗涤，不仅增加原液苛性比值，同时增加了循环液的处理量。本计算把它们送去蒸发为循环母液的一部分。2.剩余种分母液量及其成分剩余种分母液量=种分母液量－（分离过程损失＋Al(HO)3附液）=8224.52－[（8224.52×0.37%）＋204.49]=7993.36㎏剩余种分母液成分量=种分母液成分量－（分离过程损失＋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.产品Al(HO)3洗涤产品Al(HO)3洗水量为1t干Al(HO)3耗用水1.20t。Al(HO)3附水量为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末次洗净部分其中：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=分离产品Al(HO)3附液量＋洗水量－[（产品Al(HO)3末次洗净成分量＋产品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——残留于Al(HO)3中的末次洗净的Al2O3，Na2Ok，Na2Oc，CO2量，㎏种分母液蒸发（每吨堆铝土矿计，㎏）1.蒸发原液及其成分量蒸发原液量=剩余种分母液成分＋Al(HO)3洗液量=7993.36＋1142.49=9135.85㎏蒸发原液成分=剩余种分母液成分＋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.蒸发母液成分及其母液量蒸发过程损失0.5%，损失总量为=9135.85×0.5%=45.68㎏其中损失的成分量为：Al2O3=588.16×0.5%=2.94㎏SiO2=0（按蒸发原液与循环母液之差计）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，蒸发母液成分量为：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.蒸发水量平衡计算根据收入等于支出的平衡，设其蒸发水量为x，其平衡关系式为：蒸发原液中的水－蒸发的水=损失的水＋Na2CO3·H2O带走的结晶水＋循环母液中的水故：蒸发的水=蒸发原液中的水－（损失的水＋Na2CO3·H2O带走的结晶水＋循环母液中的水）已知：蒸发原液中的水=7322.53㎏损失的水=33.72㎏一水苏打（Na2CO3·H2O）带走的结晶水=0.38㎏原循环母液中的水=4268.75㎏则：蒸发的水=7322.53－（33.72＋0.38＋4268.75）=3019.68㎏苏打滤饼附液及其附液量（每吨堆铝土矿计，㎏）1.苏打滤饼附液成分量苏打滤饼附液成分量=蒸发母液成分量－循环母液成分量其中：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㎏将1.32㎏Na2Oc转化为Na2CO3·H2O，则其重量为：1.32＋1.32×44/62＋1.32×18/62=1.32＋0.94＋0.38=2.64㎏2.苏打滤饼附液量附液体积V=12.75÷230.8=0.055m3附液重量G=1323.00×0.055=73.09㎏苏打滤饼附液含量=73.09÷（73.9＋2.64）×100%=96.51%核实：Na2Ok=230.8×0.055=12.69㎏（12.75㎏），误差为0.056㎏Na2Oc=24.3×0.055=1.34㎏（1.32㎏），误差为0.02㎏CO2=1.34×44/62=0.95㎏（0.94㎏），误差为0.01㎏附液重量=附液密度×附液体积=1323.00×0.055=72.765㎏滤饼附液中的水=73.09－（0＋12.69＋1.34＋0.95）=58.11㎏式中：230.8，24.3——分别为循环母液中的Na2Ok，Na2Oc密度，㎏/m31323——循环母液密度，㎏/m0氢氧化铝洗涤与焙烧（每吨堆铝土矿计，㎏）1.焙烧的的Al(HO)3成分量焙烧的的Al(HO)3成分量有：焙烧的的Al(HO)3=洗后Al2O3＋未洗净的Al2O3＋Al(HO)3结晶水＋杂质含量=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结晶水，㎏0.86，1.30，0.16，0.11——残留于Al(HO)3中的未洗净的Al2O3，Na2Ok，Na2Oc，CO2量，㎏焙烧过程Al2O3损失为0.377%，则焙烧过程的成分损失量为：Al2O3=（540.01＋0.86）×0.377%=2.04㎏结晶水H2O结=285.89㎏CO2=0.11㎏损失总量=2.04＋285.89－0.11=288.04㎏2.其他成分量包括灼减，杂质（Fe2O3，Na2O，及SiO2等）为1.00%其他成分量=[（540.01＋0.86）－2.04]×1.00%÷99.00%=5.44㎏故1t铝矿石产出的产品量=Al2O3＋其他成分量=[（540.01＋0.86）－2.04]＋5.44=543.91㎏根据以上的计算结果，我们可以编制1t铝矿石产出Al2O3量的物料平衡计算表（见表3.3）表3.31t铝矿石产出Al2O3量的物料平衡表成成分项目Al2O3SiO2Na2OkNa2OcCaOCO2Fe2O3其他结晶水计H2O合计铝土矿674.9369.7487.561.8959.0038.41153.851094.5727.571122.14补入液体NaOH45.0045.2093.24138.24循环母液609.191020.14107.4176.231736.744268.756005.49湿磨损失0.2%69.741065.14107.4187.5678.1259.0038.41153.852866.124389.567288.68进入溶出赤泥2.570.1380.0040.120.080.315.738.7814.51失去Na2Ok-1.88+1.88进溶出液1152.255.011051.4109.082317.73805.356200.55溶出自蒸发水659.31659.31水解损失12.926.8419.7619.76硅渣带走1.301.300.790.413.83.8分离赤泥142.5265.9110.5287.3858.8838.3340.91385.57385.57赤泥滤饼液带走2.513.850.410.297.08158.17165.24沉降分离溢流1135.573.071046.76108.6777.122371.196771.989143.17叶滤损失0.05%0.570.00150.520.0540.0391.183.394.57种分原液1135.003.0681046.24108.6277.082370.016768.599138.6种分损失0.37%4.200.0113.870.400.298.7825.0433.82种分蒸发浓缩量51.1351.13种分析出Al2O3540.010.065285.89825.97825.97成成分项目Al2O3SiO2Na2OkNa2OcCO2CaOFe2O3其他结晶水计H2O合计分解母液590.792.9951042.37108.2276.801821.186403.348224.52Al(HO)3附液14.830.0826.172.721.9345.73160.76206.49母液分离损0.3%1.770.0093.130.320.235.4618.9124.37剩余种分母液574.192.911013.08105.1874.641770.006223.367993.36Al(HO)3洗水991.15991.15Al(HO)3未洗净0.861.300.160.111.1952.2053.39Al(HO)3洗液13.9724.872.561.8243.22991.151142.49蒸发原液585.162.911038.05107.7476.461813.327322.539135.85蒸发损失0.5%2.940.0155.190.540.389.0736.6145.68蒸发母液585.222.901032.89107.276.081804.257285.929090.17苏打滤饼12.751.320.9414.9858.1173.09苏打滤饼附液12.75循环母液608.192.901020.14107.4176.231814.874268.756083.62蒸发水量3019.683019.68洗净后Al(HO)3540.870.061.300.160.11285.89286.2452.87339.76焙烧损失0.377%2.040.11285.89286.2452.87339.76产品Al2O3538.830.061.300.16540.353.92544.27表3.4湿磨平衡表项项目成分Al2O3SiO2Na2OkNa2OcCO2CaOFe2O3计附水H2O总计其他结晶水收入铝土矿1237.81126.78108.40108.401493.2038.2365.78200.25石灰2.141.292.46152.14158.8515.111.23NaOH42%82.6882.68171.33循环母液8.12m31119.281874.33197.35143.533190.967843.1067.01合计（入磨矿浆）2359.23128.071957.01197.35146.81172.35108.404925.698067.77200.25支出湿磨损失（0.2%）4.720.263.910.390.0070.330.229.8377原矿浆2354.51127.811953.10196.96146.803172.02108.184915.858051.