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1、-年产110万吨氧化铝石灰拜耳法溶出车间设计毕业设计-第 72 页江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：年产110万吨氧化铝石灰拜耳法溶出车间设计 江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书冶金与化学工程学院 冶金工程专业 2009级（2013届） 班 号 题 目：年产110万吨氧化铝石灰拜耳法溶出车间设计原始依据(包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等)：在做毕业设计之前我们来到中铝山西分公司80万吨氧化铝厂进行了一次实习，此次实习的目的之一就是为这次毕业设计打基础，所以毕业设计也是参照中铝山西分公司的实际情况进行的。为了检验我们
2、对冶金专业知识的掌握程度和为了培养我们在冶金工程领域从事科学研究、设计、生产和管理工作等方面的能力，就对我们进行工艺制定、工程设计等方面进行基础的设计训练，使我们达到具有开发新技术、新工艺及工业设计和生产组织管理的能力。此次设计，可以使我们学生对国内外的氧化铝生产的先进技术、工艺流程、主要的技术经济指标、工艺参数、设备结构、设备连接、冶金计算、厂房布置等方面有个比较全面的了解和掌握，使我们学生真正达到冶金工程专业的目标要求，成为合格的具备冶金工程专业素质的合格人才。主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：1. 厂址及生产能力的选择与说明：
3、由于学生是在中铝山西分公司80万吨氧化铝厂进行实习的，所以毕业设计也是参照中铝山西分公司的实际情况进行的。因此，厂址的选择、生产能力的设计都是以此为基础来进行的。2. 生产方法和工艺流程的选择与论证：生产方法、工艺流程的选择必须有两种以上的材料进行对比、论证，然后选择技术上可行、经济上合理的结论，并绘制详细的工艺流程图，对其工艺过程进行简单的说明。3. 主要技术条件的选择根据原材料来源、质量、成分，确定合理经济的生产方法和工艺流程后，应该选择先进的工艺技术条件和合理的技术经济指标及产品的质量要求等方案。4. 全厂的物料平衡计算：要求列出物料收支平衡表。5. 全厂的设备选型计算：以全年处理量为依
4、据，计算设备的日处理量和小时处理量，算出各个工序所需设备的负荷、容量，确定设备的尺寸、规格以满足生产的需要。6. 每吨氧化铝产品的成本计算;7. 高压溶出车间的工艺流程、工艺条件的选择与论证：高压溶出车间的选择必须有两种以上的方案进行对比、论证，然后选择技术上可行、经济上合理的结论，并绘制详细的工艺流程图，对其工艺过程进行简单的说明。8. 高压溶出车间的热平衡计算;9. 高压溶出车间的设备选择计算；10. 图纸要求： 高压溶出的主题设备图一张（最好是三视图）、车间的工艺流程图一张、车间的设备连接图一张、车间的平面布置图一张。尽可能用CAD软件绘图。11. 翻译一篇与本课题密切相关的外文资料。日
5、程安排：第3-5周：进工厂实习;第6-7周：收集原始资料，查阅文献资料，翻译外文资料，撰写开题报告：第8-9周：冶金计算及设备选择计算；第10-14周：图纸绘制及论文撰写；第15周：毕业答辩主要参考文献：1 毕诗文.氧化铝生产工艺M.北京：化学工业出版社,2006，112130.2 付高峰等.氧化铝生产知识问答M.北京：冶金工业出版社，2007，1225.3 A.A.阿格拉诺夫斯基等苏沈阳铝镁设计院氧化铝专业组译.氧化铝生产生产手册M.北京：冶金工业出版社，1974，103120.4 H.A.特洛依茨基苏，白杨译.氧化铝工艺计算M. 北京：冶金工业出版社，1977，114128.5 吴金水.拜
6、耳法与混联法氧化铝生产工艺物料平衡计算M.北京：冶金工业出版社, 2002，545. 6 杨重愚.轻金属冶金学M.北京：冶金工业出版社，1991，2148.7 郭年祥.化工过程及设备.北京：冶金工业出版社，2007，3278.指导教师（签字）： 年 月 日注：本表可自主延伸，各专业根据需要调整。江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告冶金与化学工程学院 冶金工程专业 2009级（2013届） 班 号 题 目：年产110万吨氧化铝石灰拜耳法溶出车间设计（原料二）本课题来源及研究现状：我国铝工业是上世纪中叶发展起来的，目前我国氧化铝产量和品种不段增加，质量日益提高，在生产
7、技术上取得了一系列重要成就，但是我国氧化铝工业从整体上与世界先进水平相比，还有一定的差距，主要表现在技术装备水平和某些主要技术经济技术指标上。如生产过程的能耗高和生产率低，氧化铝产品质量不是很高，因此本设计根据我国的实际情况，采用国外较先进的技术。如用管道化压煮代替高压溶出罐，采用多级自蒸发，多级预热的管道化溶出，提高了溶出温度，缩短了溶出时间，提高了回收率，减轻了蒸发负担，降低了能耗；再如采用先进的闪速焙烧氢氧化铝技术，其节能，且自动化程度高，维护检修容易，占地面积小等优点。还引进一些大型高效设备，氧化铝生产装备普遍向大型化发展，以减少设备散热面积，降低热损失，提高设备效率1-4。我国氧化铝
8、工业经过20年，特别是近十年的科技进步，技术水平和装备水平已大大提高，主要技术经济指标已得到优化，与世界先进氧化铝工业的差距已明显缩小，但矿石资源明显贫化、能源仍相对高、产品质量不能满足电解铝要求等可持续发展的问题已经日趋明显。现在我国氧化铝生产方面的技术已经达到比较先进的水平，但是氧化铝生产降低能耗、提高劳动生产率、减少环境污染等方面的技术还需要进一步提高的，况且我国的生产技术水平与国外还有一定的差距，所以我还得进一步提高自己，要走在世界的先进行列。我国氧化铝工业界应更系统全面地认识和研究我国的铝土矿资源，加快开发应用可处理我国中低品位一水硬铝石矿资源的新工艺、新技术，扩大国内外可经济利用的
9、铝资源量，进行高效、节能、清洁的氧化铝生产，是我国的铝土矿资源的利用和氧化铝工业可持续发展8-11。随着中国氧化铝产能的迅速扩张，铝土矿的需求也大幅增长，预计2006年2010年间，中国对铝土矿需求的年均增长率将达到22%。根据美国地质调查局(USGS)统计，中国目前铝土矿已探明的储量为7亿吨，按照目前对铝土矿的需求状况，能维持约20年的生产。近年来，随着我国改革开放的不断深入，经济稳步快速的发展，市场对氧化铝的需求大幅度增长。这就要求我国的氧化铝工业重新调整产业结构，既适应日益增长的市场需求，又要科学、经济、合理地配置使用资源，促进我国铝工业的可持续发展。我国有丰富的铝土矿资源，其储量为23
10、亿吨，排名居世界第6位， 80%以上属于A/S8的中低品位矿。我国的铝土矿99%属于高铝、高硅、低铁、低铝硅比的一水硬铝石型铝土矿，耐磨难溶，一般需要在较高的温度、碱液浓度和较高的压力下才能溶出，而且溶出时间较长，较难处理。改良石灰拜耳法生产氧化铝新工艺就是在拜耳法生产工艺中添加较常规拜耳法适当过量的石灰添加剂，选择适宜的工艺条件，使得其脱硅产物主要生成为水合铝硅酸钙 (水化石榴石)，在碱耗允许的前提下采用纯拜耳法流程生产氧化铝，建设投资少，大幅度降低了生产能耗，生产成本，产品质量高，市场竞争力强。选石灰拜耳法生产氧化铝工艺设计作为毕业设计的课题，通过此课题使我们对氧化铝生产工艺流程、主要技术
11、指标、冶金计算、冶金设备等实际生产情况得以全面的了解和掌握，同时可以对我们的专业课进行系统的考察，为以后从事氧化铝行业打下坚实的基础。课题研究目标、内容、方法和手段：目标：通过用石灰拜耳法处理中铝山西分公司铝土矿生产氧化铝的设计，使我们更深了解氧化铝的生产方法、工艺流程、主要技术条件、冶金设备、国内外氧化铝生产的现状和发展趋势等实际情况1，使我们成为符合氧化铝生产的合格的专业技术人才。 针对目前国内外氧化铝现状及发展趋势，本毕业设计的主要内容、方法和手段如下：(1) 地址及生产能力的选择与说明：由于学生是在中铝山西分公司80万吨氧化铝厂进行的实习，所以其毕业设计也是根据中铝山西分公司的实际情况
12、进行的，因此，厂址的选择、生产能力的设计都是以此基础来进行的。(2) 生产方法和工艺流程的选择与论证：生产方法、工艺流程的选择必须有两种以上的材料进行对比、论证，然后选择技术上可行、经济上合理的结论，并绘制详细的工艺流程图，对其工艺过程进行简单的说明。(3) 主要技术条件的选择根据原材料来源、质量、成分，确定合理经济的生产方法和工艺流程后，应该选择先进的工艺技术条件和合理的技术经济指标及产品的质量要求等方案。（4）全厂的物料平衡计算：要求列出物料收支平衡表（5）全厂的设备选型计算：以年处理为依据，计算设备的日处理量和小时处理量，算出个工序所需设备的负荷、容量，确定设备的尺寸、规格以满足生产的需
13、要。（6）每吨氧化铝产品的成本计算：（7）高压溶出车间的工艺流程、工艺条件的选择与论证：高压溶出车间的选择必须有两种以上的方案进行对比、论证，然后选择技术上可行、经济上合理的结论，并绘制详细的工艺流程图，对其工艺过程进行简单的说明。（8）高压溶出车间的热平衡计算；（9）高压溶出车间的设备选择计算；（10）图纸要求：高压溶出的主体设备图一张（最好是三视图）、车间的工艺流程图一张、车间的设备连接图一张、车间的平面布置图一张, 尽可能用CAD软件绘图。（11）翻译一篇与本课题密切相关的外文资料。设计（论文）提纲及进度安排：第3-5周：进工厂实习;第6-7周：收集原始资料，查阅文献资料，翻译外文资料，
14、撰写开题报告：第8-9周：冶金计算及设备选择计算；第10-14周：图纸绘制及论文撰写；第15周：毕业答辩主要参考文献：1 Xu Jin, Supply and Demand of China Aluminum (R).China&Asia Aiuminium Markets99, 20-21 May, Beijing, China.2 顾松青等.我国铝工业现状及迈人21世纪对策A.中国有色金属学会第三届学术会议论文集,1997.3 沈贤春，马志成.论自焙铝电解槽技术改造J.轻金属，1998（1l），24-28.4 毕诗文主编，氧化铝生产工艺，北京；化学工业出版社，2006.15 沈阳铝镁设计研
15、究院 石灰拜耳法生产氧化铝新工艺研究Z，1992.6 中州分公司.2004年生产技术年报Z.7 河南分公司.2006年7月生产技术月报Z.8 毕诗文.氧化铝生产工艺M.北京：化学工业出版社,2006，112130.9 付高峰等.氧化铝生产知识问答M.北京：冶金工业出版社，2007，1225.10 A.A.阿格拉诺夫斯基等苏沈阳铝镁设计院氧化铝专业组译.氧化铝生产生产手册M.北京：冶金工业出版社，1974，103120.11 H.A.特洛依茨基苏，白杨译.氧化铝工艺计算M. 北京：冶金工业出版社，1977，114128.12 吴金水.拜耳法与混联法氧化铝生产工艺物料平衡计算M.北京：冶金工业出版
16、社, 2002，545. 13 杨重愚.轻金属冶金学M.北京：冶金工业出版社，1991，2148.14 郭年祥.化工过程及设备.北京：冶金工业出版社，2007，3278.15 尹中林，李新华，范卫东.石灰拜耳法新工艺及其应用前景C. 第四届全国轻金属冶金学术会议论文集,150.16 陈学森.论提高我国氧化铝的市场竞争力J.综述与专论，2000年8月第4期.17 王平升，贾海龙.我国氧化铝工业可持续发展探讨J.轻金属，2004（11）：3.18 尹中林，顾松青，秦正.发展我国氧化铝工业应注意的几个问题J.轻金属，2001，（8）：9.19 姜跃华.氧化铝生产新工艺、新技术的开发与应用J.轻金属，
17、2007，（2）：11.20 赵福辉 ,芦东.拜耳法外排赤泥铝硅比升高原因及抑制措施的探讨J.世界有色金属 , 2002,(02)：1214.21 张文周.拜耳法一次洗涤沉降槽运转周期缩短的原因分析及应对措施J.轻金属 , 2000,(05)：5265.22 张东波,王钧,郑敏.试论入世对中国氧化铝工业的影响J.轻金属,2003,(07)：2734.16 吴钢,闫晋钢.加快分析技术进步支持铝工业发展创新J.轻金属,2003, (07)：1823.23 李春潮,吕子剑.我国氧化铝行业理化检测现状及发展趋势J.轻金属,2006,(01)：1232.24 张云海,魏德洲.高岭石与一水硬铝石反浮选分离
18、药剂研究J.有色金属(选矿部分) , 2004, (02)：2531.25 郭键,任爱军,方启学,胡永平.一水硬铝石与高岭石反浮选分离研究J.有色金属(选矿部分) ,2003, (03)：618.26 胡岳华,蒋昊,邱冠周,王淀佐.一水硬铝石型铝土矿铝硅浮选分离的溶液化学J.中国有色金属学报,2001, (01)：2736.指导教师审核意见：指导教师（签字）： 年 月 日注：本表可自主延伸摘 要本次毕业设计的任务是设计一个年产110万吨氧化铝的工厂，以山西铝厂的铝土矿（一水硬铝石）为原料进行生产。其生产方法是采用目前工艺流程最简单、综合能耗较低的拜耳法，其生产工艺设计采用目前国内较为先进的高压
19、溶出工艺。根据所学的理论知识并相关的工厂生产数据资料，进行了各项冶金计算，如全厂物料平衡、全厂设备选择、高压溶出车间的设备选择计算、高压溶出工艺流程与技术经济条件的选择论证及高压溶出车间热平衡，并进行了厂址和生产的选择与论证，生产110万吨氧化铝产品的辅助材料单耗和成本计算，最后绘制了有关的图纸。关键词：拜耳法；石灰；氧化铝；铝酸钠溶液； ABSTRACTThis graduation project duty is to design factory of 1100，000 tons pre-year alumina.It is adopted at present Bayer techni
20、cal process method, which has properties of simple process, low comprehensive energy consumption .The design uses more advanced technology of indirect heating high pressure to dissolve the craft, carries on the production to take the Shanxi Countys bauxite as the raw material .According to theory ko
21、nwledge and union related plant production data material, each metallurgy calculation was carried on, like the entire factory mass blance,the entire factory equipment choice, the equipment choice calculation of the high pressure dissolution plant, the high pressure dissloves the technical process an
22、d the technology current economic condition choice proof and the high pressure dissolution plant heat calculation, choice and proof of the factory site and the production method. The ton alumina product original auxiliary material consumption and cost was calculated. Finally, the related blueprint w
23、as drawn up.Keyword: Bayer-procss; Lime; Alumina; Sodium aluminate;目 录第一章 概 述1第二章 厂址和生产能力的选择与论证42.1厂址的选择和论证42.2生产能力的选择与论证4第三章 生产方法和工艺流程的选择与论证63.1生产方法的选择与论证63.2工艺流程的选择与论证6第四章 主要技术条件的选择104.1破碎与磨碎104.2预脱硅104.3高压溶出104.4赤泥的沉降分离与洗涤104.5精滤114.6种子分解114.7母液蒸发114.8氢氧化铝过滤114.9焙烧114.10混矿计算氧化铝回收率12第五章 全厂物料平衡计算13
24、5.1原料成分135.2生产过程中的主要技术条件135.3以1000kg碎铝土矿为计算标准14 5.3.1石灰添加量14 5.3.2配碱计算14 5.3.3进入湿磨的成分量17 5.3.4进入溶出矿浆液的成分量18 5.3.5进入溶出液的成分量18 5.3.6进入溶出赤泥的成分量18 5.3.7溶出过程中水的平衡19 5.3.8进入分离赤泥的成分量19 5.3.9赤泥沉降分离205.4晶种搅拌分解215.5产品Al(OH)3分离、洗涤与焙烧235.6种分母液蒸发245.7苏打滤饼及其附液量255.8蒸发水量计算265.9 Al(OH)3焙烧265.10生产1t产品氧化铝的物料平衡计算29 5.
25、10.1破碎平衡29 5.10.2湿磨平衡30 5.10.3溶出平衡30 5.10.4溶出矿浆稀释及赤泥沉降分离平衡32 5.10.5赤泥洗涤平衡35 5.10.6粗液叶滤平衡37 5.10.7晶种搅拌分解平衡38 5.10.8晶种与产品Al(OH)3分离平衡40 5.10.9产品Al(OH)3洗涤平衡42 5.10.10 Al(OH)3焙烧平衡44 5.10.11种分母液蒸发平衡45 5.10.12苏打结晶滤饼苛化47第六章 全厂设备选择计算526.1全厂物料流量平衡526.2全厂主要设备选择566.3全厂主要设备56第七章 吨氧化铝产品成本估算57第八章 高压溶出车间工艺条件的选择与论证5
26、8第九章 高压溶出车间热平衡计算609.1自蒸发各级参数609.2计算自蒸发水量609.3矿浆预热61第十章 高压溶出车间设备选择计算6410.1预热器计算6410.2间接加热压煮器加热面积6510.3计算自蒸发器6510.4给料油泵计算66参考文献67外文资料68中文翻译72致 谢79小论文80第一章 概 述由于铝及其合金具有许多优良性能，而且铝的资源又很丰富，由于铝及其合金具有许多优良性能，而且铝的资源又很丰富，因此，铝工业问世以来发展十分迅速。 2005年世界原铝产量已经达到3193万吨，其中我国产量780万吨。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、
27、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2。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冶炼两个主要过程。每生产1t金属铝消耗近2t氧化铝， 因此随着电解炼铝的迅速增长，氧化铝生产也迅速发展起来，2005年世界氧化铝产
28、量达到6131万吨，其中我国产量858万吨。90以上的氧化铝是供电解炼铝用，之外使用的氧化铝称之为非冶金用氧化铝或多品种氧化铝。铝或多品种氧化铝。我国具有较丰富的铝土矿资源，迄今已探明保守储量23亿吨，位居世界第4，具备发展氧化铝工业的资源条件。据2004年以来的不完全统计，国内已公布的氧化铝投资项目达27个，测算总规模达1604.1万t。即使不考虑利用国外铝土矿资源和到海外投资办厂的项目，总规模也达到2814.1万t。2006年底，中铝公司氧化铝生产952万t，除目前已公布在建的氧化铝规模外，全国还有拟建氧化铝总规模1992万t接近国外所有拟建(扩建)氧化铝项目的总和。氧化铝工业的迅速发展不
29、同于以往的低水平重复建设，而是上规模、高水平，优化了结构，极大地提升了我国氧化铝工业整体水平和竞争力。但是，如果这种投资热继续无序膨胀，势必造成产品相对过剩3.。 目前我国氧化铝企业达40多家，已建和在建产能达4350多万吨/年，其中处理国内铝土矿的产能为3250万吨/年。2010年全国氧化铝产量2896万吨，是世界第一大氧化铝生产国。我国是铝消耗大国，目前我国电解铝的生产原料氧化铝存在不足的现象，随着电解铝生产技术的发展，自动化电子计算机控制程度的提高和环境保护标准的日益严格，电解铝厂要求供应砂状氧化铝。现在我国处理一水硬铝石型铝土矿，采用拜耳法生产工艺，加上现有的技术，可以生产出砂状氧化铝
30、，其质量指标可以达到国际砂状氧化铝规定的水平。因此本设计降采用拜耳法生产工艺生产砂状氧化铝1。由于铝及铝合金具有许多优良的性能，而且铝的资源又很丰富，因此，铝工业自问世以来发展十分迅速。18901990年，全世界金属铝的总产量约为2.8万吨，到20世纪50年代中叶，铝的产量已超过铜而居有色金属之首，仅次于钢铁。1990年世界原铝产量超过1600万吨（此外，还有占铝消耗量20%左右的再生铝），约占世界有色金属总产量的40%。而2005年世界原铝产量达到3189万吨。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。每生产1吨金属铝消
31、耗近2吨氧化铝。因此，随着电解铝的迅速增长，氧化铝生产业迅速发展起来。当前氧化铝生产大部分以铝土矿为原料，生产方法只要是拜耳法，因为此方法可以降低消耗、提高劳动生产率、降低生产成本且产品质量佳。氧化铝生产技术经济指标的提高，主要是由于工艺过程不断完善的结果。例如在拜耳法生产中采用管道化溶出代替高压溶出进行铝土矿的溶出，用流态化煅烧代替回转窑进行氢氧化铝的煅烧，在母液蒸发中采用在氧化铝生产成本中占有相当大的比重，降低能耗仍是当前氧化铝生产中的重大任务6。目前，氧化铝工业总的发展方向是充分利用现代科学技术，广泛研究新工艺、新设备、新技术以强化生产，降低能耗，提高产品质量，综合利用资源，减少或消除对
32、环境的污染，提高生产过程的连续化、自动化水平，利用电子计算机技术实现全流程集中控制12。我国铝工业是上世纪中叶发展起来的，目前我国氧化铝产量和品种不段增加，质量日益提高，在生产技术上取得了一系列重要成就，但是我国氧化铝工业从整体上与世界先进水平相比，还有一定的差距，主要表现在技术装备水平和某些主要技术经济技术指标上。如生产过程的能耗高和生产率低，氧化铝产品质量不是很高，因此本设计根据我国的实际情况，采用国外较先进的技术。如用管道化压煮代替高压溶出罐，采用多级自蒸发，多级预热的管道化溶出，提高了溶出温度，缩短了溶出时间，提高了回收率，减轻了蒸发负担，降低了能耗；再如采用先进的闪速焙烧氢氧化铝技术
33、，其节能，且自动化程度高，维护检修容易，占地面积小等优点。还引进一些大型高效设备，氧化铝生产装备普遍向大型化发展，以减少设备散热面积，降低热损失，提高设备效率1-4。我国氧化铝工业经过20年，特别是近十年的科技进步，技术水平和装备水平已大大提高，主要技术经济指标已得到优化，与世界先进氧化铝工业的差距已明显缩小，但矿石资源明显贫化、能源仍相对高、产品质量不能满足电解铝要求等可持续发展的问题已经日趋明显。现在我国氧化铝生产方面的技术已经达到比较先进的水平，但是氧化铝生产降低能耗、提高劳动生产率、减少环境污染等方面的技术还需要进一步提高的，况且我国的生产技术水平与国外还有一定的差距，所以我还得进一步
34、提高自己，要走在世界的先进行列。我国氧化铝工业界应更系统全面地认识和研究我国的铝土矿资源，加快开发应用可处理我国中低品位一水硬铝石矿资源的新工艺、新技术，扩大国内外可经济利用的铝资源量，进行高效、节能、清洁的氧化铝生产，是我国的铝土矿资源的利用和氧化铝工业可持续发展8-11。第二章 厂址和生产能力的选择与论证2.1厂址的选择和论证氧化铝厂的设计，大体可以分为以下几种：首先是新建氧化铝厂的设计。此种类型的设计，要求比较全面，要求完成从建厂调查厂址选择到施工图设计这一成套任务。然后是现有氧化铝厂或车间的扩建或改造设计。这是为适应扩大生产规模或增加产品品种改革重大的生产工艺而提出的设计任务。还有就是
35、技术措施性工程设计任务，其设计工作量小，一般有原厂承担，经费来自工厂的技术措施费用。厂址的选择对于国民经济的合理布局，国家资金的利用，企业建设速度、建设成本以及整个厂的正常生产是至关重要的，并且关系到国防、公农业发展和医疗卫生等各方面。厂址选择不当，将增加建设投资和产品成本，造成环境污染，将会危及人民的健康，给国家造成更大损失，因此正确选择厂址十分重要。厂址的选择与许多因素有关，应综合考虑。根据有关资料，将厂址选在山西河津一带比较合理，在此建厂具有一下优点：（1） 煤矿资源丰富；（2） 距矿石开采区近，可以减少原料运输费用；（3） 水资源丰富可靠，能提供工厂用水量；（4） 山西水电资源丰富，可
36、保证工厂用电；（5） 交通便利，有水路、公路和铁路的运输优势；（6） 厂区地势平坦，基石程度较大，地震效应对建筑没有太大的影响，可以节约工厂基建投资；（7） 这个区域远离城区，而当地风向主要是西北风，有利于工厂废气扩散，减轻工业污染；（8） 背靠龙门山，有丰富的石灰石资源。2.2生产能力的选择与论证氧化铝厂生产能力的选择是根据很多因素确定的，而其本身有影响着建设中以及生产以后的技术经济指标效果。生产能力的确定首先在国家计划指导下，根据资源、动力、当时国情以及预期的经济效果等情况来考虑的13。（1） 氧化铝厂的生产能力应符合国家的经济建设计划，以免生产的盲目性；（2） 生产能力还取决于资源的情况
37、。目前氧化铝生产规模趋向大型化，工厂的大型化可以提高劳动生产率，减少单位成品投资，降低产品成本，提高连续化和自动化水平 。在国外，大型化氧化铝厂的生产年限一般都在五十年以上；（3） 矿石加工的难易程度对生产能力也有很大的影响。如优质的三水铝石型矿石处理起来方便，所需的设备较小，在这样的情况下，生产能力可以选大些，但山西铝土矿是难容矿，高铁低硅是其最大的特点，故生产能力不易过大，这只是一方面影响，由于现在溶出技术的提高，这方面问题已得到解决；（4） 在确定产能时，还要考虑到分期建设和扩建问题，为充分利用国家资金，减少一次性投资，可以采用“以铝养铝”的办法分期扩建。建设期的划分影响到投资的充分利用
38、，剩下的扩建产量不宜与现有产量相差过于悬殊。山西铝厂现在已新建的80万吨氧化铝厂，因此设计的年产110万吨的氧化铝厂的产能是可以实现的。第三章 生产方法和工艺流程的选择与论证3.1生产方法的选择与论证迄今为止氧化铝的生产方法，已经提出了很多从铝矿石或其它含铝原料中提取氧化铝的方法。由于技术和经济方面的原因，有些方法已被淘汰，有些还处于试验研究阶段。其生产方法可以分碱法、酸法、酸碱联合法和热法，现在几乎全的氧化铝厂都采用碱法生产。碱法又分为拜耳法、烧结法、联合法等多种工艺流程。拜耳法是由奥地利化学家拜耳于18891892年期间发明的一种从铝土矿中提取氧化铝的方法。一百多年来在工艺技术方面已经有了
39、许多改进，但基本原理并未发生变化。为纪念拜耳这一伟大贡献，该方法一直沿用拜耳法这一名称。拜耳法是直接利用含有大量游离氢氧化铝的循环母液处理铝土矿，以溶出其中的氧化铝而获得铝酸钠溶液，铝酸钠溶液加晶种分解后，氧化铝以氢氧化铝的形式析出，种分母液经过种分浓缩后返回重新用于溶出铝土矿。用拜耳法生产具有很多优点16-17：（1） 流程简单，设备易于制造；（2） 加工过程为湿法冶炼，有利于改善劳动环境；（3） 拜耳法能耗低，生产成本低；（4） 拜耳法产品质量高；（5） 拜耳法的劳动生产率高。处理高品位铝土矿时生产成本也很低，比其它方法工艺简单，但拜耳法生产时，原料中的SiO2主要以钠硅渣的形式排出，1k
40、g SiO2要造成1kg氧化铝和0.608kg的碱损失。若矿石中的SiO2含量过高，将使氧化铝回收率很低，而碱耗很大，从而提高生产成本，不能经济地进行生产。氧化铝生产方法的选择，主要是根据铝土矿的品位，技术上可行，经济上合理以及矿物类型等。国外氧化铝厂所用矿石品位普遍较高，矿石铝硅比大部分都在10以上，多为易溶的三水铝石，山西矿石类型大都为难容的一水硬铝石，用拜耳法生产时，对矿石的品位要求比较高，现在我国拜耳法生产氧化铝必须添加石灰。3.2工艺流程的选择与论证采用拜耳法生产氧化铝已有100多年的历史，100多年来随着科学的发展、新技术的应用，这一方法已经有了很大的发展和改进。目前，它仍是世界上
41、生产氧化铝的主要方法之一。拜耳法用在处理低硅铝土矿（一般要求A/S7.0），特别是用在处理三水铝石型铝土矿时有流程简单、作业方便、能量消耗低、产品质量好等优点。现在除了受原料条件限制的某些地区以外，大多数氧化铝厂都采用拜耳法生产氧化铝。本设计采用的拜耳法流程见图3-1。拜耳法工艺流程实质包括溶出、稀释、分解、蒸发四个主要工序在内的循环过程，除以上工序外，还有矿石的破碎细磨过程、赤泥渣和氢氧化铝的分解洗涤过程，氢氧化铝的焙烧过程和碳酸钠苛化过程等18-20。进入矿仓的铝土矿经中碎和细碎之后，按要求配一定的标准的循环母液，同时配入一定量的石灰和补碱，苛化碱液一起进入球磨机中细磨到要求的粒度，得到的
42、合格的原矿浆槽中经间接加热进行预脱硅，然后用高压隔膜泵送进换热器，用从自蒸发器出来的二次蒸汽来预热矿浆，然后进入新蒸汽加热时间，使反应基本完成，然后进入降温降压的自蒸发系统，经过9级自蒸发后，原矿浆温度为134，其二次蒸汽用于预热原矿浆。溶出矿浆在稀释槽中被稀释，并且搅拌停留4-5个小时，在这段时间内，脱硅继续进行，然后稀释液进入吃你沉降槽进行四次反向洗涤，洗液返回去稀释溶出矿浆，赤泥放在赤泥堆场。送到叶滤工序的粗液，通过叶滤机再进行热交换降温，进入一段种子搅拌分解槽，首槽加入细种子，再进行热交换器降温，再进入二段搅拌分解槽，首槽加入粗种子，通过分级机分级，底流获得氢氧化铝，溢流进入二次分级机
43、，底流的粗种子，溢流进入沉降槽，所得到的氢氧化铝经洗涤后送往焙烧车间进行焙烧，种分母液小部分用于稀释工序参加稀释，以提高稀释液的苛性比值，减少氧化铝的水解损失，剩余的一小部分母液进行深度蒸发，过滤后蒸发母液与未参加蒸发的种分母液混合调配，得到合格的循环母液送到原矿浆湿磨工序进行下一个循环溶出。蒸发过程中析出的一水苏打送往苛化得到苛碱，苛化液重新参加配料。烧后的成品氧化铝送往氧化铝储仓，准备出厂销售。现对整个流程中的主要工序从理论上作出进一步详细的阐述：(1) 矿石的磨细程度拜耳法溶出属于多相反应，即是固固、固液之间发生的多相反应。化学反应一般是在固体颗粒表面上进行的，为此要求参加反应的各成分表
44、面积要大，混合要均匀。当其他条件相同时，溶出率随着细磨程度的增加而提高，但是细磨到一定程度后，再提高细磨程度对溶出率的增加已无明显影响。另外，磨得太细，除增加磨矿费用外，还能引起赤泥沉降性能变坏。管道化装置对矿石粗细度要求更高一些，为保证矿石粒度，采用闭路细磨流程。 (2) 铝土矿的溶出。详见专题部分(3) 溶出液的稀释 补充苛性碱 铝土矿破碎 石灰湿磨溶出沉降分离稀释矿浆稀释 溶出矿浆赤泥洗涤叶滤粗液 稠浓赤泥浆热水晶种分解精液 石灰乳赤泥 洗液堆场苛化 沉降分离 氢氧化铝浆液溶解蒸发 母液晶种 氢氧化铝洗涤分离 Na2CO3H2O洗涤结晶 氢氧化铝 煅烧 蒸发母液 氧化铝图3-1 拜耳法生产氧化铝工艺流程图溶出矿浆稀释的目的在于：1.降低铝酸钠溶液的浓度。溶出矿浆铝酸钠溶液的浓度很高，其稳定不利于晶种分解，因此用赤泥洗液和氢氧化铝洗液将溶出矿浆稀释到氧化铝160g/l左右，降低了溶液的稳定性，加速分解，同时还能得到较高的分解率，有利于循环效率的提高。2.稀释有利于铝酸钠溶液进一步脱硅。虽然铝土矿在溶出前进行了预脱硅，在溶出过程中又进一步进行了脱硅反应，但是溶出液的氧化铝浓度很高，使得二氧化硅的平衡浓度相应也很高。因此溶出液的脱硅指数并不高，为保证种分氧化铝产品质量，必须要求精液的脱硅指数在300以上。稀释有利于脱硅，使硅指数上升。3.稀释有利于赤泥分离。铝酸钠溶液越高，黏