冶金毕业设计年产万吨氧化铝溶出车间设计

冶金毕业设计年产万吨氧化铝溶出车间设计内容摘要：

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，其质量指标可江西理工大学 2020 届本科生毕业设计 （论文） 2 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。 1890~1990 年，全世界金属铝的总产量约为 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 2020 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，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 [14]。 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，但是氧化铝生产江西理工大学 2020 届本科生毕业设计 （论文） 3 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 [811]。 江西理工大学 2020 届本科生毕业设计 （论文） 4 第二章 厂址和生产能力的选择与论证 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 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。 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； 江西理工大学 2020 届本科生毕业设计 （论文） 5 （ 2） 生产能力还取决于资源的情况。 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，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。 江西理工大学 2020 届本科生毕业设计 （论文） 6 第三章 生产方法和工艺流程的选择与论证 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 1889～ 1892 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 [1617]： （ 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， 1kg SiO2 要造成 1kg 氧化铝和 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。 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，它仍是世界上生产江西理工大学 2020 届本科生毕业设计 （论文） 7 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/S＞ ），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 31。 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 [1820]。 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 45 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，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 江西理工大学 2020 届本科生毕业设计 （论文） 8 补充苛性碱 铝土矿 石灰 溶出矿浆 粗液 稠浓赤泥浆 热水 精液 赤泥 洗液 堆场 氢氧化铝浆液 母液 晶种 氢氧化铝 Na2CO3 H2O 洗涤 结晶 氢氧化铝 蒸发母液 氧化铝。