年产7000吨氧化铝的车间工艺设计(毕业设计)(编辑修改稿)

年产7000吨氧化铝的车间工艺设计(毕业设计)(编辑修改稿)内容摘要：

国外铝土矿多为三水软铝石 ,容易浸出 ,而国内大多为一水硬铝石 ,处理成本较高。 国外氧化铝厂由于自动化程度高 ,操作较为简单 ,所以人员较少 ,如美国在澳大利亚的昆士兰氧化铝厂年产 330 万吨 ,只有 140 人 ,而国内氧化铝厂如长铝公司氧化铝厂年产 80 多万吨 ,职工 3000 多人。 1998 年国际冶金级氧化铝的产量达到 3627万吨 ,比上年增长 %,而消费量为 3226万吨 ,仅比上年增加 %。 扣除向亚洲国家净出口 354 万吨 ,国际市场氧化铝的供应过剩 47 万吨 ,加上上年的供应过剩 27 万吨 ,国际氧化铝库存增加合计 74万吨。 由于国际市场的供应充分 ,而入关后 ,进口氧化铝的数量将不再受限制 ,过剩的产量必然对国内整个氧化铝的市场供应造成根本性的影响。 随著国内国民经济 的迅速发展内氧化铝供应缺口将进一步加剧 ,国内氧化铝的大量缺必将导致国外迅速进行大规模的扩大再生产。 这样 ,由于供需关系的变化 ,导致氧化铝销售价格也将一降再降 ,国内六大氧化铝厂必将难以在这场价格大战中处于劣势。 国内企业 有可能出现大面积的亏损而可能濒临破产。 国外大型氧化铝厂的设备自动化程度高 ,设备比较先进 ,而国内设备大多比较陈旧 ,自动化程度较低 ,维修费用高。 国外为全拜尔法工艺 ,流程比较简单 ,氧化铝能耗低 ,而国内多为烧结法或联合法 ,流程复杂 ,氧化铝能耗高。 氧化铝供求关系见表 4。 表 4 氧化铝供求关系 种类 /时间 20xx 20xx 20xx 20xx 20xx 氧化铝产量（千吨） 58241 61289 74660 83205 85745 氧化铝消费 58561 62627 71750 76876 80432 缺口 320 1338 2910 6329 5313 中国氧化铝产量 6985 8609 13830 20500 24500 中国氧化铝消费 13300 15612 18840 19400 21000 现货价 404 452 445 270 270 相应对策：。 使其尽早摆脱债务负担 ,轻装上阵。 再加上后期的投入 ,帮助中州铝厂达到规模 ,实现成本的大幅度下降 ,增强抵御市场风险的能力。 ,和国际上的氧化铝 竞争 ,必须实现强强联合 ,加强氧化铝厂统一协调和运作。 加强内部合作 ,减少内耗 ,相互交流生产经验 ,共同进步。 ,向内挖潜 ,减少消耗 ,降低成本 ,增加产量。 科技是企业发展的根本动力 ,要把科技成果转化为生产力放在科技工作的首要位置 ,重点抓好氧化铝生产工艺的突破性研究。 受铝土矿特性的限制， 国内 的氧化铝厂大都采用混联法或烧结法生产，致使工艺流程长、能耗高、生产成本偏高。 氧化铝工业的主要原料供应日趋紧张，但目前的氧化铝生产大都采用碱法工艺，不仅需要高压设备，而且设备庞 大、工艺复杂、流程长、对生产原料铝钒土的杂质要求十分苛刻。 国内 的铝土矿资源并不丰富，且多属于低品位的高硅铝钒土。 此 类铝土矿 在 国内 分布广泛，遍布全国六大区21 个省 (市、区 )， 目前 国内 高岭土矿点有 700 多处，其中 200 处矿点探明储量为 30 亿吨，其中煤系高岭土 亿吨矿点分散较为均匀。 因此，研究开发新的非碱法生产工艺，对提高 国内 矿产资源利用率，增加地方财政收入，促进国民经济发展有着重要意义。 2 主要反应物 与 产品性质 矿石资料 本设计处理的 样本 矿石采自 国内 辽宁省丹东市， 属低品位高岭土类含铝矿石。 矿石 资料如表 5。 表 5 矿石资料 主要元素 AL Fe Mn Mg 质量百分数 % % % 1% 氧化铝的性质 氧化铝 ,俗称刚玉，在自然界广泛存在。 氧化铝等级标准见表 6。 表 6 YS／ T 274－ 1998《氧化铝等级标准》 牌 号 化学成分 % Al2O3 不小于 杂质含量 不大于 SiO2 Fe2O3 Na2O 灼减 AO1 AO2 AO3 AO4 物理性质：氧化铝是一种白色的熔点较高的粉末状物质，可用作耐火材料。 化学性质：氧化铝是一种典型的两性氧化物，既可以溶于强酸 ，又可以溶于强碱。 目前已知的晶型有六、七种，其中最稳定的是 αAl2O3。 纯氧化铝为无色或白色晶体，烧结致密的Al2O3 陶瓷硬度大、耐高温、抗氧化，耐急冷急热，可使用温度高达 1980℃ ，机械强度高，化学稳定性好，且有高绝缘性，因此，用途极广。 铝的性质 铝是银白色的轻金属， 较软，密度 ，熔点 ℃ ，沸点 2467℃ ，铝和铝的合金具有许多优良的物理性质，得到了非常广泛的应用。 铝对光的反射性能良好，反射紫外线比银还强，铝越纯，它的反射能力越好，常用真空镀铝膜的方法来制得高质量的反射镜。 真空镀铝膜和多晶硅薄膜结合，就成为便宜轻巧的太阳能电池材料。 铝粉能保持银白色的光泽，常用来制作涂料，俗称银粉。 纯铝的导电性很好，仅次于银、铜，在电力工业上它可以代替部分铜作导线和电缆。 铝是热的良导体，在工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和民用炊具等。 铝有良好的延展性，能够 抽成细丝，轧制成各种铝制品，还可制成薄于 的铝箔，广泛地用于包装香烟、糖果等。 铝合金具有某些比纯铝更优良的性能，从而大大拓宽了铝的应用范围。 例如，纯铝较软，当铝中 加入一定量的铜、镁、锰等金属，强度可以大大提高，几乎相当于钢材，且密度较小，不易锈蚀，广泛用于飞机、汽车、火车、船舶、人造卫星、火箭的制造。 当温度降到 196℃ 时，有的钢脆如玻璃，而有些铝合金的强度和韧性反而有所提高，所以是便宜而轻巧的低温材料，可用来贮存火箭燃料液氧和液氢。 盐酸的性质 分子式： HCl 分子量： 性质： 本品为无色有刺激性臭的透明液体，属挥发性酸，在空气中发烟，触及氨的蒸汽会生成白色烟雾。 盐酸的质量标准见表 7 表 7 盐酸的质量标准 检验项目 标准要求 盐酸 (HCl)含量 ,% 3638 外观 合格 灼烧残渣 (以硫酸盐计 ),% ≤ 游离氯 ,% ≤ 硫酸盐 ,% ≤ 亚硫酸盐 ,% ≤ 铁 (Fe),% ≤ 铜 (Cu),% ≤ 砷 (As),% ≤ 锡 (Sn),% ≤ 铅 (Pb),% ≤ 用途：该产品广泛用于医药、生物制药、电子、微电子等行业，在食品工业中用于味精、酱油、葡萄糖、汽水等。 包装：塑料桶包装，净重 25kg/桶、 33kg/桶、 250kg/桶， 1015 吨槽车运输 盐酸是氯化氢的水溶液，可看做是酸类化合物。 纯的浓盐酸是无色液体，通常浓盐酸约含 37％ HCl，密度约为 ，易挥发有氯化氢刺激气味，逸出的氯化氢遇潮湿空气形成白色酸雾。 工业盐酸因含铁盐杂质，因而呈黄色，有腐蚀性。 盐酸是强酸，具有酸类通性：可使石蕊、甲基橙变红，可跟比氢活泼的金属发生置换反应，可跟 金属氧化物（碱性氧化物）、碱发生中和反应。 氨水的性质 分子式： NH4OH 分子量： 表 8 工业氨水的标准 检验项目 标准要求 实测结果 色度，号， % ≤80 ≤80 氨（ NH3）， % ≥18 ＞ 20 残渣 ,g/L,% ≤ ＜ 外观 清晰透明 合格 性质：本品为无色液体，有刺激性臭味，密度随浓度增加而减少，浓度 15%时，密度为 g/cm3。 呈弱碱性，易挥发，有毒。 有腐蚀性，特别对铜的腐蚀性更大，能和酸和酸性氧化物作用生成盐和水。 氨水碳化后挥发性减少，碳化度 越高，这种作用越明显。 用途：该产品主要用于农业施肥。 另外还用于化学、纺织印染等工业。 医药上用稀释氨水对呼吸和循环起反射性刺激，医治晕倒和昏厥；还用作皮肤刺激药和消毒药。 包装：塑料桶装或槽车运输。 3 生产工艺的选择 [5] [15] [14] [13] 氧化铝的生产方法 [4] 氧化铝的生产方法有碱法、酸法，电热法。 国内 氧化铝的生产方法是以碱法为主，这是因为 目前用于工业生产的铝土矿资源系高品位含铝矿石，平均品位在 50%以上。 随着资源的不断开采，高品位矿藏日渐枯竭， 碱法生产氧化铝的能耗不断升高，且工艺 上存在很多问题， 因此研究应用于低品位铝土矿的生产工艺势在必行。 经过许多专家学者的不懈努力，已 开发出适合于处理低品位铝土矿的酸法工艺，尤其以盐酸 法的 研究最为广泛。 酸法生产氧化铝 酸法生产氧化铝的原理是用适当的无机酸处理矿石，生产相应的 铝盐，矿石中的氧化硅不与酸作用而残留于渣中；将铝盐进一步净化除铁后，使之分解得到氧化铝。 酸 法按照使用酸的不同可分为盐酸法， 硫酸法 和硝酸法。 其中尤以盐酸法研究最为广泛。 碱法生产氧化铝 碱法的基本原理是使矿石中的氧化铝与碱在一定条件下生成铝酸钠，进入溶液 而与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后再使纯净的铝酸钠溶液分解出氢氧化铝，氢氧化铝经高温锻烧制得成品氧化铝。 碱法生产氧化铝又可分为拜尔法、烧结法、联合法。 （ 1） 拜尔法原料制备过程包括：铝矿石的破碎、磨矿和配料。 拜尔法生产工艺对原料制备的要求：⑴ 参与化学反应的物料要有一定的细度； ⑵ 参与化学反应的物料之间要有一定的配比和均匀的混合。 直接以苛性钠溶液处理铝土矿，使矿石中氧化铝生成铝酸钠，而矿石中的二氧化硅则成为不溶性残渣———赤泥，与铝酸钠溶液分离，将净化后的铝酸钠溶液进行搅拌分解，再经过滤分离得到氢氧化铝，经 洗涤后焙烧成氧化铝，分离所得的大量苛性碱溶液称为母液，母液经蒸发再用于处理下一批矿石。 含有部分二氧化硅的溶液经脱硅后得到铝酸钠溶液精制液通入二氧化碳气体使分解得到氢氧化铝及母液。 母液经蒸发后补充适当的碱粉与下批矿石及石灰配料烧结。 洗涤后的氢氧化铝经焙烧得到氧化铝。 一般来说，拜尔法具有流程简单，投资较少，产品质量高，生产成本较低的优点。 但处理低品位矿石时其优越性较差，而且还要消耗价格昂贵的苛性碱。 [6] （ 2）烧结法的优点是可以处理品位较低矿石，而且只消耗价格便宜的碳酸钠，与拜尔法相比，在同样的条件下处理低品 位矿时，烧结法的碱耗较低，氧化铝总回收率较高，但流程复杂，投资较大，产品氧化铝质量较差，成本较高。 因此含硅很低的优质铝土矿就采用拜尔法，含硅高，铝硅比较低的铝矿石，一般采用烧结法。 为了充分利用矿产资源，综合两种方法的优点，以提高氧化铝总回收率，提高产品质量，降低生产成本，将两种方法联合起来使用，这样就产生了联合法。 （ 3）联合法又分为串联、并联、混联法。 并联法是用拜尔法处理高品位矿，烧结法处理低品位矿；串联法中烧结法只处理拜尔法赤泥；将拜尔法赤泥同时配一些低品位矿石可改善大窑的操作，这种将串联和并联结合起来 的方法即为混联法。 电热法生产氧化铝 电热法用来处理高铁铝矿，将矿与碳 还原剂 配成炉料在电弧炉内高温下进行还原熔炼。 矿石中的氧化硅和氧化铁被还原成硅铁合金，而氧化铝则呈熔融状态的铝酸钙渣上浮，由于比重不同而分层。 所得氧化铝渣再用碱法处理，从中提取氧化铝，所得硅铁合金为成品。 目前电热法生产氧化铝还处于研究阶段。 到目前为止，已经提出了很多从铝矿石或其它含铝原料中提炼氧化铝的方法，但由于技术上和经济上的种种原因，有的已被淘汰，有的属于试验阶段， 由于现在处理的矿石均为高品位矿石，所以现在 工业上几乎全部采 用碱法生产 氧化铝。 生产工艺的选择 ——酸法工艺 1 选择依据 国内 铝土矿储量约为 23 亿吨 ,主要分布在山西、河南、贵州、广西 4省。 除广西矿的铝硅比为 10左右外，其它地区矿石的铝硅比都比较低。 随着高品位铝土矿储量的日渐减少，氧化铝企业的总供矿品位也在下降，引起产量减少、消耗增加、成本上升。 由于受铝土矿特性的限制， 国内 的氧化铝厂大都采用混联法或烧结法生产，致使工艺流程长、能耗高、生产成本偏高。 氧化铝工业的主要原料供应日趋紧张，但目前的氧化铝生产大都采用碱法工艺，不仅需要高压设备，而且设备庞大、工 艺复杂、流程长、对生产原料铝钒土的杂质要求十分苛刻。 国内 的铝土矿资源并不丰富，且多属于低品位的高硅铝钒土。 而 国内 高岭土类铝土矿分布广泛，遍布全国六大区 21 个省 (市、区 )， 目前 国内 已发现此类 矿点有 700 多处，其中 200 处矿点探明储量为 30 亿吨，其中煤系高岭土 亿吨矿点分散较为均匀。 通过盐酸，硫酸，硝酸分别浸取低品位铝土矿的正交实验研究，盐酸法浸取率在三种酸中是最高的，且使用盐酸法生产，价格低廉，甚至可以用废盐酸代替工业盐酸以降低成本。 综上所述，使用盐酸法处理低品位铝土矿，对提高 国内 矿产资源利用率，促 进 国民经济 的发展 有 着 重要意义。 工艺的技术创新性 本工艺结合各种酸法工艺制备氧化铝的研究，开发了粉碎 —浸出 —萃取 —反应 —煅烧的新工艺来生产氧化铝。 其优点如下： （ 1）矿石采用储量丰富的高岭土类铝土矿石，价格低廉， 盐酸甚至可 用废盐酸 代替 ，可大大降低成本。 （ 2）该工艺能够在常压下进行铝土矿的酸分解，除硅简单，工艺流程较碱法短，投资少。