毕业论文《年产75万吨氧化铝厂车间设计》

精品 年产 75 万吨氧化铝厂车间设计 摘 要 本设计为年产 75 万吨氧化铝车间工艺设计，介绍了贵州清镇含氧化铝量为 铝土矿经过现在最新生产技术拜耳法一系列流程如破碎湿磨、高压溶出、赤泥沉降分离洗涤、种子分解、氢氧化铝焙烧等生成成品氧化铝。对全厂物料进入与出去做了平衡计算，得出生产 1 吨成品氧化铝需要铝矿石 和石灰 。同时也估算了生产 1 吨成品氧化铝的成本。根据设计要求，对生产原理和工艺流程进行了选择和论证，对主要设备进行了选型和计算，有利于学生绘制氧化铝厂平面布置图。着重分析 计算了高压溶出车间工艺所需溶出器以及脱硅槽的数量，因为除杂的多少关系到以后流程的顺利进行，也关系到最终成品氧化铝的质量。由于生产氧化铝的同时产生了附属品赤泥，所以也需要建废品处理站，减少对环境的污染。最后对氧化铝行业现在面临的现状和未来发展做了简单分析。 关键词： 铝土矿；拜耳法；物料平衡；高压溶出；氧化铝 精品 5 of by a of of of to a of of a of is of to of in of in to to to of of of so to of to a 品 1 绪 论 . 1 氧化铝工业及铝土矿资源 . 1 氧化铝工业发展 . 1 铝土矿资源概况 . 2 我国氧化铝生产所取得的主要技术成就 . 2 氧化铝的性质 . 3 氧化铝的质量标准和氧化铝的用途 . 3 氧化铝的质量标准 . 3 氧化铝的用途 . 4 氧化铝生产方法和工艺流程 . 4 耳法 . 4 耳法主要生产车间工艺流程 . 6 氧化铝产品品种质量现状和氧化铝生产特点 . 9 化铝产品品种质量现状 . 9 化铝生产的特点 . 9 电解炼铝对氧化铝质量的要求和氧化铝生产原料 . 9 解炼铝对氧化铝质量的要求 . 9 化铝生产原料 . 10 氧化铝生产技术经济指标 . 10 氧化铝厂设计的意义和主要内容 . 10 氧化铝厂设计的意义 . 10 氧化铝厂设计的主要内容 . 11 2 全厂物料平衡计算和吨氧化铝成本计算 . 12 原料成分 . 12 生产过程中的主要技术条件 . 12 氧化铝总回收率（ 以生产 1t 成品氧化铝为计算基础） . 13 原矿浆配制 . 13 1t 成品氧化铝所需铝土矿和配入的石灰量 . 13 生产 1t 成品氧化铝所需循环母液量 V 循（ . 13 补充碱液和苛化碱液 . 14 原矿浆中的溶液量 . 14 高压溶出 . 14 矿浆稀释、赤泥分离及洗涤 . 15 赤泥沉降分离底流的溶液量 . 15 弃赤泥附液量 . 16 赤泥洗液量 . 16 氢氧化铝洗液量 . 16 矿浆稀释 . 17 赤泥洗水量 . 18 泥分离的物料平衡 . 18 泥洗涤的物料平衡 . 19 精品 精液分解和种分母液蒸发 . 19 机械损失 . 19 分解析出的 H)3量 . 20 液分解的物料平衡 . 20 分母液蒸发的物料平衡 . 21 氢氧化铝焙烧 . 21 主要技术经济指标 . 21 厂物料流量表 . 22 产品氧化铝成本估算 . 23 3 工艺设备的 选择与计算 . 24 工艺设备选型与计算的原则 . 24 主要工艺设备的选择与计算 . 24 矿石粉碎设备 . 24 铝土矿溶出和稀释设备 . 25 赤泥的分离与洗涤设备 . 25 粗液控制过滤设备 . 25 铝酸钠溶液分解设备 . 26 氢氧化铝焙烧设备 . 28 种分母液蒸发设备 . 28 4 高压溶出车间工艺设计 . 30 高压溶出技术条件的选择 . 30 高压溶出车间主要工艺设备的选择与计算 . 30 溶出器的选择与计算 . 30 中间脱硅罐的选择与计算 . 31 预脱硅槽的选择与计算 . 31 自蒸发器的选择与计算 . 32 油压泵的计算与选择 . 32 5 氧化铝未来发展之路 . 33 氧化铝生产企业面临的现状 . 33 氧化铝生产企业未来发展的思考 . 33 结 论 . 36 致谢语 . 37 参考文献 . 38 精品 1 绪 论 氧化铝工业及铝土矿资源 氧化铝工业发展 氧化铝是炼铝的基本原料，冰晶石 生产 1吨金属消耗近 2吨氧化铝。世界上 90以上的氧化铝用于生产电解铝，氧化铝工业的盛衰主要取决于电解铝工业的发展状况。世界氧化铝工业有着一百 多年得历史，一百多年来，随着世界铝需求量得增加，氧化铝工业发展很快， 2003年世界氧化铝总年产已达到 6331 万吨。国外生产氧化铝绝大多数采用拜耳法其次是烧结法和联合法。多年来国外氧化铝生产在改革工艺流程，降低能耗，研制高效能、低消耗的大型专用设备，探索资源的综合利用，提高产品质量，增加产品品种，检测分析、操作控制自动化等方面取得了很大进展。氧化铝工业发展出现了从发达国家转向铝土矿生产国家的明显趋势，新建氧化铝厂靠近矿山和能源基地。主要的氧化铝生产国有中国、澳大利亚、美国、俄罗斯、日本、德国、法国和加拿大。我 国铝工业发展非常迅速，对铝的需求越来越大。自 1954 年山东铝厂投产以来，又有郑州铝厂、贵州铝厂、山西铝厂相继投产，现在又相继建成中州铝厂、平果铝厂、重庆铝厂。形成了一个以我国中部地区为氧化铝基地，西北、西南地区为电解铝基地的比较合理的布局。氧化铝产量和品种将不断增加。 根据我国铝土矿资源的特点和生产现状，我国氧化铝工业必须发展自己的技术。我国氧化铝市场一直是供不应求，尤其是 80年代以来，供需矛盾日趋尖锐，进口量大增。我国多品种氧化铝和氢氧化铝的需求更是长期得不到满足，主要是国内氧化铝原料紧张，氧化铝厂生产的 氧化铝优先供应炼铝行业，限制了对非炼铝行业的供应。由于在市场购买不到特殊要求的氧化铝和氢氧化铝，许多用户只得根据自己需要。自找门路，小规模生产。 精品 铝土矿资源概况 铝在地壳中的平均含量为 但目前铝的可利用矿产资源仅为铝土矿、霞石和明矾石，而 95以上的氧化铝是从高品位的铝土矿提取的。就全球范围来看，铝土矿资源丰富，人类并不缺少铝土矿资源，目前全球可用来生产氧化铝的铝土矿储量有 240亿t，储量基础 350亿 t，按现有生产规模计算可保证近 200年。但中国铝土矿资源不丰富，保障程度只有十几年，远 不能满足发展需要。全球铝土矿资源量估计约 550 亿 750 亿t，其中，南美 33、非洲 27、亚洲 17、大洋洲 13、其他地区 10。 国内外铝土矿的组成特点 :世界铝土矿大多是三水铝石型或三水铝石 中国、俄罗斯、希腊等少数国家有一水硬 铝石型铝土矿，因此大多都采用拜耳法生产氧化铝。 我国铝土矿矿区矿石的主要化学成分见表 1表 1国铝土矿矿区矿石的主要化学成分 省份 矿石类型 化学成分 / 铝硅比 A/S 占全国铝土矿量 比例 / 西 贵州 河南 山东 山西 铁 高岭石 高岭石 高岭石 高岭石 587443 我国氧化铝生产所 取得的主要技术成就 我国氧化铝工业从 1954年起始，在不到 50 年得时间里，不仅产量增加了近 150倍，在技术方面取得了卓有成效的进步，其主要技术成就为： 碳酸钠浓度二段磨溶出技术； 道化间接加热连续脱硅技术、深度脱硅技术； 精品 氧化铝的性质 化学性质：氧化铝分子式为 对分子质量为 102，熔点 2050熔化热 21318J/度 点为 2980，气化热 49282 J/两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，由于 结晶形式不同，其在无机酸和碱性溶液中的溶解度有所不同。 在于自然界中的氧化铝称为刚玉（ - ,它在岩石中呈五色结晶，也可与其他氧化物杂质染成带色的结晶体，红色的结晶体为红宝石，蓝色的结晶体为蓝宝石。氧化铝的同素异形体又可以看着是 - 中间过渡态，按照它们的生成温度可分为两大类： 低温氧化铝，其化学组成为 中01，故需要调整 损 数据，使其与已定的数据相符。为此应使 损 = 损 = 损 = 精品 根据 A 机损 /A 精 =H 机损 /H 精 所以 H 机损 =A 机损 /A 精 H 精 = 分解析出的 H)3 量 精液种分分析的 H)3中应含有的 A 析 =（ A 精 损 ） 分 =（ 析出的 H)3中所含结晶水 量： 晶 =A 析 10254= 所以析出 H)3的质量： 析 +晶 = 种分过程溶液的自蒸发水量： H 种分自蒸 =H 精 种缩 =3%= 种分母液中的水量： H 种母 =H 精 -（ 晶 + H 种分自蒸 + H 机损 +饼附 ） = 种分母液的蒸发水量： 根据 种分母液蒸发过程的水量平衡，则种分母液的蒸发水量为： H 蒸 =H 种母 母 晶 = 液分解的物料平衡 精液分解的物料平衡见表 2 2精液分解的物料平衡（ 项目 2O 合计 进入 精液 去 机械损失 分自蒸发、吸收 出 H)3 l(分离滤饼附液 分母液 计 品 分母液蒸发的物料平衡 种分母液蒸发的物料平衡见表 2 2种分母液蒸发的物料平衡（ 项目 2O 合计 进入 种分母液 去 蒸发水 出 2O 环母液 氢氧化铝焙烧 1. 已计算出 A 焙烧 =（ A 矿 +A 石 ） 1%= 2. 成品氧化铝质量应为 1000=A 成 +所有杂质质量 =A 成 + + +其他 1 Q 其他 =1000-（ A 成 + + ） A 成 =饼附 烧 =44= = 饼附 = = 饼附 = 忽略不计。 所以 Q 其他 =1000-（ = 主要技术经济指标 生产 1 1) 氧化铝总回收率： 2) 碱耗： 9算成 15 ) 蒸发水 :) 新水耗量： Q 新水 =H 赤洗水 +水 =350= ) 弃赤泥： ) 铝矿石： 1651.7 t 7) 石灰： t 精品 厂物料流量表 表 2全厂物料流量（年产 75 万 编号 流量 单位消耗量 /t消耗量 /t时消耗量 /t 铝矿石 石灰 补充碱液 苛化碱液 循环母液 原矿浆 溶出液 溶出矿浆自蒸发水 弃赤泥 0 分离赤泥附液 1 精液 2 赤泥洗水 3 赤泥洗液 4 H)3 5 种分母液 6 分离 H)3 附液 7 洗涤 H)3 附液 8 H)3 洗液 9 H)3 洗水 0 蒸发水 1 2O 2 H)3 晶种 ： t 成品氧化铝为基础 此石灰仅为配制溶出矿浆部分量，如考虑深度脱硅和苛化一水苏打的用量，则石灰消耗总量为 取晶种系数 R=2时，则种分槽所加晶种质量 : G 晶种 =（ A 精 损 ） R 156/102= 日消耗量 =单位消耗量日产氧化铝量； 日产氧化铝量 =750000/365=d 小时消耗量 =单 位消耗量小时氧化铝量： 小时氧化铝量 =24365750000=h 精品 产品氧化铝成本估算 洗赤泥需要新水 t/氢氧化铝需要新水 此需添加的新水为 t/高压溶出消耗新蒸汽 t/蒸发蒸发水 t/按每吨水消耗 t/后需要新蒸汽 表 2产品成本估算一览表 消耗物名称 吨氧化铝耗量 单价 共计（元） 铝土矿 /吨 灰石 /吨 碱 /吨 水 /吨 要能料（重油、焦炉气、煤等） 汽 /吨 流电 190 度 /度 95 压缩空气 1600 立方米 /立方 米 48 辅助材料 84 工资 90 过滤绸 方米 /立方米 滤绸 方米 /立方米 它费用（包括折旧费、运输费、培训费、税收、活动经费） 业管理费 27 商品氧化铝成本 品 3 工艺设备的选择与计算 工艺设备选型与计算的原则 氧化铝厂主要工艺设备选型与计算的原则如下： 1. 合理性。选定的设备类型、规格、数量必须满足工艺要求，并与工艺流程、生产规模、工艺控制水平香适应，又能充分发挥 设备的能力； 2. 先进性。选定的设备必须运转可靠、高效率、低能耗、机械化和自动化水平高； 3. 安全性。选定的设备安全可靠、操作方便、稳定、无事故隐患； 4. 经济性。节省设备投资，易于制造、维修、更新，运行费用低，使用寿命长； 5. 无环境污染或污染轻。选定的设备必须是无环境污染或污染轻的设备。 主要工艺设备的选择与计算 矿石粉碎设备 氧化铝厂矿石原料的粉碎设备是为了使其原料能达到要求的粒度，但又不过细以达到节约能耗的目的。目前氧化铝厂所需铝土矿都是在矿山破碎的，多用锤式破碎机。 破碎机的产能，通常以单 位小时能破碎的干物料吨数来表示： P 碎 = Q 碎 / t （ 3 式中 P 碎 破碎机的平均产能， t/h； Q 碎 破碎物料量， t； t 破碎机的运转时间，计算公式为： t = t1+ + (3式中 t1, , 每台破碎机的运行时间， h； n 同一种类型破碎机的数量，台 . 破碎机的数量计算： n =Q 矿 /P 碎 (3式中 Q 矿 每小时需要破碎的干矿石量， t/h； 物料量波动系数，一般可取为 精品 P 碎 破碎机平均产能， t/h。 铝土矿溶出和稀释设备 脱硅槽规格 8 。按广西平果实验报告在 95 100预脱硅 10小时，脱硅率 47%左右，经计算矿浆比重 V 矿 =氧化铝原矿浆流量 浆体积V 矿 =动系数 出器运转率 生产 75 万吨氧化铝时，分 5组溶出，每组产能 A=105 5 8760） =h 在原矿浆槽中原矿浆停留 10小时，脱硅槽有效容积 42 0 小时需要总容积 10 5 考虑利用率问题，所需脱硅槽n=，所以取 8台脱硅槽 赤泥的分离与洗涤设备 精液小时流量 h，精 =以精液体积 V 精 =型平底沉降槽规格 35 降面积 降槽产能 h，设备利用率 所以 n= =取 5台，加一台备用，共取 6台 取分离沉降槽面积与洗涤沉降槽面积之比为 3:1，当 5次洗涤时，应安装 35 5/3= 9台，加一台备用，共 10台。 粗液控制过滤设备 在氧化铝生产中，粗液的控制过滤大多采用卧式或立式加压过滤机。立式叶滤机的机体是一个立式圆筒，其内装有 42 个滤框，各有管接头与滤液排出 总管相连。用两个液压缸升降上盖。机体用橡胶软管密封，软管内充入 1 叶滤机的数量计算（规格 精品 如忽略不计叶滤机产出的滤饼（粗液中的绝大部分浮游物）数量，则生产所需叶滤机数量： n =（ Q 精 ） /( 精 P 叶 (3式中 n 叶滤机的台数，台； Q 精 精液小时流量， h； 液量波动系数，取 精 精液密度，一般可取为 P 叶 叶滤机的平均产能， 2m/h； S 每台叶滤机的总过滤面积， 过滤机的利用率，一般可取为 所以 n= 4 4 1 = 16 台 铝酸钠溶液分解设备 分解原液冷却设备 为了使溶液达到一定的分解温度，在分解前须将叶滤机后的精液冷却。生产上采用的冷却设备有鼓风冷却塔、板式热交换器及闪速蒸发换热系统等。 板式换热器是一种新型的换热设备。具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、操作方便、换热面积可随意增减等优点，并有处理微小温差的能 力。但要保持板面清洁，需及时清理结疤，所以操作较复杂，清理检修量大。 板式热交换器的选型与数量计算：选用郑州铝厂使用的 50热面积为 66能 50m3/h,所需板式热交换器的数量： 按加热面积需要： F/66 = 6 = )； 按流过的精液量需要： Q 精 / 精 /50=576507/1260/50= )； 考虑生产过程物料量得波动系数（ 设备的利用率（ 95），则应取用： （ 11（台） 种分槽的结构和计算 A 种分槽的结构 目前，氧化铝厂采用的分解槽有空气搅拌和机械搅拌两种。机械搅拌的优点是： 动力消耗少，搅拌时固体颗粒在整个槽内分布均匀； 疤少； 期停车后再启动时平缓，沉淀的颗粒能重新被搅起循环。 B 种分槽数量计算 采用 30m，有效容积 V=3000械搅拌、自然冷却和槽外壁喷水冷却相结合的分解槽，连续分解周期 =65h，需要分解槽 台数： n = 液 /V=65液 /3000 (3式中 液 氢氧化铝浆液的小时流量， m3/h； 液 = Q 精液 +Q 晶种 +Q 晶种附液 =G 精液 / 精液 +G 晶种 / 晶种 +（ G 晶种 液 /、 Q 晶种 、 Q 晶种附液 分别为精液、晶种、晶种附液的小时体积流量， m3/h G 精液 、 G 晶种 、 液 分别为精液、晶种、氢氧化铝、氢氧化铝附液的质量流量， t/h 精液 、 晶种 、 液 分别为精液、晶种、氢氧 化铝附液的密度， t/ 所以 液 = (m3/h) n= 65*000 =台 ) 考虑生产过程物料量的波动系数（ 为确保稳产所需要的分解槽台数： n = )，取 14台 按每组分解槽为 7台，需要安装 2组分解槽。 氢氧化铝分离和洗涤设备 从分解槽出来的浆液须 用分离设备得到成品 H)3或返回槽中的晶种 H)3和母液。过去我国氧化铝厂多用转鼓真空过滤机分离并二次反向洗涤 H)3。在采用两段分解时，还须制得粗、细晶种浆液。 过滤机数量的计算：选用郑州铝厂应用的 滤面积 F=40据过滤机的产能计算公式： P 过 =60F 1 (3式中 P 过 过滤机的产能， t/h； F 过滤面积， 滤饼厚度， m，取为 n 滤鼓转速， r/为 精品 滤饼假密度， t/为 2 t/ i 滤饼附液量，取为 12； 滤饼吹脱率，一般为 85。 所以 P 过 =60*40*（ =t/(h台 )） 每小时需要过滤 H)3晶种量为 h，考虑生产物料波动系数为 需要的种子过滤机数量： )，取 5台 每小时需要过滤分离 H)3成品量为 h。考虑生产物料波动系 数为 需要成品过滤机数量： 2台 二次反向洗涤成品 H)3需要过滤机 2 2=4（台 ） 氢氧化铝分离与洗涤总共需要过滤机： 5+2+4=11（台） 氢氧化铝焙烧设备 19 世纪早期，世界上的氧化铝厂基本上都是采用回转窑焙烧氢氧化铝，其特点是设备结构简单，维护方便，设备标准化，焙烧产品的破碎率低，但是由于在窑内只是密实的料层表面物料与热窑气接触，而紧贴窑壁的物料难以加热，低温烘干段尤其突出。 对于传统的回转窑设备，降低热耗和提高产能的主要途 径是改善窑尾的传热能力，如窑尾安装三级旋风预热器，用窑气预热待焙烧的氢氧化铝到 600，灼碱降低到 10后，进入回转窑。其与传统的带单筒冷却机的回转窑相比，具有产能高、热耗低、基建投资少等优点。 采用西德 流态闪速焙烧炉，日产 1300t/d，设运转率为 90%,300 ，取 2台。 种分母液蒸发设备 分离 H)3后的分解母液需经蒸发作业，使 度从 170g/L 浓缩至 280g/L，分离出去碳酸钠、硫酸钠等固体杂质后，返回到前段工艺溶出铝 土矿。蒸发器是溶液蒸精品 发浓缩的主要设备。 发器选型考虑因素 1. 料液性质：包括成分组成、黏度变化范围、热稳定性等； 2. 工艺技术要求：包括处理量、蒸发量、料液进出口的浓度和温度等； 3. 利用的热源、蒸发供应量及压力等； 4. 在蒸发过程中有结晶析出的物料，在蒸发结晶时一般采用管外沸腾型蒸发器。 发器组的数量计算 采用两段蒸发流程时，需要的蒸发器组应按一段和二段蒸发分别计算： 一段蒸发需要蒸发器组： (3式中 一段蒸发器组数 ，套； 一段蒸发水量， t/h； 液量波动系数； 一段蒸发器组的蒸水能力， t/h。 二段蒸发需要蒸发器组： 2 / (3式中 一段蒸发器组数，套； 一段蒸发水量， t/h； 一段蒸发器组的蒸水能力， t/h。 精品 4 高压溶出车间工艺设计 高压溶出技术条件的选择 在缺少贵州清镇铝土矿溶出条件试验资料的条件下，可根据以下几种铝土矿的振动高频红外线测定数据： 广西苹果铝矿 1070 1075 河南新安铝矿 1062 1065 贵州清镇铝矿 1062 山西孝义铝矿 1060 其数值小，表示溶出性能好，即清镇铝矿比新安铝矿易溶。 参考新安铝矿的溶出试验数据： 循环碱液 g/L，（ 溶出液 出温度 236，保温 2h，氧化铝的溶出率 A 溶出 = 石灰添加量 C/T=4， N 耗 = 设计选定的高压溶出技术条件如下： 溶出温度 250，苛性碱液浓度 g/L，溶出时间 2h，溶出母液（ 母 泥铝硅比 赤泥钠硅比 灰添加量为铝土矿质量的 8%，溶出（ 高压溶出车间主要工艺设备的选择与计算 溶出器的选择与计算 每组溶出器说我生产能力按下式计算： A=4 式中 A 溶出器组的产能， m3/h； V 矿浆 生产 1 M 工厂生产规模为 750000t/a； b 原矿浆流量波动系数，取 精品 n 溶出 器组数，取 3组； 溶出器运转率，取 90%。 V 矿浆 =V 矿 +V 石 +V 苛 +V 补碱 +V 循母 = 原矿浆的密度： 矿浆 =Q/V 矿浆 =t/ 所以 A=%9038760 0 0 =m3/h） 预热器的规格及数量：选取 167567515125热器， 1 11 级预热，每级 1台， 3组总计 33台。 保温溶出器的选择与计算：选取 积 V 台 =保温溶出器，矿浆在每 组保温溶出器中保温时间 为 2h，则需要溶出器的数量按下式计算： 台进料= =，取 24台 （ 4 3组溶出器共计 24 3=72台。 中间脱硅罐的选择与计算 选用 积 浆在 1 3段中间脱硅过程中的每一段都保温 20需要脱硅罐数量： 台矿浆= =5（台 /组） 3组共计 5 3=15 台 预脱硅槽的选择与计算 选用 10m，容积 240搅拌器的原矿浆预脱硅槽。原矿浆流量： 矿浆Q=矿浆矿浆G