拜耳法生产氧化铝工艺流程PPT演示课件

拜耳法生产氧化铝工艺流程培训,香江万基铝业有限公司品质中心2007年1月,1,拜耳法生产氧化铝工艺流程,概述香江万基氧化铝生产流程一、氧化铝工业的发展一、工艺流程二、电解炼铝对氧化铝的质量要求二、原、燃料质量标准三、氧化铝生产方法三、产品质量标准铝酸钠溶液四、生产流程工艺指标一、铝酸钠溶液的Al2O3与Na2O比值拜耳法生产氧化铝的一些基本计算二、铝酸钠溶液的稳定性一、溶出率的计算拜耳法的原理和基本流程二、赤泥产出率一、拜耳法的原理及实质三、碱耗的计算二、拜耳法的基本流程四、石灰分解率的计算部分分析指标对生产的影响1、矿石中杂质元素2、原矿浆细度3、石灰（CaO）4、循环母液碱浓度5、配料Rp,目录,2,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,一、氧化铝工业的发展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。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。二、电解炼铝对氧化铝的质量要求电解炼铝对氧化铝的质量要求：一是氧化铝的纯度，二是氧化铝的物理性质。氧化铝的纯度是影响原铝质量的主要因素，如果氧化铝中含有比铝更正电性元素的氧化物（Fe2O3、SiO2、TiO2、V2O5等），这些元素在电解过程中将首先在阴极上析出而使铝的质量降低。如果含有比铝更负电性的元素（碱金属及碱土金属）的氧化物，则在电解时这些元素将与氟化铝反应，造成氟化铝耗量增加。,概述,返回目录,3,目前电解铝生产普遍采用大型中间下料预焙槽和干法烟气净化技术，此种工艺对氧化铝物理性质的主要要求是：粒度较粗而均匀，强度较高，比表面积大，另外对安息角、堆积密度和流动性也都有一定要求。砂状氧化铝很好地满足了电解生产对氧化铝物理性质的要求。三、氧化铝生产方法氧化铝生产方法大致可分为四类，即碱法、酸法、酸碱联合法和热法。但目前用于工业生产的几乎全属于碱法。碱法生产氧化铝的基本过程如下：焙烧Al(OH)3Al2O3铝酸钠分解碱处理分离溶液分离蒸发铝矿石铝酸钠母液循环母液浆液赤泥碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法和联合法等多种流程。,概述,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,4,拜耳法是直接用含有大量游离NaOH的循环母液处理铝矿石，以溶出其中的氧化铝而获得铝酸钠溶液，并用加晶种搅拌分解的方法，使溶液中的氧化铝以Al(OH)3状态结晶析出。种分母液经蒸发后返回用于浸出另一批铝矿石。矿石中的主要杂质SiO2是以水合铝硅酸钠（Na2OAl2O31.7SiO2nH2O）的形式进入赤泥，造成Al2O3和Na2O的损失。因此，拜耳法适合处理高品位铝矿，铝硅比A/S大于9。烧结法是将铝矿石配入石灰石（或石灰）、苏打（含有Na2CO3的碳分母液），在高温下烧结得到含固体铝酸钠的物料，用稀碱溶液溶出熟料便得到铝酸钠溶液。经脱硅后的纯净铝酸钠溶液用碳酸化分解法使溶液中的氧化铝呈Al(OH)3析出。碳分母液经蒸发后返回用于配制生料浆。矿石中的主要杂质SiO2是以原硅酸钙（2CaOSiO2）的形式进入赤泥，不会造成Al2O3和Na2O的损失。因此，烧结法适合处理高硅铝矿，铝硅比A/S可以为3-5。拜耳烧结联合法兼有拜耳法和烧结法流程，兼收了两个流程的优点，获得更好的经济效果。它适合处理A/S为6-8的中等品位铝矿。由于流程较复杂，只有生产规模较大时，采用联合法才是可行和有利的。,概述,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,5,酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝，再用碱法（拜耳法）处理。这一流程的实质是用酸法除硅，碱法除铁。热法适合处理高硅高铁铝矿，其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，二者借比重差分开后，再用碱法从炉渣中提取氧化铝。,概述,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,6,一、铝酸钠溶液的Al2O3与Na2O比值铝酸钠溶液的Al2O3与Na2O比值，可以用来表示铝酸钠溶液中氧化铝的饱和程度以及溶液的稳定性，是铝酸钠溶液的一个重要特征参数。对此参数有两种表示方法。铝酸钠溶液中所含苛性碱与氧化铝的摩尔比叫做铝酸钠溶液的苛性比值，符号为MR。铝酸钠溶液中所含氧化铝与苛性碱的质量比用Rp表示。MR与Rp之间的关系如下：MR=1.645/Rp二、铝酸钠溶液的稳定性所谓铝酸钠溶液的稳定性，是指从过饱和的铝酸钠溶液开始分解析出氢氧化铝所需时间的长短。铝酸钠溶液过饱和程度越大，其稳定性也越低，影响铝酸钠溶液稳定的主要因素是：铝酸钠溶液的Rp值。在其他条件相同时，溶液的Rp值越大，其过饱和程度越大，溶液的稳定性越低。铝酸钠溶液的温度。当其他条件不变时，溶液的过饱和程度随温度的降低而增大，因而溶液的稳定性减少，但是在30以下再降低温度，溶液的稳定性反而有所增大。,铝酸钠溶液,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,7,铝酸钠溶液的浓度。在常压下，当溶液的Rp一定时，中等浓度（Na2O50-60g/l）铝酸钠溶液的过饱和程度大于更稀或更浓的溶液，其表现为中等浓度的铝酸钠溶液的稳定性最小。铝酸钠溶液中所含的杂质。铝酸钠溶液中的氢氧化铁和钛酸钠可以起到氢氧化铝结晶中心的作用，即晶核的作用，加快氢氧化铝的析出，降低溶液的稳定性。然而工业铝酸钠溶液中多数杂质如SiO2、Na2O、Na2S及有机物等，却使工业铝酸钠溶液的稳定性不同程度的提高。晶种和搅拌。往过饱和的铝酸钠溶液中加入氢氧化铝晶种，可以降低溶液的稳定性。对过饱和的铝酸钠溶液施以搅拌，能强化扩散过程，有利于晶核的形成和结晶的成长，并能使晶核处于悬浮状态，所以搅拌能降低溶液的稳定性。,铝酸钠溶液,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,8,一、拜耳法的原理及实质1、拜耳法的原理拜耳法的基本原理有两条：用NaOH溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液在添加晶种，不断搅拌和逐渐降温的条件下，溶液中的氧化铝便呈Al(OH)3析出；分解得到的母液（主要含NaOH），经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的一批铝土矿。交替使用这两个过程就能够连续地处理铝土矿，从中不断析出纯的Al(OH)3产品，构成所谓的拜耳法循环。2、拜耳法的实质拜耳法的实质就是使下一反应在不同的条件下朝不同的方向交替进行：溶出Al2O3xH2O+2NaOH+(3-x)H2O+aq2NaAL(OH)4+aq分解式中当溶出一水铝石和三水铝石时x分别为1和3；当分解铝酸钠溶液时x=3。,拜耳法的原理和基本流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,9,二、拜耳法的基本流程拜耳法的工艺流程如图。其主要工序有破碎、湿磨、溶出、稀释、沉降分离、赤泥洗涤、晶种分解、煅烧、蒸发和苛化等。破碎通常分粗碎、中碎、细碎三段。湿磨将铝土矿按配料要求配入石灰和循环母液磨制成合格的原矿浆。溶出在高温、高压的条件下，使铝土矿中的氧化铝水合物从矿石中溶浸出来，制得铝酸钠溶液，而铁、硅等杂质则进入赤泥中。稀释溶出后的浆液用赤泥洗液加以稀释，进一步脱除溶液中的硅，为沉降分离和晶种分解创造必要的条件。沉降分离稀释后的浆液进入沉降槽处理，以使铝酸钠溶液和赤泥分离开来。,拜耳法的原理和基本流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,10,赤泥洗涤沉降分离出来的赤泥浆液，用水洗涤，以回收有用成分（碱和氧化铝）。洗涤次数越多，有用成分损失越少。晶种分解浆分离了赤泥的铝酸钠溶液（精液）送入分解槽，加入晶种，不断搅拌并逐渐降温，分解析出氢氧化铝，并得到分解母液。煅烧在高温下将氢氧化铝的附着水、结晶水除去，并使其晶型转变，以获得适合要求的氧化铝。蒸发种分母液经过浓缩，以提高其碱浓度，保持循环体系中水量平衡，使母液达到拜耳法溶出的要求。苛化在蒸发时有一定的Na2CO3H2O结晶析出，将其分离出来用石灰乳苛化成NaOH溶液，与蒸发母液一同送往湿磨配料。,拜耳法的原理和基本流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,11,一、工艺流程由汽车运进厂的铝土矿经地磅站称重后倒入卸矿站及铝土矿原矿堆场。经胶带机运往破碎站。破碎后的铝土矿经胶带机送往均化库堆存并凉干水分。外购石灰用汽车运进厂后经胶带输送机送往石灰仓储存，然后分别送往石灰消化工序及原料磨工序。在原料磨工序将铝土矿、石灰循环母液按一定比例混合后进入由棒、球二段磨进行磨矿，磨矿料浆经水力旋流器分级，得到合格的原矿浆进入原矿浆槽。原料磨送来的原矿浆由溶出前槽自流进入GEHO泵，送入五级单套管、五级压煮器组成的十级预热器加热，用高压蒸汽间接加热压煮器内矿浆至溶出温度，经十级自蒸发器闪蒸降温后，溶出矿浆用赤泥一次洗液稀释后进入溶出后槽停留4小时，脱除溶液中的硅、钛。锌等杂质后，送往赤泥分离及洗涤工序。闪蒸产生的二次汽用于十级预热，新蒸汽冷凝水经闪蒸成6bar蒸汽并入全厂低压蒸汽管网。溶出后槽送来的稀释矿浆与从絮凝剂制备送来的絮凝剂混合后进入40米单层平底分离沉降槽进行液固分离，溢流用粗液泵送往控制过滤工序，底流用泵送入赤泥洗涤沉降槽。,香江万基氧化铝生产流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,12,分离底流进行三次反向洗涤再用赤泥过滤机进行过滤洗涤，热水分别加入过滤机和末次洗涤槽，滤液进入末次沉降洗涤槽，滤饼进入漏斗经螺旋输送进入再次浆化槽，再用GEHO泵泵送至赤泥堆场进行干法堆存。分离沉降槽溢流进入控制过滤工序后在粗液槽内与石灰乳按比例混合，然后用泵送入叶滤机进行精滤，滤饼进二次洗涤槽，滤液自流入精液槽，由精液泵送往板式热交换工序。从控制过滤来的精液与从种子过滤来的分解母液在板式热交换器中进行换热，使其温度从105左右降至60左右温度。送种子过滤工序与过滤出来的晶种混合成为分解浆液，用晶种泵送往分解首槽进行分解，经连续分解后从12号（或13号）槽顶用立式泵抽取浆液进行旋流分级，分级溢流进入14号（或15号）槽，底流用部分母液冲稀后自流去产品过滤。溢流由14号（或15号）槽自流至立盘种子过滤机，滤饼入晶种槽作种子用，滤液（称分解母液）入锥形母液槽后溢流进入平底母液槽，送至板式热交换将其温度从4855升至85左右后送蒸发原液槽。,香江万基氧化铝生产流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,13,旋流分级后的底流进入成品过滤饲料槽，经喂料泵送入平盘过滤机进行成品过滤洗涤，通过用蒸发站送来的冷凝水进行洗涤后，得到滤饼（氢氧化铝），通过螺旋卸入胶带机，经皮带送氢氧化铝仓。母液送种子过滤的锥形母液槽，氢氧化铝洗液送赤泥洗涤。成品氢氧化铝由炉前小仓向日产1200吨的气体悬浮焙烧炉供料，经焙烧完成脱除附着水、结晶水、晶形转变过程，得到氧化铝。蒸发原液除少部分不经蒸发直接送母液调配槽外，大部分在带三级闪蒸的六效降膜蒸发器组进行蒸发浓缩后送调配。在流程中NaCO3浓度高需排盐时，从二级闪蒸抽取部分母液进入强制循环蒸发器进行超浓缩后送入盐沉降槽，盐沉降槽溢流进入溢流槽送强碱槽，底流进排盐过滤机进行过滤，滤液进溢流槽，滤饼用热水溶解后，进入苛化槽加入石灰乳进行苛化，再用过滤机分离后，滤饼（苛化渣）送沉降赤泥洗涤系统，滤液送母液调配槽，与蒸发母液、原液调配成循环母液用于原料磨配料。,香江万基氧化铝生产流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,14,二、原、燃料质量标准1、进厂矿石Al2O3含量65%A/S8A/S10天内平均波动为2.0铝矿石粒度不大于20mm，附着水72、进厂石灰CaO89SiO22.8MgO1.5CO2（含量）3.5%附着水5%3、液碱标准进厂液体离子交换膜碱应符合下列标准：NaOH含量50%；NaCl含量0.04%进厂液体隔膜碱应符合下列标准：NaOH含量42%；NaCl含量2.0%,香江万基氧化铝生产流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,15,三、产品质量标准1、氢氧化铝质量标准（GB/T4294）,香江万基氧化铝生产流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,注：(1)Al2O3含量为100减去表中杂质的实际含量；(2)表中化学成分按在1105下烘干2小时的干基计算；(3)氢氧化铝的附着水应小于10。,返回目录,16,2、氧化铝质量标准（YS/T274）,香江万基氧化铝生产流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,注：(1)Al2O3含量为100减去表中杂质的实际含量；(2)表中化学成分按在3005下烘干2小时的干基计算；(3)表中杂质成分按GB8170数字修约规则处理。氧化铝物理性能（砂状）指标：-Al2O320%容重1.05比表50m2/g45um12%,返回目录,17,四、生产流程工艺指标1、原料工序1.1、均化库均化后铝矿A/S81.2、石灰消化石灰乳浓度CaO120-200g/L石灰消化率88%消化渣含水率20%1.3、原料磨磨矿细度100%500um，98.75%315um，70-75%400g/l分离溢流浮游物150mg/l一、二次洗涤底流固含450g/l末次洗涤底流固含500550g/l精液浮游物15mg/l赤泥滤饼附碱（Na2O）0.5%（干基）赤泥滤饼含水率40%热水站赤泥洗水Na2O3g/l,香江万基氧化铝生产流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,19,4、分解分级工序分解首槽固含750950g/l分级机底流粒度44um：28晶种质量44um：518最大25种子滤饼附液率20分解母液浮游物2g/l5、成品过滤、洗涤工序平盘进料固含700g/l滤液浮游物2g/l平盘滤饼含液率8平盘滤饼附碱250g/l强制效出料Nk：300-320g/lNc/NT10调配循环母液浓度Nk240250g/l循环上下水含碱差NT0.01g/l蒸发一次冷凝水NT0.03g/l蒸发二次冷凝水NT0.05g/l盐沉降槽底流固含250g/l盐沉降槽溢流浮游物1g/l盐滤饼含水率35,香江万基氧化铝生产流程,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,21,一、溶出率的计算1、理论溶出率式中：理理论溶出率，%；A铝土矿中Al2O3的含量，%；S铝土矿中SiO2的含量，%。2、实际溶出率(1)以硅为标准计算：(2)以铁为标准计算：,拜耳法生产氧化铝的一些基本计算,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,22,3、相对溶出率(1)以硅为标准计算：(2)以铁为标准计算：,拜耳法生产氧化铝的一些基本计算,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,23,4、净溶出率(1)以硅计算：(2)以铁计算：注：实际溶出率的计算中赤泥指的是溶出赤泥，净溶出率的计算中赤泥指的是末次赤泥。,拜耳法生产氧化铝的一些基本计算,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,24,二、赤泥产出率1、以硅计算式中：泥处理1吨铝土矿所产生的赤泥量，kg/t.矿；S矿、S泥铝土矿和赤泥中SiO2的含量，%。2、以铁计算式中：泥处理1吨铝土矿所产生的赤泥量，kg/t.矿；F矿、F泥铝土矿和赤泥中Fe2O3的含量，%。3、生产常用公式：赤泥量矿耗入磨中Fe2O3含量/滤饼中Fe2O3含量,拜耳法生产氧化铝的一些基本计算,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,25,三、碱耗的计算1、赤泥带走的最小碱损失式中：Na2O损失赤泥中碱的化学损失，kg.Na2O/t.Al2O3；A/S矿石中的铝硅比。608（Al2O3分子量/Na2O分子量）10002、生产中碱耗的计算下面公式是以Na2O计，如果以Na2CO3计，生产中常用98%的Na2CO3转为Na2O，故折算系数为：（Na2CO3的分子量/Na2O的分子量）0.98(106/62)0.98=1.741）化学损失的计算：N化T矿泥Na2O0.01式中：N化氧化钠的化学损失，kg.Na2O/t.Al2O3；t矿每吨氧化铝的矿耗，t.矿/t.Al2O3；泥每吨铝土矿所产生的赤泥量，kg/t.矿；Na2O赤泥滤饼中Na2O的含量，%。生产常用经验公式：N化入磨Fe2O3/滤饼中Fe2O3含量滤饼中Na2O含量矿耗101.74,拜耳法生产氧化铝的一些基本计算,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,26,2）赤泥附损的计算式中：N赤附赤泥中氧化钠的附着损失，kg.Na2O/t.Al2O3；t矿每吨氧化铝的矿耗，t.矿/t.Al2O3；泥每吨铝土矿所产生的赤泥量，kg/t.矿3；Na2O末次赤泥中附碱含量，%。生产常用经验公式：N赤附赤泥量赤泥滤饼附碱101.74赤泥量1吨氧化铝产的赤泥量t/t.Al2O3,拜耳法生产氧化铝的一些基本计算,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,27,3）氢氧化铝带走碱损失式中：NAH氢氧化铝中带走的碱损失，kg.Na2O/t.Al2O3；1529.141吨氧化铝折合氢氧化铝量，kg；2AL(OH)2=Al2O3+H2O156102X1tX1561t102=1.52941(t)Na1、Na2氢氧化铝中化合碱及附着碱含量，%。NAH1/0.646(附碱Na2O)101.74式中：0.646102/15699%,拜耳法生产氧化铝的一些基本计算,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,28,四、石灰分解率的计算式中：石灰石灰分解率，%；Caf石灰中的有效钙，%；CaT石灰中的全钙，%。五、氧化铝回收率经验公式：氧化铝回收率实产/下矿量矿石中氧化铝含量0.01100实产下矿量实际溶出率0.010.950.95矿石氧化铝含量0.01矿耗下矿量/实产,拜耳法生产氧化铝的一些基本计算,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,29,1、矿石中杂质元素1.1含硅矿物在溶出过程中的行为众所周知，硅矿物是碱法生产氧化铝中最有害的杂质，其在溶解时首先被碱分解，以硅酸钠的形式进入溶液溶解反应；然后硅酸钠与铝酸钠溶液反应生成水合铝硅酸钠（钠硅渣）进入赤泥脱硅反应。生产中含硅矿物造成的危害是：（1）引起Al2O3和Na2O的损失；（2）钠硅渣进入氢氧化铝后，降低成品质量；（3）钠硅渣在生产设备和管道上，特别是在换热表面上析出成为结疤，使传热系数大大降低，增加能耗和清理工作量；（4）大量钠硅渣的生成增加赤泥量，并且可能成为极分散的细悬浮体，极不利于赤泥的分离和洗涤。1.2含铁矿物在溶出过程中的行为铝土矿中含铁矿物最常见的是氧化物，主要包括赤铁矿、水赤铁矿、针铁矿、水针铁矿、褐铁矿以及磁铁矿和磁赤铁矿。我国铝土矿中铁主要以赤铁矿形式存在。氧化铝溶出后，所有铁矿物全部残留在赤泥之中，成为赤泥的重要组成部分，使其沉降性能受到影响，而未从溶液中滤除的氧化铁则成为成品氢氧化铝被铁污染的来源。,部分分析指标对生产的影响,拜耳法生产氧化铝工艺流程,洛阳香江万基铝业有限公司品质中心,返回目录,30,1.3含钛矿物在溶出过程中的行为铝土矿中含有24的TiO2，一般情况下TiO2以金红石、锐钛矿和板钛矿形态存在，有时也出现胶体氧化钛和钛铁矿。TiO2能与NaOH反应生成钛酸钠针状结晶体，这种针状结晶体能够形成象毡似的结构，这种结构具有高黏性和强吸附性，在一水硬铝石表面生成一层钛酸钠保护膜，阻碍一水硬铝石的溶出。2、原矿浆细度对某一种矿石，当其粒度越细小时，其比表面积就越大。这样矿石与溶液接触的面积就越大，即反应的面积增加了，在其他溶出条件相同时，溶出速率就会增加。另外矿石的磨细加工会使原来被杂质包裹的氧化铝水合物暴露出来，增加了氧化铝的溶出率。过分的细磨会使生产费用增加，又无助于进一步提高溶出速率，而且还可能