1、太原理工大学本科毕业设计（论文）年产120万吨氧化铝拜尔法生产高压溶出工艺设计摘 要 本文主要设计了年产120万吨氧化铝拜尔法溶出工序的工艺。拜尔法是直接用含有大量游离NaOH的循环母液处理矿石，以溶出其中的氧化铝而获得铝酸钠溶液，并用加晶种分解的方法，使溶液中的氧化铝成为氢氧化铝结晶析出。拜尔法流程简单，能耗低，产品质量好，成本也低，但它适用处理高品位铝矿，A/S一般要在9以上。本文通过物料平衡和热平衡计算得到并验证了有关技术数据，并从理论上论述了流程设计的合理性，尤其在预热阶段引入了三套管预热器。由于采用了新蒸汽冷凝水工艺技术，使得蒸汽热能得到更加合理的利用，较之原有的三组管道化新蒸汽用量
2、明显降低。同时改造后的冷凝水余热得到充分利用，有利于降低能耗，提高了经济效益。三套管预热溶出器在拜耳法生产上的成功应用，不仅为氧化铝厂今后的扩产改造打下了坚实的基础，而且对降低整个企业氧化铝生产成本具有重大意义。关键词：氧化铝；拜尔法；高压溶出；工艺设计IIIHigh Pressure Annual Output of 1200,000 Tons of Alumina Bayer Process is Produced Dissolve out Process DesignAbstractsThe annual output of 1200,000 tons of alumina Bayer
3、process the main body of a book has been designed mainly dissolves out the working procedure handicraft. Dissolve out the strategic point that working procedure produces as Baierfa, whose efficiency height has decided goodness and badness that the working procedure allocation , goodness and badness
4、dissolving out an index have direct impact to at the back to product quality. Have got and have verified the main body of a book by the fact that material balance and the thermal equilibrium secretly scheme against in connection with Tech Data, and from the preheater having discussed the rationality
5、 that technological process designs theoretically , having led into three casing pipes especially in preheating a stage. And in the drawing sheet designing neutralization, in the past the tradition design, many places having been in progress improve and supplement. Since having adopt the new steam c
6、ondensation water technology, the feasible steam thermal energy gets especially rational making use of , dosages reduce obviously comparing with three set of channelization new original steam. The condensation water afterheat reforming the day afer tomorrow at the same time having fully been utilize
7、d , beneficial to reducing energy consumption , has improved an economic effect. Three casing pipes preheat dissolving out implement successful application give birth to a child going ahead in Bayer process, not only the product reforms for alumina factory expanding the days to come having laid down
8、 solid basis , but also cost of production is of great importance to reducing the entire enterprise alumina.Keywords：Alumina;Bai-er-fa;High pressure dissolve out;Process design1目 录1 概述11.1 设计任务11.2设计基础资料11.3设计内容和要求31.4 设计目的32 生产方法及工艺的确定42.1氧化铝工业的发展42.2我国铝工业的发展和存在问题42.3 氧化铝主要生产方法和工艺流程72.3.1 氧化铝主要生产方法
9、72.3.2拜尔法氧化铝生产工艺流程82.3.3烧结法氧化铝生产工艺流程102.3.4 拜尔法和烧结法的优缺性比较112.4 生产方法选择122.5工艺流程的选择论证133设计计算143.1 物料平衡计算143.1.1以1000碎铝土矿为计算基准143.1.2生产1t产品氧化铝的物料平衡计算（按每吨产品计，）373.1.3 苏打结晶滤饼苛化计算523.2 高压溶出工艺设计计算553.2.1高压溶出器的热平衡计算553.2.2高压溶出器设备的选择计算614高压溶出流程简介681.预脱硅682.预热683.加热694.溶出反应695.冷却695生产厂区总体布置695.1选址695.2平面布置705
10、3高程布置70结 语71参考文献72致 谢741 概述 最近几年, 氧化铝生产发展尤为迅猛,氧化铝工业是世界经济中最重要的基础原料工业部门之一，自20世纪中叶以来，随着氧化铝生产技术的不断进步，氧化铝工业得到了迅猛发展，氧化铝年产量保持快速的增长。1904年世界氧化铝产量仅1000吨，到2000年，氧化铝总产量则高达6000多万吨，一跃成为仅次于钢铁的特大型金属冶炼行业。同时，随着全球经济在21世纪进一步飞速发展，人类对氧化铝及其深加工产品的年需求量将会以更高的速度增长。为此，许多铝土矿资源丰富、氧化铝产量较大的国家对氧化铝生产的研究和开发一刻也未曾停止，各种氧化铝生产强化技术和加工工艺不断
11、涌现。 我国铝工业从近两年来看的总体情况为电解铝的贡应量比实际的需求量少，而氧化铝的贡量又不能满足电解铝的需要，我国每年需要从国外引进铝材。现在我国铝厂的电解车间的生产能力为420万吨/年，而氧化铝的生产能力为340万吨/年，因此要改变我国铝工业的现状，首先需改变我国氧化铝的现状，提高氧化铝的生产能力。1.1 设计任务本设计内容是年产120万吨氧化铝拜尔法生产高压溶出工艺设计。内容包括拜尔法氧化铝生产高压溶出工艺流程图，工厂高压溶出车间平面配置图，工厂溶出车间配置图，工厂高压溶出车间配置图。1.2设计基础资料1、生产工艺流程要求：拜尔法氧化铝高压溶出；2、设备的设计要求：单管（三管套）压煮溶出
12、3、物料配料及平衡计算；（1）原始成分：表1.1 铝土矿及石灰的化学成分：（%）成分项目SiO2Fe2O3Al2O3SK2ONa2OMgOTiO2TCaOfCaOCO2灼减铝土矿6.905.9067.370.020.190.090.103.371.1014.06石灰0.781.300.7580.9678.152.2013.25 （2）技术条件：1、循环母液及末次赤泥底流液的成分表1.2 循环母液及末次赤泥底流液的基本成分成分项目NTANkNcCO2计H2O密度20循环母液(g/L)255.10137.60230.81323末次赤泥底流液(g/L)15.921.72.631.784.58100
13、4.41048末次赤泥底流液1.522.0330.2510.1733.97796.0231002、石灰添加量按原矿浆中CO2的含量8.00%计。3、赤泥铝硅重量比及钠硅比：溶出赤泥A/S=2.00；分离赤泥A/S=2.20；Nk/S=0.16；赤泥结晶水为8%。4、溶出液及稀释：溶出液苛性比ak=1.50；脱硅指数A/S=230；Al2O3浓度=170 g/L；稀释液Al2O3浓度=160 g/L；脱硅指数A/S=307。5、赤泥分离与洗涤液固比L/S：分离L/S=4.0；一次洗涤L/S=3.0；二次洗涤L/S=2.95；三次洗涤L/S=2.90；四次洗涤L/S=2.68；赤泥铝饼附液液固比L
14、/S=30/70=0.4286。6、种分蒸发母液苛性比（ak）为2.902。7、Al(OH)3洗涤用水量为1t干Al(OH)3耗1.20t新水；洗净后Al(OH)3含水6%。8、苏打滤饼苛化率为90%；苛化时石灰投入量按CaO化学计量的125%计。9、生产过程中Al2O3和 Na2O的机械损失：（1）破碎及储存0.30%。湿磨0.20%；（2）液滤0.05%；（3）晶种搅拌分解0.37%；（4）Al(OH)3洗涤0.5%；（5）种分原液蒸发0.75%；（6）Al(OH)3焙烧0.377%。4、设备的热平衡计算。1、溶出条件： 出碱液浓度 NK=200 g/L（实验确定）溶出温度 280 时间
15、120min1.3设计内容和要求 、氧化铝生产工艺流程的选择；、物料配料及平衡计算；、单管（三管套）压煮溶出热平衡计算；、单管、高压溶出器、自蒸发器、油压泥浆泵等的选择计算；、氧化铝溶出车间的平面布置图；、主体设备图；1.4 设计目的本科毕业设计是教学的最后也是最重要的环节，通过本次设计可以培养学生对专业技能有跟进一步提高，同时培养学生参阅资料撰写文章等能力。2 生产方法及工艺的确定2.1氧化铝工业的发展铝自十九世纪末开始工业生产以来，发展十分迅速，全世界原铝的产量大约每十年就会增长一倍，在现代工业技术的许多部门以及日常生活中，铝都获得了很广泛的应用，这是由于铝及其铝合金具有许多优良性能，而因
16、铝的资源又十分丰富之故，到上世纪60年代初，铝的产量已经超过铜而居有色金属之首。到2006年，全世界原铝的产量已达到，而且对原铝及其合金的需求还在不断增加。表2.1给出了21世纪初近几年世界铝产量和我国铝产量统计。表2.2给出了2001年世界氧化铝前五位的国家。 表2.1 世界铝产量和我国铝产量统计 单位：万吨年份200120022003200420052006世界原铝产量244726092800我国原铝产量339.5436.0550.0全球原铝消费量238225232717我国原铝消费量465425520我国进口铝锭13.020.619.0表2.2 2001年世界氧化铝前五位的国家国家澳大利
17、亚中国美国牙买加巴西产量（万吨/年）1634.6474.7416.9353.5350.7占全球比例30.28.87.76.526.47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。90%以上的氧化铝是供电解铝冶炼铝用的。电解铝以外使用的氧化铝称之为非冶金用氧化铝或多品种氧化铝。世界上第一个用拜尔法生产氧化铝的工厂投产于1894年，日产仅1吨多。一个世纪以来，随着世界铝需求量的增加，氧化铝工业的发展很快，2003年世界氧化铝总产能已达到6331万吨，总产量为5922万吨，其中冶金级氧化铝产量达到5457万吨，非冶金级氧化铝产量达到
18、了465万吨。此外，以现代微机为基础的监控装置和生产过程的计算机管理系统的应用，为氧化铝厂提高劳动生产率、降低原材料消耗和节能提供了巨大潜力。2.2我国铝工业的发展和存在问题建国以来，我国铝工业从无到有，从小到大，取得了很大的成绩，先后建立了山东、郑州、苹果、等重点企业，我国六大氧化铝基地已基本形成。基本情况如表2.3表2 .3 2003年我国六大氧化铝厂主要生产情况厂名生产方法投产时间产量（万吨）碱耗（kg/tAO）综合能耗（GJ/tAO）山东铝厂烧结法为主1954年95.0381.236.66郑州铝厂混联法1965年137.5063.029.38贵州铝厂混联法1978年75.2168.13
19、8.16山西铝厂混联法1987年141.6058.233.72中州铝厂烧结法1992年85.1062.340.12苹果铝厂拜尔法1995年68.9064.512.61总计603.34我国氧化铝工业自1954年起始以来，发展迅速，基本以每十年翻一翻的速度飞速发展。2002年产量突破500万吨，2003年的产量突破600万吨。在氧化铝生产技术方面，我国在50多年的发展中，也取得了卓有成效的进步，其主要技术成如下：1、独创了适合我国国情的混联法工艺。同时使用拜尔法处理高品位铝土矿，用烧结法处理低品位铝土矿。2、烧结法熟料烧成强化技术。包括生料浆配料、非饱和配方、石灰配料、生料加煤脱溜技术和熟料窑热工
20、自动化控制技术。3、烧结法熟料溶出技术。包括低苛性分子比溶出技术、高碳酸浓度二段磨溶出技术。4、粗液脱硅技术。包括间接加热连续脱硅技术、加石灰乳深度脱硅技术和HCAC脱硅技术。5、富矿强化烧结工艺。6、拜尔法强化溶出技术，包括管道化、单管预热压煮器间接加热溶出、管道预热停留罐溶出技术、混联法中的拜尔法不平衡溶出和双料法溶出技术等。7、赤泥絮凝沉降分离技术。包括大直径平底沉降槽技术、深锥高效沉降槽技术。8、分解技术。包括高浓度二氧化碳分解技术、连续碳酸化分解技术、碳酸化分解生产砂状氧化铝和晶种分解生产砂状氧化铝工艺技术。9、氧化铝焙烧技术。包括美铝Mark型闪速炉、丹麦气体悬浮燃烧炉、循环流态化
21、焙烧炉。10、五效管式降膜强制循环蒸发器蒸发技术。11、铝酸钠溶液成分电导率法在线实时检测技术。12、串联联合法生产氧化铝工艺。13、石灰拜尔法生产氧化铝工艺（1998年通过鉴定）。14、正浮选选矿拜尔法生产氧化铝工艺（1999年通过鉴定）。但同时，由于我国铝土矿资源存在着以下特点的特点，使得我国氧化铝生产有着自己的现实特点和技术瓶颈。我国铝土矿资源的特点如下：1、大型矿床少，已查明的306处矿床中储量在5000万吨 上的矿床仅有5个，多数储量在5002000万吨之间，还有许多500万吨以下的小型矿床2、沉积型矿床多，坑采储量比重大，保有储量中88为沉积型矿床，堆积型矿床占11 ，红土风化壳型
22、矿床仅占1，适合于露天开采的约占3O ，介于露采和坑采之间的占3O，其余40 为坑采矿。且多数沉积型矿床的矿体薄，缓倾斜，围岩不稳定，坑采难度大。3、一水硬铝石型矿石为主是中国铝土矿的主要特点，在保有储量中，一水硬铝石型矿石占99，这是一种高铝高硅的难溶矿石，矿石的铝硅比(As)低，溶出性能差，生产成本高。4、我国铝土矿虽然资源丰富，但商品铝土矿储量少，国际上按铝土矿中AI2O 的溶出性能，把AS7的铝土矿称为商品矿。在我国铝土矿保有储量中A十B十c的储量为7 5亿吨，其中As4 7 的储量占5953即4 46亿吨，而AS7的商品铝土矿仅占保有储量的3305 即为2 467亿吨。目前，我国氧化
23、铝生产能力约为380万ta，到2005年达到450万ta。尽管如此发展，我国氧化铝产品缺口仍在150万ta左右。铝土矿的性能质量决定了氧化铝的生产方法，为适应我国铝土矿高铝高硅一水硬铝石型的铝土矿的特点，国内氧化铝工业50年来走过了曲折的道路，从我国第一个山东铝厂的烧结法开始，到自行研究设计的郑州铝厂、山西铝厂的混联法及贵州铝厂的串联法以至发展到近期平果铝厂的拜耳法生产工艺。采用一水硬铝石矿生产的国家是我国和希腊，占世界总产量的88，其中我国占7 采用三水铝石型铝土矿生产氧化铝的占627 ，采用三水一一水软铝石型铝土矿的占348，采用一水软铝石型矿的占07 。国外的生产方法均为低温(143 )
24、溶出的拜耳祛生产工艺投资省，能耗小生产成本低。而我国的氧化铝工业取得的成绩是氧化铝回收率高(90)，碱耗低(90150kgkg)，但能耗却是国外拜耳法的2 4倍在直接生产成本中能耗费占50 以上。相反，国外铝工业，由于采用三水铝石矿为原料进行拜耳法工艺技术生产氧化铝，其工艺简单、流程短、能耗低、生产成本低，即使国外唯一的希腊一水硬铝石矿氧化铝生产厂，由于其矿石特有的矿物特征（如表2.4）， 表2.4各种铝土矿类型特征的比较性 质三水铝石一水软铝石一水硬铝石化学分子式Al2O33H2OAl2O3H2OAl2O3H2O含Al2O3 ()65.3584.9884.98含化合水()34.6515.02
25、15.0晶 系单斜晶系斜方晶系斜方晶系奠氏硬度2.3 3.53.5 56.5 7密度(g/cm3)2.3-243 013.063.33.5溶出温度()14018242其运作成本也相对较低。而我国最新设计，近期建设的平果铝厂，其生产成本据伦敦商品研究所(CRU)报告，在西方35个冶金级氧化铝厂中，平果铝厂的生产成本为最高其成本为西方35个厂加权平均生产成本的140 。统计资料表明，中国氧化铝工业的Al2O3 生产成本为1181 1595元t折合142-192美元t，现有生产广的投资回收费用平均为77美元t，新建厂为129美元t。这样一来现有生产厂的销售成本为219269美元t，新建厂销售成本高达
26、271321美元t。而同期国外的氧化铝厂生产成本为122140美元t，其投资回收费用在20-70美元t，其实际销售成本为167 185美元，t。通过对比可见：我国氧化铝厂成本比国外厂高出30美元t以上，在国际市场缺乏竞争力致使国内现有氧化铝厂低利润运行。2.3 氧化铝主要生产方法和工艺流程2.3.1 氧化铝主要生产方法氧化铝生产有多种方式,其选择要根据矿石的特点，保证技术上可行，经济合理，产品质量能满足电解铝的要求。一、解炼铝对氧化铝质量的要求：1、氧化铝的纯度 氧化铝的纯度是影响原铝质量的主要因素，同时也影响电解过程的技术经济指标，所以对氧化铝的纯度有严格的要求。如果氧化铝中含有比铝更正电性
27、的氧化物（Fe2O3、SiO2、TiO2、V2O5），则在电解过程中，这些元素将首先在阴极上析出而使铝的质量下降。硅和铁是金属中的主要杂质，它们降低铝的导电率、导热性和耐腐蚀性，影响铝合金的机械性能。2、氧化铝的物理性质 氧化铝的物理性质不直接影响金属铝的质量，但是对电解过程的技术经济指标以及环境保护却有较大的影响。按照氧化铝的物理性质，铝工业通常将氧化铝分为砂状与面粉状连种类型，二者在物理性质上差别很大，但并没有一个严格区分这两种氧化铝的统一的标准，有时还划分一种物理性质介于砂状与面粉状之间的所谓“中间型”氧化铝。表2.5 我国氧化铝质量标准等 级化 学 成 分（%）Al2O3不低于杂 质，
28、不 高 于SiO2Fe2O3Na2O灼 减一 级98.60.020.020.500.80一 级98.50.040.040.550.80三 级98.40.060.040.600.80四 级98.30.080.050.600.80五 级98.20.100.050.601.00美国铝业公司以三水铝石型铝土矿为原料，分解采用低浓度，高温，低分解率，产品为典型的砂状氧化铝。而欧洲的法国、匈牙利、罗马尼亚等国，是以一水软铝石为原料，采用高浓度分解，轻氧化铝高温焙烧，产品为典型的面粉状氧化铝。我国是以一水硬铝石为原料，生产方法不同于美国，也不同于欧洲，产品氧化铝的物理性质也与之不同，介于砂状与面粉状之间。现
29、在世界各国广泛采用大型预焙槽和干法净化烟气，特别是由于控制环境污染，提高自动化程度的需要，采用了中间下料的大型预焙槽，要求使用流动性好、溶解速度快、对氟化氢吸附能力以及细粒子少的砂状氧化铝。因此，近年来砂状氧化铝的应用越来越多。二、氧化铝生产方法概述生产氧化铝的方法大致可以分为：碱法、酸法、酸碱联合法和热法。现在在工业上基本采用的是碱法生产。碱法：是用碱（NaOH或Na2CO3等）处理矿石，使矿石中的氧化铝变成溶于水的铝酸钠，矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物。把不溶解的残渣与溶液分离，将纯净的铝酸钠溶液进行分解析出氢氧化铝，经分离、洗涤、和煅烧后，便可获得氧化铝产品。分解
30、母液则循环使用来处理另一批铝矿。分解分离 Al(OH)2 焙烧 Al2O3碱处理 分离 铝酸钠溶 铝矿石 铝酸钠 母液 蒸发 循环母液赤泥（Fe、Ti、Si杂质）图2.1碱法生产氧化铝的基本过程碱法有拜尔法、烧结法和拜尔烧结联合法等多种流程。拜尔法是直接用含有大量游离NAOH的循环母液处理矿石，以溶出其中的氧化铝而获得铝酸钠溶液，并用加晶种分解的方法，使溶液中的氧化铝成为氢氧化铝结晶析出。拜尔法流程简单，能耗低，产品质量好，成本也低，但它适用处理高品位铝矿，A/S一般要在9以上。烧结法则是在铝矿石配入石灰石（或石灰）、苏打（含有大量NaCO3的碳酸母液），在高温烧结得到含固体铝酸钠的熟料，用水
31、或稀碱液溶出熟料，得到铝酸钠的溶液。经脱硅后的纯净铝酸钠溶液用碳酸化分解法（往溶液中加入二氧化碳气体）使溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出，碳分母液中经蒸发后返回用于配制生料浆。烧结法工艺比较复杂，能耗高，产品质量和成本一般不及拜尔法好，但它可以处理高硅铝矿，A/S可以为35。拜尔烧结联合法，兼有拜尔法和烧结法流程，因而可以兼收两个流程的特点，获得较单一的拜尔法或烧结法好的经济效果。它一般处理A/S为68的中等品位的铝矿。酸法：是用硝酸、硫酸、盐酸等无机酸处理含铝原料而得到相应的铝盐的酸性水溶液。然后使这些铝盐成水合物晶体（蒸发结晶）或碱式铝盐（水解结晶）从溶液中析出，亦可用碱中和这些铝盐的水溶液，
32、铝成氢氧化铝析出，煅烧所得的氢氧化铝或者各铝盐的水合物或碱式铝盐，便可得到无水氧化铝。酸法适合高硅低铁铝矿，如粘土、高岭石等，但它们的缺点是需要昂贵的耐酸设备，酸的回收比较困难，从铝盐溶液中除铁也比较困难。酸碱联合法：是先用酸法从高硅矿石中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝，然后再用碱法（拜尔法）处理，这一流程的实质是用酸法除硅、碱法除铁。热法：适用于高硅高铁的铝矿，起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，二者借比重差异分开后，再用碱法从炉渣中提取氧化铝。2.3.2拜尔法氧化铝生产工艺流程一、基本原理拜尔法包括两个重要化学过程：分子比MR(如1.6左右)的
33、铝酸钠溶液在常温下，添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中Al2O3便可以呈氢氧化铝徐徐析出，同时溶液的分子比MR不断增大，这就是铝酸钠溶液的晶种分解过程。而已经析出大部分氢氧化铝的溶液，常称为分解母液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这就是利用种分母液溶出铝土矿的过程。交替使用这两个过程就能够一批批地处理铝土矿，从中得到纯的氢氧化铝产品，构成所谓的拜尔法循环。铝土矿 破碎补充苛性碱湿磨溶出溶出矿浆稀释稀释矿浆沉降分离粗液 稠浓赤泥液 石灰乳赤泥洗涤 叶滤 精液 赤泥 洗液苛化晶种分解 氢氧化铝浆液 堆场溶解蒸发沉降分离 母液 分离 晶种 氢氧化铝 Na2CO3结晶 洗涤 热水 洗
34、液 蒸发母液 氢氧化铝焙烧 氧化铝图2.2拜尔法生产氧化铝的基本流程拜尔法的实质就是下一反应在不同条件下的交替进行。 溶出Al2O3 H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq 种分形象地就如下所示：溶 出 （溶 解）铝土矿 赤泥 NaOH NaAl(OH)4种 子 分 解 母液 溶液 种 子 Al(OH)3 焙烧 Al2O3 图2.3拜尔法主要化学过程二、基本工艺流程各工厂由于矿石的特点、技术装备水平和地区工业条件的不同所采用的流程也不尽相同。图1-2是拜尔法生产氧化铝的基本流程。2.3.3烧结法氧化铝生产工艺流程用拜尔法处理铝硅比A/S7的优质矿石时，才能得到较好的技术经济指标。而
35、碱石灰烧结法处理铝硅比A/S4的劣质铝土矿，以及在处理SiO2含量更高的其他炼铝原料（如霞石、娟云石和正长石）时，也得到了实际应用，并可以同时生产氧化铝、钾肥和水泥等产品。一、基本原理碱石灰烧结法的基本原理是：使炉料中的氧化物经过高温烧结转变为铝酸钠（Na2OAl2O3）、铁酸钠（Na2OFe2O3）、原硅酸钙(2Ca2OSiO2)和钛酸钙(Ca2OAl2O3)，用水或稀碱溶液溶出时，铝酸钠溶液进入溶液，铁酸钠水解为NaOH和Fe2O3H2O沉淀，而原硅酸钙和钛酸钙不溶成为泥渣。分离出去的泥渣后得到的铝酸钠溶液，再通过CO2进碳酸化分解Al(OH)3，便析出，而碳分母液（主要成分为Na2CO3
36、经蒸发浓缩后返回配料烧结，循环使用。经过焙烧即成为产品Al2O3。一、基本工艺流程碱石灰烧结法主要环节是：烧结溶出脱硅碘分。碳酸钠 铝土矿 石灰石煅烧破碎 CO2气体湿磨配料 石灰净化料降调整 煤粉调整液制备烧结 (重油)熟料溶出 热水 赤泥洗液洗涤赤泥分离赤泥 粗铝酸钠溶液 弃赤泥脱硅 新蒸汽 石灰乳分离硅渣 硅渣 精液晶种分解碳酸化分解 晶种 种分母液 氢氧化铝 碳分母液蒸发洗涤 软水焙烧 重油 蒸发母液 成品氧化铝 氢氧化铝洗液图2.4碱石灰烧结法基本流程图2.3.4 拜尔法和烧结法的优缺性比较一、拜尔法的特点：1、适合高铝硅比，A/S一般9；2、流程简单，能耗低，成本低；3、产品质量
37、好，纯度高。二、碱石灰烧结法的特点:1、适合于低铝硅比矿，A/S一般为36；2、流程复杂，能耗高、成本高；3、产品和质量较拜尔法低2.4 生产方法选择氧化铝是两性氧化物，既可以用酸性溶液也可以用碱性溶液处理铝土矿使氧化铝溶出。因此氧化铝的生产方法大致可以分为碱法，酸法，酸碱联合法和热法等。但目前在工业上得到应用的却只有碱法。1.碱法 该法是用碱（NaOH或Na2CO3）处理铝土矿，使铝土矿中的氧化铝进入铝酸钠溶液中去。矿石中的其他杂质和绝大部分硅成为不溶性物质进入残渣，并从溶液中分离出来经洗涤后丢弃或另行处理。溶出后的铝酸钠溶液经过净化得到精液便可以通过分解析出轻氧化铝，而分解后的溶液作为母液
38、再生产种循环使用。在氧化铝的碱法处理中又可以分为拜尔法，碱石灰烧结发以及拜尔碱石灰烧结联合等多种流程。分解分离 Al(OH)2 焙烧 Al2O3碱处理 分离 铝酸钠溶 铝矿石 铝酸钠 母液 蒸发 循环母液赤泥（Fe、Ti、Si杂质）图2.5 碱法生产氧化铝的基本过程拜尔法是减法中最具代表性的，它直接利用含有大量游离苛性碱的循环母液处理铝土矿，溶出其中的氧化铝得到铝酸钠溶液，然后向NaAl2O3溶液中加入氢氧化铝晶种，经过长时间的搅拌便可析出氢氧化铝晶体，而分解后的溶液经过蒸发后用于下一批铝土矿的溶出。碱石灰烧结法是在铝土矿中配入石灰石，纯碱在高温下烧结得到固态NaAl2O3熟料，用水或稀碱溶液
39、溶出熟料得到NaAl2O3溶液，NaAl2O3溶液脱硅净化后通入二氧化碳便可分解结晶出氢氧化铝，分解后的溶液也经蒸发后也循环使用。2.酸法 该法是用硝酸，硫酸，盐酸等无机酸处理含铝原料而得到相应铝盐的酸性水溶液，然后使这些铝盐成水合物晶体或碱式铝盐从溶液中析出，也可用碱中和这些铝盐的水溶液使铝从氢氧化铝析出，煅烧所得的氢氧化铝或碱式铝盐便可得无水氧化铝。酸法实用于处理高硅底铁的铝土矿，如粘土，高岭土等，此法在原则上具有可行性，但与碱法相比，需要昂贵的耐酸设备，酸的回收一般比较复杂，煅烧铝盐的热耗也比较大，因此，目前在工业上此方法还不具有实用性。3. 热法 此法适用处理高硅高铁的铝土矿，其实质是
40、在电炉或高炉中还原熔炼矿石，同时获得硅铁合金与含铝酸钙炉渣，两者借比重差分离后，再用碱法从炉渣中提取氧化铝，其缺点是能耗高，而且技术上还不成熟，工业上也还没有得到利用，因此，本设计也不考虑此方法。 经过以上方法比较，拜耳法流程比较简单，能耗底，产品质量好，尤其针对于铝硅比比较高的铝土矿，经济效益好，目前世界上90以上三氧化二铝是用拜耳法生产的。碱石灰烧结法流程复杂，能耗高，产品质量较差，成本高，经济效益较低，但是它适用于铝硅比较低的铝土矿。2.5工艺流程的选择论证分子比MR的铝酸钠溶液在常温下，添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中Al2O3便可以呈氢氧化铝徐徐析出，同时溶液的分子比MR不断增大，这就是铝酸钠溶液的晶种分解过程。而已经析出大部分氢氧化铝的溶液，常称为分解母液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这就是利用种分母液溶出铝土矿的过程。交替使用这两个过程就能够一批批地处理铝土矿，从中得到纯的氢氧化铝产品，构成所谓的拜尔法循环。拜尔法的实质就是下一反应在不同条件下的交替进行。 溶出Al2O3 H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq 种分形象地就如下所示：溶 出 （溶 解）铝
