毕业设计论文(3)

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第7页

Al2O3溶出速度加快，溶出率直线上升，而且赤泥中的含碱量下降。

4) 配料摩尔比，是指在铝土矿溶出时按配料比预期达到的溶出液摩尔比，其数值

越高，对单位质量的矿石配入的碱量也越多，料浆固含量越少。

1.5.2.2 铝土矿溶出

铝土矿溶出是拜耳法生产氧化铝的两大核心工序之一。其任务在于用苛性碱溶液处理铝土矿，使其中的氧化铝水合物转化成铝酸钠溶液，使矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分硅成为不溶性化合物，经过矿浆稀释、赤泥分离和叶滤后制得精液送去分解车间。溶出效果好坏直接影响到整个拜耳法生产氧化铝的技术指标。

1.影响铝土矿溶出过程的因素

表1-3 影响铝土矿溶出过程的因素

铝土矿溶出性能

用碱液溶出其中的Al2O3的难易程度，取决于氧化铝水合物矿物的晶型、结构形态、杂质含量和分布情况

1. 2. 3. 4. 5. 6.

溶出过程作业条件的影响因素 溶出温度。提高温度，溶出速率增加 搅拌强度 循环母液浓度 配料摩尔比 矿石细磨程度 溶出时间

2.溶出工艺流程的选择 A. 原矿浆的常压预脱硅

B. 单管预热一压煮器间接加热溶出工艺 C. 管道化溶出 D. 双流法溶出 1.5.2.3 赤泥的分离和洗涤

表1-4 赤泥分离和洗涤工序及解释说明

赤泥分离和洗涤工序

高压溶出矿浆的稀释 赤泥浆液的沉降分离

赤泥的洗涤

粗液的叶滤

解释说明

1. 降低铝酸钠溶液的浓度，促使其分解 2. 促使铝酸钠溶液进一步脱硅

3. 降低铝酸钠溶液的黏度，加速赤泥沉降分离 将稀释矿浆中的铝酸钠溶液与赤泥分离，并获得工业上纯净的铝酸钠溶液 滤饼含水量小于35％；滤液浮游物不大于0.25g/L 粗液浮游物不大于0.25 g/L； 精液浮游物不大于0.015 g/L； 精液Al2O3浓度165～177 g/L。

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1.5.2.4 铝酸钠溶液的晶种分解

A．晶种分解的原理

晶种分解就是将铝酸钠精液降温，增大其过饱和度，再加入Al(OH)3作晶种，并且搅拌，使其分解析出合格的氢氧化铝，同时得到摩尔比较高的种分母液的过程。晶种分解是拜耳法生产氧化铝的另一个关键工序，也是耗时最长，且需加入很多晶种而分解率最高也只达到55％左右的一个工序。

经分离赤泥和叶滤的精液，Al2O3浓度约为120 g/L，MR为1.7～1.8，在温度100℃时是不稳定的，且随温度的降低，过饱和度增大。在加入晶种和搅拌时，过饱和的铝酸钠溶液按下式分解：

xAl(OH)3 + Al(OH)4- = (x+1)Al(OH)3 + OH- （1-2）

B．晶种分解的技术经济指标

衡量种分过程的技术经济指标有以下各项：

1.种分分解率。它是以精液中氧化铝分解析出的百分数来表示的。因为分解前后苛性碱的绝对数量变化很小，故分解率可以根据溶液分解前后的摩尔比来计算。

η=[(MR)种母-(MR)精液]/ (MR)种母*100％=1-(MR)精液/(MR)种母*100％ （1-3）

式中 η——种分分解率，％； (MR)种母——种分母液的摩尔比； (MR)精液——分解原液的摩尔比。

从式1-3可见，当原液摩尔比一定时，溶液的分解速度越大，则在一定时间内的分解率越高，氧化铝产量越大，循环母液的摩尔比也高，故可提高循环效率。 2.分解槽单位产能。分解槽的单位产能是指在单位时间内从分解槽单位体积中分解出来的Al2O3数量。

3. Al(OH)3质量。对Al(OH)3质量要求，包括纯度和物理性质两个方面。Al2O3的纯度主要取决于Al(OH)3的纯度，氧化铝的某些物理性质，如粒度和强度，也在很大程度上取决于种分过程。

1.5.2.5 氢氧化铝焙烧

氢氧化铝焙烧是在高温下脱去附着水和结晶水，并使其晶型转变，制得符合电解要求的氧化铝的工艺过程。它是决定氧化铝的产量、质量和能耗的重要环节。

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1.6 氧化铝产品品种质量现状和氧化铝生产特点

1.6.1 氧化铝产品品种质量现状 氧化铝产品品种现状见表1-5

表1-5 氧化铝产品品种质量现状

产品名称 冶金级氧化铝 高温氧化铝 活性氧化铝 细氢氧化铝微粉 牙膏填料氢氧化铝 玛瑙填料氢氧化铝 填料氢氧化铝 拟薄水铝石 质量标准 GB8178-87

QSD014-92 DB/370H-88 鲁 Q781-83 按合同

Q/SDL012-91 Q/SD98-92 用途

电解铝生产

电子陶瓷及耐火材料 吸附剂、干燥剂 牙膏摩擦剂 牙膏填料 人造玛瑙填料 填料

备注 1992年产量 国家银奖 合格率100％ 合格率100％ 白度﹥96％ 白度﹥95％ 合格率100％

石油化工催化剂及载体 省优产品 1.6.2 氧化铝生产的特点 A. 生产方法多样、工艺流程长

B. 生产技术要求高，要有充分的物资基础条件 C. 氧化铝生产的原料资源复杂 D. 生产规模大型化

1.7 电解炼铝对氧化铝质量的要求和氧化铝生产原料

1.7.1 电解炼铝对氧化铝质量的要求

1.氧化铝的化学纯度：电解用氧化铝必须具有较高的化学纯度，这是因为其中所含比铝更正电性元素的氧化物杂质，在电解过程中这些元素将首先在阴极析出，进入金属铝中，使铝不纯。而氧化硅和比铝更负电性的金属氧化物杂质，则与电解质作用，改变了电解质的正常组成，不利于电解操作。生成的SiF4则是有毒气体。2.氧化铝的物理性质：①安息角②α- Al2O3含量③容积密度④粒度⑤比表面积⑥磨损系数

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1.7.2 氧化铝生产原料

铝土矿是目前氧化铝生产中最主要的矿石资源，世界上95％以上的氧化铝使用铝土矿生产出来的。铝土矿是一种组成复杂、化学成分变化很大的矿石，其主要含有铝矿物为三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石。铝土矿的质量不仅要看它的化学成分、铝硅比的高低，而且还要看它的矿物类型，铝土矿的类型对氧化铝的可溶性影响很大。三水铝石最易为苛性碱溶液溶出，一水软铝石次之，一水硬铝石的溶出条件则苛刻很多。

1.8 氧化铝生产技术经济指标

氧化铝生产技术经济指标主要有以下几个：1.铝硅比（A/S不低于3～3.5）：矿石中全部Al2O3含量与SiO2含量的质量比2.铝酸钠溶液的αK：铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的摩尔比值αK=[Na2O]/[ Al2O3]3.氧化铝的溶出率：η理=[ω（Al2O3）-0.85ω（SiO2）]/ω（Al2O3）*100 ％,式中ω（Al2O3），ω（SiO2）指铝土矿中Al2O3和SiO2的含量；0.85指Al2O3/ SiO2的质量比4.氢氧化铝质量：对氢氧化铝质量的要求，包括纯度和物理性质比两个方面，它们都首先决定于种分过程。5.分解率：是种分工序的主要指标，它是以铝酸钠溶液中氧化铝析出的百分数来表示的6分解槽单位产能：指单位时间内从分解槽单位体积中分解出来的Al2O3数量7.产出率：从单位体积溶液中分解出来的Al2O3量，它与原液Al2O3浓度和分解率有关8.碱比：指生料浆中氧化钠与氧化铝和氧化铁的分子比9.钙比：指生料浆中氧化钙与氧化硅的分子比10.铁铝比：指生料浆中氧化铝和氧化硅的分子比11.赤泥的沉降性能

1.9 氧化铝厂设计的意义和主要内容

1.9.1 氧化铝厂设计的意义

通过对氧化铝厂的设计，我们能够更进一步了解到现状全世界普遍采用的生产氧化铝的方法—拜耳法、生产氧化铝的各种原料、氧化铝厂的主体设备以及氧化铝厂的整个物料平衡计算。通过对吨氧化铝成本计算，了解到生产每吨氧化铝所需要的大概成本。前期的设计对以后建造氧化铝厂打下坚实的基础。

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1.9.2 氧化铝厂设计的主要内容 本次课题氧化铝厂设计的主要内容有：

1. 氧化铝生产方法之一——拜耳法做了详细的介绍；

2. 对氧化铝生产工艺流程进行了物料衡算如氧化铝回收率、生产1t成品氧化铝所需铝

土矿和石灰、原矿浆溶液量、赤泥沉降分离底流的溶液量等；

3. 对氧化铝厂主要工艺设备做了简单的选型与计算如矿石粉碎设备、高压溶出设备、

赤泥分离与洗涤设备等；

4. 重点分析了高压溶出车间主要工艺设备的选择与计算如溶出器的选择、预脱硅槽的

选择、自蒸发器的选择等；

5. 初学AutoCAD绘制氧化铝厂布置图，本次是分工合作，我主要绘制赤泥沉降分离

这部分。

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