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1、中南大学本科生毕业设计说明书摘要摘 要本设计的任务是设计年产量为 80 万吨的氧化铝厂。通过对国内外各种氧化铝生产 工艺进行广泛深入的分析和对比,并根据本设计的具体条件,确立了本设计的工艺流程(拜耳法生产氧化铝)。经过论证,确定了生产的工艺参数:分解溶液的配料比k 为 1.45,精液碱浓度为 158.66g/l;母液k 为 3.0,溶出碱浓度为 240 g/L;溶出温度 260,溶出 赤泥 A/S=1.40,N/S=0.3,赤泥分离底流 L/S=1.5,赤泥洗涤底流 L/S=1.0。在以上参数 的基础上确立了本设计的工艺流程:管道化压煮器溶出两次深锥赤泥沉降分离、四 次深锥赤泥洗涤二段晶种分解
2、流态化闪速焙烧母液蒸发。其中,本次设计的重点 是赤泥洗涤车间。通过计算分析,设计了四次反向洗涤的工艺流程,并对热损失进行了 验算。同时,还对全厂生产成本进行了计算,对沉降车间的工作人员进行分配。最后, 针对氧化铝生产会产生的主要环境污染,制定了具体的处理措施。关键字:氧化铝;拜尔法;赤泥;沉降i中南大学本科生毕业设计任务书AbstractAbstractThe task is to design an output of 800 thousand tons of alumina refinery. Based on extensive analysis of the international
3、 and domestic alumina production technology and the specific requirements of the design, the production process (Bayer process) is established. The parameters of production process are obtained as fallowed: the k , Nk of pregnant liquor is1.45 and 158.66 g/l , respectively; the k, Nk of spent liquor
4、 is 3.0 and 240g/l,respectively;the digesting temperature is 260, the A/S of red mud is 1.40,and N/S is 0.3;the L/S ofsedimentation red mud is 1.5,and 1.0 of the washing red mud. On the basis of the above parameters, the technology is established as fallowes: tube-autoclave digestiontwo deep cone se
5、ttling tank and four deep cone settling tank red mud sedimentation and washingtwo-stage precipitationfluidization flash calcinationvaporizing spent liquor. The keynote of these is to design the red mud washing workshop. A process containing four-time reversed washing is designed. Moreover, its heat
6、loss is calculated. Meanwhile, the cost of the plant is also calculated, and the staff of the red mud washing workshop has been allocated as well. Finally, specific measures are established because of the main pollution of the alumina production.Key words: alumina; Bayer process; red mud; sedimentat
7、ionii中南大学本科生毕业设计说明书目录目 录摘 要.I ABSTRACT. II绪 论. 1第 1 章 厂址和生产能力的选择与论证. 81.1 厂址的选择与论证. 81.2 生产能力的选择和论证. 10第 2 章 生产方法、工艺流程及主要技术、经济指标的选择与论证. 122.1 氧化铝生产方法现状. 122.1.1 拜尔法. 122.1.2 石灰石烧结法. 122.1.3 拜尔-烧结联合法. 132.1.4 其他方法. 142.2 生产方法的选择与论证. 152.3 工艺流程的选择与论证. 162.3.1 原料准备. 162.3.2 预脱硅. 172.3.3 高压溶出. 172.3.4 赤
8、泥沉降分离及洗涤. 202.3.5 赤泥干法输送、堆存. 282.3.6 铝酸钠溶液控制过滤. 292.3.7 晶种分解. 302.3.8 氢氧化铝过滤. 322.3.9 氢氧化铝焙烧. 332.3.10 母液蒸发. 362.3.11 碳酸钠苛化. 372.4 主要技术、经济指标的选择与论证. 372.4.1 溶出温度. 372.4.2 配料k. 382.4.3 循环母液碱浓度和苛性比. 382.4.4 苛性碱的加入方式.382.4.5 石灰的添加量及添加方式. 392.4.6 分解温度. 402.4.7 分解原液的浓度和苛性比值. 402.4.8 晶种系数. 412.4.9 苛化工序. 42
9、2.4.10 赤泥组成. 422.4.11 焙烧温度. 422.5 设计参数总表.42第 3 章 物料平衡计算. 44I3.1 主要生产技术指标. 443.2 物料平衡计算.453.2.1 损失计算. 453.2.2 循环溶液计算. 483.2.3 浆液的稀释和沉降.513.2.4 铝酸钠溶液的分解.553.2.5 氢氧化铝浆液的沉降. 563.2.6 产品氢氧化铝的洗涤与焙烧. 583.2.7 苛化.593.2.8 蒸发和苏打分离.623.3 氧化铝物料小时流程表. 63第 4 章 赤泥沉降分离洗涤车间主体设备计算. 644.1 原始数据. 644.2 沉降面积,沉降槽直径,高度与台数的计算
10、.644.3 洗涤次数的计算.654.3.1 进水量的计算. 654.3.2 假设采用 3 次洗涤.654.3.3 假设采用 4 次洗涤.664.4洗涤沉降面积和每台沉降槽直径的计算. 684.4.1 溶液浓度的计算.684.4.2 洗涤沉降槽面积,直径及高度的计算. 684.5热损失的计算.69第 5 章 成本分析. 715.1 成本核算的条件.715.2 劳动定员. 725.3 经济效益计算.72第 6 章 资源的回收利用与环境保护. 736.1 资源的回收. 736.1.1 赤泥的综合利用.736.2 环境保护. 756.2.1 废渣的处理. 756.2.2 废水的处理. 756.2.3
11、 废气的处理. 756.2.4 矿区复垦. 76参考文献. 77结束语. 80II中南大学本科生毕业设计说明书绪论绪 论金属铝是性能优异、用途广泛、关联度大的基础有色金属材料,现在一直成为有色 金属生产、消费的主流,是需求量仅次于钢铁的第二大金属材料,在国民经济的发展中 具有不可替代的重要作用1。铝具有重量轻、耐腐蚀、易导电、易延伸、外形美观等优 点,广泛应用于包装、建筑、运输、电气和其他铝制品行业。过去消费集中在军工、航 空航天、电力、机械等领域,现在正向建筑、交通运输及包装等行业转移,铝的应用范 围越来越广泛。表绪-1 显示了 2000 年2008 年世界和我国原铝产量情况。表绪-1 20
12、002008 年世界和我国原铝产量统计242000项目年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年2008年世界原铝产量/万吨2441.82443.62607.62800.52992.33189.5333538024254我国原铝产量/万吨279.4337.1432.1554.7667.1780.693512561310一、氧化铝工业1氧化铝行业的发展动态氧化铝是炼铝的基本原料,冰晶石氧化铝熔盐电解仍然是目前工业生产金属铝 的唯一方法,每生产一吨金属铝消耗尽两吨氧化铝2。世界 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。虽然目
13、前由于国际金融 危机的影响,有色金属行业处于低迷期,但是从长期发展来看,未来几年,世界铝价亦 将回升到高位区并继续上扬。电解炼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。世界上多品种 氧化铝的开发十分迅速,并已在电子、石油、化工、耐火材料、精密陶瓷、军工、环境 保护及医药等许多高新技术领域获得了广泛的应用。目前多品种氧化铝达 300 多个品种。2.世界氧化铝工业的发展1894 年世界上第一个拜耳法生产氧化铝的工厂投产,一百多年来,随着世界对金属 铝的需求量增加,氧化铝工业得到迅速发展。2000 年-2006 年世界和我国的氧化铝产量 情况见下表绪-2:表绪-2 20002006 年世
14、界和我国的氧化铝产量统计3项目2000 年2001 年2002 年2003 年2004 年2005 年2006 年世界 Al2O3 产量/万吨4811.94848.84978.55259.15487.25615.76600我国 Al2O3 产量/万吨432.8474.7545.0611.2698.0853.61300目前世界上生产氧化铝的国家有 30 余个,氧化铝厂 85 座。主要集中在澳大利亚、中国、美国、巴西和俄罗斯,这 5 个国家氧化铝产能占世界总产能的 70%左右,其中澳 大利亚铝土矿资源得天独厚,氧化铝产能占世界的 25%左右。全球氧化铝厂中规模在100 万吨/年以上的有 30 家,
15、生产能力占全球总产能的 50%以上其中 300 万吨/年以上的3 家均在澳大利亚。世界氧化铝的生产经营主要集中在 6 家跨国企业集团手中,其中美 铝和加铝控制了全球 30%以上的氧化铝生产能力3。现代氧化铝工业面临着科学技术快速发展、优质铝土矿资源日益短少、世界能源危 机日趋加深、市场竞争明显加剧、清洁生产和环境保护的法律法规日益完善而要求越来 越高的挑战,因此要求氧化铝工业能够适应这种新的形势,近年来氧化铝生产主要发展 方向表现在:1)工厂的生产规模不断扩大。由于现代科学技术的发展,电解铝、电子、化工等 工业对氧化铝生产在产量、质量、品种等方面提出了更多更高的要求,而优质的铝土矿 资源日益紧
16、缺,能源危机日益加深,这就要求必须尽量采用高效、低耗的大型冶金设备 及生产过程的强化技术。因此世界氧化铝厂向大规模、系列化发展。近几年新建的氧化 铝厂起步规模都在 100 万吨以上。生产规模的扩大,生产工艺的改进,使生产设备日益 大型化和高效化,而设备大型化有利于工艺过程的自动控制和监测。2)随着优质铝土矿资源的日益枯竭,要求人们最大限度地综合利用铝土矿资源, 而单纯的氧化铝生产工艺已经不能满足要求,往往需要采用选矿、冶金、护工等联合流 程。为了降低电解铝原料的投资成本,世界各大铝业公司纷纷推行集约化生产经营,以 期在这一劳动密度型较高产品的生产过程获利更丰厚。3)在流程和工艺上也有许多变化和
17、提高。生产过程的控制和自动化是氧化铝技术 的进步的重要标志,集中表现在能耗和劳动了消耗大幅度降低,使生产成本下降。如在20 世纪 50 年代,氧化铝生产能耗为 30GJ/t,人工消耗 10 个工时以上;80 年代初,单 耗降到 13GJ/t,人工消耗为 0.9-1.6;到 2000 年,单耗降到 9-12GJ/t。4) 随着工业的发展,各国对环境保护的要求日益提高,要求有更高的卫生标准和 安全标准。因此,氧化铝工业必须充分考虑实施清洁生产的措施,“三废”及冶金炉窑 中排放热能的利用、综合治理等。除了上述发展外,今年来在氧化铝生产的许多工序中还广泛应用各种添加剂。它们 在絮凝沉降、助滤、脱水、放
18、钩、砣硅及除杂等方面都具有良好的效果。在强化种分及抑制熟料溶出时二次反应的添加剂也在积极研究之中。广泛的基础理论研究对推动氧化 铝生产的技术进步也起了重要作用。3.我国氧化铝工业的发展我国铝工业是在解放后建立和发展起来的。1954 年 7 月 1 日在山东铝厂产出我国第 一批氧化铝,1960 年郑州铝厂投产,1978 年贵州铝厂投产,1988 和 1998 年山西铝厂和 平果铝业公司分别投产, 2006 年我国氧化铝产量已超过 1300 万吨。经过半个世纪的发展,我国已成为世界第一电解铝生产国、第二氧化铝生产国,在世界铝工业中具有举足轻重的地位。表绪-3 我国六大氧化铝厂的情况:表绪-3 我国
19、六大氧化铝厂主要情况(2003 年)厂名生产方法投产时间产量/万吨碱耗/(kg/tAO)综合能耗/(GJ/tAO)中铝山东分公司烧结法为主195495.0381.236.66中铝郑州分公司混联法1965137.5063.029.38中铝贵州分公司混联法197875.2168.138.16中铝山西分公司混联法1987141.6058.233.72中铝中州分公司烧结法为主199285.1062.340.12中铝平果分公司拜尔法199568.9064.512.61总计603.34我国氧化铝工业经过前 20 年,特别是近 10 年的科技进步,技术水平和装备水平已大大提高,主要经济技术指标已得到优化。虽
20、然国内氧化铝工业取得了长足的进步,但 与世界铝工业强国相比,我国在全球配置资源能力、技术装备水平、产品竞争力、技术 创新、产业集中度等方面差距较大:我国的铝土矿资源丰富,其储量位居世界第五。但我国铝土矿资源属于高铝、高硅、 低铁、低铝硅比的一水硬铝石型铝土矿,至今尚未找到大中型三水软铝石矿床。一水硬 铝石型铝土矿矿石难磨难溶,需在高温高碱高压下才能溶出,较难处理。由于我国铝土 矿较难处理,除了广西的部分铝土矿外,其他铝土矿矿石处理不得不选用烧结法、混联 法等工艺流程,这些流程溶出时间长,工艺复杂,致使我国氧化铝企业与同等装备水平 的国外企业相比,氧化铝能耗高;我国的氧化铝厂中,虽然陕西、平果铝业公司和中州铝厂引进了部分国外先进的氧 化铝生产技术和设备,但从总体上看,与国外相比还有较大差距,我国使用烧结法流程 生产氧化铝的比重较大,占 53%,使得我国氧化铝生产的整体装备水平不高。技术研发 力量薄弱,铝加工等关键技术装备仍依赖进口。我国铝工业整体素质不高、产品竞争力不强、产业结构不合理等问题依然十分突出。 我国氧化铝产品中砂状氧化铝比重占 10%。六大氧化铝生产企业中只有平果铝业公司生 产砂状氧化铝,其余五家生产中间状氧化铝。随着我国大型预焙槽和干法净化技术的推 广应用,砂状氧化铝的需求量将越来