拜耳法生产氧化铝工艺设计计算.doc

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1、拜耳法生产氧化铝工艺设计计算1 目的与要求通过工艺设计计算，对氧化铝生产工艺工艺流程有更深入全面的了解，培养和训练学生具备解决复杂的工艺问题、管理氧化铝生产、进行物料平衡计算的能力。在进行冶金计算之前，必须收集有关现场数据，以便于具体计算。为了计算的方便，下面的物料平衡计算按生产1吨氧化铝为基准进行。2 主要生产技术指标的选择1）产品为一级氧化铝（国标）：含量不低于。本设计取为。2）铝土矿的化学组成（）表1 铝土矿成分表成分其他合计附着水67.4011.085.454.2010.770.520.581000.93）石灰的化学组成（）表2 石灰石的成分表成分其他合计87.563.83.275.1

2、90.181004）氧化铝实际溶出率：，总回收率：。5）石灰添加量占干铝土矿量的。6）碱耗：补碱组成表3 补碱成分表成分438.87.25.1密度=14407）循环母液的组成表4 循环母液的成分成分240135.132014.19260密度=13588）稀释后的铝酸钠溶液组成表 5 铝酸钠溶液成分成分160181.5211.047.83密度=13159）沉降分离底流，末次洗涤槽底流。10）弃赤泥液相中的含量（浓度）：。11）溶出后赤泥的， 。12）溶出过程浓缩率：。13）晶种分解中种子比为3.0，种子附水率为，分离后氢氧化铝浆液的。14）氢氧化铝洗涤水的消耗量为，氢氧化铝滤饼的含水量为。15）

3、蒸发中，带走的循环母液为湿沉淀质量的。16）苛化时的石灰数量为化学反应计算量的，苛化率为。17）苛化时碳酸钠-石灰浆夜得液相中含，弃石灰渣中含水量。3 物料平衡计算3.1 损失计算根据原始数据，该铝土矿的铝硅比，故 理论溶出率 实际溶出率因总回收率比实际溶出率低，故本次设计的实际的总回收率取。在氧化铝的产出率为的条件下，如果制取1吨含量为的成品氧化铝，则需要干铝土矿为：其中应含有氧化铝：因而，氧化铝的总损失量：其中，破碎及储存时氧化铝的损失量为生产一吨氧化铝所需总量的，即为：相当于损失干铝土矿：则进入湿磨工序的干铝土矿：干石灰添加量为湿磨过程中的损失与破碎时相同，即有：，相当于干铝土矿为则送溶

4、出的原矿浆矿石量为：送溶出的铝土矿中，各成分含量如下表6：表6 送溶出的铝土矿成分成分 含量/kg 其它 合计 1678.20附着水 而送溶出的石灰成分见表 7：表7 送溶出的石灰化学成分 成分 含量/kg 其它 合计 100.99需要补加的苛碱溶液体积为：质量为：则补碱溶液中各组分含量见表 8：表8 补碱溶液成分成分 含量/kg 53 （按差值计） 合计 171.36溶出后赤泥的组成如表9：表9 赤泥成分成分 含量/kg 185.94 94.76 70.48 88.43其它 9.91不计灼碱的赤泥127.93+28.43+185.94+94.76+70.48+88.43+9.91=605.8

5、8 灼碱的计算过程如下：1）若赤泥中的以的形式存在，那么结合： 2）若赤泥中剩余的 以的形式存在，那么结合 ： ：3）若在赤泥中以形式存在，那么结合：4）若的在赤泥中以形式存在，则结合：由此可得灼碱为：总赤泥量为若过程中水解造成氧化铝损失量为生产一吨氧化铝所需总量的，则水解损失，因此加上水解损失的氧化铝则赤泥总量应为的化学损失稍低于组成为时同相结合的，因为水和铝酸钠中有一部分会被 所取代。由于洗涤不完全，故随赤泥损失的为：上式中：1.0为末次洗涤槽底流，2.55为弃赤泥液相中的含量（g/L）。根据以上计算，得出和的损失量表，见表10.表10 和的损失量损失项目损失占总量/损失的氧化铝质量/破碎

6、及储存 0.3 3.41 /湿磨 0.3 3.41 1.00赤泥不溶解形式 11.2 127.93 28.43赤泥溶解形式 0.3 3.2 1.75水解 0.48 4.55 /分解 0.065 0.715 8.60蒸发及析出苏打 0.12 1.32 6.08石灰乳渣 0.11 1.20 5.80焙烧 0.11 1.21 0.60合计 13 147.93 533.2 循环溶液计算分解过程氧化铝的分解率：因此，进入分解过程的铝酸钠溶液中含量为：上式中：1.23为焙烧时损失的（见表10）。如果分解过程中无机械损失，则留于母液中的为：如果考虑到分解，蒸发和苏打苛化时的损失，则循环溶液中为当时，其所含的

7、为量为的，即：则因此循环母液中含量为：循环母液中浓度为循环母液的体积为：上式中：-浓度与铝酸钠溶液中浓度相等的溶液密度 ： A-铝酸钠溶液中浓度；-铝酸钠溶液中苛碱浓度；-铝酸钠溶液中碳碱浓度。则循环母液的质量为： ：则：原矿浆量=铝土矿重量+石灰重量+补碱重量+循环母液 = =式中1磨矿时的损失，kg溶出时矿浆浓缩率为，即浓缩水量为根据上述计算得的数据引出高压溶出的平衡表如表11所示：表11 高压溶出平衡表 进/kg 出/kg 铝土矿 溶出浆液 1131.11 2121.14 185.94 2110.14 91.46 185.94 70.48 94.76 8.73 70.48其它 9.73

8、88.43灼碱 180.74 126.35附着 15.1其它 9.91 总计 1693.29灼碱 180.74 石灰 6289.07 88.43总计 11178.67 5.24湿磨的损失 1 3.84浓缩水量 971.97 3.30其它 0.18总计 100.99 苛性碱 52.15 0.85 0.61 117.75总计 171.36 循环母液 987.19 1800.35 157.5 111.77 7128.19总计 10185合计 12150.64 12150.643.3 浆液的稀释与沉降稀释后的赤泥浆液溶液中，浓度为，当时，其浓度为： 当时，浓度=浓度=上式中：-浓度与铝酸钠溶液中浓度相

9、等的溶液密度 ，： A-铝酸钠溶液中浓度；-铝酸钠溶液中苛碱浓度；-铝酸钠溶液中碳碱浓度。则的浓度为：铝酸钠溶液的组成见表12。表12 铝酸钠溶液的组成 组成 浓度 （g/L） 百分含量() 181.52 13.82 160 12.19 11.04 0.84 7.83 0.6 952.61 72.55 合计 1313 100 赤泥带走的铝酸钠溶液质量为：式中： 677.68赤泥重量，未计入以形态损失的的量。 3.0沉降后浆液的液固比。此溶液中含有 ： ： ： ： ： 随同弃赤泥的附液，损失和（其中有和），水解损失。则进入稀释时，一次洗液含有（单位：kg）： ： ： ： （按差值计）： 5505

10、.18 总计： 6053.70溶出稀释液的洗液中的水量，以铝酸钠溶液、赤泥和溶出浆液中水量之差值来计算。在铝酸钠溶液中，每占有（见表12）则：占有的含水量为式中： 2122.14溶出浆液中含量，kg（见表11）； 127.93赤泥中含量，kg（见表9）； 273.22一次洗液中的含量，kg。洗水中的水量为：式中： 11903.19为铝酸钠溶液中的量； 71.8赤泥灼碱； 180.74溶出浆液的灼碱（见表11）； 6289.07溶出浆液的量（见表11）。根据计算得出的赤泥浆液稀释分离和赤泥洗涤的物料平衡表 见表1315。表13 赤泥溶液稀释平衡 进 ，kg 出 ， kg 溶出浆液（见表11） 赤

11、泥浆液（见表9） 2122.14 172.93 2010.85 28.43 185.94 185.94 94.76 70.48 70.48 94.76 88.43 88.43 126.53 其它9.91 其它9.91 灼碱71.80 灼碱180.74 总计677.68 6289.07 铝酸钠溶液（按差值计） 总计11178.85 2267.43 洗水 2072.17 273.22 173.45 246.26 138.63 16.94 11903.19 12.1 总计16554.87 5505.18 总计6053.70 合计17232.55 合计17232.55表14 赤泥浆液分离平衡表 进，k

12、g 出，kg 稀释后的赤泥浆液 赤泥 677.68 赤泥（表13） 677.68 赤泥附液铝酸钠280.972267.43247.832072.1717.08173.4512.20138.631474.9711903.19总计2033.04总计16554.87 去分解的精液（按差值算）1986.461824.34156.37126.4310428.22总计14521.82合计17232.55合计17232.55 表15 赤泥洗涤平衡进，kg出，kg赤泥（未计水解） 677.68赤泥（计入水解量） 684.64粗液（赤泥附液）（见表14）弃赤泥中的液相280.973.2247.831.5717.

13、080.1412.200.101474.97679.63总计2033.04总计684.64洗涤用洗水（见表13）273.22246.26新洗涤用水4711.8416.9412.105505.18总计6053.70合计7422.56合计7422.563.4 铝酸钠溶液分解加入晶种分解工序的中，仍有，留在母液中。经过分解、蒸发和苏打苛化共损失了，因此以形出：其分解率为：在母液中有：而碱的数量则等于从铝酸钠溶液中的碱量（见表14）减去在分解时的损失量： ： ： ： 合计 含于中的结合有的总重为：在种子比等于3.0时，（晶种中与精液中的重量比），晶种带入和，合计为。当晶种的含水率为时，随同晶种加入了：

14、母液在这母液中含有： ： ： ： ： 总计 根据计算结果列出晶种分解平衡表见表16。表16 晶种分解平衡表进，kg出，kg精液（表14）氢氧化铝浆液1986.4610452.782824.34其中6834.51156.373618.27126.43种分母液（按差值计）10428.221182.29总计14521.822114.15晶种 8975.74181.36其中5868.75146.73106.9911543.17母液（晶种附液）总计15167.67162.30损失297.860.71525.548.0520.660.551626.230.39总计2132.59总计9.705合计25630

15、.15合计25630.153.5 氢氧化铝浆液沉降浓缩分离后浆液的液固比等于1.0，所得到的母液送去蒸发。将浓缩分离后的浆液进行过滤，其中一部分含有水分的用作晶种，其余部分（分解过程析出的质量为，将其转化为质量）成品，其固液比为1.0，再用水与之混合洗涤，后送去焙烧。成品所带走的母液量=，该母液中含有的各组分含量为： ：（按差值计）浆液浓缩分离平衡的计算结果列于表17中。表17 浆液浓缩分离平衡进，kg出，kg氢氧化铝浆液（表16）10452.78晶种8975.74其中 6834.51其中 5868.75 3618.273106.99种分母液（表16）晶种附液（表16）1182.29162.3

16、02114.15297.86181.3625.54146.7020.6611543.171626.23总计15167.67总计2132.59成品1477.04其中 965.75 511.29成品附液115.19205.8817.6614.291124.02总计1477.04去蒸发的母液（按差值计）904.811610.41150.39111.758792.91总计11558.04合计25620.45合计25620.453.6 产品氢氧化铝的洗涤与焙烧为编制氢氧化铝的洗涤平衡表，假设洗涤并过滤后附液的含碱量与焙烧过程中被带走的损失量相当，即损失了，其中包括和，同这些结合的有和。表18 洗涤平衡表

17、进，kg出，kg成品1477.04洗净1477.53965.75966.08511.29511.45附液（表17）附液115.190.32205.880.5517.660.0514.290.031124.02146.00总计1477.04总计146.95新水1000送蒸发的洗水（按差值计）114.54205.3317.6114.261977.86总计2329.60合计3954.08合计3954.08表 19成品焙烧平衡表收入，kg支出，kg洗涤后的1477.53氧化铝990氢氧化铝附液（表18）灼碱和杂质9.450.320.550.55总计1000.000.05损失0.031.211460.0

18、50.03623.19总计624.48合计1624.48合计1624.483.7 苛化碳酸钠的溶解度苛碱浓度的增高而下降，当母液蒸发时，有部分的碳酸钠呈一水形态（）结晶析出，而后用水溶解并进行苛化处理。拜耳法每次循环，均从溶液中析出碳酸钠，其析出量与这一循环周期内进入到溶液中的碳酸钠相等。母液蒸发后所得循环母液中含有（包括蒸发损失）（见表11） ： ： ： ： ： 合计： 而母液及洗水中的各组分数量见表3-17和表3-18，则： ： ： ： 这样一来，蒸发时随一水苏打可析出为：同这些数量的相结合的有和，故： 即一水苏打的总量为，它带走的循环母液（X）为一水苏打沉淀量的，也即故X=其体积为：此循

19、环母液中含有（单位：kg）： ： ： ： ： 16.32 合计 23.34根据苛化反应式：当石灰添加量取上述反应计算量的时，则需要：亦即需工业石灰（0.8756为工业石灰中的含量）。在苛化率为的情况下，反应的量为：故剩余进入杂质。参与反应的生成按制取总浓度为的溶液来确定溶解一水苏打时所需的水量：即加入：时，的总需要量是：石灰用石灰渣洗液消化制得含有的石灰乳，则需要：因而，苏打石灰浆夜中水的来源为：（单位：kg）一水苏打： 3.39循环母液： 16.32 石灰乳： 41.71合计 61.42这样，再溶解苏打时应该供给的新水数量为： 弃石灰渣的组成为： ： ： ： ： 其它 灼碱： 合计： 石灰渣

20、含水，因而次渣带走碱性附液。根据计算得到的数据，苏打苛化时各组数据平衡如表20所示。表20 苏打苛化平衡表收入，kg支出，kg一水苏打石灰渣11.6713.178.285.343.390.46总计23.341.20一水苏打带走的循环母液8.242.32其它1.094.12灼碱1.270.34总计30.770.24石灰渣附液16.320.91总计23.340.094石灰乳0.06713.179.0441.17总计10.26总计54.88送蒸发碱液（按差值计）1.12溶解苏打的水量83.758.370.950.213134.63总计145.51合计185.31合计185.313.8 蒸发和苏打分离

21、在编制蒸发平衡表（表21）时必须考虑到由母液，氢氧化铝和苛化后碱液蒸发而得到的组分符合计算数据的循环溶液，以及一水碳酸钠所得到的溶液组成与表11的差值在计算允许的范围内。表21 蒸发和苏打分离平衡表收入，kg支出，kg母液（表17）一水苏打（表20）904.8111.671610.418.28150.393.39111.75总计23.348792.91一水苏打附液总计11558.042.32洗水（表18）4.12115.190.34205.880.2417.6116.3214.26总计23.341977.86损失（表10）总计2329.601.32苛化制取的碱液（表20）6.081.12总计7

22、.48.37去湿磨的循环母液（按差值计）0.951017.330.211818.40134.86156.45总计145.51118.77246.19总计10350.22蒸汽冷凝水3641.73合计14033.15合计14033.0154 氧化铝物料小时流量表若年产量为氧化铝80万吨，按照全年365天，每天24小时；连续生产，每小时的产量平均为，由此编制每小时物料平衡流量表见表22.表22 全场物料流量总表序号物料名称单位流量/kg/t-小时流量/t/h1干铝土矿1688.32154.182石灰100.999.223补碱171.3615.654循环母液10185930.135溶出浆液11178.671020.886一次洗液6053.70552.847稀释浆液16554.871511.868赤泥（未计水解）677.6861.899赤泥附液2033.04185.6710洗涤水4709.84430.1211精液14521.821326.1912晶种8975.74819.7013种子附液2132.59194.7614分解后母液15167.671385.1715洗涤后1477.53134.9316苛化碱液145.5113.2917结晶碱23.342.1318送蒸发的洗液2329.60212.7519产品氧化铝1000.0091.32