【正文】 俗稱剛玉，在自然界廣泛存在。 氧化鋁供求關(guān)系見(jiàn)表 4。 據(jù)國(guó)際原鋁 協(xié)會(huì)報(bào)道 ,目前全世界平均生產(chǎn)成本為每噸 150美元左右 。 表 3 氧化鋁 20xx 年產(chǎn)量表 氧化鋁產(chǎn)量報(bào)告（單位：千噸） 周期 氧化鋁等級(jí) 氧化鋁產(chǎn)量 20xx 年第四季度 化工用氧化鋁 361 冶金用氧化鋁 2,139 總計(jì) 2,500 20xx 年全年 化工用氧化鋁 991 冶金用氧化鋁 7,519 總計(jì) 8,510 20xx 年第一季度 化工用氧化鋁 178 冶金用氧化鋁 2,590 總計(jì) 2,768 20xx 年第二季度 化工用氧化鋁 199 冶金用氧化鋁 2,960 總計(jì) 3,159 20xx 年第三季度 化工用氧化鋁 201 冶金用氧化鋁 3,308 總計(jì) 3,509 20xx 年第四季度 化工用氧化鋁 200 冶金用氧化鋁 4,060 總計(jì) 4,260 20xx 年全年 化工用氧化鋁 778 由于受鋁土礦特性的限制， 國(guó)內(nèi) 的氧化鋁廠大都采用混聯(lián)法或燒結(jié)法生產(chǎn)，致使工藝流程長(zhǎng)、能耗高、生產(chǎn)成本偏高 。 在這些儲(chǔ)量中適合坑采的占全國(guó)總量的 %。由于生產(chǎn)中用到氨水等含氮物，設(shè)計(jì)了從廢水中提取副產(chǎn)化肥的工藝流程。 隨著金屬鋁用量的不斷擴(kuò)大，鋁土礦的開(kāi)采量也在不斷增加。 關(guān)鍵詞 ： 高嶺土 。 自然界已知的含鋁礦物有 258 種，其中常見(jiàn)的礦物約 43 種。 主要分布在南美洲（ 33%） ，非洲（ 27%），亞洲（ 17%），大洋洲（ 13%）和其他地區(qū)（ 10%） 。 表 2 國(guó)內(nèi) 各省區(qū)的鋁土礦平均品位表 地區(qū) 三氧化二鋁 二氧化硅 三氧化二鐵 A/S 山西 貴州 河南 廣西 山東 國(guó)內(nèi) 鋁土礦資源并不十分豐富，約占全世界總儲(chǔ)量的 %。 由于國(guó)內(nèi)外氧化鋁市場(chǎng)早已融通 ,目前執(zhí)行的優(yōu)惠稅率為 6%。國(guó)外氧化鋁廠由于自動(dòng)化程度高 ,操作較為簡(jiǎn)單 ,所以人員較少 ,如美國(guó)在澳大利亞的昆士蘭氧化鋁廠年產(chǎn) 330 萬(wàn)噸 ,只有 140 人 ,而國(guó)內(nèi)氧化鋁廠如長(zhǎng)鋁公司氧化鋁廠年產(chǎn) 80 多萬(wàn)噸 ,職工 3000 多人。加強(qiáng)內(nèi)部合作 ,減少內(nèi)耗 ,相互交流生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn) ,共同進(jìn)步 。純氧化鋁為無(wú)色或白色晶體，燒結(jié)致密的Al2O3 陶瓷硬度大、耐高溫、抗氧化，耐急冷急熱，可使用溫度高達(dá) 1980℃ ，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，且有高絕緣性，因此，用途極廣。 鹽酸是強(qiáng)酸，具有酸類通性：可使石蕊、甲基橙變紅，可跟比氫活潑的金屬發(fā)生置換反應(yīng)，可跟 金屬氧化物（堿性氧化物）、堿發(fā)生中和反應(yīng) 。 堿法生產(chǎn)氧化鋁 堿法的基本原理是使礦石中的氧化鋁與堿在一定條件下生成鋁酸鈉，進(jìn)入溶液 而與二氧化硅和氧化鐵等雜質(zhì)分離，然后再使純凈的鋁酸鈉溶液分解出氫氧化鋁，氫氧化鋁經(jīng)高溫鍛燒制得成品氧化鋁 。 礦石中的氧化硅和氧化鐵被還原成硅鐵合金，而氧化鋁則呈熔融狀態(tài)的鋁酸鈣渣上浮，由于比重不同而分層 。 （ 3）萃取段中有機(jī)相與無(wú)機(jī)相均實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，節(jié)省了資源，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染 。 除雜 (1)除雜 在鹽酸與礦粉反應(yīng)的過(guò)程中，礦粉中其他金屬氧化物也與鹽酸發(fā)生反應(yīng)，以氯酸鹽的形態(tài)不同程度地進(jìn)入鋁浸出液： M e + + H C l M e C l + H + Me 代表金屬 。 萃取流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 2。 攪拌參數(shù)見(jiàn) 上 表 。 表 22 板框過(guò)濾機(jī) 2 參數(shù)表 型號(hào) 框內(nèi)尺寸 總過(guò)濾面積/m2 框內(nèi)容量 /L 型式 工作壓力 /MPa 壓緊方式 重量 /Kg 外形尺寸 長(zhǎng) 寬 高 BMJ50/80025 800800 50 615 明流 液壓 7750 419517801450 過(guò)濾氫氧化鐵 計(jì)算得過(guò)濾面積為 m 2，取 35 m 2，擬取 BMJ40/63025 型號(hào)的板框過(guò)濾機(jī) 。 該設(shè)備處理量大，操作簡(jiǎn)單方便，不易損壞 。 過(guò)濾中和反應(yīng)器 2中的物料 得到的濾液與主干工藝過(guò)濾 中和反應(yīng)器 1 中的物料 得到的濾液一起送至蒸發(fā)段，濃縮后經(jīng)過(guò)濾、干燥 處理 ，得到副產(chǎn)品化肥 。 而 國(guó)內(nèi) 高嶺土類鋁土礦分布廣泛，遍布全國(guó)六大區(qū) 21 個(gè)省 (市、區(qū) )， 目前 國(guó)內(nèi) 已發(fā)現(xiàn)此類 礦點(diǎn)有 700 多處，其中 200 處礦點(diǎn)探明儲(chǔ)量為 30 億噸，其中煤系高嶺土 億噸礦點(diǎn)分散較為均勻 。 [6] （ 2）燒結(jié)法的優(yōu)點(diǎn)是可以處理品位較低礦石，而且只消耗價(jià)格便宜的碳酸鈉，與拜爾法相比，在同樣的條件下處理低品 位礦時(shí)，燒結(jié)法的堿耗較低，氧化鋁總回收率較高，但流程復(fù)雜，投資較大，產(chǎn)品氧化鋁質(zhì)量較差，成本較高 。 國(guó)內(nèi) 氧化鋁的生產(chǎn)方法是以堿法為主，這是因?yàn)?目前用于工業(yè)生產(chǎn)的鋁土礦資源系高品位含鋁礦石，平均品位在 50%以上 。當(dāng)溫度降到 196℃ 時(shí)，有的鋼脆如玻璃，而有些鋁合金的強(qiáng)度和韌性反而有所提高，所以是便宜而輕巧的低溫材料，可用來(lái)貯存火箭燃料液氧和液氫。 礦石 資料如表 5。 國(guó)外為全拜爾法工藝 ,流程比較簡(jiǎn)單 ,氧化鋁能耗低 ,而國(guó)內(nèi)多為燒結(jié)法或聯(lián)合法 ,流程復(fù)雜 ,氧化鋁能耗高 。 從成本看 ,國(guó)內(nèi)氧化鋁企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力弱 。 氧化鋁 20xx 年產(chǎn)量見(jiàn)表 3。 2：礦床類型以沉積型為主，坑采比重教大 。在獲得氧化鋁產(chǎn)品的同時(shí)，針對(duì)礦石含鐵元素的特點(diǎn)，對(duì)鐵進(jìn)行了回收。主要分布在南美洲（ 33%0，非洲（ 27%），亞洲（ 17%），大洋洲（ 13%）和其他地區(qū)（ 10%）。 鹽酸 。實(shí)際上，由純礦物組成的鋁礦床是沒(méi)有的，一般都是共生 分布，并混有雜質(zhì)。 20xx 年世界再生鋁產(chǎn)量最多的國(guó)家是美國(guó) ,產(chǎn)量為 萬(wàn)噸 ,占世界總產(chǎn)量的 %。 20xx 年，加工產(chǎn)品從凈進(jìn)口變?yōu)閮舫隹?，凈出口達(dá)到 萬(wàn)噸，去年凈出口又增至 萬(wàn)噸。 入關(guān)后 ,國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)進(jìn)一步融通 ,國(guó)內(nèi)氧化鋁企業(yè)將與發(fā)達(dá)國(guó)家站在同一起跑線上競(jìng)爭(zhēng) 。 1998 年國(guó)際冶金級(jí)氧化鋁的產(chǎn)量達(dá)到 3627萬(wàn)噸 ,比上年增長(zhǎng) %,而消費(fèi)量為 3226萬(wàn)噸 ,僅比上年增加 %。 ,向內(nèi)挖潛 ,減少消耗 ,降低成本 ,增加產(chǎn)量 。 鋁的性質(zhì) 鋁是銀白色的輕金屬， 較軟，密度 ，熔點(diǎn) ℃ ，沸點(diǎn) 2467℃ ，鋁和鋁的合金具有許多優(yōu)良的物理性質(zhì)，得到了非常廣泛的應(yīng)用。 氨水的性質(zhì) 分子式： NH4OH 分子量： 表 8 工業(yè)氨水的標(biāo)準(zhǔn) 檢驗(yàn)項(xiàng)目 標(biāo)準(zhǔn)要求 實(shí)測(cè)結(jié)果 色度，號(hào)， % ≤80 ≤80 氨（ NH3）， % ≥18 ＞ 20 殘?jiān)?,g/L,% ≤ ＜ 外觀 清晰透明 合格 性質(zhì)：本品為無(wú)色液體，有刺激性臭味，密度隨濃度增加而減少，濃度 15%時(shí)，密度為 g/cm3。 堿法生產(chǎn)氧化鋁又可分為拜爾法、燒結(jié)法、聯(lián)合法 。所得氧化鋁渣再用堿法處理，從中提取氧化鋁，所得硅鐵合金為成品 。 （ 4）解決了非堿法工藝除鐵困難的缺點(diǎn)，對(duì)鋁鹽溶液的除鐵工藝進(jìn)行了新探索，新工藝使溶液中鐵 的含量大大降低，并對(duì)鐵進(jìn)行了回收，使得產(chǎn)品中 Fe2O3/Al2O3 達(dá)到或低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 。 這些雜質(zhì)進(jìn)入 鋁 浸出液，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，故必須予以除去 。 圖 2 萃取流程簡(jiǎn)圖 氨水用量的計(jì)算 ⑴ 生成氫氧化鋁的反應(yīng) ① 實(shí)際需要 NH4OH 量與 A l3+摩爾比為 5： 1，則 NH4OH 需要量為 （ 27） 535= t/d ② 所用工業(yè)氨水濃度 15%，密度為 t/m3,則體積量為 ③ 每班次中和反應(yīng)的總物料量的體積為 （ +） /3= m 3 物料反應(yīng)時(shí)總體積膨脹，因此設(shè)反應(yīng)器 體積為反應(yīng)物總體積 倍左右，則反應(yīng)器 2 的體積為 = m 3 濾液 萃取槽 1 含鐵溶液 水 萃取槽 3 萃取槽 2 萃余相 擬取 2 個(gè)反應(yīng)器 ，每個(gè)器 體積為： ，取 25 m 3 ⑵ 生成氫氧化鐵的反應(yīng) ① 礦石含鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %，則除去反應(yīng)損失量，與 NH4OH 反應(yīng)的 Fe3+量約為 106%103 mol/d ② 實(shí)際需要 NH4OH 與 Fe3+摩爾比為 5:1，則 NH4OH 需要量為 103535/103= t/d 體積量為 ③ 每班次進(jìn)入反應(yīng)器 3 的體積量為 （ +） /3= m 3 ④ 物料反應(yīng)時(shí)總體積膨脹，因此設(shè)反應(yīng)器 體積為反應(yīng)物總體積 ，則反應(yīng)器 3 的體積為 = m 3 擬取 2 個(gè)反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器 體積為 ： ， 取 20 m 3 過(guò)濾工段 2 ⑴ 氫氧化鋁的過(guò)濾 每班進(jìn)入板框過(guò)濾機(jī)的料液總量為 m 3 過(guò)濾得到氫氧化鋁濾餅含水量為 5%，則濾餅量約為 78/設(shè)濾餅密度為 2 t/ m 3， 則濾餅體積為 濾液量為 = t 擬取 2 臺(tái)板框過(guò)濾機(jī)，過(guò)濾 1h，卸渣所用時(shí)間 1h。 中和反應(yīng)器 1 V=27 m3， 取 H/DN=1 擬取 D=3300mm， H=3300mm 表 27 攪拌參數(shù)表 2[9] 攪拌器型式 攪拌器直徑 DJmm 主要參數(shù) 結(jié)果參數(shù) 槳端線速度Vm/s 三葉后彎式 1900 DJ= α=30 β=15~20 h=（ ~） DJ Z=3 3~10 中和反應(yīng)器 2 V=20 m 3 取 H/DN=1 擬取 D=3000mm，高 H=3000mm 攪拌參數(shù)見(jiàn) 3 表 28。 表 21 板框過(guò)濾機(jī) 1 參數(shù)表 型 號(hào) 框內(nèi)尺寸 總過(guò)濾面積/m2 框內(nèi)容量 /L 型式 工作壓力 /MPa 壓緊方式 重量 /Kg 外形尺寸 長(zhǎng) 寬 高 BMJ27/63045 630630 27 610 明流 液壓 4150 413012601200 過(guò)濾氫氧化鋁 計(jì)算得過(guò)濾面積為 m 2， 取 44 m 2，擬取 BMJ50/80025 型號(hào)的板框過(guò)濾機(jī) 。 代入上式可得 q= m 3 過(guò)濾面積 A為 A= 萃取 [11] 萃取 操作在常溫常壓下進(jìn)行，由于處理 濾液 選用的萃取 劑的稀釋 劑為 柴油，屬易燃品 ，因而所用萃取裝置為封閉的四方槽式萃取設(shè)備 。 萃取后 的有機(jī)相 含有大量三價(jià)鐵離子，用水進(jìn)行反萃取后，有機(jī)相留在 萃取槽 內(nèi) 繼續(xù)循環(huán)使用， 反萃取得到的 水相 送至中和反應(yīng)器 2， 經(jīng)氨水中和 后 生成氫氧化鐵沉淀，待 反應(yīng)完全后進(jìn)行過(guò)濾，得到的濾餅通過(guò)煅燒爐 煅 燒、粉碎 機(jī)粉碎 ，得到副產(chǎn)品鐵紅 。 國(guó)內(nèi) 的鋁土礦資源并不豐富，且多屬于低品位的高硅鋁釩土 。 但處理低品位礦石時(shí)其優(yōu)越性較差，而且還要消耗價(jià)格昂貴的苛性堿 。 3 生產(chǎn)工藝的選擇 [5] [15] [14] [13] 氧化鋁的生產(chǎn)方法 [4] 氧化鋁的生產(chǎn)方法有堿法、酸法，電熱法 。例如，純鋁較軟，當(dāng)鋁中 加入一定量的銅、鎂、錳等金屬，強(qiáng)度可以大大提高，幾乎相當(dāng)于鋼材，且密度較小，不易銹蝕，廣泛用于飛機(jī)、汽車、火車、船舶、人造衛(wèi)星、火箭的制造。 2 主要反應(yīng)物 與 產(chǎn)品性質(zhì) 礦石資料 本設(shè)計(jì)處理的 樣本 礦石采自 國(guó)內(nèi) 遼寧省丹東市， 屬低品位高嶺土類含鋁礦石 。 。 可見(jiàn) ,國(guó)內(nèi) 氧化鋁企業(yè)在規(guī)模上處于劣勢(shì) 。 隨著高品位鋁土礦儲(chǔ)量的日漸減少，氧化鋁企業(yè)的總供礦品位也在下降，引起產(chǎn)量減少、消耗增加、 成本上升 。 山西，貴州，廣西，河南等省份儲(chǔ)量最高，占全國(guó)總儲(chǔ)量的 %，這幾個(gè)省份有著優(yōu)越的煤炭或水電資源，具有發(fā)展鋁工業(yè)的有利條件 。本設(shè)計(jì)采用酸法中的鹽酸法，處理品位為 28%的低品位高嶺土類礦物以生產(chǎn)氧化鋁。 20xx年世界上已經(jīng)探明的鋁土礦儲(chǔ)量約為 250 億噸，儲(chǔ)量基礎(chǔ)約為 340 億噸。 氧化鋁 The Technical Contrivance of 700ton Alumina Factory Ract Chemical Engeering and Technology Designer： shaoqing Wang Director： hefu Song Abstract:This design is focused on the product of 700 tons alumina technical contrivance. The production procedure of kaolinite solution is presented. The kaolinite are containing alumina 28% and react with hydrochloric acid to produce the aluminium solution. The solution is treated by extraction system and react with ammonia water ,aluminium hydroxide will be precipitated out. Using roast