【文章內(nèi)容簡介】 、新材料 ,提高行業(yè)機(jī)械化、自動化、現(xiàn)代化的水平。（4）、要開展對新用途的研究 ,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。開發(fā)新品種 ,滿足社會需要 ,增加產(chǎn)品附加值及市場競爭能力。（5）、接受國內(nèi)“VC”大戰(zhàn)的教訓(xùn) ,不能盲目降價 , 努力保護(hù)行業(yè)利益。生產(chǎn)硫酸鋁的含鋁原料種類繁多，大概有如下幾種：鋁礬土、明礬石、氫氧化鋁、鋁灰、煤矸石等[6]。我國主要是采用鋁礬土為含鋁原料，有部分廠家采用煤矸石和鋁灰為原料。氫氧化鋁是最理想的用于生產(chǎn)硫酸鋁的含鋁原料。但只有生產(chǎn)特種硫酸鋁才會利用它。在我國1949年前遼寧省已有生產(chǎn)，在國外早在19世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)了生產(chǎn)硫酸鋁的工廠。近年來，隨著改革開放的深入發(fā)展和市場競爭的優(yōu)勝劣汰，全國硫酸鋁產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了發(fā)展迅速、生產(chǎn)力水平提高、技改成果顯著等可喜局面，但同時在生產(chǎn)和技術(shù)上也存在這許多問題，國外的硫酸鋁工業(yè)經(jīng)過一百多年的錘煉已經(jīng)具備了一整套成熟的技術(shù)和生產(chǎn)工藝。 此法是我國硫酸鋁生產(chǎn)最早的方法。整個工藝過程分為七個工序：即鋁礬土粉碎、焙燒、常壓反應(yīng)、沉淀、蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、成品粉碎、包裝。常壓反應(yīng)在鋼板制內(nèi)搪鉛（或襯瓷板）的敞口反應(yīng)鍋中進(jìn)行。主要控制技術(shù)指標(biāo)有：硫酸濃度55—60%，每鍋次反應(yīng)時間6—8小時，反應(yīng)鍋夾層保溫蒸汽壓2—3kg/cm2（表壓），反應(yīng)完成液鹽基度6—8克/立升。[7]七十年代初，山東淄博制酸廠首次將此法應(yīng)用于生產(chǎn)，目前，我國絕大多數(shù)硫酸鋁生產(chǎn)廠都相繼采用此法。此法的特點是：砍掉了焙燒工序，由“生粉加壓反應(yīng)”取代了原“煅粉常壓反應(yīng)”。簡化了反應(yīng)操作，改善了操作環(huán)境。生粉加壓反應(yīng)操作如下：先在反應(yīng)鍋中加入配酸用的二遍洗液（或清水），開動漿式攪拌器，加入計量好的生粉，然后加入濃硫酸，在常壓下反應(yīng)由緩慢趨向激烈，待鍋內(nèi)溫度回落2—3℃時，密閉反應(yīng)鍋（俗稱封壓），使反應(yīng)在逐步加壓下進(jìn)行，反應(yīng)5小時左右，排除鍋內(nèi)壓力，用二遍洗液（或清水）沖稀鍋內(nèi)反應(yīng)物，然后將其放入沉淀槽。加壓反應(yīng)主要控制技術(shù)指標(biāo)有：濃硫酸度55—60%，總反應(yīng)時間5—6小時，反應(yīng)完成液鹽基度2—3克/立升。 流程如下圖： 由于我國大部分企業(yè)生產(chǎn)硫酸鋁都采用鋁礬土，導(dǎo)致我國目前鋁礬土原料減少，原料質(zhì)量普遍下降。硫酸鋁的消耗定額也受到一定影響。[8] 該法生產(chǎn)全過程分常壓反應(yīng)、冷卻結(jié)晶、粉碎包裝三個工序。主要控制技術(shù)指標(biāo)：配酸濃度56%左右，—4小時，—3kg/cm2（表壓），用氫氧化鋁為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品含鐵量（以Fe2O3計）%，外觀色澤較好。 流程如下圖：由于該法生產(chǎn)工藝簡單，操作工藝指標(biāo)無法嚴(yán)格規(guī)定，所以產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。另外，所用原料氫氧化鋁價格較高，僅氫氧化鋁一項就占總成本的37%，而用鋁礬土為原料僅占成本的10%左右。雖然工藝中省掉沉降分離、蒸發(fā)二個程序（其費用占總成本的15%左右），但總成本仍然偏高。目前，我國氫氧化鋁供應(yīng)緊張的情況下，與生產(chǎn)鋁氧、金屬氧爭原料來生產(chǎn)一、二級品硫酸鋁不合理。因此僅少數(shù)廠家采用此法。[9]在過去，冶煉廠所產(chǎn)生數(shù)千噸的鋁灰，皆是白白扔掉，這既浪費了資源，又污染了環(huán)境。為了使鋁灰得到充分利用，從而制定了以鋁灰為含鋁原料生產(chǎn)硫酸鋁工藝路線，給鋁灰找到了出路，同時，也使硫酸鋁的生產(chǎn)成本大大降低，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 流程如下圖： 雖然鋁灰可以大量生產(chǎn)硫酸鋁，但是在工業(yè)應(yīng)用上卻沒有絲毫可觀的利用價值。 此法工藝過程較簡單，產(chǎn)品中含有不高于24%的二氧化硅等不溶物及部分游離酸，故名為粗制硫酸鋁。粗制硫酸鋁可直接用作凈水的凝聚劑，成本較廉。 該法生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，且產(chǎn)品使用有局限性，所以，在國內(nèi)已基本被淘汰。[10] 礦石中的有效成分是可溶性天然硫酸鋁。 ，加水?dāng)嚢杞?固液比1∶2)30min 后，沉淀澄清，礦渣排放，上清液加入還原劑除銅。除銅后清液升溫至80～100℃加入沉降劑進(jìn)行除鐵反應(yīng)，加絮凝劑保溫沉降。底部沉淀劑返回浸取 ,上清液蒸發(fā)至115～117℃后出料，放入結(jié)晶槽中冷卻結(jié)晶，然后破碎、包裝。 流程如下圖： 毛礬石礦是國內(nèi)少見的含天然硫酸鋁的礦石，生產(chǎn)過程可直接用水浸出，而不需加酸、加壓和加熱，從而使生產(chǎn)過程簡化，成本降低。但是，原礦含鐵量高，為取得合格的產(chǎn)品，必須除鐵。加大了生產(chǎn)壓力，不適合使用。我國非煤建造型高嶺土，資源儲量居世界第五位。截至2003年底，對我國21個省市232處產(chǎn)地統(tǒng)計，基礎(chǔ)儲量為5．46億t。而我國含煤沉積型高嶺土資源儲量占世界首位，探明遠(yuǎn)景儲量及推算儲量108．5億t，主要分布在東北、西北和石炭二疊紀(jì)煤系中，以煤層中夾矸、頂?shù)装寤騿为毿纬傻V層獨立存在，其中以內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田的資源最為豐富，達(dá)8．1億t。利用高嶺土生產(chǎn)硫酸鋁，不僅可以產(chǎn)生很好的社會效益和環(huán)境效益，而且也有很好的經(jīng)濟(jì)效益[11]。高嶺土中含有豐富的氧化鋁，通過酸浸反應(yīng)提取氧化鋁是利用高嶺土生產(chǎn)鋁鹽產(chǎn)品及其深加工產(chǎn)品的基礎(chǔ)反應(yīng)，反應(yīng)過程較為復(fù)雜。目前開發(fā)利用高嶺土的首要任務(wù)是揭示反應(yīng)過程的動力學(xué)規(guī)律，從而選擇適宜的操作條件，提高氧化鋁的浸出率，同時為設(shè)計計算酸浸反應(yīng)器提供動力學(xué)方程。研究高嶺土酸浸反應(yīng)動力學(xué)，對于高嶺土的開發(fā)利用具有重要理論意義[3]。其工藝過程分為高嶺土粉碎、焙燒、制漿、配料（一級反應(yīng)）、調(diào)整溶出（二級反應(yīng)）、過濾、調(diào)沉、蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、粉碎包裝十個工序。 流程如下圖：用高嶺土制取硫酸鋁成本低廉但生產(chǎn)方法相對較復(fù)雜，這是由于礦物中的鋁一般不能被酸直接溶出，必須經(jīng)一系列加工處理之后，才能使鋁溶出。制備過程中會產(chǎn)生大量的酸浸廢渣，若加以利用，可作為高活性的高硅材料，也可作為優(yōu)良的涂料及板材制品填料。若進(jìn)一步用偶聯(lián)劑處理以提高其吸油值，還可以作為塑料和橡膠的填料，從而實現(xiàn)了綜合利用和無廢渣排放。因此，高嶺土是一種廉價且附加值較高的硫酸鋁的原料。綜合以上對各種生產(chǎn)工藝優(yōu)缺點的分析以及我國目前資源緊張的現(xiàn)狀，以高嶺土為原料生產(chǎn)硫酸鋁是一種較適合我國國情的生產(chǎn)方法。高嶺土在510—800℃發(fā)生分解，其反應(yīng)方程式為： A l2O32SiO2nH2O→A l2O3+2SiO2+nH2O↑Al2O3轉(zhuǎn)化率%溫度℃102030 400 500 600 700 800 900 1000圖1 Al2O3轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系上述溫度中煅燒后的高嶺土為無定形的A l2O3和SiO2，此時無定形A l2O3容易被分解。如果溫度大于800℃時，高嶺土生成新的不溶化合物硅線石 A l2O3SiO2和富鋁紅柱石。因此，制取硫酸鋁，煅燒高嶺土溫度不宜超過800℃。[12]鋁的溶出率是其反應(yīng)是否完全的主要標(biāo)志，也是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵工序。影響鋁的溶出率的主要因素有酸濃度、固液比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間。[13]然后對產(chǎn)品進(jìn)行多次過濾，使液態(tài)低濃度的硫酸鋁與固體雜質(zhì)分離。過濾得到的液態(tài)硫酸鋁經(jīng)過濃縮，烘干，從而得到相應(yīng)結(jié)晶水的硫酸鋁最終產(chǎn)品。由于工業(yè)的需求不同，硫酸鋁也分為兩類，即精致硫酸鋁和粗制硫酸鋁。精致硫酸鋁下圖所示： 通過各種原料的優(yōu)缺點對比，（1）、由于我國大部分企業(yè)生產(chǎn)硫酸鋁都采用鋁礬土，長年生產(chǎn)，導(dǎo)致我國目前鋁礬土原料減少，原料質(zhì)量普遍下降。生產(chǎn)得的到的硫酸鋁也不的質(zhì)量也受到了相當(dāng)影響，能量的消耗也受到較大的影響。因此采取其方面生產(chǎn)硫酸鋁逐漸減少；（2）、由于用氫氧化鈉該法生產(chǎn)工藝簡單，操作工藝指標(biāo)無法嚴(yán)格規(guī)定，所以產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。另外，所用原料氫氧化鋁價格較高，因此僅少數(shù)廠家采用此法；（3）、鋁灰可以大量生產(chǎn)硫酸鋁，但在工業(yè)應(yīng)用上卻沒有絲毫可觀的利用價值；（4）、混合固結(jié)法生產(chǎn)粗制硫酸鋁在國內(nèi)已基本被淘汰；（5）、毛礬石礦含鐵量高。 所以，在本設(shè)計中才用高嶺土為原料來生產(chǎn)硫酸鋁。4 工藝計算 生產(chǎn)工藝過程主要分4個工段：（1）高嶺土煅燒 高嶺土煅燒過程的反應(yīng)方程式： A l2O32SiO22H2O→A l2O3+2SiO2+2H2O↑ 煅燒過程的目的是為了活化，通過煅燒使高嶺土的氧鋁八面體中的OH脫去，使鋁的配位數(shù)由6變成5或者4，同時使得原有有序結(jié)構(gòu)的高嶺土變成無序結(jié)構(gòu)的高嶺土，獲得活性。從熱力學(xué)角度來說，溫度是決定反應(yīng)能否進(jìn)行的關(guān)鍵因數(shù)，所以活化的關(guān)鍵是控制煅燒溫度，溫度過高會使高嶺土石化，使其活性大大降低甚至消失；溫度過低，不能脫水或脫水太少，從而高嶺土沒有活性或者活性太低，達(dá)不到目的。（2）加酸分解 高嶺土加酸分解過程的反應(yīng)方程式： A l2O32SiO22H2O+3H2SO4+13H2O→Al2(SO4)318H2O+2SiO2分解反應(yīng)是關(guān)鍵點，為使反應(yīng)加快，分解徹底，必須加入過量的硫酸來反應(yīng)，鋁的溶出率是其反應(yīng)是否完全的主要標(biāo)志，也是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。（3）過濾采用板式過濾機(jī)，將硫酸鋁溶液于其他固體雜質(zhì)分離。（4）濃縮結(jié)晶硫酸鋁經(jīng)過濃縮蒸發(fā)掉多余水分，從而結(jié)晶得到相應(yīng)的結(jié)晶水硫酸鋁最終產(chǎn)品。高領(lǐng)土先經(jīng)過破碎，研磨，過篩等一系列預(yù)處理過程，然后通過煅燒，酸容，過濾的過程，除去原料中的雜質(zhì)，將得到的容易通過濃縮，結(jié)晶，破碎，得到硫酸鋁產(chǎn)品。 圖2硫酸鋁工藝流程方塊圖：粗高嶺土礦先經(jīng)過破碎，研磨，等一系列處理過程，使其變成顆粒粉末狀，方便反應(yīng)，節(jié)約耗能，然后通過水洗篩分的過程，除去原料中的雜質(zhì)，從而得到高嶺土精礦，高嶺土精礦再經(jīng)過焙燒活化的過程。使內(nèi)部雜質(zhì)再度去除，最后將其粉碎，過篩送進(jìn)生產(chǎn)車間。圖3硫酸鋁粗高嶺土礦預(yù)處理方塊圖設(shè)計生產(chǎn)能力 年產(chǎn)硫酸鋁100000噸 年生產(chǎn)日300天 日產(chǎn)硫酸鋁每小時生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量：Al2(SO4)%分子量：H2SO4 98 H2O 18 Al2O3 102 Al2(SO4)3 342 原料組成 表3．原料組成表成分含量(%)成分含量成分含量(%)Al2O3TiO2SSiO2Fe2O3CCaOMgO焙燒損失%每次生產(chǎn)硫酸鋁中Al2(SO4)3的含量是：%=。%根據(jù)反應(yīng)式: Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O每次投入的Al2O3的含量是：原高嶺土投入量為：硫酸的投入量為：98%的硫酸投入量為：以1h計，投入原料：高嶺土　表4．焙燒段物料衡算表入料含量(%)質(zhì)量(噸)出料含量(%)質(zhì)量(噸)Al2O3Al2O3SiO2SiO2TiO2TiO2Fe2O3Fe2O3CaOCaOMgOMgOSSCC焙燒損失合計100合計100：%，則反應(yīng)掉：%=酸浸反應(yīng)式：Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2OAl2O3　　—— 3H2SO4　　　—— Al2(SO4)3?。健　。健〗獾茫篈l2(SO4)3　　　H2SO4　%硫酸稀釋成55%硫酸的用水量15噸。表5酸解段物料衡算表 入料組成(%)質(zhì)量(噸)出料含量(%)質(zhì)量(噸)濃硫酸98硫酸鋁100高嶺土水100水10015雜質(zhì)100合計54合計54表6不同百分比濃度硫酸鋁溶液在25℃下密度[15]密度(103kg/m3)百分比濃度(%)密度(103kg/m3)百分比濃度(%)10121416182022242628：(1) 進(jìn)料量 硫酸鋁：水： (2) 出料量 %，濃縮前料液濃度為：可求得濃縮過程需蒸發(fā)掉的水量為: W=F(1－X0/X1) W水蒸發(fā)量,噸 F料液加入量,噸 X0料液初始濃度 X1完成液濃度 得W= 表7濃縮段物料衡算表 入料組成(%)質(zhì)量(噸)出料含量(%)質(zhì)量(噸)硫酸鋁100硫酸鋁（成品）%水100水（蒸發(fā)）100合計合計 能量衡算[16]本生產(chǎn)工藝每1小時為一個間歇，所以以下計算以1小時記: 蒸發(fā)水吸收熱量：查得115℃蒸汽的焓H=，Q=103=103kJ 求得在濃縮過程中。103kJ。Al2(SO4)3溶液吸收得熱