【正文】 萬噸拜爾法氧化鋁生產(chǎn)設(shè)計來進(jìn)行物料平衡。2 物料平衡計算物料平衡是氧化鋁生產(chǎn)的核心，進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)的物料計算非常重要。 小結(jié)由此可以看出，近來來氧化鋁的發(fā)展有了很大的進(jìn)步，無論是工藝還是產(chǎn)量規(guī)模，都達(dá)到了歷史之最。需要制定一定的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議來加強(qiáng)系統(tǒng)各部分之間工作的一致性；人才問題。標(biāo)準(zhǔn)化問題。 發(fā)展方向 今后，氧化鋁生產(chǎn)中的計算機(jī)仿真和自控技術(shù)的發(fā)展需要解決的問題主要有以下幾個方面：智能化問題。通過對鋁土礦溶出過程中氧化鋁濃度的控制，每年可以平均提高產(chǎn)量1％ ～2％。為了達(dá)到要求的濃度，專家們在每一個溶出槽上安裝一個多參數(shù)預(yù)測控制器(Mul—tivariahle Predictive Controller)．該控制器能夠：根據(jù)一定的估算模型來計算并控制鋁土礦的進(jìn)入溶出槽的量，階段性的返饋信號可以確保計算值的準(zhǔn)確性；在母液達(dá)到溶出槽之前提高母液的溫度，從而減少進(jìn)入溶出槽的蒸汽量，避免母液過多地被稀釋。實(shí)踐證明，氧化鋁生產(chǎn)計算機(jī)仿真與自控系統(tǒng)的成功應(yīng)用可以增大產(chǎn)能、降低能耗從而降低氧化鋁的生產(chǎn)成本。吸收并引用國外的先進(jìn)技術(shù)來結(jié)合我國的實(shí)際生產(chǎn)是一條捷徑。 總的來說．我國氧化鋁生產(chǎn)的計算機(jī)仿真與自控系統(tǒng)的發(fā)展水平與國際上相比，差距還非常大。另外，采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)氫氧化鋁全自動喂料，用先進(jìn)可靠的檢測儀表，對流量、溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行采集后送入計算機(jī)組成各種PID回路，實(shí)現(xiàn)r系統(tǒng)的集中分散控制。該控制系統(tǒng)主要以美國Heywe11公司 TDC 3000系統(tǒng)為核心。例如：山西鋁廠為了使國產(chǎn)焙燒爐的性能指標(biāo)達(dá)到引進(jìn)焙燒的性能指標(biāo)， “氫氧化鋁焙燒集中分散控制系統(tǒng)”為課題開展了大量的研究工作。 目前，我國的氧化鋁生產(chǎn)還沒有一套完整的自控體系。由于鋁土礦資源的限制，我國生產(chǎn)氧化鋁的方法大多采用聯(lián)合法和燒結(jié)法，(除平果鋁外)，這些方法流程長且復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)計算機(jī)的仿真和自動控制難度更太； 無論是計算機(jī)技術(shù)還是氧化鋁生產(chǎn)工藝技術(shù)．起步晚，發(fā)展不成熟，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美等發(fā)達(dá)國家。經(jīng)過近些年的發(fā)展，目前．俄羅斯氧化鋁廠的自動控制系統(tǒng)正 從單工序的ACTYI1系統(tǒng)向全工藝過程大規(guī)模集成電路控制系統(tǒng)過渡，已經(jīng)設(shè)計、掌握第三代電子計算機(jī)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)并在生料制備、熟料溶出、赤混沉降洗滌、堿液蒸發(fā)、碳酸化分解及氧化鋁焙燒等工序中得到了應(yīng)用。 其中“霞石”自控系統(tǒng)可由計算機(jī)給局部調(diào)整裝置發(fā)出整定值．來控制最佳成分原料的配制、熟料溶出時制取規(guī)定濃度的鋁酸鹽溶液、碳酸化分解中氣體的最佳分布和種子漿液的配入量。前蘇聯(lián)也非常重視計算機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。值得一提的是，為了克服傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)存在的信息孤立、管理、操作、銷售等環(huán)節(jié)相互獨(dú)立的缺點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)開始得到重視和應(yīng)用L5～ 。WS操作系統(tǒng)基本知識，沒有任何編程經(jīng)驗(yàn)的人都會使用，因而方便推廣和應(yīng)用。N．T U．A．(Nati0nal Technical University of Athens)的抬金實(shí)驗(yàn)室于9O年代開始了名為“ProeessSim”的計算機(jī)仿真與控制工具。如：報警，提供幫助，維護(hù)數(shù)據(jù)的安全性等 。自動選擇并保存有用的信息。檢測同質(zhì)量有關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)節(jié)以保證生產(chǎn)質(zhì)量。軟件包中的數(shù)學(xué)模塊可以對每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的運(yùn)作進(jìn)行數(shù)學(xué)估算，通過計算得到的結(jié)果對生產(chǎn)加以控制從而達(dá)到產(chǎn)量最大化，降低能耗的目的。專家系統(tǒng)軟件可以利用這些數(shù)據(jù)檢測、分析生產(chǎn)過程中出現(xiàn)錯誤的原因并提出補(bǔ)救措施。 設(shè)備監(jiān)測。通過信息和數(shù)據(jù)恃輸網(wǎng)絡(luò)將控制臺的數(shù)據(jù)傳遞給各操作器同時將各操作器的數(shù)據(jù)返回到控制臺；計算和編制生產(chǎn)報表。功能強(qiáng)大、使用方便的軟件幾乎包含了氧化鋁生產(chǎn)的所有領(lǐng)域；如礦石的預(yù)處理、鋁土礦的溶出、赤泥的分離和洗滌、品種分解、氫氧化鋁的煅燒等等。80年代末，各種用于氧化鋁生產(chǎn)操作、控制及管理的軟件包出現(xiàn)了，并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。1962年．美國路易斯安那州大學(xué)的麗百氟：面麗二五二Morgan Stuart教授第一次用計算機(jī)模擬了Bayer法生產(chǎn)過程．同時由Baton Rouge公開發(fā)表了第一個 “Bayer 模塊 (歐美國家絕大部分采用的是Bayer法生產(chǎn)氧化鋁)。 國際國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 一、國際發(fā)展?fàn)顩r國外氧化鋁生產(chǎn)中的過程模擬與控莉萌芽于20世紀(jì)60年代初。處理時存在著多相、多成分的特點(diǎn)；礦物特別是復(fù)雜礦物，其物理化學(xué)性質(zhì)的測量較純物質(zhì)困難得多；在過去的20年中．氧化鋁行業(yè)對生產(chǎn)效率的重視不夠 0 J。主要原因有以下三點(diǎn)： 氧化鋁生產(chǎn)中的礦石處理十分困難。二、堿石灰燒結(jié)法的特點(diǎn):適合于低鋁硅比礦，A/S一般為3～6；流程復(fù)雜，能耗高、成本高；產(chǎn)品和質(zhì)量較拜爾法低 氧化鋁生產(chǎn)中的計算機(jī)控制工業(yè)生產(chǎn)中的仿真與自控技術(shù)已經(jīng)受到了普遍重視并在過去的20年中得到了極大地發(fā)展。一、基本工藝流程堿石灰燒結(jié)法的基本工藝流程如圖14所示，其主要的環(huán)節(jié)是：燒結(jié)——溶出——脫硅——碘分。分離出去的泥渣后得到的鋁酸鈉溶液，再通過CO2進(jìn)碳酸化分解Al(OH)3，便析出，而碳分母液（主要成分為Na2CO3）經(jīng)蒸發(fā)濃縮后返回配料燒結(jié)，循環(huán)使用。Al2O3)，用水或稀堿溶液溶出時，鋁酸鈉溶液進(jìn)入溶液，鐵酸鈉水解為NaOH和Fe2O3Fe2O3）、原硅酸鈣(2Ca2O一、基本原理堿石灰燒結(jié)法的基本原理是：使?fàn)t料中的氧化物經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)殇X酸鈉（Na2O 燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)工藝流程用拜爾法處理鋁硅比A/S＞7的優(yōu)質(zhì)礦石時，才能得到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 H2O+2NaOH+aq 2NaAl(OH)4+aq 種分形象地就如下所示：溶 出 （溶 解）鋁土礦 赤泥 NaOH NaAl(OH)4種 子 分 解 母液 溶液 種 子 Al(OH)3 焙燒 Al2O3 圖13 拜爾法主要化學(xué)過程二、基本工藝流程各工廠由于礦石的特點(diǎn)、技術(shù)裝備水平和地區(qū)工業(yè)條件的不同所采用的流程也不盡相同。鋁土礦 破碎補(bǔ)充苛性堿濕磨溶出溶出礦漿稀釋稀釋礦漿沉降分離粗液 稠濃赤泥液 石灰乳赤泥洗滌 葉濾 精液 赤泥 洗液苛化晶種分解 氫氧化鋁漿液 堆場溶解蒸發(fā)沉降分離 母液 分離 晶種 氫氧化鋁 Na2CO3結(jié)晶 洗滌 熱水 洗液 蒸發(fā)母液 氫氧化鋁焙燒 氧化鋁圖12 拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的基本流程拜爾法的實(shí)質(zhì)就是下一反應(yīng)在不同條件下的交替進(jìn)行。而已經(jīng)析出大部分氫氧化鋁的溶液，常稱為分解母液，在加熱時，又可以溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物，這就是利用種分母液溶出鋁土礦的過程。熱法：適用于高硅高鐵的鋁礦，起實(shí)質(zhì)是在電爐或高爐內(nèi)還原熔煉礦石，同時獲得硅鐵合金（或生鐵）與含氧化鋁的爐渣，二者借比重差異分開后，再用堿法從爐渣中提取氧化鋁。酸法適合高硅低鐵鋁礦，如粘土、高嶺石等，但它們的缺點(diǎn)是需要昂貴的耐酸設(shè)備，酸的回收比較困難，從鋁鹽溶液中除鐵也比較困難。酸法：是用硝酸、硫酸、鹽酸等無機(jī)酸處理含鋁原料而得到相應(yīng)的鋁鹽的酸性水溶液。拜爾—燒結(jié)聯(lián)合法，兼有拜爾法和燒結(jié)法流程，因而可以兼收兩個流程的特點(diǎn)，獲得較單一的拜爾法或燒結(jié)法好的經(jīng)濟(jì)效果。經(jīng)脫硅后的純凈鋁酸鈉溶液用碳酸化分解法（往溶液中加入二氧化碳?xì)怏w）使溶液中的氧化鋁呈氫氧化鋁析出，碳分母液中經(jīng)蒸發(fā)后返回用于配制生料漿。拜爾法流程簡單，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量好，成本也低，但它適用處理高品位鋁礦，A/S一般要在9以上。分解分離 Al(OH)2 焙燒 Al2O3堿處理 分離 鋁酸鈉溶 鋁礦石 鋁酸鈉 母液 蒸發(fā) 循環(huán)母液赤泥（Fe、Ti、Si雜質(zhì)）圖1—2 堿法生產(chǎn)氧化鋁的基本過程堿法有拜爾法、燒結(jié)法和拜爾燒結(jié)聯(lián)合法等多種流程。把不溶解的殘渣與溶液分離，將純凈的鋁酸鈉溶液進(jìn)行分解析出氫氧化鋁，經(jīng)分離、洗滌、和煅燒后，便可獲得氧化鋁產(chǎn)品?，F(xiàn)在在工業(yè)上基本采用的是堿法生產(chǎn)。因此，近年來砂狀氧化鋁的應(yīng)用越來越多。我國是以一水硬鋁石為原料，生產(chǎn)方法不同于美國，也不同于歐洲，產(chǎn)品氧化鋁的物理性質(zhì)也與之不同，介于砂狀與面粉狀之間。表1—1 我國氧化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等 級化 學(xué) 成 分（%）Al2O3不低于雜 質(zhì)，不 高 于SiO2Fe2O3Na2O灼 減一 級一 級三 級四 級五 級美國鋁業(yè)公司以三水鋁石型鋁土礦為原料，分解采用低濃度，高溫，低分解率，產(chǎn)品為典型的砂狀氧化鋁。氧化鋁的物理性質(zhì) 氧化鋁的物理性質(zhì)不直接影響金屬鋁的質(zhì)量，但是對電解過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及環(huán)境保護(hù)卻有較大的影響。如果氧化鋁中含有比鋁更正電性的氧化物（Fe2OSiOTiOV2O5），則在電解過程中，這些元素將首先在陰極上析出而使鋁的質(zhì)量下降。 氧化鋁主要生產(chǎn)方法和工藝流程 氧化鋁主要生產(chǎn)方法氧化鋁生產(chǎn)有多種方式,其選擇要根據(jù)礦石的特點(diǎn)，保證技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)合理，產(chǎn)品質(zhì)量能滿足電解鋁的要求。它們的供應(yīng)量占世界氧化鋁總產(chǎn)量的2／3。擁有6家氧化鋁廠，是世界第二大氧化鋁生產(chǎn)者，其生產(chǎn)成本低于世界平均成本。Alcoa的氧化鋁生產(chǎn)成本在低成本生產(chǎn)者中排第3位(按平均成本排名)，BHP比利頓排第二位，CAV排第一位。因?yàn)楫?dāng)時Alcoa在全世界氧化鋁和化學(xué)品生產(chǎn)中占了60％ 的股份，所以在氧化鋁方面它已經(jīng)占了支配地位，管理當(dāng)局規(guī)定雷諾茲把氧化鋁資產(chǎn)剝離后才能與Alcoa合并。 二、集約化經(jīng)營在過去的5年里，氧化鋁工業(yè)有過幾個合并的案例。 近年來，許多氧化鋁廠迫于成本壓力紛紛調(diào)整勞動力，通過技術(shù)改造和改善經(jīng)營管理來提高勞動生產(chǎn)率。2002年氧化鋁生產(chǎn)的成本構(gòu)成是：原料占30％ ；能源占28％ ；苛性堿占16％ ；勞動力占11％ ；其他占15％?？列詨A的消耗在氧化鋁生產(chǎn)的現(xiàn)金成本中通 常占13％ 一16％ 。這也說明某些氧化鋁生產(chǎn)者把他們高成本的生產(chǎn)廠閑置不生產(chǎn)的原因。2002年氧化鋁生產(chǎn)的現(xiàn)金成本平均為145美元／t，僅比市場上氧化鋁的現(xiàn)貨價低幾個百分點(diǎn)。 關(guān)于我國氧化鋁工業(yè)未來發(fā)展的思考“十一五”規(guī)劃中對有色冶金工業(yè)發(fā)展的規(guī)劃：礦山重點(diǎn)采用大型、高效節(jié)能設(shè)備，提高采礦、選礦效率；銅熔煉采用先進(jìn)的富氧閃速及富氧熔池熔煉工藝，替代反射爐、鼓風(fēng)爐和電爐等傳統(tǒng)工藝，提高熔煉強(qiáng)度；氧化鋁發(fā)展選礦拜耳法等技術(shù)，逐步淘汰直接加熱熔出技術(shù)；電解鋁生產(chǎn)采用大型預(yù)焙電解槽，限期淘汰自焙電解槽，逐步淘汰小預(yù)焙槽；鉛熔煉生產(chǎn)采用氧氣底吹煉鉛新工藝及其它氧氣直接煉鉛技術(shù)，改造燒結(jié)鼓風(fēng)爐工藝，淘汰土法煉鉛；鋅冶煉生產(chǎn)發(fā)展新型濕法工藝，淘汰土法煉鋅。而同期國外的氧化鋁廠生產(chǎn)成本為122～140美元／t，其投資回收費(fèi)用在2070美元／t，其實(shí)際銷售成本為167～ 185美元，t。統(tǒng)計資料表明，中國氧化鋁工業(yè)的Al2O3 生產(chǎn)成本為1181～ 1595元／t折合142192美元／t，現(xiàn)有生產(chǎn)廣的投資回收費(fèi)用平均為77美元／t，新建廠為129美元／t。H2O含Al2O3 (％)含化合水(％)晶 系單斜晶系斜方晶系斜方晶系奠氏硬度～ ～ 5～ 7密度(g/cm3)．43 01～～溶出溫度(℃)14018242其運(yùn)作成本也相對較低。3H2OAl2O3而我國的氧化鋁工業(yè)取得的成績是氧化鋁回收率高(90％)，堿耗低(90～150kg／kg)，但能耗卻是國外拜耳法的2～ 4倍．在直接生產(chǎn)成本中能耗費(fèi)占50％ 以上。采用一水硬鋁石礦生產(chǎn)的國家是我國和希臘，占世界總產(chǎn)量的8．8％，其中我國占7％ ．采用三水鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的占62．7％ ，采用三水一一水軟鋁石型鋁土礦的占34．8％，采用一水軟鋁石型礦的占0．7％ 。盡管如此發(fā)展，我國氧化鋁產(chǎn)品缺口仍在150萬t／a左右。在我國鋁土礦保有儲量中A十B十c的儲量為7 5億噸，其中A／s4～ 7 的儲量占59．53％即4 46億噸，而A／S7的商品鋁土礦僅占保有儲量的33．05％ ．即為2 467億噸。一水硬鋁石型