【正文】 由于學(xué)生是在中鋁山西分公司 80 萬噸氧化鋁廠進(jìn)行的實(shí)習(xí)，所以其畢業(yè)設(shè)計(jì)也是根據(jù)中鋁山西分公司的實(shí)際情況進(jìn)行的，因此，廠址的選擇、生產(chǎn)能力的設(shè)計(jì)都是以此基礎(chǔ)來進(jìn)行的。(3) 主要技術(shù)條件的選擇根據(jù)原材料來源、質(zhì)量、成分，確定合理經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法和工藝流程后，應(yīng)該選擇先進(jìn)的工藝技術(shù)條件和合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及產(chǎn)品的質(zhì)量要求等方案。（6）每噸氧化鋁產(chǎn)品的成本計(jì)算：（7）高壓溶出車間的工藝流程、工藝條件的選擇與論證：高壓溶出車間的選擇必須有兩種以上的方案進(jìn)行對(duì)比、論證，然后選擇技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的結(jié)論，并繪制詳細(xì)的工藝流程圖，對(duì)其工藝過程進(jìn)行簡(jiǎn)單的說明。（11）翻譯一篇與本課題密切相關(guān)的外文資料。第 67 周：收集原始資料，查閱文獻(xiàn)資料，翻譯外文資料，撰寫開題報(bào)告：第 89 周：冶金計(jì)算及設(shè)備選擇計(jì)算；第 1014 周：圖紙繪制及論文撰寫；第 15 周：畢業(yè)答辯主要參考文獻(xiàn)：[1] Xu Jin, Supply and Demand of China Aluminum (R).Chinaamp。99, 2021 May, Beijing, China.[2] 21 世紀(jì)對(duì)策[A].中國有色金屬學(xué)會(huì)第三屆學(xué)術(shù)會(huì)議論文集,1997.[3] 沈賢春，[J] .輕金屬， 1998（1l ） ，2428.[4] 畢詩文主編，氧化鋁生產(chǎn)工藝，北京；化學(xué)工業(yè)出版社，[5] 沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院 石灰拜耳法生產(chǎn)氧化鋁新工藝研究 [Z]，1992.[6] 年生產(chǎn)技術(shù)年報(bào)[Z].[7] 年 7 月生產(chǎn)技術(shù)月報(bào)[Z].[8] [M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2022，112～130.[9] [M] .北京：冶金工業(yè)出版社， 2022，12～25.[10] [蘇][M].北京：冶金工業(yè)出版社，1974，103～120.[11] [蘇]，[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1977，114～128.7 / 101[12] 吳金水 .拜耳法與混聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝物料平衡計(jì)算[M].北京：冶金工業(yè)出版社, 2022，5～45. 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年以來的不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)已公布的氧化鋁投資項(xiàng)目達(dá) 27 個(gè)，測(cè)算總規(guī)模達(dá) 萬 t。2022 年底，中鋁公司氧化鋁生產(chǎn) 952 萬 t，除目前已公布在建的氧化鋁規(guī)模外，全國還有擬建氧化鋁總規(guī)模 1992 萬 t 接近國外所有擬建(擴(kuò)建 )氧化鋁項(xiàng)目的總和。但是，如果這種投資熱繼續(xù)無序膨脹，勢(shì)必造成產(chǎn)品相對(duì)過剩[3].。2022 年全國氧化鋁產(chǎn)量 2896 萬噸，是世界第一大氧化鋁生產(chǎn)國。現(xiàn)在我國處理一水硬鋁石型鋁2 / 101土礦，采用拜耳法生產(chǎn)工藝，加上現(xiàn)有的技術(shù)，可以生產(chǎn)出砂狀氧化鋁，其質(zhì)量指標(biāo)可以達(dá)到國際砂狀氧化鋁規(guī)定的水平。由于鋁及鋁合金具有許多優(yōu)良的性能，而且鋁的資源又很豐富，因此，鋁工業(yè)自問世以來發(fā)展十分迅速。1990 年世界原鋁產(chǎn)量超過 1600 萬噸（此外，還有占鋁消耗量 20%左右的再生鋁） ，約占世界有色金屬總產(chǎn)量的 40%。冰晶石氧化鋁熔體電解仍然是目前工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的唯一方法，所以鋁生產(chǎn)包括從鋁礦石生產(chǎn)氧化鋁以及電解鋁兩個(gè)主要過程。因此，隨著電解鋁的迅速增長，氧化鋁生產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來。氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提高，主要是由于工藝過程不斷完善的結(jié)果。目前，氧化鋁工業(yè)總的發(fā)展方向是充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，廣泛研究新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)以強(qiáng)化生產(chǎn)，降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，綜合利用資源，減少或消除對(duì)環(huán)境的污染，提高生產(chǎn)過程的連續(xù)化、自動(dòng)化水平，利用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全流程集中控制[12]。如生產(chǎn)過程的能耗高和生產(chǎn)率低，氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量不是很高，因此本設(shè)計(jì)根據(jù)我國的實(shí)際情況，采用國外較先進(jìn)的技術(shù)。還引進(jìn)一些大型高效設(shè)備，氧化鋁生產(chǎn)裝備普遍向大型化發(fā)展，以減少設(shè)備散熱面積，降低熱損失，提高設(shè)備效率[14]?，F(xiàn)在我國氧化鋁生產(chǎn)方面的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到比較先進(jìn)的水平，但是氧化鋁生產(chǎn)降低能耗、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減少環(huán)境污染等方面的技術(shù)還需要進(jìn)一步提高的，況且我國的生產(chǎn)技術(shù)水平與國外還有一定的差距，所以我還得進(jìn)一步提高自己，要走在世界的先進(jìn)行列。4 / 101第二章 廠址和生產(chǎn)能力的選擇與論證 廠址的選擇和論證氧化鋁廠的設(shè)計(jì)，大體可以分為以下幾種：首先是新建氧化鋁廠的設(shè)計(jì)。然后是現(xiàn)有氧化鋁廠或車間的擴(kuò)建或改造設(shè)計(jì)。還有就是技術(shù)措施性工程設(shè)計(jì)任務(wù)，其設(shè)計(jì)工作量小，一般有原廠承擔(dān)，經(jīng)費(fèi)來自工廠的技術(shù)措施費(fèi)用。廠址選擇不當(dāng)，將增加建設(shè)投資和產(chǎn)品成本，造成環(huán)境污染，將會(huì)危及人民的健康，給國家造成更大損失，因此正確選擇廠址十分重要。根據(jù)有關(guān)資料，將廠址選在山西河津一帶比較合理，在此建廠具有一下優(yōu)點(diǎn)：（1） 煤礦資源豐富；（2） 距礦石開采區(qū)近，可以減少原料運(yùn)輸費(fèi)用；（3） 水資源豐富可靠，能提供工廠用水量；（4） 山西水電資源豐富，可保證工廠用電；（5） 交通便利，有水路、公路和鐵路的運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)；（6） 廠區(qū)地勢(shì)平坦，基石程度較大，地震效應(yīng)對(duì)建筑沒有太大的影響，可以節(jié)約工廠基建投資；（7） 這個(gè)區(qū)域遠(yuǎn)離城區(qū)，而當(dāng)?shù)仫L(fēng)向主要是西北風(fēng)，有利于工廠廢氣擴(kuò)散，減輕工業(yè)污染；（8） 背靠龍門山，有豐富的石灰石資源。生產(chǎn)能力的確定首先在國家計(jì)劃指導(dǎo)下，根據(jù)資源、動(dòng)力、當(dāng)時(shí)國情以及預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果等情況來考慮的 [13]。目前氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模趨向大型化，工廠的大型化可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少單位成品投資，降低產(chǎn)品成本，提高連續(xù)化和自動(dòng)化水平 。如優(yōu)質(zhì)的三水鋁石型礦石處理起來方便，所需的設(shè)備較小，在這樣的情況下，生產(chǎn)能力可以選大些，但山西鋁土礦是難容礦，高鐵低硅是其最大的特點(diǎn)，故生產(chǎn)能力不易過大，這只是一方面影響，由于現(xiàn)在溶出技術(shù)的提高，這方面問題已得到解決；（4） 在確定產(chǎn)能時(shí)，還要考慮到分期建設(shè)和擴(kuò)建問題，為充分利用國家資金，減少一次性投資，可以采用“以鋁養(yǎng)鋁”的辦法分期擴(kuò)建。山西鋁廠現(xiàn)在已新建的 80 萬噸氧化鋁廠，因此設(shè)計(jì)的年產(chǎn) 110 萬噸的氧化鋁廠的產(chǎn)能是可以實(shí)現(xiàn)的。由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的原因，有些方法已被淘汰，有些還處于試驗(yàn)研究階段。堿法又分為拜耳法、燒結(jié)法、聯(lián)合法等多種工藝流程。一百多年來在工藝技術(shù)方面已經(jīng)有了許多改進(jìn)，但基本原理并未發(fā)生變化。拜耳法是直接利用含有大量游離氫氧化鋁的循環(huán)母液處理鋁土礦，以溶出其中的氧化鋁而獲得鋁酸鈉溶液，鋁酸鈉溶液加晶種分解后，氧化鋁以氫氧化鋁的形式析出，種分母液經(jīng)過種分濃縮后返回重新用于溶出鋁土礦。處理高品位鋁土礦時(shí)生產(chǎn)成本也很低，比其它方法工藝簡(jiǎn)單，但拜耳法生產(chǎn)時(shí)，原料中的 SiO2 主要以鈉硅渣的形式排出， 1kg SiO2 要造成 1kg 氧化鋁和 的堿損失。氧化鋁生產(chǎn)方法的選擇，主要是根據(jù)鋁土礦的品位，技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理以及礦物類型等。 工藝流程的選擇與論證采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁已有 100 多年的歷史，100 多年來隨著科學(xué)的發(fā)展、新技術(shù)的應(yīng)用，這一方法已經(jīng)有了很大的發(fā)展和改進(jìn)。拜耳法用在處理低硅鋁土礦（一般要求 A/S＞） ，特別是用在處理三水鋁石型鋁土礦時(shí)有流程簡(jiǎn)單、作業(yè)方便、能量消耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用的拜耳法流程見圖 31。進(jìn)入礦倉的鋁土礦經(jīng)中碎和細(xì)碎之后，按要求配一定的標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)母液，同時(shí)配入一定量的石灰和補(bǔ)堿，苛化堿液一起進(jìn)入球磨機(jī)中細(xì)磨到要求的粒度，得到的合格的原礦漿槽中經(jīng)間接加熱進(jìn)行預(yù)脫硅，然后用高壓隔膜泵送進(jìn)換熱器，用從自蒸發(fā)器出來的二次蒸汽來預(yù)熱礦漿，然后進(jìn)入新蒸汽加熱時(shí)間，使反應(yīng)基本完成，然后進(jìn)入降溫降壓的自蒸發(fā)系統(tǒng)，經(jīng)過 9 級(jí)自蒸發(fā)后，原礦漿溫度為 134℃，其二次蒸汽用于預(yù)熱原礦漿。送到葉濾工序的粗液，通過葉濾機(jī)再進(jìn)行熱交換降溫，進(jìn)入一段種子攪拌分解槽，首槽加入細(xì)種子，再進(jìn)行熱交換器降溫，再進(jìn)入二段攪拌分解槽，首槽加入粗種子，通過分級(jí)機(jī)分級(jí)，底流獲得氫氧化鋁，溢流進(jìn)入二次分級(jí)機(jī)，底流的粗種子，溢流進(jìn)入沉降槽，所得到的氫氧化鋁經(jīng)洗滌后送往焙燒車間進(jìn)行焙燒，種分母液小部分用于稀釋工序參加稀釋，以提高稀釋液的苛性比值，減少氧化鋁的水解損失，剩余的一小部分母液進(jìn)行深度蒸發(fā)，過濾后蒸發(fā)母液與未參加蒸發(fā)的種分母液混合調(diào)配，得到合格的循環(huán)母液送到原礦漿濕磨工序進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)溶出。燒后的成品氧化鋁送往氧化鋁儲(chǔ)倉，準(zhǔn)備出廠銷售?；瘜W(xué)反應(yīng)一般是在固體顆粒表面上進(jìn)行的，為此要求參加反應(yīng)的各成分表面積要大，混合要均勻。另外，磨得太細(xì)，除增加磨礦費(fèi)用外，還能引起赤泥沉降性能變壞。 (2) 鋁土礦的溶出。H2O洗滌 結(jié)晶 氫氧化鋁 蒸發(fā)母液 氧化鋁圖 31 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝流程圖破碎濕磨溶出稀釋礦漿稀釋沉降分離葉濾 赤泥洗滌晶種分解沉降分離洗滌煅燒蒸發(fā)分離溶解苛化石灰乳9 / 101溶出礦漿稀釋的目的在于：。雖然鋁土礦在溶出前進(jìn)行了預(yù)脫硅，在溶出過程中又進(jìn)一步進(jìn)行了脫硅反應(yīng)，但是溶出液的氧化鋁濃度很高，使得二氧化硅的平衡濃度相應(yīng)也很高。稀釋有利于脫硅，使硅指數(shù)上升。在生產(chǎn)中，溶出礦漿的成分波動(dòng)很大，進(jìn)入稀釋槽內(nèi)混合以后使礦漿成分波動(dòng)很小，濃度符合要求，比重穩(wěn)定，便于沉降槽的操作。 (4) 沉降分離與赤泥洗滌影響拜耳法赤泥沉降和壓縮性能的因素很多，主要有：。度的影響。 (5) 種子分解 為適應(yīng)電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求，本設(shè)計(jì)采用生產(chǎn)砂狀氧化鋁的技術(shù)，根據(jù)我國礦石的特點(diǎn)，為不影響氧化鋁生產(chǎn)的單位熱耗和產(chǎn)量指標(biāo)，應(yīng)采用高濃度精液分解。10 / 101第四章 主要技術(shù)條件的選擇根據(jù)全廠物料衡算和全廠設(shè)備選擇計(jì)算，需要選擇一定的技術(shù)條件。L1) 赤泥濾餅附液 (%) 石灰添加量按原礦漿中 CaO 含量 %計(jì)。溶出液及稀釋液溶出液苛性比值 k =，脫硅指數(shù) A/S=230，Al 2O3濃度=270g/L；?稀釋液 Al2O3 濃度=160g/L，脫硅指數(shù) A/S=307。種分蒸發(fā)母液苛性比值（ k）為 。蘇打?yàn)V餅苛化率為 90%，苛化時(shí)石灰投入量按 CaO 化學(xué)計(jì)量的 125%。1）破碎及儲(chǔ)存 %；濕磨 %；2）葉濾 %；3）晶種攪拌分解 %；4）Al(OH) 3洗滌 %；5）種分原液蒸發(fā) %；6）Al(OH) 3 焙燒 %。經(jīng)預(yù)算后噸碎鋁土礦耗用的 Na2Ok 列于表 5－4。溶出液和溶出赤泥中的 Al2O3 和 SiO2 由下列等關(guān)系式求得。則：A 總 =A 溶 +A 赤 =混礦中 Al2O3 量+循環(huán)母液中 Al2O3 量