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重型推拉门铝材​氧化铝出产技能及出产状况

2019-11-8 13:59:24


中心提示:因为,我国在近10年氧化铝工业的发展中,不断了解、认识、引入、实践当今国际先进的的技能装备,使氧化铝出产的技能装备水平有长足发展。近两年所建厂的技能装备水平已到达当今国际先进水平,其中铝土矿高温溶出的技能装备到达国际领先水平,至2005年末,我国铝业公司氧化铝产能787万吨,电解铝产值210万吨,成为仅次于美铝和加铝的国际第三大铝业公司,中铝公司现在也已构成完整的铝工业布局,重型推拉门铝材氧化铝和电解铝的产能根本平衡。一起,国内经济发展速度快,金属铝消费市场旺盛,迄今为止,国内氧化铝出产的质料、动力和人力仍存在必定的价

1.重型推拉门铝材氧化铝出产技能及出产状况
    1995年全国际有68个氧化铝厂在出产,产出冶金级氧化铝4740万吨,产出特种氧化铝369万吨,合计5109万吨。1997年有“个氧化铝厂在出产,产值为5058万吨。
    除我国和俄罗斯等国运用多种出产办法之外,其他各国都是选用拜耳法。出产办法的确定首要是取决于被处理质料的性质。
    (1)国外氧化铝出产技能及出产状况。
    (2)我国氧化铝出产技能及出产状况我国现有6个氧化铝厂,1999年实产氧化铝332万吨。
    ①山东铝业公司氧化铝厂该厂是我国的第一个氧化铝厂,选用碱石灰烧结法,规划为年产氧化铝50万吨。
    ②郑州铝厂  1999年规划为年产氧化铝80万吨,1998年实产氧化铝73万吨。
    混联法是我国独创的出产办法,在郑州铝厂首次实践,该法具备串联法的长处,又有出产组织上的灵活性,适于处理河南省的难溶低铁的铝土矿。
    郑州铝厂在出产中运用着一项独特的技能——拜耳管道化溶出技能。
    重型推拉门铝材工艺流程:常压脱硅→高压隔膜泵→一级套管矿浆预热→2-9级二次蒸汽套管预热→套管熔盐加热→逗留管段→8级自蒸腾器。石灰乳加在逗留管段。
    首要设备有:12个缸卧式单效果隔膜泵,4管管式预热器,逗留管段Ф355mm,长915m。
    首要技能目标:原矿浆处理量300m3/h;母液浓度180g/L Na2O;溶出温度270-280℃;溶出时刻40-45min;重型推拉门铝材氧化铝溶出率>92%;设备运转率>80%;加热办法为熔盐加热,熔盐炉燃油;氧化铝产值16.5万吨/年。
    ③贵州铝厂  规划为年产氧化铝40万吨,选用联合法(混联法)出产流程;1998年实产42万吨氧化铝。选用的出产技能及装备首要有循环流化床氧化铝焙烧炉、大型六效板式降膜蒸腾器组、高压循环流化床锅炉、间接加热溶出罐溶出及高效沉降槽等。
    ④山西铝厂  山西铝厂是我国现在最大的氧化铝厂,规划为年产氧化铝120万吨,处理山西省孝义中等档次铝土矿,重型推拉门铝材选用彻底分开的拜耳一烧结联合法工艺流程。
    ⑤中州铝厂  中州铝厂原设计终期规划为年产氧化铝120万吨,选用联合法(混联法)工艺流程。
    ⑥平果铝业公司氧化铝厂  重型推拉门铝材平果氧化铝厂是我国现在技能最先进的氧化铝厂,选用全新的拜耳法工艺流程,一期工程设计规划为年产氧化铝30万吨。
    2.各出产办法的机理、工艺流程及其特点
    氧化铝是一个****氧化物,重型推拉门铝材能溶解于酸中也能溶解于苛性碱溶液中;据此,由矿石中提取氧化铝的办法分为酸法及碱法。
    因为酸有腐蚀性,耐酸设备难以解决,因此酸法出产未能在大工业中得以运用。现在在工业上选用的办法是碱法出产。
    氧化铝出产办法有:①拜耳法,处理优质铝土矿,A12O3/SiO2≥8(质量比),SiO2<9%;②烧结法,处理低档次铝矿石,A12O3/SiO2=3.5-5.0;③联合法,处理中等档次铝土矿,A12O3/SiO2=5.0-8.0,联合法中又分为并联法、串联法及混联法。
    (1)拜耳法拜耳法适于处理高档次铝土矿,重型推拉门铝材这是用苛性碱溶液加温溶出铝土矿中氧化铝的出产办法,具有工艺简略、产品纯度高、经济效益好等长处,根本流程见图1。

   ①办法原理拜耳法的根本原理分为溶解和分化。溶解是用苛性碱液溶出铝土矿中的氧化铝,反响为:
                        A12O3·H2O+2NaOH====2NaA1O2+2H2O
                        A12O2·3H2O+2NaOH====2NaA1O2+4H2O
    一水铝石或三水铝石溶解构成铝酸钠进入碱液中,而其他杂质不进入溶液中,呈固相存在,称赤泥。
    三水铝石(A12O3·3H2O)的溶解温度为105℃,一水硬铝石(α-A12O3·H2O)为220℃,一水软铝石(γ-A12O3·H2O)为190℃。
    分化是利用NaAlO2溶液在下降温度、参加种子及拌和的条件下分出固相Al(OH)3。分化反响为:
                       NaAlO2+2H2O====Al(OH)3↓+NaOH
    种子即为Al(OH)3,参加量(以A12O3量计算)为溶液中A12O3含量的一倍以上;温度操控为从75℃降到55℃;拌和时刻为60h左右。重型推拉门铝材所得Al(OH)3再经焙烧脱水变成Al2O3,并使Al2O3晶型转变,满意铝电解的要求,焙烧反响为:

满意铝电解的要求,焙烧反响为



②首要出产工艺进程  拜耳法的出产工艺首要由溶出、分化和熔烧三个阶段组成。全流程首要加工工序为:矿石的破碎及湿磨、高温高压溶出、赤泥别离洗刷、种子分化、母液蒸腾及氢氧化铝熔烧。
    重型推拉门铝材铝矿石进厂后经破碎、均化、贮存,碎矿石送下一工序湿磨。本工序的意图是使铝矿石破碎至≤15mm粒度,并且使化学成分均匀地向湿磨供料,操控目标是:每七天的供矿量加权平均值A/S(铝硅比)动摇在±0.5范围内。
    湿磨是使铝矿石进一步磨细并进行三组分(铝矿石、石灰、循环碱液)配料,使得到的产品一原矿浆满意高压溶出的要求。工序操控的技能条件是:石灰参加量为干铝矿量的7%;循环碱液配入量为操控溶出液的αk(苛性化系数)为1.55;磨矿细度为+170筛<15%,+100筛<5%。
    高压溶出是拜耳法的中心部位,重型推拉门铝材要求其热利用率高、建设出资少及易操作、运营成本低。对溶出一水硬铝石型矿石而言,现在有三种高压溶出的方式:管道化预热及逗留溶出(即全管道化);管道化预热及机械拌和压煮罐预热、新蒸汽加热、逗留化预热、熔盐加热及逗留罐(无机械拌和)溶出。三种方式在我国都有实践。本工序操控的首要技能条件是:原矿浆要先经常压脱硅,避免管道预加热矿浆时发生管壁“结疤”;溶出温度260-280℃;溶出时刻15-60min。
    溶出完结后得到的矿浆经降温、重型推拉门铝材减压并将浓度稀释,以便常压下处理—赤泥的别离及洗刷,别离与洗刷一般都选用沉降槽,现在工业上运用的最先进的沉降槽是深锥沉降槽。别离沉降槽的溢流是产品粗液,经操控过滤后得到的精制液送去种子分化;底流是固体残渣(称赤泥),经4-5次沉降并反向洗刷回收其附液中的碱后送堆场堆存。赤泥沉降别离洗刷工序操控的首要技能条件是:进程中物料的温度95℃以上;重型推拉门铝材别离沉降槽的底流固体质量百分数为≥41%,溢流中悬浮物含量为≤200mg/L;末次洗刷沉降槽的底流固体质量百分数为≥48%,每吨干赤泥带走的Na2O≤5kg;为改进沉降功能,出产进程中要参加絮凝剂。
    种子分化是将铝酸钠溶液参加种子(细氢氧化铝)经下降温度,长时刻拌和而自行分化分出固体氢氧化铝及液体苛性碱的进程。本工序操控的首要技能条件是:分化开始的温度(70℃)及终了温度(45℃);分化时刻55-60h;种子参加量(种子比为2.5-5.5);分化率(45%-50%)。
    种子分化后得到的是固体(氢氧化铝)与液体(苛性碱液)的混合物,经分级及过滤,别离后得到种子(细氢氧化铝)及重型推拉门铝材产品氢氧化铝和分化母液(苛性碱溶液)。种子回来种分槽,产品氢氧化铝通过滤洗刷后焙烧得氧化铝产品,分化母液则送蒸腾站处理。
    蒸腾的意图有三:一是前进溶液的浓度,蒸去一部分水,以满意高压溶出对碱浓度(Na2O180-230g/L)的要求;二是扫除出产进程中堆集的Na2CO3及Na2SO4,它们的溶解度与碱浓度成反比,重型推拉门铝材当碱浓度到达必定程度时它们从溶液中呈固相分出进而别离出去;三是扫除出产进程中堆集的有机物,一般有机物随Na2CO3及Na2SO4的分出而分出。蒸腾是在高效真空蒸腾器中完结的。
    不论是哪一种出产办法得到的氢氧化铝,重型推拉门铝材都需经焙烧而得到产品氧化铝。焙烧的意图有二:一是除掉氢氧化铝中的附着水及结晶水,二是使氧化铝的晶型转化成电解所需求的晶型。焙烧操作首要操控的是焙烧温度及氧化铝的灼减量。焙烧所用的设备曾经是回转窑,现在都是流态化焙烧炉,首要前进在于使热耗大为下降,运用回转窑的热耗为5.02MJ/tA12O3 ,而流态化焙烧炉为3.1MJ/t Al2O3。焙烧炉所运用的燃料有煤气、重油或天然气。
    ③技能经济目标拜耳法是现在国际上处理铝土矿出产重型推拉门铝材氧化铝的办法中流程最短、最经济的出产办法,也是最首要的出产办法。现在国际上有57个拜耳法厂及7个联合法厂在出产,拜耳法的出产才能为年氧化铝4938万吨,占国际氧化铝总产值的91.4%。
    ④我国拜耳法厂的技能经济目标处理的铝土矿:重型推拉门铝材一水硬铝石型A12O3 62.2% , A/S=14.2。工厂才能:30万吨/年氧化铝。产品质量:砂状氧化铝,+125μm为15%,-45μm为12%。铝土矿单耗1.85t/t(干矿);苏打单耗50kg Na2O/t;石灰单耗200kgCaO/t;新水单耗3.6t/t;电力耗费257kW.h/t;焙烧热耗3.2MJ/t;其他热耗(以蒸汽计算)7.2 MJ/t。

    (2)烧结法烧结法是在处理各类低档次铝资源时惟一在工业上运用的出产办法。这是因为通过配料参加石灰(CaO)或石灰石(CaCO3)及碱粉(Na2CO3),重型推拉门铝材在烧成进程中生成不同于矿石中的矿藏成分且易于今后处理的新矿藏成分,它们存在于烧成的产品——熟料之中。今后再用湿法进程处理熟料便可出产出氧化铝。

    综上所述,溶出液中含有NaAlO2、NaOH、Na2SiO3;固相沉淀中含有CaCO3, 2CaO·SiO2、Fe(OH)3、Al(OH)3、Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O。
    ③中压脱硅  重型推拉门铝材熟料溶出后得到的溶液称为粗液,因为其中含有呈Na2SiO3状况存在的SiO2成分,如不除去SiO2,则产品氧化铝的质量不纯,故要对粗液进行净化处理,即中压脱硅。
    重型推拉门铝材中压脱硅的原理是:当溶液进行加热时,生成不溶性的固态化合物,进而把它别离出去。
      2Na2SiO3+2NaA1O2+4H2O Na2O·A12O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH
    当参加石灰(CaO)时,有如下反响:
    2Na2SiO3+2NaA1O2+Ca(OH)2+4H2O=====CaO·A12O3·2SiO2·2H2O↓+6NaOH
    中压脱硅操控的条件是:温度170℃,脱硅时刻2h,溶液的浓度A12O3<120g/L。
    ④重型推拉门铝材碳酸化分化意图是向铝酸钠精液中通入CO2气体,使精液分化,精液中的A12O3尽量多的沉淀出来。效果原理如下。
    第一步:中和精液中游离的NaOH,使溶液的ak下降。
                            2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O
    第二步:因为ak值的下降使溶液处在介稳状况,溶液开始水解。
                        NaAlO2+2H2O====Al(OH)3↓+NaOH
    接连通入CO2,接连水解,不断分出Al(OH)3

首要出产进程简述如下。
    ①质料预备系统  为熟料烧成预备质料——生料浆,要满意水分、配比及细度的要求。
    由矿山来的铝矿石先经破碎、重型推拉门铝材均化及贮存到达粒度小于15mm及化学成分稳定的要求,然后送入管磨机中进行生料浆磨制,一起参加磨机中的物料还有5种:工业碱粉(弥补出产进程中碱的损耗)、脱硫用煤(在烧成窑中脱硫)、石灰(与SiO2反运用)、蒸腾母液(循环碱液)及硅渣(出产进程中间产物)。重型推拉门铝材本工序操控的首要技能目标是:料浆水分38%;细度120#筛残留<10%;配方确保熟猜中
    ②熟料烧成  是烧结法的中心部位,重型推拉门铝材全部的烧成化学反响都在此发作,烧成的产品—熟料的质量直接影响今后各工序的技能目标。烧成所运用的燃料为煤粉,但发生的灰渣直接进入物猜中参与化学反响。烧成所用的设备为回转窑,生料浆由窑尾喷入,煤粉由窑头喷入,相向活动,终究烟气由窑尾排出经收尘净化后,由烟囱排空,烧成的产品熟料由窑头排出经冷却机冷却降温后入仓供熟料溶出处理。重型推拉门铝材熟料烧成需操控的技能条件是:烧成温度1240-1260℃;窑尾温度200-300℃;废气中含CO<0.5%;出冷却机熟料温度<200℃;入窑煤粉细度170筛残留<10%。
    ③熟料溶出  湿磨溶出是最通用的办法。从熟料贮仓来的熟料经圆盘给料机喂入球磨机(溶出磨)中,一起向磨内参加适量的溶出用液——调整液,从溶出磨出来的矿浆经分级机分级,返砂回来磨内,溢流即为溶出矿浆送往下一工序赤泥别离与洗刷处理。本工序操控的首要技能条件是:溶出温度(80±5)℃;溶出液的浓度A12O3 (120±5)g/L,αk=1.2-1.3;调整液成分为Na2O(28±3)g/L,A12O3 (30±5)g/L;熟猜中有用成分的溶出率A12O3>90%,Na2O>93%。
    ④调整液制作  尽管熟猜中的有用成分能溶解于热水中,但为了溶出泥浆的稳定性避免二次反响丢失,要坚持溶出液有必定的Na2O浓度及苛性比值,重型推拉门铝材这就要靠调整液来完结。制作调整液便是把四种溶液按比例掺配,以满意对调整液的要求。这四种溶液是氢氧化铝洗液、种子分化母液、赤泥洗液及碳酸分化母液。制作所用的设备是贮槽及泵。
    ⑤赤泥别离及洗刷  将固(熟料溶出后的残渣——赤泥)液(溶出后的溶液——铝酸钠溶液)混合物进行别离并将赤泥进行洗刷的进程称赤泥别离及洗刷。别离得到的溶液称粗液,送中压脱硅工序处理;洗刷后的残渣——赤泥送堆场或水泥厂,赤泥可做水泥制作的一种质料。对这一进程的要求是“快速”,极力缩短固液接触的时刻,以防固液之间发作二次反响,使溶液中的氧化铝再回来固相中。这一进程通常用的设备是沉降槽、真空过滤机。本工序操控的首要技能目标是:别离沉降槽底流固体含量百分数30%-40%;进程温度95℃;弃赤泥附液中碱含量Na2O≤5kg/t干泥。
    ⑥溶液脱硅  这是对溶液进行净化的一种手段。依据对净化后溶液的质量要求不同,可采纳一段脱硅(中压脱硅)及二段脱硅两种办法。中压脱硅行将粗液(参加硅渣种子及部分种分母液)加热到170℃并坚持1.5-2h,使溶液中的组分发作化学反响发生固相硅渣,进而将硅渣别离出去回来配料,将溶液进行操控过滤别离出细小的固体悬浮物后即得精制液,送往分化工序处理。中压脱硅运用的首要设备是脱硅机、别离沉降槽及叶滤机。
    二段脱硅系将中压脱硅所得的别离沉降槽溢流,参加石灰乳在常压下再拌和反响2h,使溶液中的SiO2进一步以固相分出,重型推拉门铝材得到更纯净的溶液,此时溶液中A12O3/SiO2(质量比)可达1500,然后再别离固相及液相。一般状况下都运用一段中压脱硅,当对氧化铝产品有特殊要求时才选用二段脱硅。


    ⑦种子分化  烧结法中选用种子分化的意图是获取苛性溶液(种分母液),以回来运用确保溶液的安定性,一起获得固态氢氧化铝是其副产品。种子分化的分化率低(小于50%)、分化时刻长(55h以上)、占用设备多是其缺乏。种子分化所用设备及工艺流程与拜耳法的相同。
    ⑧碳酸分化  与种子分化比较,碳酸分化的分化率高(大于90%)、分化时刻短(2-3h)、所用设备少。可是,重型推拉门铝材分化后所得的溶液(碳分母液)是Na2CO3水溶液,只能通过蒸腾浓缩后,再经质料磨配料后在烧成窑中与矿石中的成分起反响。碳酸分化所运用的首要设备是碳分槽,可接连分化也可接连分化。分化所运用的CO2气体来自经净化后的石灰炉烟气,其浓度为CO2>38%(体积百分数)。
    当前在运行的处理铝土矿的烧结法厂有3个,联合法厂有7个,处理霞石矿的有3个厂。
    烧结法存在的问题首要是能耗高,工艺归纳能耗为46.05MJ/t氧化铝。首要技能经济目标为:氧化铝总回收率87%;铝土矿单耗2t/t;石灰石单耗1.8t/t;苏打单耗108kg/t;焦炭单耗95kg/t;烧成煤单耗770kg/t;生料加煤量100kg/t;焙烧耗油量78kg/t;电力耗费450kW.h/t;蒸汽单耗4.2t/t;压缩空气耗费980m3/t;新水耗费18t/t。
    (3)联合法联合法是将拜耳法与烧结法联合运用出产氧化铝的办法,办法的最大特点是可用烧结法系统所得的铝酸钠溶液,来弥补拜耳法系统中的碱丢失。办法适于大规划出产和用于处理A12O3/SiO2=5-7的质料。
    联合法有三种方式,即并联法、串联法及混联法。国际上只要美国、前苏联和我国选用联合法,美国曾用过串联法,我国开发了混联法。
    ①并联法  并联法是指拜耳法与烧结法平行地进行,重型推拉门铝材各自处理高档次及低档次的矿石,各自排出自己的废渣——赤泥。拜耳法与烧结法互为利用的方面是:拜耳法分出的碱不设苛化来处理,而是送烧结法配料;拜耳法的碱耗用烧结法的铝酸钠精液来弥补;拜耳法与烧结法出产出来的氢氧化铝合并洗刷而焙烧。
    运用并联法时,工厂有必要要有高档次矿及低档次矿的供给,高档次矿供拜耳法处理,低档次矿供烧结法处理。
    ②串联法串联法是指拜耳法与烧结法的串联,矿石先经拜耳法处理,产出的残渣—赤泥再经烧结法处理,终究的残渣由烧结法排出。
    该出产办法与纯拜耳法及纯烧结法的不同点是:
    a.拜耳法的赤泥不外排而是送烧结法配料,再经烧结法处理,配料时不加矿石;
    b.拜耳法出产进程中循环堆集起来的碱(Na2CO3)分出后,不设苛化处理而是送烧结法配料,简化了拜耳法工艺流程;
    c.重型推拉门铝材烧结法产出的铝酸钠精液不设碳酸化分化处理,而是送往拜耳法种子分化工序,简化了烧结法工艺流程又弥补了拜耳法的碱耗。
    串联法的长处是:矿石经二道处理,重型推拉门铝材矿石中氧化铝的回收率高;拜耳法部分的才能大,烧结法部分的才能小,故使工厂出资较小、产品成本较低。
    现在,在国际上只要惟一的一个串联法出产厂—哈萨克斯坦的巴夫洛达尔氧化铝厂。该厂也是通过了多年研究、改进,终获成功。该厂的工艺流程如图3。

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