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1 综述
1.1我国铝土矿资源分布及其特点
铝在地壳中的平均含量为8.8%，仅次于氧和硅而居于第三位。由于铝的化学性质活泼，它在自然界中只以化合物状态存在。地壳中的含铝矿物约有250种，其中约40%是各种铝硅酸盐。铝土矿储量丰富的国家有几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加、印度、苏里南、前苏联、中国、印度尼西亚及希腊等国[1]。
国外铝土矿的一般特点是多数为三水铝石型，但欧洲以一水软铝石型居多，希腊为一水硬铝石-一水软铝石型，前苏联则各种类型都有。从化学成分来看，国外多数铝土矿的硅含量较低，铝硅比较高，而铁含量一般也较高。
根据目前已探明的情况，国内铝土矿主要分布在河南、山西、广西、贵州及山东等省。我国铝土矿的一般特点是高铝、高硅、低铁，即氧化铝含量高，氧化硅含量高，但铝硅比较低，除广西平果少数矿区的铝硅比指标能达到10以上外，多数在4~7之间。从矿石类型来说，绝大多数为一水硬铝石-高岭石型，仅广东、福建、海南有少量三水铝石型铝土矿，但铝硅比都较低。
目前我国利用自己的铝土矿生产氧化铝。国内各省区的铝土矿平均品位见表1.1[2]
表1.1 国内各省区的铝土矿平均品位表
地区 山西 贵州 河南 广西 山东
三氧化二铝 62.35 65.75 65.32 54.83 55.53
二氧化硅 11.58 9.04 11.78 6.43 15.8
三氧化二铁
5.78 5.48 3.44 18.92 8.78
A/S 5.38 7.27 5.54 8.53 3.61
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1.2我国氧化铝工业概况
我国具有较丰富的铝土矿资源，迄今已探明保守储量为23亿吨，具备发展氧化铝工业的资源条件。据2009年得统计数据，国内的氧化铝产量达到2300万吨。氧化铝生产企业主要分布在河南、山东、山西、贵州、广西壮族自治区等。
氧化铝工业的迅速发展不同于以往的低水平重复建设，而是上规模、高水平，优化了结构，极大的提升了我国氧化铝工业的整体水平和竞争力。但是，如果这种投资热继续无序膨胀，势必造成产品相对过剩。
投资氧化铝工业的风险性与电解铝等其他行业在以下方面又有所不同： （1）氧化铝工艺技术相对复杂。通常情况下，项目从设计、开工到形成产能需要2~3年时间，投入高，风险较高；
（2）现货市场的氧化铝价格跌宕起伏，而供求双方的信息不对称又进一步加剧了氧化铝价格起伏不定的局势，进而将影响氧化铝项目的投资收益；
（3）在项目试车、投产和日后生产组织管理等方面，需要一大批精通氧化铝工艺技术和具有实践经验的老专家及技术工人；
（4）对资源和能源依赖度日益增强。随着国内外资源竞争日趋激烈，适合氧化铝工业发展的优质资源日趋稀缺，投资氧化铝工业必须考虑项目的经济服务年限。
针对目前氧化铝工业发展迅速的情况，避免电解铝行业所出现的无序膨胀问题，有以下5点建议：
（1）根据资源保障程度控制氧化铝建设总规模； （2）优化氧化铝工业布局；
（3）严格氧化铝发展的技术政策和经济规模； （4）优化资源配置，保证布局内重点项目建设；
（5）选矿—拜耳法生产氧化铝是解决氧化铝工业发展的重要途径。[3]
1.3我国氧化铝基本生产方法
我国氧化铝工业从二十世纪五十年代的烧结法起步。经历了半个世纪的发展历程，逐渐形成了碱法、酸法、酸碱联合法和热法四类，但目前用于工业生产的只有碱法。
碱法生产氧化铝，是用碱来处理矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠溶液。矿
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石中的铁、钛等杂志和绝大部分硅则成为不溶解的化合物，将不溶解的残渣（赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合利用，以回收其中的有用部分。纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，经于母液分离、洗涤后进行焙烧，得到氧化铝产品。分解母液可循环利用，处理另一批矿石。
碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法和拜耳—烧结联合法等。 1.3.1烧结法
烧结法是将矿石、碱粉、石灰石混合配料，先进行高温烧结，使矿石中氧化铝生成固体铝酸钠，三氧化二铁生成可以水解的铁酸钠，而二氧化硅与氧化钙生成不溶性的原硅酸钙(2CaO·SiO 2)，再用稀碱液溶出烧结块—熟料，使铝酸钠进入溶液与赤泥分离。含有部分二氧化硅的溶液经脱硅后得到铝酸钠溶液精制液，通入二氧化碳气体使之分解得到氢氧化铝及母液。母液经蒸发后补充适当的碱粉与下批矿石及石灰配料烧结。洗涤后的氢氧化铝经焙烧得到氧化铝。[4] 1.3.2拜耳—烧结联合法
一般来说，拜尔法具有流程简单，投资较少，产品质量高，生产成本较低的优点。但处理低品位矿石时其优越性较差，而且还要消耗价格昂贵的苛性碱。
烧结法的优点是可以处理品位较低矿石，而且只消耗价格便宜的碳酸钠，与拜尔法相比，在同样的条件下(处理低品位矿时)，烧结法的碱耗较低，氧化铝总回收率较高，但流程复杂，投资较大，产品氧化铝质量较差，成本较高。因此含硅很低的优质铝土矿就采用拜尔法，含硅高，铝硅比较低的铝矿石，一般采用烧结法。
为了充分利用矿产资源，综合两种方法的优点，以提高氧化铝总回收率，提高产品质量，降低生产成本，将两种方法联合起来使用，这样就产生了拜耳—烧结联合法。联合法又分为串联、并联、混联法。并联法是用拜尔法处理高品位矿，烧结法处理低品位矿；串联法中烧结法只处理拜尔法赤泥；将拜尔法赤泥同时配一些低品位矿石可改善大窑的操作，这种将串联和并联结合起来的方法叫做混联法。[5] 1.3.3拜耳法
拜尔法是直接以苛性钠溶液处理铝土矿，使矿石中氧化铝生成铝酸钠，而矿石中的二氧化硅则成为不溶性残渣—赤泥，与铝酸钠溶液分离，将净化后的铝酸钠溶液进行搅拌分解，再经过滤分离得到氢氧化铝，经洗涤后焙烧成氧化铝，分离所得的大量苛性碱溶液称为母液，母液经蒸发再用于处理下一批矿石。
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1.4拜耳法生产氧化铝
1.4.1主要生产过程
拜耳法生产氧化铝包括四个主要过程：
（1）用高摩尔比（即铝酸钠溶液中的Na2O与Al2O3摩尔比为3.4左右）的分解母液溶出铝土矿中的氧化铝，使溶出液的摩尔比达到1.5~1.6；
（2）稀释溶出矿浆，分离出精致铝酸钠溶液（精液）； （3）精液加晶种分解（种分）；
（4）分解母液蒸发至苛性碱的浓度达到溶出要求（Na2O为230~280g/L） 1.4.2生产基本流程
拜耳法生产氧化铝的基本流程见图2.1。
图2.1 拜耳法生产基本流程
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1.4.3拜耳法的特点
（1）适合处理高铝硅比矿石，一般要求A/S大于9，且需消耗价格昂贵的苛性碱； （2）流程简单，能耗低，产品成本低； （3）产品质量好，纯度高。
选矿拜耳法与国内现行的主要生产方法比较，建设投资节省15%～20%，生产成本降低10%，能耗降低 50%。采用选矿拜耳法处理高品位铝土矿（A/S=10以上）与常规拜耳法厂比较，工艺流程相似，其各项主要生产能耗指标基本相当。因此，采用选矿拜耳法生产氧化铝，处理我国中等品位一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝，经济效益和社会效益显著，是解决我国氧化铝工业发展的重要途径。[6]
1.5氧化铝厂设计的作用
随着近代氧化铝工业快速发展，氧化铝厂设计的作用越来越重要：
（1）在氧化铝生产中，通过运用氧化铝设计方面的知识和方法，可以实现对氧化铝厂的改造和扩建，同时对工艺流程进行评价，消除薄弱环节和不合理现象，同时挖掘生产潜力。
（2）设计是氧化铝厂基本建设的一个首要环节，是对项目在技术经济等方面进行全面安排和规划的过程，对工程建设起着关键性的作用。
（3）氧化铝厂设计对新厂建设、老厂改造挖潜都具有极其重要的作用，工程设计是生产的前导，是将科技成果转变为生产力的桥梁和纽带。做好工程设计工作，对工程项目建设中节约投资和建成投产后取得好的经济效益起着决定性作用。[7]
1.6设计主要内容
本设计生产方法采用目前工艺流程最简单，综合能耗较低的石灰拜耳法。进行了各项冶金指标数据的计算，包括全厂物料平衡计算、全厂工艺设备的选择与计算、高压溶出车间工艺流程及工艺条件的选择与论证、高压溶出车间热平衡计算以及高压溶出车间主要工艺设备的选择与计算。同时对厂区进行环境保护的论证。最后形成了设计说明书以及工程图纸。