桂林理工大学南宁分校课程设计说明书
目录
绪论 ........................................................................................................................... 1
第一章 生产方法与工艺流程及主要技术条件的选择与论证 ........... 7
1.1 氧化铝生产方法现状 ..................................................................................................... 7 1.2 工艺流程的选择与论证 ............................................................................................... 11 1.3 氢氧化铝焙烧 ............................................................................................................... 14 1.4 主要技术、经济指标的选择与论证 ........................................................................... 16
第二章 冶金计算 ........................................................................................... 17
2.1 设计计算原始条件 ....................................................................................................... 17 2.2 氧化铝的计算 ............................................................................................................... 18
第三章 高压溶出器的设计计算 ............................................................. 28
3.1 单位时间内通过溶出器的矿浆量的计算 ................................................................... 28 3.2 溶出器个数的确定 ....................................................................................................... 28 3.3 溶出器壁厚与封头厚度的确定 ................................................................................... 29
第四章 总结 ..................................................................................................... 30 参考文献 ................................................................................................................. 30
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绪论
一、氧化铝工业
1．氧化铝行业的发展动态
氧化铝是炼铝的基本原料，冰晶石——氧化铝熔盐电解仍然是目前工业生产金属铝的唯一方法，每生产一吨金属铝消耗尽两吨氧化铝。世界90%以上的氧化铝用于生产电解铝，氧化铝工业的盛衰主要取决于电解铝工业的发展状况。虽然目前由于国际金融危机的影响，有色金属行业处于低迷期，但是从长期发展来看，未来几年，世界铝价亦将回升到高位区并继续上扬。电解炼铝以外使用的氧化铝称之为非冶金用氧化铝或多品种氧化铝。世界上多品种氧化铝的开发十分迅速，并已在电子、石油、化工、耐火材料、精密陶瓷、军工、环境保护及医药等许多高新技术领域获得了广泛的应用。目前多品种氧化铝达300多个品种。
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2.世界氧化铝工业的发展
1894年世界上第一个拜耳法生产氧化铝的工厂投产，一百多年来，随着世界对金属铝的需求量增加，氧化铝工业得到迅速发展。2000年-2006年世界和我国的氧化铝产量情况见下表绪-1：
2000～2006年世界和我国的氧化铝产量统计 表绪-1 项目 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年 2006年 6600 1300 474.7 545.0 611.2 698.0 853.6 世界Al2O3产量/万吨 4811.9 4848.8 4978.5 5259.1 5487.2 5615.7 我国Al2O3产量/万吨 432.8 目前世界上生产氧化铝的国家有30余个，氧化铝厂85座。主要集中在澳大利亚、中国、美国、巴西和俄罗斯，这5个国家氧化铝产能占世界总产能的70%左右，其中澳大利亚铝土矿资源得天独厚，氧化铝产能占世界的25%左右。全球氧化铝厂中规模在100万吨/年以上的有30家，生产能力占全球总产能的50%以上其中300万吨/年以上的3家均在澳大利亚。世界氧化铝的生产经营主要集中在6家跨国企业集团手中，其中美铝和加铝控制了全球30%以上的氧化铝生产能力。
现代氧化铝工业面临着科学技术快速发展、优质铝土矿资源日益短少、世界能源危机日趋加深、市场竞争明显加剧、清洁生产和环境保护的法律法规日益完善而要求越来越高的挑战，因此要求氧化铝工业能够适应这种新的形势，近年来氧化铝生产主要发展方向表现在：
1）工厂的生产规模不断扩大。由于现代科学技术的发展，电解铝、电子、化工等工业对氧化铝生产在产量、质量、品种等方面提出了更多更高的要求，而优质的铝土矿资源日益紧缺，能源危机日益加深，这就要求必须尽量采用高效、低耗的大型冶金设备及生产过程的强化技术。因此世界氧化铝厂向大规模、系列化发展。近几年新建的氧化铝厂起步规模都在100万吨以上。生产规模的扩大，生产工艺的改进，使生产设备日益大型化和高效化，而设备大型化有利于工艺过程的自动控制和监测。
2）随着优质铝土矿资源的日益枯竭，要求人们最大限度地综合利用铝土矿资源，而单纯的氧化铝生产工艺已经不能满足要求，往往需要采用选矿、冶金、护工等联合流程。为了降低电解铝原料的投资成本，世界各大铝业公司纷纷推行集约化生产经营，以期在这一劳动密度型较高产品的生产过程获利更丰厚。
3）在流程和工艺上也有许多变化和提高。生产过程的控制和自动化是氧化铝技术的进步的重要标志，集中表现在能耗和劳动了消耗大幅度降低，使生产成本下降。如在20世纪50年代，氧化铝生产能耗为30GJ/t，人工消耗10个工时以上；80年代初，单耗降到13GJ/t，人工消耗为0.9-1.6；到2000年，单耗降到9-12GJ/t。
4）随着工业的发展，各国对环境保护的要求日益提高，要求有更高的卫生标准和安全标准。因此，氧化铝工业必须充分考虑实施清洁生产的措施，“三废”及冶金炉窑中排放热能的利用、综合治理等。除了上述发展外，今年来在氧化铝生产的许多工序中还广泛应用各种添加剂。它们在絮凝沉降、助滤、脱水、放钩、砣硅及除杂等方面都具有良好的效果。在强化种分及抑制熟料溶出时二次反应的添加剂也在积极研究之中。广泛的基础理论研究对推动氧化铝生产的技术进步也起了重要作用。
3.我国氧化铝工业的发展
我国铝工业是在解放后建立和发展起来的。1954年7月1日在山东铝厂产
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出我国第一批氧化铝，1960年郑州铝厂投产，1978年贵州铝厂投产，1988和1998年山西铝厂和平果铝业公司分别投产，2006年我国氧化铝产量已超过1300万吨。经过半个世纪的发展，我国已成为世界第一电解铝生产国、第二氧化铝生产国，在世界铝工业中具有举足轻重的地位。表绪-2我国六大氧化铝厂的情况：
我国六大氧化铝厂主要情况（2003年） 表绪-2 厂名 中铝山东分公司 中铝郑州分公司 中铝贵州分公司 中铝山西分公司 中铝中州分公司 中铝平果分公司 总计 生产方法 烧结法为主 混联法 混联法 混联法 烧结法为主 拜尔法 投产时间 1954 1965 1978 1987 1992 1995 产量/万吨 95.03 137.50 75.21 141.60 85.10 68.90 603.34 碱耗/（kg/tAO） 81.2 63.0 68.1 58.2 62.3 64.5 综合能耗/（GJ/tAO） 36.66 29.38 38.16 33.72 40.12 12.61 我国氧化铝工业经过前20年，特别是近10年的科技进步，技术水平和装备水平已大大提高，主要经济技术指标已得到优化。虽然国内氧化铝工业取得了长足的进步，但与世界铝工业强国相比，我国在全球配置资源能力、技术装备水平、产品竞争力、技术创新、产业集中度等方面差距较大：我国的铝土矿资源丰富，其储量位居世界第五。但我国铝土矿资源属于高铝、高硅、低铁、低铝硅比的一水硬铝石型铝土矿，至今尚未找到大中型三水软铝石矿床。一水硬铝石型铝土矿矿石难磨难溶，需在高温高碱高压下才能溶出，较难处理。由于我国铝土矿较难处理，除了广西的部分铝土矿外，其他铝土矿矿石处理不得不选用烧结法、混联法等工艺流程，这些流程溶出时间长，工艺复杂，致使我国氧化铝企业与同等装备水平的国外企业相比，氧化铝能耗高；我国的氧化铝厂中，虽然陕西、平果铝业公司和中州铝厂引进了部分国外先进的氧化铝生产技术和设备，但从总体上看，与国外相比还有较大差距，我国使用烧结法流程生产氧化铝的比重较大，占53%，使得我国氧化铝生产的整体装备水平不高。技术研发力量薄弱，铝加工等关键技术装备仍依赖进口。
我国铝工业整体素质不高、产品竞争力不强、产业结构不合理等问题依然十分突出。我国氧化铝产品中砂状氧化铝比重占10%。六大氧化铝生产企业中只有平果铝业公司生产砂状氧化铝，其余五家生产中间状氧化铝。随着我国大型预焙槽和干法净化技术的推广应用，砂状氧化铝的需求量将越来越大。我国对砂状氧化铝的生产工艺流程进行了大量试验，但目前尚未达到大规模生产水平。资源供应短缺的矛盾进一步凸显，对外依赖度不断上升，资源严重不足已成为制约我国铝工业发展的主要因素。针对中国氧化铝工业存在的问题，国内提出了一系列解决方案：
（1）加速氧化铝工业所需人才的培养。实现氧化铝工业发展战略目标的关键是人才的培养，所以应加强各类人才的培养，尤其是管理人才、技术人才、市场营销人才的培养，加大人才培养力度，并建立完善的激励机制，调整人才结构，形成合力的人才梯次，营造多出人才、出号人才的氛围，为氧化铝工业的可持续发展奠定坚实的基础。
（2）开发应用新技术，提高技术装备水平，降低生产成本。氧化铝工业应加大科技投入，以降低成本为目的，节能降耗为重点，加快开发适合我国铝土矿特点的新工艺、新设备、新技术、新材料和新的控制系统。应进一步加强溶出、
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烧结、脱硅、蒸发、焙烧等工序的节能研究：对于拜耳法溶出，根据矿石情况，在对国内已有的管道化溶出、双流法溶出、单管预热—高压釜溶出、管道预热—高压釜溶出、管道预热—停留罐溶出等强化溶出技术的实际效果进行总结的基础上，有选择地推广应用；对于烧结法，在完善富矿烧结法的基础上，积极开发生料流态化焙烧设备，完善和推广间接加热连续脱硅技术，以达到节能降耗；积极采用计算机控制技术应用氧化铝生产节能新技术；加快开发和推广应用铝土矿选矿除杂技术，提高铝土矿的A/S，从而保证可经济地采用拜耳法处理；开发推广大型高效设备等。与此同时，通过资产、管理、技术生产要素的优化组合，是氧化铝可比制造成本达到同期国际先进水平。只有这样，才能使我国氧化铝在国际市场有较强的竞争力。
（3）提高产品质量，开发新品种。努力提高我国氧化铝工业的产品质量，增加市场需求的品种，根据我国铝土矿资源的有机物含量低，采用烧结法能够生产白度较高的氧化铝产品的特点，大力开发多品种氧化铝，调整产品结构。
（4）挖掘潜力，扩大产能，满足需求。我国氧化铝工业发展的最大优势是国民经济稳定健康的发展。随着经济建设步伐的加快，我国铝的需求量越来越大，国内良好的市场空间，为氧化铝工业的发展提供了广阔的前景。
（5）加快铝土矿原料和赤泥的综合利用针对我国铝土矿原料情况，结合氧化铝生产流程，实现有价元素镓、钪等的回收。加大开发和应用氧化铝环保新技术，尤其是氧化铝废渣脱碱生产水泥及其它建筑材料的新技术等，以实现氧化铝生产“零”排放。
（6）加快再生铝行业的发展和相关先进技术设备的开发研究，减少铝土矿的消耗，为循环经济的发展提供保障。
总之，氧化铝作为重要的炼铝用原材料，对铝工业的持续稳步发展意义重大。在资源有保证的情况下，如何根据世界市场的消费特点合理开发矿石资源、优化生产设施布局、加强内部管理和实施技术改造，实现资源的最优化配置，降低成本，不断获取成本竞争优势，提高竞争力将是各生产商进行决策时需要考虑的主要因素。
二、铝土矿资源
1.世界铝土矿资源情况
铝在地壳中的平均含量为8.8%，但目前铝的可利用矿产资源仅为铝土矿、霞石和明矾石，而95%以上的氧化铝是从高品位的铝土矿提取的。目前，世界已探明铝土矿资源储量约360亿吨，其中几内亚90亿吨，澳大利亚60亿吨，巴西30亿吨，牙买加30亿吨．苏里南20亿吨，喀麦隆20亿吨，中国23亿吨约居世界第五位。
2.我国的铝土矿资源现状
我国铝土矿资源储量丰富，保有储量为22．88亿吨。主要分布在山西、贵州、河南、广西、山东五省区，储量21.16亿吨，占全国总储量的92．48％。我国铝土矿资源储量预测可达50亿吨，其中山西25亿吨，河南4亿吨，贵州5亿吨，广西7亿吨，云南3亿吨。我国铝土矿资源的特点：
(1)大型矿床少，已查明的324处矿床中。储量在5000万吨上的矿床仅有5个，多数储量在500～2000万吨之间，还有许多500万吨以下的小型矿床。
(2)沉积型矿床多，坑采储量比重大，保有储量中88％为沉积型矿床，堆积型床占11％，红土风化壳型矿床仅占1％，适合于露天开采的约占30％，介于露采和坑采之间的占30％，其余40％为坑采矿。且多数沉积型矿床的矿体薄，
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