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素有：1）铝土矿类型、矿物的化学组成、品位、A/S（即铝土矿中Al2O3对SiO2的重量比）；2）产品方案及产品质量指标；3）基建投资费用和经营管理费用；4）环境效应和综合利用。本设计所给的铝土矿的A/S为11.9，氧化铁含量为13.32%，氧化硅含量为5.07%，不属于高硅高铁矿，且其他杂质含量不高。拜尔法流程简单，能耗低，产品成本低，适合处理高铝硅比矿石，一般适合处理铝硅比在7以上，铁，硫，有机物等含量低的矿物，得到的氧化铝产品采用种分的方法，其质量好，纯度高。此外，拜尔法技术先进，生产稳定可靠，机械化和自动化水平高，是经过了科学实验与大生产的检验证实的可靠技术，且经济效益和社会效益高，符合环境保护要求。
综上所述，此次设计工艺流程选拜尔法流程。拜尔法工艺流程见图1-1。 1.2工艺流程的选择与论证 1.2.1高压溶出
铝土矿溶出是拜尔法生产氧化铝的两大核心工序之一。其任务在于用苛性碱溶液处理铝土矿，使其中的氧化铝水合物转化成铝酸钠溶液，矿石中的铁、钛等杂志和绝大部分硅成为不溶性化合物，经过矿浆稀释、赤泥分离和叶滤后制得精液送去分解车间。溶出效果的好坏直接影响到整个拜尔法生产氧化铝的技术经济指标。目前，世界上拜尔法氧化铝生产中所采用的强化溶出工艺主要由四类：管道化溶出、单管预热—停留罐溶出、管道预热—高压釜溶出和双流法溶出工艺。 (1)管道化溶出技术
管道化溶出是拜尔法溶出工艺及装置的一种，该工艺又分为单管管道化和多管管道化两种，均采用管道进行矿浆的预热及溶出。此技术来源于西德VAW公司，主要针对三水铝土矿易溶的特点开发研制的。九十年代引进，经不断改进，现已逐步适应了我国一水硬铝石矿的特性。
①单管管道化溶出 在该工艺中，矿浆用高压泵送入预热管道中，用自蒸发生产的二次蒸汽预热矿浆，最后用熔盐加热矿浆至所需的溶出温度。虽然在这种近似活塞流的管式反应器中，矿石颗粒群中的粗、细粒子在相同的浓度(等苛性比值)下随料浆一起流动、反应，几乎没有返混，使得矿浆浓度得以较充分的利用。但对于我国含硅较高的一水硬铝石矿，在较高的溶出温度下仍需较长时间才能反应完全，并且在高温处理此类矿石时易于在加热面上形成结疤，使得投资增加，设备运转率降低，且清理结疤亦较困难。
②多管管道化溶出 在该工艺中，两根输送矿浆的管子和一根输送碱液的管子共同放入一根粗管中，然后合流入保温管，用自蒸发产生的二次蒸汽预热矿浆，用高压新蒸汽加热矿浆到溶出温度。在该系统中，因是三根管子交替输送矿浆和碱液，可以减轻或避免矿浆在加热过程形成结疤，但碱液预热系统管道腐蚀严重同时对于我国含硅较高的一水硬铝石矿来说，溶出管道长度较长，投资亦相应增加。 总的来说，管道化溶出有以下特点：
管道化溶出技术拥有很大的优势，用低压熔盐炉取代了昂贵的高压蒸汽锅炉，综合投资较低，比传统压煮器溶出所需投资减少20-40%，操作简单灵活，检修工作量少，而且给进一步提高溶出温度强化溶出提供了可能，还有可能实现无蒸发工序的工艺技术；实现整个预热过程及熔盐加热过程的全管道化，工艺技术指标先进，溶出液αk≤1.45，Al2O3相对溶出率≥93%；实现了全过程间接加热，对溶出过程不会带来矿浆冲稀，能耗较低；可以在较低的碱液浓度下得到较
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好的溶出效果；设备产能适中，一组溶出装置的产能可以达到年产15-20万吨氧化铝的要求。但是设备运转率低于AP溶出装置，运转率在80%左右；隔膜泵压力高，管道结疤及磨损、结疤清洁等反面均逊色于AP溶出；而且，有实验表明，对于含铁量高、硬度高、溶解性差的广西地区一水硬铝石型铝土矿来说，即使溶出温度高达310℃，若没有充足的溶出时间，要达到良好的溶出效果和有效解决磨损及结疤问题是行不通的。由此可以看出，管道化溶出并不适合我国广西地区的铝土矿。
(2）管道化预热—停留罐溶出技术
该工艺是我国针对一水硬铝石型铝土矿自主开发的。此项技术是使矿浆在单管预热器中快速加热到溶出温度，再在停留罐中充分溶出。它利用了管式反应器容易实现高温溶出及高压釜能保证较长溶出时间的特点，又克服了纯管道化溶出时间管道过长，使泵头压力升高，电耗大且结疤清洗困难的缺点，以及纯高压釜溶出时溶出温度不能超过260℃，机械搅拌密封和结疤清洗困难的缺点，适合于处理需要较长溶出时间的一水硬铝石型铝土矿。停留罐中无搅拌和加热装置，结构简单、加工制造容易、维修方便、容易清洗结疤。采用此项技术需要较长的溶出时间以及稍高的碱液浓度(Nk150～160g/L)，但溶出的热耗较低(约4.0GJ/t.Al2O3 以下)与纯管道化溶出相当，而这套方案的特点是：
实现了蒸汽全部间接加热，能耗低；设备运转率高，可达93%以上；设备产能大；检修维护工作量较小；工艺指标先进，溶出液αk≤1.45，Al2O3相对溶出率≥93%，整个拜尔法循环系统碱浓度高，氧化铝产出率高；使用低成本的熔盐加热矿浆，熔盐温度可以调高到375℃，在运行期间可保证矿浆的溶出温度达265℃-270℃，对拜尔法赤泥均衡稳定的低铝硅比（A/S=1.3-1.5）很有保证。但是，因为每组装置产能高，不适宜在≤30万t/a的小氧化铝厂采用，限制了此技术的使用范围；投资大，压煮器多，需配置专用的高压蒸汽锅炉。 (3）单管预热—高压釜溶出技术
我国已经引进该项技术并投入生产，其技术特点是将矿浆在单管预热器中预热到150℃左右，再在间接加热、机械搅拌的高压釜中加热、溶出。溶出温度高于260℃，溶出时间充分，达45～60min，矿浆流量可达450m3/h，相当于年产氧化铝330kt，是当前处理一水硬铝石型铝土矿的最大溶出器组。此项技术的最大缺点是由于矿浆的溶出是在机械搅拌的高压、高温、高浓度碱的恶劣条件下进行，加热管束常被矿浆磨穿造成事故，设备维修频繁。结疤难处理，每运行15天，需要停产18小时清洗结疤，造成生产的不稳定。同时还须采用高压蒸汽锅作为热源，热效率不高，且受密封装置的限制，温度不能突破260℃来强化溶出，另外，此技术只适用于小型氧化铝厂，在大型氧化铝厂方面无设计、生产经验，设备运转率低，这是它的不足之处。 (4）双流法溶出
该工艺是将配料所需的循环母液分为两部分，磨制原矿浆的碱液只占10-30%，用自蒸发产生的二次蒸汽或熔盐分别预热或加热碱液与原矿浆，然后在溶出器中汇合进行溶出。双流法溶出既可实现高温的强化溶出，又可以避免或减少加热面得结疤，还提高了设备的运转率。但双流法溶出工艺及控制较管道预热—停留罐溶出工艺复杂，同时要求管道有较好的材质。
综合以上四种溶出方案优缺点的全面比较，由于管道预热—压煮器间接加热溶出技术是目前世界上处理一水硬铝石矿具有生产实践经验和技术经济效果较好的先进技术，且溶出工艺有以下特点：
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a、实现了溶出过程全部间接加热，有效地防止了溶液因直接加热带来的矿浆冲稀问题，氧化铝溶出率及溶出液Rp均较高。
b、设备运转率高，管道预热器及压煮器的结疤易清理。 c、设备产能大，一组溶出装置年产能可达400kt以上。
因此，本次设计的平果铝土矿的高压溶出采用管道预热—压煮器溶出工艺，根据产能要求，拟定采用两组溶出装置。 1.2.2赤泥沉降分离及洗涤
铝土矿溶出后得到含有赤泥（因含有大量呈红色的氧化铁泥渣而得名）和铝酸钠溶液的混合浆液，其必须经过稀释后才能进行沉降或过滤使赤泥和溶液分离，以获得晶种分解要求的纯净的铝酸钠溶液（精液），分离后的赤泥必须经过洗涤，尽量减少以附液形势带走的Na2O和Al2O3损失。赤泥的沉降分离是拜尔法氧化铝生产过程中的主要工序之一，起着承上启下的作用，生产操作中，时常由于固液分离不好使生产不能正常进行，直接影响固液分离效率和氧化铝的产出率，因此，提高固液分离效率已成为氧化铝生产的重要内容。
赤泥的分离和洗涤工序包括： （1）高压溶出矿浆的稀释； （2）赤泥浆液的沉降分离； （3）赤泥的洗涤；
1.2.2.1高压溶出矿浆的稀释
高压溶出矿浆在稀释槽中用赤泥洗液稀释，其目的为： （1）降低铝酸钠溶液的浓度，促使其分解；
（2）降低铝酸钠溶液的粘度，加速赤泥沉降分离； （3）促进铝酸钠溶液进一步脱硅； （4）有利于稳定沉降槽的操作。 1.2.2.2赤泥的分离和洗涤
赤泥分离的目的就是将稀释矿浆中的铝酸钠溶液与赤泥分离，并获得工业上纯净的铝酸钠溶液。通常，稀释后的矿浆采用沉降槽分离赤泥。沉降槽溢流送去叶滤，底流经3-5次反响洗涤，洗至赤泥中Na2O的附液损失为0.3-1.8%（对于赤泥而言）。末次洗涤后的赤泥再经过1次过滤，使赤泥含水量降至45%以下。一次真空过滤可以代替两次沉降洗涤，在赤泥沉降分离中，可以根据经济和设备的实际情况将沉降槽和过滤机联合使用。如果赤泥沉降分离不良，将会减产30-40%；赤泥洗涤不好，则会显著地增加Na2O和Al2O3的损失，同时也会影响赤泥的用途。
赤泥矿浆经分料箱均匀分配入各分离沉降槽，分离槽溢流自流入粗液槽。底流经水力混合槽与二次洗液混合均匀，用泵进入一次洗涤槽。赤泥反向洗涤的流程：赤泥从一次顺流到末次，末次沉降底流用泵送去过滤机，热水与赤泥的流向相反，即从末次逐级逆流到一次沉降洗涤，一次溢流即赤泥洗液，送去稀释。反向洗涤的优点是能降低新水用量，又能得到浓度较高的洗液。赤泥过滤所得到的滤液，经加热体温后仍返回末次洗涤槽，可以提高末次洗涤槽的进料液固比，有利于沉降。
Al(OH)3洗液和赤泥洗液不是一道用去稀释溶出矿浆，而是跟热水一道加入洗涤槽，以便提高末次洗涤沉降槽的进料液固比，加快赤泥沉降速度。同时，由于Al(OH)3洗液量波动较大，用于稀释会是稀释矿浆浓度波动，不利于分离沉降槽的操作。
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赤泥分离洗涤用沉降槽现在氧化铝行业普遍采用下列形式：
(1)深锥高效沉降槽—由于占地面积小、单位面积产能高、氧化铝水解损失较小、底流固含高而受到各氧化铝厂的亲睐，但其絮凝剂添加量大，生产运行费用高，清理检修工作量较平底沉降槽大。
(2)平底沉降槽—运行稳定，底流固含可达600～650g/l，对流量波动的适应性强，且操作简单、维护工作量小，汽车可直接开进槽底清理赤泥及结疤，清理工作方便；此外絮凝剂添加量小，生产经营费用较低。平底沉降槽的缺点为占地面积大，氧化铝水解损失相对略高。
总的来说，一段法的工艺特点是高浓度、高固含、流程简单易操作，精液产出率较高，但是是产品粒度不够均匀，磨损指数高、强度低，晶种循环量大。而二段法虽然流程复杂，分级操作难度大，但具有产品粒度均匀，可以控制+150μm和-15μm的粒度，种子循环量小，产品氧化铝的百分含量可以降至15%以下，可以完全满足电解铝生产要求，具有很高的市场竞争力和发展前景。因此，本设计采用二段法进行晶种分解。 1.3氢氧化铝焙烧
在高温下将氢氧化铝的附着水、结晶水除去，使其晶型转变，以获得适合要求的氧化铝，一般的煅烧温度在1000～1250℃下进行。此工序的常用设备有回转窑、气体悬浮焙烧炉等。
在60年代流态化煅烧出现以前，氧化铝工业都是采用回转窑煅烧氢氧化铝。这种设备结构比较简单，维护方便，设备标准化，煅烧产品的破碎率低。这是此系统的优点，但是，它有致命的缺点，从传热观点看，用回转窑煅烧氢氧化铝这种粉料是很不理想的。它不能提供良好的传热条件。在窑内只是料层表面的物料与热气流接触得到加热，紧贴窑壁由其加热的物料为数既少，而且换热效率低。同时，回转窑是转动的，投资大。窑衬得磨损使产品中二氧化硅含量增加，物料在窑中煅烧也不够均匀，直接影响成品质量。所以自流态化煅烧技术出现并不断成熟后，逐渐代替了回转窑煅烧。氢氧化铝焙烧采用流态化悬浮焙烧技术，取代传统的回转窑焙烧，是国内外氧化铝工业的发展趋势。物料在流态化状态下与气体的热交换过程最为强烈，同时这种悬浮焙烧炉结构紧凑、简单、投资省，运转部件少，热耗较传统回转窑低60％以上，设备运转率高，可达95％左右，流态化悬浮焙烧技术是当今世界氧化铝行业先进的焙烧技术，此种焙烧炉系统也运行良好，产品质量稳定，设备产能、热耗及运转率等主要技术经济指标为世界先进水平。
当今世界成功地应用于工业生产的流态化焙烧有四种，即：美国铝业公司的流态闪速焙烧炉（F.F.C），原西德鲁奇公司的循环流态焙烧炉(C.F.C)，丹麦史密斯公司的气体悬浮焙烧炉(G.S.C)及法国弗夫卡乐巴柯克公司的气体悬浮焙炉(F.C.B);前三种流态化焙烧炉在世界上得到广泛采用。所以这里只考虑前三种焙烧工艺。
流态化焙烧炉具有共同的特点，但细微分析，无论从技术经济指标（见表2-3），还是炉型的设计成熟性与稳定性，不同炉型具有各自的特点与不足。下面对三种焙烧炉做详细介绍：
（1）美铝流态化闪速焙烧炉（F.F.C）
美铝流态闪速焙烧炉属正压作业，采用稀相换热和浓相保温相结合的技术，相对另外两种炉型有其特点。其一，由于采用了调节焙烧温度和停留保温槽料位（控制反应时间）这仪双重控制方式，产品质量能得到可靠的保障，同时，可根
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据用户的要求，获得不同的灼减，比表面积及a-Al2O3含量的焙烧产品，其二，由于整套装置设计了预热炉、流化干燥器、停留保温槽、流化冷却器这四个缓冲容器，若焙烧炉的干燥段、焙烧段和冷却段中任何一段出现短时故障（或因进出料外部系统影响），另外两段仍能维持运行，整个系统不会产生热工制度的大波动，对焙烧炉的使用寿命及生产的恢复极为有利；因此，整个焙烧炉运行稳定可靠，并且承受各种事故的能力强。其三，焙烧炉全系统设计成熟，主要体现在工艺检测控制及联锁保护系统设计合理，炉内衬及内衬养护（烘炉）过程设计合理，因此，焙烧炉年内运转率可达95%左右。
美铝流态闪速焙烧炉也有其自身的不足。①此套装置适应低水份的氢氧化铝物料（6%-8%），若氢氧化铝附着水较高时，必须通过增加过量的过剩空气，使热量从焙烧段带入干燥段，以增强干燥能力，相对来说使焙烧氧化铝的热耗和电耗增加；②整套装置流化床板多，大小床板共达7 块，这样维修时工作量相对加大；③全套装置的控制回路多，控制软件设计复杂，相应地对操作人员和计控人员提出了较高的要求；其四由于系统正压作业，整个焙烧炉体的密封、检测点的密封及容器间料封系统要求严格。 （2）鲁奇循环流态焙烧炉（C.F.C）
鲁奇循环流态焙烧炉是一种设计和生产经验比较成熟的装置，采用了正压作业浓相流态化技术，其炉型有其独特之处。24332其一，流态化循环炉依靠大量的物料循环（约为产量的12倍-56倍），焙烧停留时间6分钟左右，这样可降低焙烧温度，有利于降低焙烧氧化铝热耗，同时确保焙烧氧化铝产品质量；此外，大量循环物料的热含量可以削弱系统的热冲击，维持系统的热稳定性，对提高炉内衬的使用寿命极为有利，炉运转率可达90%-94%；其二，整个装置无高（电）压大型设备，早期的焙烧炉均有鼓、排风机，随着生产时间经验的丰富，系统阻力损失的降低，装置的排风机被取消，鼓风机也化整为零，这样，设备简化，投资节省，生产控制灵活，事故率降低；其三，控制回路简单，流态循环焙烧炉自动控制回路仅有6条。
循环流态焙烧炉也有其自身的缺陷。其一，循环焙烧炉对颗粒破损率大，究其颗粒破损率大的原因，一是气体在喷射口、旋风筒入口以及弯头处的流动速度大，二是颗粒在循环炉内发生颗粒和颗粒之间和颗粒和器壁的撞击与摩擦；尽管鲁奇公司对该装置不断地进行改造与完善，使破损率大幅度降低，但目前焙烧产品45μm粒级的破损率仍高达3%-6%。其二，循环焙烧炉有四个流化床，不仅在冷却系统设计有流化床，而且在高温段也设有流化床，增强了维检修工作量。其三，循环流态焙烧炉与流态闪速焙烧炉一样，亦不适应高氢氧化铝附着水物料。 （3）丹麦气体悬浮焙烧炉（G.S.C）
丹麦气体悬浮焙烧炉是流态化焙烧的后起之秀，整个装置采用负压作业、稀相流态化技术，相对上述两种炉型有其明显的优势。其一，此炉型采用了在干燥段设计热发生器这一新颖措施，当供料氢氧化铝附着水含量增大时，不需象其它炉型那样采取增加过剩空气的方式来增加干燥能力，仅需启动干燥热发生器来增加干燥段热量，避免了废气量大增而大量损失热量，因此，与前两种炉型相比，气体悬浮焙烧炉热耗和电耗要低。
其二，整套装置设计简单；简单有三个方面，一时工艺流畅，物料自上而下流动，可避免事故停炉时的炉内积料和计划停炉时的排料；二是设备简单，除流化冷却器外无任何流化床板，没有物料控制阀，方便了设备维检修；三是负压作业对焙烧炉的问题诊断和事故处理有利；这些简单的设计，有利于故障后生产的
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