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1、管道化溶出组长：魏士杰组员：李铭 郭西强 马晨涛 唐文超目录第一章 铝土矿及其溶出1铝土矿溶出发展背景21.2低温拜耳法生产工艺21.3管道化溶出技术的特点4第二章 铝土矿溶出工厂及设备2.1铝土矿溶出器种类62.2氧化铝生产企业82.3铝土矿溶出主要设备9第三章 长城铝业实例3.1管道化溶出实例分析143.2主要技术参数143.3主要特点14第四章 相关计算4.1计算流程154.2计算结果与分析174.3结论21第五章 其他5.1管道化溶出改进意见225.2管道化溶出在其他地方的应用23第一章 1.1铝土矿溶出发展背景本世纪30 年代奥地利Hiller 和Muller 最先提出了利用管道溶出
2、器高温溶出铝土矿的设想, 但直至50 年代才由匈牙利的Lanyi 首次进行管道化溶出试验,并在1965 年建立了世界上第1 套管道化溶出装置。德国联合铝业公司在1967 年也建立了一套管道化溶出装置, 且随后其所有氧化铝厂均采用了管道化溶出技术。前苏联、捷克、南斯拉夫、美国等国家都曾研究过或拥有管道化技术。法国采用的强化溶出技术与德国和匈牙利有所区别, 其矿浆预热采用管道反应器, 但溶出是在带机械搅拌压煮器内进行的, 我国山西铝厂和平果铝厂引进了该项技术。长城铝业公司研究设计院根据一水硬铝石难溶这一特点, 独创性地开发出了管道停留罐溶出技术, 并于1987 年建成一套4 6 m3/h 半工业试
3、验装置, 至今运转一直十分良好, 该技术用于长城铝业公司从德国引进的管道化溶出装置的改造, 已取得明显的应用效果 。 1.2低温拜耳法生产工艺 1.2.1溶出工序溶出工序的主要任务是利用三水铝石型铝土矿和铝酸钠,通过矿浆磨磨制，调配出合格矿浆,矿浆经管道化溶出器溶出。溶出之前进行脱硅预处理作业。然后将铝土矿中氧化铝的水合物在未饱和的循环母液（铝酸钠）中浸出，理论达到饱和点溶出结束，但实际由于受溶出时间限制，一般在饱和点之前结束。此时苛性比值比平衡液高0.15-0.2左右。主要设备为矿浆磨和管道化溶出器矿浆磨产能100t.h-1,管道化的规格为273x159xl360000mm,159rnrn管
4、道走料,273mm管道走汽,设计物料流速为2.0m.s-1,通过4段加热,使物料温度达到138一143,送入保温罐保温75分钟以上,完成脱硅过程;经稀释后进入沉降分离洗涤系统。 1.2.2稀释工序该工序的主要任务是先稀释溶出矿浆并降低温度，使矿浆达到过饱和，然后溶出稀释后的矿浆再经过沉降分离，赤泥洗涤和粗液过滤制备合格精液,通过过滤将赤泥分离出来,该工序的主要设备是沉降槽,压滤机和叶滤机。工艺流程见图2：该工序的主要设备是沉降槽,压滤机和叶滤机。图2 1.2.3分解工序分解工序主要任务是在通过在过饱和的矿浆中加入氢氧化铝精种,分解出粒度合格的氢氧化铝,并将氢氧化铝浆液进行分离，洗涤。主要设备为
5、9台种分槽,5台100扩立盘过滤机作为种子过滤机,2台51m2平盘过滤机作为氢氧化铝分离洗涤过滤机。分解工序流程见图3:图3主要设备为9台种分槽,5台100扩立盘过滤机作为种子过滤机,2台51m2平盘过滤机作为氢氧化铝分离洗涤过滤机。 1.2.4蒸发工序蒸发工序主要任务是将种分母液蒸发制备循环母液,去除流程中多余的水分,保持流程的液量平衡,降低蒸发汽耗,同时还要进行循环水及软水的供应主要指标是:蒸发母液Nk:185一1959/1,蒸发汽水比:3t-水/t-汽。蒸发工序流程见图4：图4 1.3管道化溶出技术的特点 管道溶出器可实现比压煮器更高的溶出温度或更高的溶出压力。它是铝土矿强化溶出技术的主
6、要发展方向, 矿浆在管道内呈高速湍流状态, 传热、传质效果更佳, 且无返混现象, 因而可显著缩短溶出时间, 大大提高设备利用率, 且所需设备容积较小, 投资也少。由于间接加热, 不存在溶出矿浆被加热蒸汽冷凝稀释问题, 所以可实现低碱浓度溶出, 从而大大降低了母液的蒸发负荷, 使整个氧化铝生产过程能耗可降至最低。另外, 管道溶出器的机械转动部分仅有隔膜泵, 其维修比较方便 。 1.3.1热耗低管道化溶出过程在管道中进行,热量通过管道传递到矿浆,进而提高矿浆温度。其他溶出方式如压煮器组溶出，蒸汽直接加热搅拌和间接加热机械搅拌溶出,矿浆的流动状态均不如管道化溶出过程强烈管道化溶出矿浆成高度湍流状态,
7、雷诺系数数高达105,所以溶出过程中氧化铝的溶解速度呈级数级提高,吨氧化铝溶出所需容积可从压煮器组溶出的2m3.t-1-AL2O3减少到0.1m3.t-1-AL2O3。同时,压煮器组中的矿浆溶出为全混流溶出,进入压煮器组的矿浆马上与己反应的料浆混合,使周围游离碱浓度降低,MR降低,不但不利于溶出,而且不可避免地发生料浆短路现象。而管道化溶出器中矿浆呈活塞流,矿浆浓度仅沿流动方向变化,沿径向是均匀的,不存在返混现象因此,作为以物质浓度差为推动力的铝土矿高温强化溶出来说,活塞流的管道化溶出比全混流的高压釜串联溶出要优越,有利于强化溶出过程。除此之外,管道化溶出中,矿浆在加热溶出管内流速快,高度湍流
8、,大大强化了矿浆与热载体之间的传热,在溶出温度相同的情况下,所需传热面积大大减少,减少换热设备数量,在相同换热面积情况下,可使温度快速提高,使溶出用碱浓度大幅度降低。溶出后浆液的自蒸发量大,可降低蒸发过程负荷,降低蒸发热耗乏汽得到再利用,热耗和压煮器相比大大降低。 1.3.2投资少提高溶出温度是强化拜耳法溶出的重要措施,提高溶出温度不仅提高氧化铝溶出率，缩短溶出时间，降低循环母液浓度和溶出液的MR,还可改善赤泥的沉降性能,提高沉降分离洗涤效率。但是随着溶出温度的提高,溶出器的压力急剧升高,压煮罐的承压要求也随之提高,设备投资费用升高,建设投资费用升高。实践证明管道化预热溶出器可以满足和适应不同
9、温度需求的各类型矿石溶出要求。管道化溶出器在设备总投资上占压煮器溶出罐的70%一80%,管道化溶出的土建投资费用也较低。 1.3.3操作维护简单管道化溶出器在生产维护和操作上具有较多优点：(1)操作容易，经过大量的设备更新改造,设备的自动化程度不断提高,可实现微机自动控制和现场手动控制切换,使操作变的更加简单容易；(2)是开停车时间短，实践证明,通过对预热器进行预热,在预热温度超过正常生产所需温度40预热压力超过正常工作压力25%时即可进料开车；(3)是无搅拌等传动装置,维修简单方便。管道化预热器不同于压煮器,矿浆在加热。溶出管内高度湍流,流速快,其保温罐仅作为保温容器使用,不需要专门的机械搅
10、拌装置强化其溶出过程,减少了检修工作量；(4)清理方法简单化学清理代替人工清理,清理工作量大幅降低；(5)是可以采用传热效率更高的有机溶剂或熔盐加热提温；第二章 2.1国内外管道化溶出器德国联合铝业公司使用多管单流法溶出器，主要技术特点是:可根据原矿浆不同温度下的传热情况，采用矿浆加热、二次蒸汽加热和熔盐加热;多管单流法;根据溶出结疤程度，可更改石灰添加点;熔盐炉热效率较高;溶出温度较高。匈牙利多管多流溶出装置主要技术特点是:管道直径较小，有利于传热;多管多流法;很高的传热系数和运转率。法国单管预热一高压釜溶出装置。比较国外三种管道溶出器的特点，见表1：项目名称德国联合铝业公司法国彼施涅铝业公
11、司匈牙利铝业公司装置形式预热段单流法一间接加热8-10级自蒸发4根内管4单流法-间接加热 7级自蒸发单根内管8多流法-间接加热3根内管(4)2根输送加热段4根内管4单根内管83根内管(4)1根输送单位长度的加热中间值较小值较大值加热介质和参数熔盐400 高压蒸汽4.05xPa高压蒸汽70.9X Pa装置处理能力290原矿浆150原矿浆110原矿浆铝土矿类型一水软铝一水软铝石一水软铝石溶出温度278 238 263 循环母液浓度NO240g*LNO220g*LNO220g*L保温停留时间几分钟30min20min添加剂加入点石灰一前加或后加石灰一前加石灰一前加溶出后MR结疤清洗1.39-1.44
12、化学清洗和水力清洗结合，每隔2个月冲洗一次，每次48小时1.39-1.44化学清洗和水力清洗结合，每隔1个月冲洗一次，每次12小时1.40-1.41运行中三内管倒换输送碱液，清洗结疤，另每月停车酸洗或水内管腐蚀程度运行数年，据说内管未更换过较严重，每年内管更换一次高压活塞泵垂直式多缸单作用隔膜泵(每组一台)卧式双缸双作用隔膜泵(每组一台)碱液冲洗和带隔膜管的活塞泵(每组二台)管道结构和组装复杂简单最复杂 表1 目前我国主要有三种溶出技术，它们是:中铝河南分公司引进的德国管道化溶出;中铝广西分公司和中铝山西分公司引进的法国单管预热一高压釜溶出;我国自主研制成功并应用的管道化一停留罐溶出。 上述三
13、种强化溶出技术主要针对一水铝石型铝土矿，而中铝山东分公司拜耳法生产线采用的是印尼进口的三水铝石型铝土矿，溶出温度138以上即可，为此中铝山东分公司自行设计了第一组管道化溶出设备。目前该设备内管为168 mm，长度为1682m。此套设备无预脱硅系统，直接将磨制好的矿浆送入管道化进行加热溶出，达到出料温度后进入保温罐进行脱硅。 2.2氧化铝生产企业 2.2.1国外主要氧化铝生产企业 世界上有很多氧化铝生产企业，主要是美铝、中铝、加铝、法铝等。 美铝世界上最大的氧化铝、原铝和铝材生产企业，在30多个国家有分支机构，在世界各地进行氧化铝生产和铝土矿开采。在世界各地美铝有多个氧化铝生产厂，主要在澳大利亚，由于铝土矿品位较低，生产1吨电解铝需要7吨铝土矿。 加拿大铝业公司原为美国铝业公司的子公司，1928年脱离了美国铝业公司，成立了现在的加拿大铝业公司，1985年兼并英国铝业公司，2002年兼并瑞士铝业公司，2004年收购法国彼施涅铝业公司，成为世界级跨国铝业公司，氧化铝产能约650万吨/年，电解铝产能约350万吨/年。 2.2.2我国氧化铝生产企业 新中国成立后，山东、郑州、贵州、山西、中州、平果等氧化铝企业先后建立，现在属于中国铝业公司，分别为公
