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1、高级工培训教材（拜尔法物料平衡计算部分）前言 物料平衡计算是冶金计算过程中关于各个过程中物料流量的计算。计算物料 流量的目的在于确定参与各个作业过程的和整个生产流程的原料、燃料、水等的 数量，以及由此二得出的成品、 半成品和废弃物的数量。 这些数据是设计氧化铝 厂（如选择设备、比较方案）和组织均衡生产的重要依据。此外，在掌握了整个 生产流程中的物料流量的数据之后，可以了解物料在各个过程中的分布情况，从 而觉察生产中的不合理地方，提出高进生产的方案，因此，物料平衡计算是氧化 铝生产设计的一项基本工作。也是氧化铝生产中的一项日常工作。 物料平衡计算是以确定的生产方法、生产工艺流程、和经济技术指标为
2、基 础的。在开始进行物料平衡前， 对于所确定的生产工艺流程必须十分熟悉，通常 都是先将生产工艺流程图像细化出来，特别是在流程复杂、 同时参与反应火灾某 以生产过程中汇合的物料种类很多的情况下，这样做更有利于考虑对计算步骤， 使计算过程中不致出现遗漏，而且也便于检察计算结果。 经济技术指标的确定是一项很重要而又不容易的工作。例如在拜耳法生产 中配料的分子比等指标一级由那些物料参与反应等，都取决于溶出工艺过程的需 要。在计算物料平衡是必须符合这些条件。而决不允许为了计算的方便而将这些 条件任意更改。 要正确的切合实际的选择各项技术指标，必须掌握生产工艺的理 论知识，阅读有关文献，深入现场，依据自己
3、的实地测定。现场的技术表板或工 厂的总结报告来收集各项指标，并经细致的分析比较后，选用平均先进的指标。 物料平衡的计算方法很多，但都是根据收支相等的原理，都以加入流程中 的全部原料与自流程中产出的产品、排除的废料和损失的总和为依据，又已知数 据求未知数据的过程。选择的方法只要在逻辑上合理，就都可以应用。在具体计 算过程中，可以采用代数法。 代数法是根据已知的或确定的条件，设联立方程式 来求解未知数；尝试法是根据选择近似的数据带入指定的条件，反复试算二、三 次得出十分近似的结果。这两种方法也可以结合进行，例如代数法的计算中，某 些部分采用尝试法。 物料平衡的计算顺序，可以从原料求产品（从头到未）
4、，也可以倒过来，从 产品推算出所需要的原料； 或者从流程的两头开始， 同时同中间进行演算到某一 处混合，也可以从中间过程开始再向两头进行。至于如何进行， 可视具体情况而 定。 物料平衡计算可以以一吨产品氧化铝或一吨铝土矿为基础，若以一吨产品 氧化铝为基础时，游泳成份氧化铝和氧化纳的误差小于3kg。 物料平衡计算结果的好坏，不仅要看计算结果是否准确（平衡），耕种要得 是否合乎生产实际情况。在计算过程中，不但要考虑游泳成份的绝对数量，而且 也要考虑其它浓度如何，也就是要注意要求的数量，因为浓度不同，体积相差很 大，对于选择设备核能好友极大的影响。 拜尔法物料平衡计算 工艺流程图一计算所用的原始数据
5、 （一）固体物料（ %） 名称SIO2 Fe2O3 AL2O3 其它LOI CaO Na2Ok 附水 印尼矿7.44 11.23 52.5 1.83 27 11.5 富矿6.68 4.83 44.8 11.63 4.31 27.75 返种赤 泥 洗 液白泥洗液第二氧化铝厂生产工艺流程图硅渣去 沉降槽滤 液烧结法碳母热水絮凝剂二次乏汽返 砂种 分 母 液液体碱调配槽印矿、富矿粗液 原料磨分级机矿浆槽管道化溶出自蒸发器稀释槽分离沉降槽洗涤沉降槽赤泥过滤机赤泥储槽烧结法配料叶滤原液槽精液 槽石灰乳叶滤 机板式交换器种分槽洗涤过滤机脱水过滤机氢铝皮带称焙烧炉氧化铝蒸汽蒸发 器蒸滤水电厂热水AH 仓蒸
6、发 母 液新蒸汽AH 分离过滤机干石灰乳1.40 6.30 0.87 21.82 69.31 0.30 (二)溶液成份 (g/l) 名称Na2Ot Na2Ok AL2O3 CO2 其它H2O 浮游 物密度温度循环母 液190.22 175.0 98.59 10.8 11.42 963.97 3.50 1275 78 粗液159.52 146.76 166.5 9.06 9.50 905.42 2.0 1250 105 过滤附 液1160 (三)其它条件 : 1、石灰乳：固含290g/l，fCaO 195， 密度 1160kg/m3， CaO c 6 g/l， 石灰乳加入量为：m3；2、液体碱：
7、 Na2Ok 305 g/l， 密度 1312kg/m3，NaOH 30%；3、氧化铝总回收率： 76.48%； 4、Na2O 损失： 191.28Na2Ockg/tAo； 5、分离沉降槽低流重量液固比：4.0，洗涤沉降槽末次低流重量液固比：3.5； 6、溶出液在自蒸发过程中浓缩水占矿浆量的4%； 7、分解的晶种比： 6.0，晶种含水率 16%； 8、氢氧化铝洗涤水消耗量为：0.6t/tAH，成品 AH 滤饼含水率 10%； 9、压滤机滤饼含水率30%，赤泥过滤机滤饼含水率为40%； 10、压滤赤泥占总量的20%，过滤赤泥占总量的80%； 11、溶出赤泥 A/S 1.07，N/S 0.58。
8、二损失估算 在氧化铝总回收率为76.48%下，若制取 1 吨含有 998kg 成品氧化铝，按矿 石和熟料的干量比为12: 1，设需矿石 x 吨，需要熟料 y 吨，则有： x=12y （1） x+y=998/(12 0.525/13)+(0.448/13)0.7648 (2) 解上述方程得：x=2318.26kg， y=193.18kg。 假设矿石和熟料在运输过程中无损失， 则进入磨矿工序的印尼矿干量为2318.26kg，进入磨矿工序的富矿熟料量为 193.18kg。进入溶出的物料， kg： 由印尼矿带入 AL2O3 2318.2652.5%=1217.08,同样可得 : Fe2O3 260.3
9、4 SIO2 172.48 LOI 625.93 其他42.42 合计2318.26 水分（附）2318.2611.5%=266.6 总计2584.85. 由富矿熟料带入 Al2O3193.1844.8%=86.54.同样可得 Fe2O3=9.33 SiO2 =12.9 其他=22.47 CaO =8.33 Na2Ok=53.61 合计=193.18. 溶出赤泥的大致组成为：kg SiO2 172.48+12.9=185.38 Fe2O3260.34+9.33=269.67 Al2O3(172.48+12.9)1.07=198.36 CaO 8.33 Na2Ok0.58185.38=107.5
10、2 其他42.42+18.61=61.03(熟料中的硫酸钠取2%溶出时进入溶液 ) LOI 83.34（其计算如下） 合计913.63 灼减计算如下： （1） 设熟料带入的 CaO均以 3CaO Al2O3 0.1SiO2 5.8H2O 存在， 则 8.33kgCaO 结合 SiO2 量为： 8.330.160/(563)=0.3kg，结合的结晶水量为： 8.33 5.818/(563)=5.18kg； （2） 假设除生成3CaOAl2O30.1SiO25.8H2O 的 SiO2 以外的 SiO2 均以 Na2OAl2O31.7SiO22H2O 存在，则结合结晶水量为： 36/102（185.
11、380.3）=65.32kg (3)设有 12.5%的 Fe2O3以 Fe(OH)3的形式存在，则结合的结晶水量为： 269.6712.5%54/160=11.39kg (4)剩余的 Al2O3以一水铝石存在，则结合结晶水量为： （198.36185.085.06）8.22/102=1.45kg。 灼减的总量为： 5.18+65.32+11.39+1.45=83.34kg 。 为计算简单， 设湿法部分损失均发生在叶滤后的精制液中，占原料带入氧化铝的 0.077%，各组份损失值列于下表：损失项Al2O3Na2O 占原料中 % kg 占总碱损 % kg 化损15.21 198.29 56.19 1
12、07.48 水解损1.696 20.94 附损5.87 76.56 41.43 79.24 石灰乳损0.67 8.73 1.88 (AH 损)3.6 叶滤损0.077 1 0.96 0.96 合计305.52 100 191.28 配料计算 进入矿浆磨的物料有印尼矿、富矿熟料、液体碱和循环母液（我厂又称之为 掺配液） ，设溶出液的可性分子比控制范围为1.391.49，取 1.436，设所需的掺 配液量为 Zm3，则可列出： 1.645(175Z+191.280.58185.38)/(98.59+3.502/156)Z+1303.63185.38 1.07=1.436 解上式得： Z=10.13
13、m3 上式中： 175掺配液的可性氧化钠浓度，g/l 98.59 掺配液的氧化铝浓度， g/l 3.5 掺配液浮游物氢氧化铝的浓度，g/l 191.28生产一吨氧化铝的碱耗，kg 185.38矿石及熟料所含的SiO2，kg 1303.63矿石及熟料所含的Al2O3，kg 循环母液中各成分为， kg Al2O310.13(98.59+3.5102/156)=1021.90 Na2Ok10.13175=1772.75 Na2Oc10.13(190.22175)=154.18 CO210.1310.18=103.12 SiO2 10.130.84=8.54 其他10.1311.42=115.68 H
14、2O 10.13963.97=9765.02 合计12941.19 原矿浆量 =湿铝土矿量 +富矿熟料量 +液体碱量 +掺配液量。 依据前面确定的总碱耗为191.28kg 苛性氧化钠，已计算出富矿熟料所带入的 Na2Ok为 53.61kg，故液体碱应带入的Na2Ok量为 191.2853.61=137.67kg，需含 NaOH 30%的液体碱量为： 137.67/30%=592.21kg ，其中的含水量为： 592.21137.67=454.54kg 。 原矿浆量 =2584.85+193.18+592.21+12953.47=16323.71kg. 低温溶出平衡见表一 赤泥浆液的稀释、分离、
15、洗涤平衡 粗液的组成见下表组份浓度 g/l % AL2O3 166.5 13.32 Na2Ok146.76 11.74 Na2Oc12.76 1.02 CO29.06 0.72 SIO2 0.76 0.06 其他8.74 0.7 H2O 905.42 72.43 合计1250 100 其他说明粗液的苛性分子比1.45,粗液浮游物 2.18g/l. 为计算简单，假设所有水解损失均在洗涤沉降槽中发生，混合粗液的浮游物为 2.18g/l（压滤机滤液浮游物视作零） 。 去精制（叶滤的）粗液量的计算： 粗液由分离沉降槽的溢流和压滤机的滤液组成，设压滤机滤液浮游物为零， 混合粗液浮游物为2.18g/l。粗
16、液中的 Al2O3量为： 2126.7620.9476.56=2029.26kg 。 式中： 2126.76为溶出液中的氧化铝量， kg， 20.94为洗涤沉降槽中的氧化铝水解损失，kg， 76.56为压滤机和过滤机的浮液损失和，kg。 则粗液的体积为： 2029.26/166.5=12.19m3 。混合粗液的浮游物量为：kg，2.18 12.19=26.62. 分离沉降槽底流赤泥量为，kg：913.6326.62=887.01。 去洗涤沉降槽的赤泥量为，kg：887.0180%=709.61。底流带走的粗液量为， kg：709.614=2838.44。 式中：4为分离沉降槽的底流重量液固比。 底流附液中： Al2O3：2987.12/1250166.5=378.08 Na2Ok：2987.12/1250146.76=333.2
