烟台南山学院实训报告题目：氧化铝溶出工艺过程控制姓名：___ 纪传宝 ___ 所在学院：___自动化工程学院____ 所学专业：_______自动化________ 班级：_____08自本1班_____ 学号：____200807009680____ 指导教师：______王卫军________ 完成时间：____2011-6-14 _____目录1.过程控制课程设计的目的工艺 (3)1.1设计目的 (3)1.2氧化铝生产工艺 (3)2．氧化铝生产方法 (4)2.1碱法 (4)2.1.1拜耳法 (4)2.2烧结法 (7)2.3联合法 (9)3.高压溶出 (11)3.1概述 (11)3.2铝土矿及循环母液的主要成分 (11)3.3铝土矿各种成分在溶出过程中的行为 (11)3.3.1氧化铝水合物溶出时的行为 (11)3.3.2 氧化硅在溶出过程中的行为 (11)3.3.3 氧化铁在溶出过程中的行为 (12)3.3.4 氧化钛在溶出过程中的行为 (12)3.3.5 氧化钙在溶出过程中的行为 (12)3.4铝土矿高压溶出过程中添加石灰的作用 (13)3.5铝土矿的溶出过程 (13)3.6溶出过程的质量指标 (13)3.7影响溶出过程的因素 (14)3.7.1 溶出温度 (14)3.7.2 保温时间 (14)3.7.3 溶出液中氧化铝浓度 (14)的影响 (14)3.7.4 溶出液k3.7.5 搅拌强度 (15)3.7.6 矿浆细度 (15)4. 结论 (16)5.参考文献 (17)1.过程控制课程设计的目的工艺1.1 设计目的本课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。

1.2 氧化铝生产工艺世界上氧化铝的生产主要是碱法，包括三种不同方法，即拜耳法、烧结法和联合法，工艺技术方法应用主要依据铝矿石的质量。

拜耳法是利用较高品位的铝矿石，与碱液、石灰乳及母液按比例混合后磨制成料浆，经预脱硅后在相应温度、压力条件下直接溶出铝酸钠，再经赤泥分离、种子分解和氢氧化铝焙烧等工序制得成品氧化铝。

对于铝硅比大于7的高品位矿石，以拜耳法生产工艺为首选，其能耗低、投资省、产品质量好且污染物产生量少，属于氧化铝工业清洁生产工艺。

烧结法是将铝土矿破碎后与石灰、纯碱、无烟煤及返回母液按比例混合，磨成生料浆，喷入烧成窑制成熟料，再经熟料溶出、赤泥分离、铝酸钠分解和氢氧化铝焙烧等工序，制得成品氧化铝。

该工艺流程长、能耗高、污染物产生量大，但其最大优点是可利用低品位铝土矿，符合我国铝土矿资源的特点。

联合法是将拜耳法和烧结法联合起来，处理铝硅比3～7的矿石，充分发挥各自的长处，联合法有并联、串联以及混联三种基本流程。

混联法是将高品位矿石采用拜耳法处理，拜耳法赤泥与低品位的矿石一起进入烧结法生产系统。

整个工艺流程复杂，但氧化铝实收率高。

能耗、物耗比单纯烧结法低，比常规拜耳法高，单位产品排污量介于二者之间。

串联法是将全部矿石先用经济的拜耳法处理，回收绝大部分氧化铝，然后用烧结法处理拜耳法赤泥，回收大部分碱和小部分氧化铝，烧结法溶液经脱硅后进入拜耳法系统，溶液析出的碱返回烧结法系统配科。

2．氧化铝生产方法氧化铝生产方法大致可分为四类，但目前用于工业生产的几乎全属于碱法律。

2.1碱法碱法生产氧化铝的基本过程如图所示。

熔烧2O3铝矿石图2-1碱法生产氧化铝基本过程碱法生产氧化铝，是用碱（NaOH或Na2CO3）来处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠铝液。

矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物，将不溶残渣（由于含氧化铁而呈红色，故称为赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合利用，以回收其中的有用组分，纯净的铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝，经与母液分离、洗涤后进行焙烧，得到氧化铝产品。

分解母液可循环使用，处理另外一批矿石。

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多种流程。

2.1.1拜耳法拜耳法是适于处理低硅铝土矿，尤其是在处理三水铝石型铝土矿时，具有其他方法所无可比拟的优点。

目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有90%以上是采用拜耳法生产。

拜耳法的两大过程；即分解与溶出。

1）铝酸钠溶液的晶种分解过程分子比较低的（约1.6左右）铝酸钠溶液在常温下，添加氢氧化铝作为晶种，不断搅拌，溶液中的Al2O3便以氢氧化铝形式慢慢析出，同时溶液的分子比不断增大。

2）溶出析出大部分氢氧化铝后的溶液，称之为分解母液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这就是利用种分母液溶出铝土矿的过程。

交替使用以上两个过程就可以一批批地处理铝土矿，得到纯的氢氧化铝产品，构成所谓拜耳法循环。

拜耳法的实质是如下反应在不同条件下交替进行的。

aq OH NaAl q a NaOH O H O Al +⇔++4232)(2231(）或拜耳法的特点：● 适合高A/S 矿石，A/S ＞9： ● 流程简单，能耗低，成本低。

● 产品质量好，纯度高。

拜耳法分类：由于铝土矿的类型不同，在世界上形成了两种不同的拜耳法方案。

1）美国拜耳法以三水铝石型铝土矿为原料。

由于三水铝石型铝土矿中的Al 2O 3很容易溶出，因而采用低温、低碱浓度溶出，一般情况下为Na 2O 110g/L 以下。

溶出的温度为140～145℃，停留时间不足1h ,分解初温高（60～70℃），种子添加量较小（50～120g/L ）,分解时间30-40h,产品为粗粒氢氧化铝，但产出率低，仅为40～45g/L 。

这种氢氧化铝焙烧后得到砂状氧化铝。

2）欧洲拜耳法以一水软铝石型铝土矿为原料。

采用高温、高碱浓度溶出，苛性钠浓度一般在200g/L 以上，溶出温度达170℃，停留时间约2～4h 。

经稀释扣，将苛性钠浓度高达150g/L 的溶液进行分解。

分解时，分解初温低（55～60℃或更低），种子添加量较大（200～250g/L ）。

分解时间50～70h,产出率高达80g/L,但得到的氢氧化铝颗料细，焙烧时飞扬损夫大，得到面粉状氧化铝。

为了适应电解对氧化铝的要求，现今的欧洲拜耳法已是在高温高碱浓度溶出，低温、高固含、高产出率的分解条件下生产砂状氧化铝了。

详见拜耳法生产氧化铝工艺流程图：H2O 氧化铝图2-2 拜耳法生产氧化铝工艺流程图2.2烧结法碱石灰烧结法的基本原理是，使炉料中的氧化物经过高温烧结转变为铝酸钠(Na2O·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3)、原硅酸钙(2CaO·SiO2)和钛酸钙(CaO·TiO2),用水或洗碱液溶出时，铝酸钠溶解进入溶液，铁酸钠水解为NaOH和Fe2O3·H2O沉淀，而原硅酸钙和钛酸钙不溶成为泥渣，分离出去泥渣后，得到铝酸钠溶液，再通入CO2进行碳酸化分解，便析出Al(OH)3 ,而碳分母液（主要成分为Na2CO3经蒸发浓缩后可返回配料烧结，循环使用。

Al(OH)3经焙烧即为产品Al2O3（详见工艺流程图）碱石灰烧结方法的特点：●适合低于A/S矿，A/S 3～6；●流程复杂、能耗高、成本低●产品质量较拜耳法低。

成品氧化铝图2-3 烧结法工艺流程图2.3联合法拜耳法和碱石灰烧结法是目前工业上生产氧化铝的主要方法，它们各有其优缺点和运用范围。

而当生产规模较大时，采用拜耳法和烧结法的联合生产流程，可以兼有两种方法的优点，而消除其缺点，取得比单一的方法更好的经济效果，同时可以更充分利用铝矿资源。

联合法可分为并联、串联和混联三种基本流程，它主要适用于A/S 7～9的中低品位铝土矿。

详见联合法生产工艺流程图：图2-4 联合法生产工艺流程图3.高压溶出3.1概述铝土矿的溶出过程一般是在高压（高温）条件下进行的。

高压溶出的目的：用循环母液（苛性碱溶液）迅速将铝土矿中的Al 2O 3溶出，制成铝酸钠溶液。

3.2铝土矿及循环母液的主要成分1) 拜耳法生产中所用铝土矿的主要成分： 有用成分：氧化铝（Al 2O 3）（主要有用成分）、镓 杂质：氧化硅（SiO 2）、氧化铁（Fe 2O 3）、 氧化钛（TiO 2）、碳酸盐 2) 溶出所用循环母液的主要成分：苛性钠（NaOH ），铝酸钠[NaAl(OH)4]，碳酸钠（Na 2CO 3）3.3铝土矿各种成分在溶出过程中的行为铝土矿在溶出过程中发生的主要反应是氧化铝水合物的溶出。

溶出过程中绝大部分的杂质多进入赤泥中，但也有少量的杂质溶解于碱液中，杂质在溶出过程中的反应也影响到氧化铝生产的技术经济指标。

3.3.1氧化铝水合物溶出时的行为铝土矿中所含的氧化铝水合物在溶出时与循环母液中的NaOH 作用生成铝酸钠进入溶液，形成铝酸钠溶液。

反应方程式：aq OH NaAl aq OH N O H O Al +=++⋅4232)(2a 231(）或这是溶出过程的主反应。

3.3.2 氧化硅在溶出过程中的行为在溶出过程中的行为取决于它的矿物组成、溶出温度和溶出过程的时间。

游离状态的和石英只有在较高的温度下（>150℃）才开始和铝酸钠溶液起反应。

如果在低温下溶出三水铝石，这部分将转移到赤泥中被分离出去。

而以硅酸盐状态存在的氧化硅在溶出过程中于碱液作用生成Na 2SiO 3进入溶液中，Na 2SiO 3随即与溶液中的铝酸钠发生脱硅反应生成含水铝硅酸钠（钠硅渣） （Na 2O·Al 2O 3·1.7SiO 2·nH 2O ）进入固相赤泥中。

高压溶出过程铝酸钠溶液的硅量指数一般达150-200。

SiO 2在Al 2O 3生产中的危害：● 生成含水铝硅酸钠，造成Na 2O K 和Al 2O 3的损失。

按Na 2O·Al 2O 3·1.7SiO 2·nH 2O 分子式计算，每公斤SiO 2造成0.608公斤的Na 2O K 和1公斤Al 2O 3的损失，因而拜耳法只适应于处理低硅优质铝土矿。

● 由于溶出液在流程中发生脱硅反应，造成工厂管道和设备器壁上产生结疤，妨碍生产。

● 残留在铝酸钠溶液中的SiO 2在分解时会随Al(OH)3一起析出，影响产品质量。

因此，在生产过程中要控制和减少SiO 2的有害作用。

3.3.3 氧化铁在溶出过程中的行为在铝土矿溶出过程中所有铁矿物全部残留在赤泥中，成为赤泥的重要组成部分。

3.3.4 氧化钛在溶出过程中的行为铝土矿中的含钛矿物以金红石和锐钛矿存在。

氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠N a 2O·3TiO 2·2H 2O 。