拜耳法生产氧化铝工艺设计计算1 目的与要求通过工艺设计计算，对氧化铝生产工艺工艺流程有更深入全面的了解，培养和训练学生具备解决复杂的工艺问题、管理氧化铝生产、进行物料平衡计算的能力。
在进行冶金计算之前，必须收集有关现场数据，以便于具体计算。
为了计算的方便，下面的物料平衡计算按生产1吨氧化铝为基准进行。
2 主要生产技术指标的选择1）产品为一级氧化铝（国标）：32O Al 含量 不低于006.98。
本设计取为0099。
2）铝土矿的化学组成（00）表1 铝土矿成分表 成分32O Al 32O Fe 2SiO 2TiO O H 22CO 其他 合计附着水67.40 11.08 5.45 4.2010.77 0.520.58100 0.93）石灰的化学组成（00）表2 石灰石的成分表成分CaO 32O Al 2SiO2CO 其他合计87.56 3.8 3.27 5.190.181004）氧化铝实际溶出率：0009.89，总回收率：0087。
5）石灰添加量占干铝土矿量的008。
6）碱耗：32/53O Al t kg 补碱组成表3 补碱成分表 成分k O Na 2 c O Na 22COL g /438.87.25.1密度=14403/m kg 7）循环母液的组成表4 循环母液的成分成分k O Na 232O Alc O Na 22COTO Na 2L g /240135.132014.19260密度=13583/m kg3=K α8）稀释后的铝酸钠溶液组成 表 5 铝酸钠溶液成分成分k O Na 232O Alc O Na 22COL g /160181.5211.047.83密度=13153/cm g 48.1=K α9）沉降分离底流0.3=S L ，末次洗涤槽底流0.1=S L 。
10）弃赤泥液相中O Na 2的含量（浓度）：L g 25.2。
11）溶出后赤泥的35.1=S A ， 3.0=S N 。
12） 溶出过程浓缩率：008。
13）晶种分解中种子比为3.0，种子附水率为000.18，分离后氢氧化铝浆液的0.1=S L 。
14）氢氧化铝洗涤水的消耗量为3)(0.1OH Al t t -，氢氧化铝滤饼的含水量为0010。
15）蒸发中，O H CO Na 232⋅带走的循环母液为湿沉淀质量的0050。
16）苛化时的石灰数量为化学反应计算量的00125，苛化率为0090。
17）苛化时碳酸钠-石灰浆夜得液相中含00210T O Na ，弃石灰渣中含水量0025。
3 物料平衡计算3.1 损失计算根据原始数据，该铝土矿的铝硅比37.12=S A ，故理论溶出率00000091.9110040.6745.540.67100=⨯-=⨯-=A S A 理η 实际溶出率00000009.8910040.6735.137.12100)()()(=⨯-=⨯-=矿赤矿理S A S A S A η因总回收率比实际溶出率低003~2，故本次设计的实际的总回收率取0087。
在氧化铝的产出率为0089的条件下，如果制取1吨含量为0099的成品氧化铝，则需要干铝土矿为：kg 32.1688)6740.089.0(990=⨯÷其中应含有氧化铝：kg 93.11376740.032.1688=⨯ 因而，氧化铝的总损失量：kg 93.14799093.1137=-其中，破碎及储存时氧化铝的损失量为生产一吨氧化铝所需总32O Al 量的003.0，即为：kg 41.393.11373.000=⨯相当于损失干铝土矿：kg 06.56740.041.3=÷则进入湿磨工序的干铝土矿：kg 26.168306.532.1688=- 干石灰添加量为kg 996.100626.168300=⨯湿磨过程中32O Al 的损失与破碎时相同，即有：kg 6.1123.0⨯，相当于干铝土矿为kg 06.527.6741.300=÷则送溶出的原矿浆矿石量为：kg 20.167806.526.1683=- 送溶出的铝土矿中，各成分含量如下表6：表6 送溶出的铝土矿成分成分 含量/kg 32O Al 11.1131674.020.1678=⨯ 32O Fe 94.18511.020.1678=⨯ 2SiO 46.91055.020.1678=⨯ 2TiO 48.70042.020.1678=⨯ 2CO 73.80052.020.1678=⨯O H 274.1801077.020.1678=⨯其它 73.90058.020.1678=⨯合计 1678.20 附着水1.15009.020.1678=⨯而送溶出的石灰成分见表 7：表7 送溶出的石灰化学成分成分含量/kgCaO43.888756.099.100=⨯ 2CO 24.50519.099.100=⨯ 32O Al84.3038.099.100=⨯ 2SiO30.30327.099.100=⨯ 其它 18.00018.099.100=⨯ 合计100.99需要补加的苛碱溶液体积为：312.0)2.78.438(53m =+÷ 质量为：kg 80.172144012.0=⨯ 则补碱溶液中各组分含量见表 8：表8 补碱溶液成分成分 含量/kgO Na 2 53 2CO61.012.01.5=⨯ O H 2（按差值计）75.11761.05336.171=--合计171.36溶出后赤泥的组成如表9：表9 赤泥成分成分含量/kg32O Al )35.1(93.12735.176.94==⨯S A 赤泥 O Na 2)3.0(43.283.076.94==⨯S N 赤泥32O Fe185.94 2SiO94.76 2TiO70.48 CaO88.43 其它 9.91不计灼碱的赤泥127.93+28.43+185.94+94.76+70.48+88.43+9.91=605.88灼碱的计算过程如下：1）若赤泥中的CaO 以O H TiO CaO 22⋅⋅的形式存在，那么248.70kgTiO 结合①CaO ：kg 34.49568048.70=⨯ ② O H 2 kg 86.15188048.70=⨯ 2）若赤泥中剩余的CaO 以O H SiO O Al CaO 223263⋅⋅⋅的形式存在，那么kgCaO 09.3934.4943.88=-结合 ① 2S iO ：kg 96.14603156/09.39=⨯⨯②O H 2：kg 13.2618256/09.39=⨯⨯3）若2S i O 在赤泥中以O H SiO O Al O Na 2232227.1⋅⋅⋅形式存在，那么28.7996.1476.94kgSiO =-结合O H 2：kg 77.27367.1/50/8.79=⨯4）若008.1的32O Fe 在赤泥中以)3()(2323O H O Fe OH Fe ⋅形式存在，则结合O H 2：kg 13.154150/018.094.185=⨯⨯由此可得灼碱为：80.7113.177.2713.2686.15=+++ 总赤泥量为kg 68.67780.7188.605=+若过程中水解造成氧化铝损失量为生产一吨氧化铝所需总32O Al 量的004.0，则水解损失320055.44.093.1137O kgAl =⨯，因此加上水解损失的氧化铝则赤泥总量应为kg 64.68454102/55.455.468.677=⨯++O Na 2的化学损失稍低于组成为O H SiO O Al O Na 2232222⋅⋅⋅时同239.71kgSiO 相结合的O Na 2，因为水和铝酸钠中有一部分O Na 2会被CaO 所取代。
由于洗涤不完全，故随赤泥损失的O Na 2为：kg 75.100255.00.164.684=⨯⨯上式中：1.0为末次洗涤槽底流S L ，2.55为弃赤泥液相中O Na 2的含量（g/L ）。
根据以上计算，得出32O Al 和O Na 2的损失量表，见表10.表10 32O Al 和O Na 2的损失量损失项目 损失32O Al 占总量/00损失的氧化铝质量/kgO Na 2/kg 破碎及储存0.3 3.41 / 湿磨0.3 3.41 1.00 赤泥不溶解形式11.2127.93 28.43 赤泥溶解形式 0.33.2 1.75 水解0.48 4.55 / 分解0.065 0.715 8.60 蒸发及析出苏打0.121.32 6.08 石灰乳渣0.11 1.20 5.80 焙烧0.11 1.21 0.60 合计13 147.93 533.2 循环溶液计算分解过程氧化铝的分解率： 000067.500.348.1-11001==⨯-）（母原αα 因此，进入分解过程的铝酸钠溶液中32O Al 含量为：kg 25.19565067.0)23.1990(=÷+上式中：1.23为焙烧时损失的32O Al （见表10）。
如果分解过程中无机械损失，则留于母液中的32O Al 为：kg 49.99023.199025.1956=--如果考虑到32O Al 分解，蒸发和苏打苛化时的损失，则循环溶液中32O Al 为kg 19.98722.134.174.049.990=---当8.2=母α时，其所含的K O Na 2为kg 35.1800645.18.219.987=÷⨯ c O Na 2量为T O Na 2的008，即： 00002228100=⨯+K c cO Na O Na O Na则L g O Na O Na K C /2192824092822=⨯=⨯= 因此循环母液中2CO 含量为：kg 19.144462/21=⨯循环母液中32O Al 浓度为L g /60.1310.3/240645.1=⨯ 循环母液的体积为：35.724035.1800m =÷ 322/36.1001865.000142.00009.0)2()2(cm g N N A d C K NaOHNaOH=++++=ρρ上式中：NaOH ρ-O Na 2浓度与铝酸钠溶液中T O Na 2浓度相等的NaOH 溶液密度 L g /275.1： A-铝酸钠溶液中32O Al 浓度；K N -铝酸钠溶液中苛碱浓度；C N -铝酸钠溶液中碳碱浓度。
则循环母液的质量为：kg 1018513585.7=⨯ C O Na 2：kg 5.157215.7=⨯2CO ：kg 77.11144625.157=⨯÷则O H 2：kg 19.71285.15777.11135.180019.98710185=---- 原矿浆量=铝土矿重量+石灰重量+补碱重量+循环母液 =11018536.17199.100)1.1520.1678(-++++ =kg 65.12149式中1—磨矿时O Na 2的损失，kg溶出时矿浆浓缩率为008，即浓缩水量为kg 97.971865.1214900=⨯根据上述计算得的数据引出高压溶出的平衡表如表11所示：表11 高压溶出平衡表进/kg 出/kg 铝土矿溶出浆液32O Al1131.11 32O Al 2121.14 32O Fe185.94 T O Na 22110.14 2SiO91.46 32O Fe185.94 2TiO70.48 2SiO94.76 2CO8.73 2TiO70.48 其它 9.73 CaO88.43 灼碱 180.74 2CO126.35 附着O H 2 15.1 其它 9.91 总计1693.29灼碱180.74 石灰O H 26289.07 CaO88.43 总计 11178.67 2CO 5.24 湿磨O Na 2的损失1 32O Al3.84 浓缩水量971.97 2SiO3.30其它0.18总计 100.99 苛性碱K O Na 2 52.15 c O Na 2 0.85 2CO0.61 O H 2117.75 总计171.36循环母液32O Al 987.19 K O Na 2 1800.35 c O Na 2 157.5 2CO111.77 O H 27128.19 总计 10185合计12150.6412150.643.3 浆液的稀释与沉降稀释后的赤泥浆液溶液中，K O Na 2浓度为L g /160，当45.1=K α时，其32O Al 浓度为：L g /52.18145.1645.1160=÷⨯当55.1=Tα时，c O Na 2浓度=L g /04.11160645.155.125.181=-⨯2CO 浓度=L g /83.74462037.11=⨯÷322/31.1001865.000142.00009.0)2()2(cm g N N A d C K NaOHNaOH=++++=ρρ上式中：NaOH ρ-O Na 2浓度与铝酸钠溶液中T O Na 2浓度相等的NaOH 溶液密度 ，L g /207.1： A-铝酸钠溶液中32O Al 浓度；K N -铝酸钠溶液中苛碱浓度；C N -铝酸钠溶液中碳碱浓度。