氧化铝焙烧生产工艺(PPT59页)
氧化铝生产工艺(碱石灰烧结法)
第14章 铝酸盐炉料烧结过程的物理化学反应
Al2O3的反应：熟料烧结过程中炉料中的Al2O3在较高的温度下可以
与Na2CO3相互作用，生成铝酸钠Na2O· Al2O3。 A12O3+Na2CO3＝Na2O· A12O3+CO2↑
常温下反应向左进行 温度在500~800℃开始反应，且反应速度较慢。 随着温度升高，反应速度加快，温度高于1150℃时，烧结反应 可在1小时内完成。 Na2O:Al2O3>1，过量的Na2CO3 在800 ℃左右促进反应进行， 1000 ℃以上阻碍反应进行。
第13章 烧结法生产氧化铝的原理和基本流程
碱石灰烧结法的主要工序
生料浆的制备（原料准备） 熟料烧结 熟料溶出 铝酸钠溶液脱硅 碳酸钠分解 氢氧化铝分离、洗涤 氢氧化铝焙酸盐炉料烧结过程的物理化学反应
生料浆：铝土矿，石灰，循环母液，硅渣
铝土矿：Al2O3· nH2O(氧化铝水合物），Fe2O3（赤铁矿等）， Al2O3· 2SiO2· 2H2O（高岭石），TiO2（锐钛矿等） 石灰：CaO(石灰），CaCO3（石灰石）
循环母液：Na2CO3，Na2SO4，NaAl(OH)4，H2O
硅渣：Na2O· Al2O3· nSiO2· 2H2O(钠硅渣)， CaO· Al2O3· xSiO2· yH2O(水化石榴石) 这些成分在高温下烧结，总是朝向一定条件下的平衡物相转变，得 到的平衡产物和同样条件下由单体氧化物得到的平衡物相是一样的，即 最终都达到相同的热力学温度状态。因此生料烧结在充分进行前提下， 可以看成是有单体氧化物组成的生料体系结构。
而生成 Na2O•Al 行料浆调整和成分分析，料浆在此调配 原硅酸钙 (2CaO •SiO2)和钛酸钙(CaO•TiO2) 2O3，有利于溶出，同
氧化铝厂 焙烧炉工艺流程
氧化铝厂焙烧炉工艺流程A calcination furnace, also known as a roasting furnace, is an essential part of the aluminum oxide production process. 钙钛矿石产生的氧化铝需要在高温下经过焙烧才能得到纯净的氧化铝产品。
Calcination is the process of heating the aluminum oxide at high temperatures to drive off water and carbon dioxide, leaving behind pure aluminum oxide. 焙烧炉的工艺流程需要精确控制温度和气氛以确保产品的质量。
The process involves careful control of temperature and atmosphere to ensure the quality of the product.The first step in the process is the preheating stage, where the raw aluminum oxide is loaded into the furnace and heated to a certain temperature. 炉子在这个阶段会使用燃料加热，以达到合适的温度。
During this stage, any impurities in the aluminum oxide will start to break down and evaporate, leaving behind a purer product. 在预热阶段，需要适当的控制加热速度和温度以及气氛，以确保原料完全适应高温环境。
The heating rate, temperature, and atmosphere need to be carefully controlled during the preheating stage to ensure that the raw material can withstand the high temperatures.Once the preheating stage is complete, the temperature is increased further to begin the calcination process. 这个阶段需要持续一段时间，使得原料中的水分和二氧化碳得以完全挥发。
氧化铝厂焙烧炉工艺流程
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氧化铝生产工艺流程图氧化铝生产工艺流程图氧化铝生产工艺流程图(精)
氧化铝生产工艺流程图氧化铝生产工艺流程图氧化铝生产工艺流程图氧化铝生产工艺流程图流程仿真技术原理流程仿真技术原理流程仿真技术原理流程仿真技术原理根据工艺过程所涉及到的基础物性数据,引用或创建特定的物性包,建立生产过程中的单元设备的数学模型和单元设备之间的模型,从而完成完整描述实际生产过程系统的数学模型[6,7]。
通过一定的数学方法对过程中所涉及到的模型进行联列求解。
通过装置的稳态和动态模型,进行不同方案和工艺条件的分析,为新工艺的规划、研究开发和技术可靠性进行分析,为生产实际提供优化操作指导。
在动态模拟中,还可以通过不同控制策略的比较,对生产过程进行优化控制[5]。
生产过程的数学模型通常为一大型非线性代数方程组,过程模拟实质就是通过求解该非线性方程组来预测在一定工艺条件下生产过程的性能。
常用的求解方法主要有序贯模块法、联立方程法和联立模块法[3]。
氧化铝生产工艺氧化铝生产工艺氧化铝生产工艺氧化铝生产工艺氧化铝的生产方法有酸法、碱法和热法。
目前氧化铝工业生产实际应用的是碱法。
碱法又包括拜耳法、烧结法及各种形式的联合法。
因拜耳法生产成本低,经济效益好,流程相对简单,应用最广,所以主要介绍一下拜耳法的生产工艺。
所谓拜耳法是因为它是由K.J.bayer在1889-1892年提出而得名的。
拜耳法主要包括两个主要过程,一是Na2O 与Al2O3摩尔比为1.8的铝酸钠在常温下,只要添加氢氧化铝作为晶种,不断搅拌,溶液种的Al2O3就可以呈氢氧化铝析出,直到其中Na2O:Al2O3的摩尔比提高到6为止,此即为铝酸钠溶液的晶种分解过程。
另一过程是已经析出了大部分氢氧化铝的溶液。
在加热时,又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物。
此即利用种分母液溶出铝土矿的过程。
交替使用这两个过程处理铝土矿,得到氢氧化铝产品,构成所谓拜耳法循环[8]。
拜耳法的生产工艺流程图如图1所示。
氧化铝生产工艺
拜耳法需要使用大量的碱液，生产过程中会产生大量的废水和废渣，对环境造 成一定的影响。同时，拜耳法对于原料的品质要求较高，对于低品位铝土矿的 处理能力有限。
03
烧结法生产工艺
烧结法原理
1
烧结法是一种通过高温烧结来合成氧化铝的方法 。
2
在烧结过程中，铝酸盐、铝硅酸盐或其他含铝原 料与氢氧化铝混合，经过高温烧结转化为氧化铝 。
晶体结构
氧化铝具有多种晶体结构 ，其中最为常见的是αAl2O3和γ-Al2O3，它们 具有不同的物理和化学性 质。
热稳定性
氧化铝具有良好的热稳定 性，可在高温下保持稳定 的性能。
氧化铝的用途
陶瓷和耐火材料
氧化铝陶瓷和耐火材料广 泛应用于高温工业领域， 如钢铁、有色金属、玻璃 和化工等。
磨料和研磨剂
联合法优缺点
优点
联合法结合了拜耳法和烧结法的优点 ，提高了氧化铝的提取率和纯度，同 时降低了能耗和生产成本。
缺点
联合法工艺流程较为复杂，需要严格 控制工艺参数，同时对原料质量和设 备要求较高。
05
氧化铝生产的环境 影响与可持续发展
氧化铝生产的环境影响
资源消耗
氧化铝生产过程中需要大量的铝土矿，导致 资源开采过度。
氧化铝被用作磨料和研磨 剂，用于研磨、抛光和清 洁等加工领域。
催化剂载体
氧化铝作为催化剂载体广 泛应用于石油、化工和环 保等领域。
氧化铝的生产方法
1 2
酸碱联合法
酸碱联合法是氧化铝生产中常用的方法之一，通 过酸碱反应将铝土矿中的氧化铝提取出来。
碱法
碱法是利用苛性钠溶液与铝土矿中的氧化铝反应 ，生成氢氧化铝，再经过焙烧得到氧化铝。
04
联合法生产工艺
氧化铝粉焙烧工艺及设备
焙
烧
烧
区
区
域
域
工
设
艺
备
焙烧区域的任务
1、把分解车间送来的料浆 经过平盘过滤，得到合格 的氢氧化铝； 2、把平盘过滤的氢氧化铝 经过高温焙烧，制成合格 的氧化铝送到氧化铝大仓; 3、把大仓内的氧化铝根据 需要，包装成吨袋送至堆 栈发运。
焙烧区域的工序
本区域包括三个工序， 分别为成品过滤（包 括焙烧循环水）、氢 氧化铝焙烧（包括天 然气调压站）、氧化 铝仓及堆栈（包括氧 化铝输送系统）。
艺
•生产上水：
指
•平时水温 •夏季水温
≤32℃ ≤37℃
标
•电力供应：
标
•正常电压波动范围 ±5%
准
来料指标标准：
平盘
焙烧炉
• 洗水温度
85-90℃
• 洗水用量 化铝
0.57t/t-氢氧
• ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ浆固含
600-800g/l
• 调整后反吹风压力 0.050.1Mpa
• 真空度0.06Mpa
入炉氢氧化铝滤饼：附水 含量≤8% • 附碱含量≤0.12%
除尘，收集的粉尘被送回焙烧系统第二级冷
却旋风筒（Cc102,Cc202），净化后的烟气(含 尘量低于50mg/m3)排入大气中。 燃烧器系统包括：启动燃烧器
T12(SHG101,SHG201)，主燃烧器 V19(CB101,CB201)，辅助燃烧器V08(PB101,201)， 文丘里干燥热发生器T11(VHG101,201)。
（Pc103,Pc203）进行气料分离；在一级旋风预 热器(Pc101,Pc201)分离后的烟气进入静电除尘 器。
经热分离器（Pc103,Pc203）分离后的氧化铝与二级 冷却旋风筒（Cc102,Cc202）来的预热空气混合并进 入一级冷却旋风筒（Cc101,Cc201）进行分离；经一 级冷却旋风筒（Cc101,Cc201）分离后的氧化铝与三 级冷却旋风筒（Cc103,Cc203）来的预热空气混合并 进入二级冷却旋风筒（Cc102,Cc202）进行分离；依 此类推，最终氧化铝经四级冷却旋风筒
氧化铝焙烧生产工艺(1)
燃烧站
辅助燃烧站V08
长明灯式安全燃烧器 包括：1套燃烧器，由烧 嘴、布风器、点火器、火 焰监测器组成。 1套燃气站，由流量计、 调节阀、气动切断阀、电 磁阀和测温测压仪表及变 送器、PLC控制柜等组成。 1套空气系统，由鼓风机、 流量计等组成。
氧化铝焙烧生产工艺(1)
主燃烧站V19
燃烧站
主燃烧系统，包括：12个 燃烧器、支管、连接软管等 1套燃气站，包括流量计、 调节阀、气动切断阀、电磁 阀和测温测压仪表及变送器、 PLC控制柜等组成。 焙烧炉热量由V19供给。
氧化铝焙烧生产工艺(1)
干燥热发生器 包括：1套燃烧器、1套燃气 站、1套空气系统。 原料水分正常时，预热焙烧 系统的热量可以满足干燥需 要，如果原料水分增高,需要 启动T11，提供额外的热量来 稳定A02T1，使之不低于 150℃。 A02温度要高于废 气的酸露点，以防止废气对 烟道、电收尘的酸腐蚀，操 作上要保持在150℃以上。
氧化铝焙烧生产工艺(1)
焙烧的目的 把氢氧化铝中的附着水、结晶水脱除，并完 成γ－Al2O3向α－Al2O3的转变，生成物理和化 学性质符合电解要求的氧化铝。
氧化铝焙烧生产工艺(1)
焙烧的目的
电解用铝的要求
一、氧化铝的化学纯度
AO-1 AO-2 AO-3
Al2O3 98.6 98.5 98.4
SiO2 0.02 0.04 0.06
燃烧站
氧化铝焙烧生产工艺(1)
电收尘及返灰系统
电收尘P11 电收尘是使含尘气体通过高压直流电场，利用静电分离原理将气体净化。 由阴极线、阳极板、气流分布装置、清灰装置、外壳和供电设备组成。
氧化铝焙烧生产工艺(1)
电收尘P11
烧结法生产氧化铝
烧结法生产氧化铝
粗液脱硅 熟料溶出过程中，原硅酸钙不可避免的与溶液发生反应，造成粗液中会有 5~6G/L的SIO2，这部分杂质将影响成品氧化铝的质量。为了保证产品质量，粗液必 须进行专门的脱硅处理，制成精液，使其中的SIO2含量降到0.2以下。脱硅后的固体 产物称硅渣。硅渣及其附液中含有相当数量的有用成分，所以要返回配料加以回收。 精液碳分 是在碳酸化分解槽中进行的，连续不断的往其中通入二氧化碳气体，可以 使铝酸钠溶液分解析出AH，生产上称碳酸化分解，有部分精液要添加种子进行晶种分 解，以制得种分母液，来提高精液的苛性化系数。 AH分离和洗涤 分解后的AH浆液送去沉降分离，并按颗粒大小进行分级，细颗粒做 晶种，粗颗粒经过洗涤后送去烧制AH。分离后的母液（有种分和碳分）送去蒸发浓缩。 返回配料。 AH焙烧 AH还有部分附着水和结晶水，在循环炉内经过高温脱水并进行一系列的晶 型转变，制得AO。 母液蒸发 是将分离后的母液（有种分和碳分），在这里称为蒸发原液经过蒸发器浓 缩为符合配料要求的蒸发母液。返回配料使用，在蒸发的过程中，又浓缩了流程中的 水分，是液量保持了平衡，避免了生产中：
烧结法生产氧化铝
（二）、烧结法生产氧化铝各工序分述 烧结法生产氧化铝有生料浆制备、熟料烧结、熟料溶出、赤泥分离以及洗涤、粗液 脱硅、精液碳酸化分解、AH的分离以及洗涤、AH培烧、母液蒸发等主要生产工 序。 生料浆制备 将铝土矿、石灰（或者石灰石）、碱粉、无烟煤、以及碳分母液按一 定的比例，送入原料磨中 磨制成生料浆，经过料浆槽的三次调配成各项指标合 格的生料浆，送熟料窑烧结。配料是基础，同时为了消除流程中S的危害，配有 一定数量的无烟煤。 配合格的生料浆送入熟料窑内，在1200~1300度的高温下发生一系列的物理化学变 1200~1300 化，主要生成使氧化硅与石灰化合成不溶于水的熟料烧结 熟料窑烧结过程通常 在熟料窑（回转窑）内进行，调原硅酸钙，氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固 体铝酸钠，而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠，并且烧至部分熔融，冷 却后成外观为黑灰色的颗粒状物料即熟料。 熟料溶出 熟料经过破碎达到要求的粒度后，用稀碱溶液（生产上称调整液），在 湿磨内进行粉碎性溶出，有用成分AO和NO转入溶液，成为铝酸钠溶液，而杂 质FE和SIO2则转入赤泥。 赤泥分离和洗涤 为了减少溶出过程中的化学损失，赤泥和铝酸钠溶液必须快速分 离，为了回收赤泥附液中所带走的有用成分AO和NO，将赤泥进行多次反向洗 涤再排入堆场。
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炉 炉 炉
工艺流程及知识点
真空的来源
工艺流程及知识点
保留残余滤饼的意义
工艺流程及知识点
AH滤饼在洗涤过程 中，水分通过真空泵由 上而下的吸干，因此底 层物料含水量会大一些 ，洗涤效果（附碱）也 会与上层存在差距，这 样操作可以保证产品质 量。
反吹风的目的
工艺流程及知识点
经过螺旋卸料 后，盘面上还存有 少量的滤饼被压实 在滤布上，增加了 过滤阻力，因此必 须设置反吹风，将 残存滤饼吹松，使 滤布再生，进行下 一轮的过滤。
焙烧车间生产任务
1. 将分解车间送来的AH料浆通过平盘过滤机过 滤，得到合格的氢氧化铝；
2. 将合格的氢氧化铝通过气态悬浮焙烧炉高温 焙烧成合格的氧化铝；
3. 将氧化铝产品通过包装或罐装后外运或贮存 到堆栈。
焙烧车间工序组成
成品过滤 氢氧化铝焙烧 氧化铝包装及堆栈
成品过滤工序
平盘过滤机结构组成 平盘过滤机工作原理 工艺流程及知识点
1#二弱泵 SLZB80-445/18.5KW
2#二弱泵 SLZB80-445/18.5KW
DN150
1#一弱泵 SLZB80-445/18.5KW
2#一弱泵 SLZB80-445/18.5KW
DN150
DN150
DN150
1#强液泵 SLZB80-465/30KW
2#强液泵 SLZB80-465/30KW
生产指标控制
主要控制指标
母液浮游物高
其他
滤布有破损、 真空度高
洗水加入量：30m3/h 0.35t-水/t-AH
反吹风：0.05 MPa 滤饼厚度：70～80mm 残存滤饼：10～13mm
氢氧化铝焙烧工序
焙烧的目的 焙烧的原理 焙烧系统组成 工艺流程及知识点 生产指标控制
焙烧的目的
把氢氧化铝中的附着水、结晶水脱除，并完 成γ－Al2O3向α－Al2O3的转变，生成物理和化 学性质符合电解要求的氧化铝。
分离后的母液送分解细精种沉降槽，强滤液送蒸发原液 槽，第一弱、第二弱滤液作为洗液返回平盘过滤机。
DN150 DN250
一期分解来AH料浆
二期分解来AH料浆
DN300
料 浆 槽
φ10*11m
1#料浆泵 614E-AH/75KW
DN200
2#料浆泵 614E-AH/75KW
成品过滤工艺流程图
DN200
生产指标控制
平盘结构组成
成品过滤生产。
结构组成：水平圆盘、 平盘驱动、缷料螺旋、螺 旋驱动、布料系统、洗涤 系统、错气盘、分配盘、 集中润滑系统。
水平圆盘
平盘结构组成
平盘驱动
平盘结构组成
布料系统
平盘结构组成
洗涤系统
卸料螺旋
平盘结构组成
集中润滑系统
错气盘
平盘结构组成
分配盘
平盘结构组成
平盘工作原理
平盘过滤机集过滤、洗涤为一体。分解来的AH浆液在平 盘过滤机上利用真空所造成的压力差，借助过滤介质的作用， 使AH固体与母液分离。
分离后的AH用第二弱滤液进行一次洗涤，用第一弱滤液 进行二次洗涤，用90℃热水进行第三次洗涤，以降低AH产品 中的杂质。最后得到附水5.5%、附碱0.06%以下的AH滤饼。
⑥反吹风压力：0.05 MPa ⑦平盘真空度:0.03-0.05 MPa
⑧滤饼厚度：70～80mm ⑧残存滤饼厚度：10～13mm ⑨过滤机产能：55～145 t/h·台
DN200
DN150 DN150 DN150 DN150
气 液 分 离 器 φ2*4.357m
DN500
二 弱 真 空 受 液 槽 φ1.5*3.3m
生产指标
生产指标控制
•AH附水≤5.5％
AH附碱≤0.06%
•母液浮游物≤3g/l 母液全碱≥130g/l
•洗水加入量：30m3/h 0.4t-水/t-AH
•真空度0.03～0.05 MPa
•反吹风：0.05 MPa
•滤饼厚度：70～80mm
•残存滤饼厚度：10～13mm
指标控制
生产指标控制
AH附水高
洗水量大、真空度低、 滤布透气性差（结硬、 反吹风、物料粘、粒度 细）
AH附碱高
洗水量小、洗水温度低、 真空度低、滤布透气性 差（结硬、反吹风、物 料粘、粒度细）
生产指标控制
指标控制
真空度低 真空阀门开度小、系统有泄漏、真空泵进 水量小、滤布破损严重 真空跑碱：真空泵工作液封水进水带碱、 真空度过高、受液槽或气液分离器下料管 堵塞、滤液槽液位控制过低跑真空
DN450
一 弱 真 空 受 液 槽 φ1.5*3.3m
DN325
强 液 真 空 受 液 槽 φ1.5*3.3m
母 液 真 空 受 液 槽 φ1.8*3.9m
二 弱 槽 φ3*6.21m
一 弱 槽 φ3*6.21m
强 液 槽 φ3*6.21m
母 液 槽 φ3.5*7.45m
强液去蒸发 母液去分解
DN150
焙烧的目的
电解用铝的要求
一、氧化铝的化学纯度
AO-1 AO-2 AO-3
Al2O3 98.6 98.5 98.4
SiO2 0.02 0.04 0.06
Fe2O3 0.02 0.02 0.03
Na2O 0.5 0.6 0.7
灼减
1.0 1.0 1.0
焙烧的目的
电解用铝的要求
二、氧化铝的物理性质 安息角：物料在光滑平面上自然堆积的倾角。
DN150
DN150 DN600
DN150
＃皮带机
1#真空泵 2BEC62/355KW
2#真空泵 2BEC62/355KW
污水泵100ZY
污 水 槽 φ3*3m
技术指标 ①滤饼含水率≤6％ ②滤饼附碱≤0.06% ③母液浮游物≤5g/l
④全碱≥120g/l ⑤洗水加入量：0.3~0.5t-水/t-AH
DN150 DN150
化清泵 3/4LRB43B/30KW
平盘过滤机 m2
蒸发来碱液
化
蒸发来蒸汽
清
槽
1#热水泵 KQW125/345/18.5KW
φ4*4m
热 水 槽 φ4*4m
2#热水泵 KQW125/345/18.5KW
管网来新水 蒸发来热水
DN200 DN325 DN325 DN325 DN325
DN150
1#母液泵 4-6LRB43KA/37KW
2#母液泵 4-6LRB43KA/37KW
＃皮带机
空 气 储 罐 1m3
1#压缩机 2BEA-303A/160KW
2#压缩机 2BEA-303A/160KW
＃皮带机
＃皮带机
＃皮带机 ＃皮带机 ＃皮带机
＃皮带机
1#抓斗起重机
AH仓30*120*10.3