氧化鋁冶煉流程控制概述

化生系化工102班姓名：學(xué)號：2010111823C化鋁冶煉流程控制概述摘要：鋁是世界上第二大常用金屬，其產(chǎn)量和消費量僅次于鋼鐵，是國民經(jīng)濟中具有支撐作用和戰(zhàn)略地位的金屬原材料。氧化鋁是鋁冶煉的主要原料，每生產(chǎn)1噸原鋁需要消耗近2噸氧化鋁。此外，各種特殊性能的氧化鋁也廣泛應(yīng)用于電子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、造紙、制藥等行業(yè)，因此，氧化鋁生產(chǎn)在我國經(jīng)濟建設(shè)中占有十分重要的地位。我國具有較豐富的鋁土礦資源（保有儲量約26億噸），居世界第四位，具備發(fā)展鋁工業(yè)的資源條件。我國的氧化鋁是在建國后伴隨著電解鋁的生產(chǎn)和發(fā)展建立起來的，八十年代以來得到了較快發(fā)展。近年來，氧化鋁價格的暴漲，激勵投資者和氧化鋁廠持續(xù)加速生產(chǎn)和擴張。國內(nèi)目前已有中鋁公司所屬的山東、山西、河南、中州、貴州、平果、重慶與遵義（擬建）八大鋁廠，廣西華銀（160萬噸）、陽煤集團（120萬噸）、魯能晉北、山東信發(fā)（100萬噸）、三門峽開曼、東方希望（80萬噸）鋁業(yè)等數(shù)十個大小氧化鋁廠建成或在建。據(jù)專家估計，2006年我國的氧化鋁產(chǎn)量將年增29-33%，達到1200-1300萬噸。關(guān)鍵詞：氧化鋁鋁冶煉冶煉流程冶金原理電解槽拜爾法正文:氧化鋁生產(chǎn)工藝類型氧化鋁是用不同的生產(chǎn)方法是從鋁土礦中提取出來的白色粉末。氧化鋁是典型的大型復(fù)雜流程性工業(yè)，全世界90%以上的氧化鋁直接采用的是經(jīng)濟的拜耳法生產(chǎn)流程，而我國氧化鋁企業(yè)因礦質(zhì)的不同，而分別選用不同的生產(chǎn)工藝。氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)我國鋁土礦資源絕大多數(shù)為一水硬鋁石，高鋁、高硅、低硫、低鐵、中低鋁硅比，A12O3，含量一般在40%-75%，SiO2含量一般在4%-18%，鋁硅比小于4的占7.42%，4—7的占59.53%，7—10的占26.08%，大于10的僅占6.97%。由于我國鋁土礦資源的這一顯著特點，國內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)大多采用混聯(lián)法，此外，還有拜耳法和燒結(jié)法。燒結(jié)法：適于礦石品位含硅高、難溶的、中等資源品位的一水硬鋁石，流程長、工藝復(fù)雜。我國絕大部分老的氧化鋁企業(yè)多采用這一方法進行氧化鋁冶煉。燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)過程主要包括熟料燒成、熟料溶出、精液制備、分解和蒸發(fā)等主要的生產(chǎn)工序。來自原料磨的生料漿通過回轉(zhuǎn)窯燒制成易于溶出的鋁酸鈉熟料，再經(jīng)碳分母液和一次洗液浸泡后進行溶出；此后通過赤泥分離洗滌、粗液脫硅、硅渣分離等工序生成的精液分別送至碳分和種分工序進行分解反應(yīng)，析出氫氧化鋁；種分母液經(jīng)蒸發(fā)形成的種蒸母液送拜爾法堿液調(diào)配后給原礦漿配料；碳蒸母液則返回至原料磨配料。析出的氫氧化鋁送焙燒工序進行焙燒。與拜耳法相比，燒結(jié)法主要在熟料燒成和碳分分解的控制部分是完全不同的兩個過程拜爾法：拜爾法是KarlJosephBayer于1887年發(fā)明，他發(fā)現(xiàn)加入精種的鋁酸鈉溶液中可以分解出AL（OH）3,分解母液蒸發(fā)后可以在高溫高壓下溶出鋁土礦中的AL（OH）3。該發(fā)現(xiàn)后來在實驗中得到證實并應(yīng)用于工業(yè)實踐，是國外氧化鋁最廣泛采用的生產(chǎn)工藝。適于生產(chǎn)易溶的三水鋁石和一水軟鋁石，處理中等品位鋁土礦堿耗高、礦耗大是常規(guī)拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的缺點。平果鋁廠拜爾法氧化鋁生產(chǎn)過程主要包括預(yù)脫硅、溶出過程，赤泥洗滌、過濾過程，種分分解過程和氫氧化鋁過濾、焙燒等主要的生產(chǎn)工序。選礦拜爾法：可將A/S為4以上的鋁土礦通過浮選成A/S為11.2的礦漿，可提高單管溶出系統(tǒng)的溶出率，工藝管道和罐內(nèi)不易結(jié)巴。串聯(lián)法：處理中低品位鋁土礦的適宜方法。先以較簡單的拜爾法處理礦石，最大限度地提取礦石中的氧化鋁，然后再用燒結(jié)法回收拜爾法赤泥中的Al2O3和Na2O,可降低氧化鋁生產(chǎn)的綜合能耗，Al2O3的總回收率高，堿耗降低，產(chǎn)品成本可大幅度降低。不增加建設(shè)投資和設(shè)備，可在現(xiàn)有混聯(lián)法廠推廣應(yīng)用。并聯(lián)法：由拜耳法、燒結(jié)法組成并聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝?；炻?lián)法：由拜耳法、燒結(jié)法組成，其生產(chǎn)過程的特點是：工藝流程復(fù)雜、連續(xù)性強、參數(shù)檢測困難、關(guān)聯(lián)性強、生產(chǎn)管理難度大，在化工冶金行業(yè)具有較強的代表性，對過程自動化程度要求很高。是一種復(fù)雜的冶金化工處理過程，具有濕法和干法冶金的共同特點，特別適合處理我國以一水硬鋁石為主的鋁土礦，它具有結(jié)品度高、礦石難溶的特點，需要在高溫（250°C以上）、高壓（5.5MPa以上）、高堿液濃度（NaOH20%以上）條件下進行溶出；對于較低品位礦石還需要進行更為復(fù)雜的燒結(jié)法處理；礦石中的高硅，在生產(chǎn)過程中又極易在設(shè)備表面形成結(jié)垢，同時也嚴重影響監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集。石灰拜爾法：與常規(guī)拜耳法流程相比，除適當(dāng)加大石灰燒制和赤泥分離洗滌過程的生產(chǎn)能力外其它完全相同。通過在溶出過程中添加過量石灰，除滿足與TiO2反應(yīng)所需的石灰添加量外，還需部分滿足與鋁土礦中的SiO2盡可能多地與CaO反應(yīng)生成水合硅鋁酸鈣，使溶出過程中的脫硅產(chǎn)物的一部分由方鈉石型的水合鋁硅酸鈉變?yōu)樗袷偷乃瞎桎X酸鈣，從而大幅度降低溶出赤泥的N/S。與混聯(lián)法流程相比，取消了高熱耗的熟料燒結(jié)過程及其相應(yīng)的濕法生產(chǎn)系統(tǒng)，建設(shè)投資少，生產(chǎn)能耗低，但同時鋁土礦和石灰石單耗相對較大。氧化鋁行業(yè)工藝與自動化狀況平果鋁廠：純拜耳法生產(chǎn)線設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn)65萬噸精礦、30萬噸氧化鋁、10萬噸電解鋁，2003年形成年產(chǎn)85萬噸氧化鋁的生產(chǎn)規(guī)模。引進多個工業(yè)發(fā)達國家的先進技術(shù)和設(shè)備，同時擁有我國鋁工業(yè)的最新科研成果，除礦石及原料堆場、部分輸送沒實現(xiàn)控制外，在高壓溶出、分解、沉降、過濾、葉濾、蒸發(fā)和焙燒工段均采用美國FOXBORO公司的I/A集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了工序的自動控制，每一臺操作員站上都可以看到整個氧化鋁流程中的工藝參數(shù)，受操作權(quán)限的限制，操作員只能進行本崗位的操作，對于其它崗位只能觀察，并在整個氧化鋁生產(chǎn)流程中實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，各控制系統(tǒng)都與分公司OA系統(tǒng)相連接。原料車間：礦石、燃料的堆取及部分輸送和礦石均化為人工操作。立式石灰爐：石灰石和焦碳（或煤）皮帶稱配料（PLC控制、余姚產(chǎn)1臺、托利多產(chǎn)1臺）、爐體控制（1個爐頂溫度、1個爐頂壓力、4個預(yù)熱帶溫度、4個煅燒帶溫度、4個冷卻帶溫度、1個排灰溫度、1個風(fēng)機風(fēng)壓力、1個風(fēng)機風(fēng)流量，風(fēng)機電機變頻控制，出灰流量由調(diào)節(jié)閥控制；1期為工控機控制皿8公司PLC），2期為計算機系統(tǒng)控制（I/A系統(tǒng)）。3）化灰機用變頻控制調(diào)節(jié)流量。4）料漿制備：有4組磨（每組1臺棒磨機、1臺球磨機），控制檢測有10臺山東濰坊皮帶稱配料、母液流量計2臺（FOXBORO公司產(chǎn)）、2臺污水槽用雷達液位計（VEGA產(chǎn)）、6臺溫度巡檢儀（棒及球磨機主電機、軸承、傳動系統(tǒng)）、16臺潤滑油壓力表、16個溫度測點、16個進出料側(cè)高低壓壓力繼電器等，每組磨控制用1套三菱PLC。通過皮帶稱下料（石灰石和焦碳或煤）及風(fēng)機風(fēng)流量主要控制石灰爐煅燒帶溫度及冷卻帶溫度，1期爐控制計劃改為計算機系統(tǒng)控制（I/A系統(tǒng)），出灰電動閥改為氣動閥。因焦碳價高，現(xiàn)主要用煤做燃料，部分檢測的爐溫較規(guī)定的高2°C及有小波動。料漿制備基本實現(xiàn)自動控制，沒實現(xiàn)磨機負荷、料漿成分分析控制。溶出車間：無預(yù)脫硅工序，主要檢測控制有：稀釋槽及后槽、溶出前槽、熱水槽用5臺雷達料位計；新蒸汽及二次蒸汽5臺質(zhì)量流量計（ROSEMONT公司）；冷卻水用1臺差壓變送器，20臺差壓變送器（E+H公司）用于測量分離器、閃蒸槽、冷凝水罐、污水槽的液位；34臺壓力變送器（FOXBORO公司）用于測量壓煮器、脈沖緩沖器、閃蒸槽、蒸汽管道的壓力；60臺壓力表（econosto公司和上儀四廠）用于測量隔膜泵、壓煮器、閃蒸槽、冷凝水罐、稀釋槽的壓力；2臺出口冷凝水電導(dǎo)儀（ROSEMONT公司）；進脈沖緩沖器及進溶出后槽礦漿3臺密度計用Cs137源，脈沖緩沖器6臺料位開關(guān)用Co60源，第1到11級閃蒸槽料位為Cs137源，第12閃蒸槽料位為Co60源，放射儀表用德國BERTHOLD公司產(chǎn)品；46支鉑電阻（上儀十七廠）用于測量壓煮器頂及冷凝水、單管冷凝水、二次蒸汽?？刂崎y有：10臺氣動碟閥調(diào)節(jié)閥用于新蒸汽及二次蒸汽流量控制，蒸汽及冷凝水壓力和流量控制；12臺氣動偏心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥用于進溶出溶液流量、溶出前槽的液位、閃蒸槽液位、冷凝水罐液位、從赤泥洗液流量、單管冷凝水流量、合格及不合格水槽液位，4臺電磁開關(guān)閥用于進或出脈沖緩沖器的壓縮空氣流量。稀釋槽液位用變頻泵控制，上述控制閥為上儀七廠產(chǎn)。用I/人控制系統(tǒng)。RP分析系統(tǒng)為實驗階段。沉降車間：沉漿槽1組為5個，4個投用1個備用，4臺臥式過濾機，4臺立式過濾機，主要檢測控制有：10支熱電阻（川儀十七廠）用于測沉漿槽、粗液槽、精液槽和熱水槽溫度，10臺雷達料位計（天津天威公司）用于測沉漿槽、粗液槽、精液槽、石灰乳槽、苛化槽和熱水槽料位，14臺電磁流量計（FOXBORO公司）用于測赤泥漿液、粗液、堿性溶液和熱水流量，8塊壓力表（上儀四廠）用于測赤泥漿液、粗液、堿性溶液壓力，5臺氣動碟閥（上儀七廠）用于控制過濾粗液、堿性溶液和熱水流量，5臺扭矩變送器用于測耙機扭矩，液位控制用變頻泵控制。分解車間：每組分解工序16支熱電阻用于測分解槽分解液、熱交換器循環(huán)水和漿液管出口溫度，10臺電磁流量計（FOXBORO公司）用于測精液、母液、循環(huán)水、空壓機和真空泵軸封水流量，8臺電動調(diào)節(jié)閥（上儀七廠）控制循環(huán)水、蒸汽流量，10臺雷達料位計用于測精種槽、母液槽、溢流槽、堿液槽、熱水槽和污水槽，1臺密度計（Cs137源）測旋流器出口料漿密度，液位、流量控制用變頻泵控制。分解系統(tǒng)的控制一般為單回路控制，沒將分級的槽控制之間形成聯(lián)鎖控制。蒸發(fā)車間：16臺差壓變送器用于測1到6效、強制效蒸發(fā)器、冷凝水罐、閃蒸器液位，4臺雷達料位計用于原液槽、合格水槽和污水槽液位，4臺氣動調(diào)節(jié)閥用于新蒸汽、1效料漿、2效料漿、6效料漿控制流量，2到6效、強制效蒸發(fā)器、原液槽、合格水槽和污水槽液位用變頻泵控制，16支熱電阻用于測1到6效、強制效蒸發(fā)器、冷凝水罐、閃蒸器及蒸汽溫度，8臺電磁流量計用于測蒸汽、蒸發(fā)器的原液和母液、冷凝水流量，2臺電導(dǎo)儀用于測冷凝水電導(dǎo)率，3臺密度計（Cs137源）測原液、1效出口和強制效出口溶液密度。蒸發(fā)系統(tǒng)的控制比較高，強制效蒸發(fā)器的出料密度測量不好用，準備拆除此密度計。焙燒車間：16臺壓力變送器用于測P01、P02、P03、C01、C02、C03、C04、K01、K02、T11、T12、V19、煤氣總管、真空泵、過濾的空氣、熱水泵、濾液泵、漿液泵、高壓水泵、污水泵、新蒸汽的壓力，6臺差壓變送器用于測A02、P04的流量，2臺阿牛巴流量計用于測煤氣流量，8臺渦街流量計用于測K01、K02、過濾的壓縮空氣、新蒸汽的流量，8臺電磁流量計用于測K01、K02冷卻水、過濾的熱水槽新水、氫氧化鋁料漿泵出口流量，1臺氫氧化鋁皮帶稱（德國SHENCK公司）、1臺氧氣分析儀（ROSEMOUNT公司）、1臺CO分析儀（SATEKNIKAS公司），11支熱電偶測溫，20支熱電阻測溫，4臺