拜耳法从铝土矿中生产氧化铝的物料平衡计算.doc

3.1 拜耳法从铝土矿中生产氧化铝的物料平衡计算

物料平衡计算原始条件：
一、 原料成分：
1. 铝土矿（％）
Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2 CaO CO2 H2O（结晶）其他 总计 水分
65.03 4.64 13.3 2.85 1.03 0.71 11.20 1.24 100 7.0

2. 石灰（％）
Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO 灼减 其他 总计
0.57 2.04 0.15 84.36 10.18 2.70 100

二、 工艺技术条件
1. 石灰添加量：8％（干矿）
2. 石灰乳浓度：180g/l
3. 循环母液： N k=240g/l N c=18g/l Rp=0.6
4. 溶出液： Rp=1.17 （ak=1.41）
溶出赤泥 A/S=1.90 N/S=0.40 灼减：8％
溶出矿浆浓缩率（以原矿浆中溶液量计）：20.5％
5. 稀释后溶液：N k=170g/l
6. 溶出过程中矿石和石灰中CO2反应系数：0.85
7. 分离沉降底流固含：350g/l
8. 洗涤沉降底流固含：400g/l
洗涤过程Al2O3水解2％（以矿石中Al2O3计）
9．洗涤苛化加入石灰量按［CaO］/［Na2Oc］=1，苛化量5.2kg/t-矿（Na2Oc）
10.精液产出率90kg Al2O3/m3,分解母液Rp≈0.61
种子添加量按分解后浆液固含：450～600g/l
Al2O3（AH为800g/l）约为1360kg/ m3精液。
11.种子分离滤饼含水率：20％
12.产品过滤洗涤滤饼含水率：分离：16％ 洗涤：13％ 蒸汽烘干后：10％ 洗水量：0.5t/l-AL(OH) 3.
13.各过程机械损失
磨矿：0.2％ 溶出：0.2％ 沉降：0.1％
14.污水进入量（每吨干铝土矿）
磨矿：100kg 稀释：50kg 沉降：75kg

计算过程：

一、1000kg碎铝土矿的磨矿及高压溶出
1、 配灰量为：1000*8％＝80kg
其中：Al2O3＝0.46 SiO2 ＝1.63 Fe2O3＝0.12 CaO＝64.49 灼减＝8.14 其他＝2.16
2、 溶出需循环母液
［A矿＝灰－S矿＝灰×（A/S）赤］/Rp溶＋S矿＋灰×（N/S）赤＋CO2矿＋灰×R×62/44
＝V循×V循×（1－Rp循/ Rp溶）
式中：A矿＝灰＝650.3＋0.46＝650.76kg
S矿＝灰＝46.4＋1.63＝48.03kg
CO2矿＋灰＝7.1＋8.14＝15.24kg
A/S=1.90 N/S=0.40 Rp=1.17 240g/l Rp=0.6 R＝0.85
代入式中得
V循＝4.419m3
循环母液密度为：
d＝0.5＋（√0.25＋0.00144×240＋0.0009×144＋0.001865×18）＝1.3717
则循环母液中：Ao＝4.419×144＝636.34kg
Na2Ok＝4.419×240＝1060.56kg
Na2Oc＝4.419×18＝79.54kg
CO2＝79.54×44/62＝56.45kg
H2O＝6061.54－636.34－1060.56－79.54－56.45＝4228.65kg
3、磨矿过程污水进入量为100kg/t-矿
原矿浆量为：
1070＋80＋6061.54＋100＝7311.54kg
溶出过程反苛化得Na2O量为：
15.24×0.85×62/44＝18.25kg
磨矿和溶出过程机械损失均为0.2％，合并为0.4％，则损失量为：
7311.54×0.4％＝29.25kg
4、自蒸发水量：
浓缩率为20.5％，则自蒸发水量为：
6061.54×20.5％＝1242.62kg
5、赤泥产出量：
原矿浆中SiO2 、 Fe2O3、CaO和其他成分不溶出，全部进入赤泥，矿石和石灰中CO2有15％进入赤泥，则赤泥：
SiO2＝（46.4＋1.63）×（1－0.4％）＝47.84kg
Fe2O3＝（133＋0.12）×（1－0.4％）＝132.59kg
CaO＝（10.3＋64.49）×（1－0.4％）＝74.49kg
TiO2＝28.5×（1－0.4％）＝28.39kg
其他＝（12.4＋1.94）×（1－0.4％）＝14.28kg
Al2O3＝47.84×1.90＝90.9kg
Na2Ok＝47.84×0.4＝19.14kg
CO2＝（7.1＋8.14）×15％×（1－0.4％）＝2.28kg
赤泥灼减为8％，则结晶水为：
（47.84＋132.59＋74.49＋28.39＋14.28＋90.9＋19.14＋2.28）×8/92＝35.64kg
则赤泥量为：409.91＋35.64＝445.55kg
6、溶出液量为：7311.54－29.25－1242.62－445.55＝5594.12kg

Al2O3 NaOk Na2Oc SiO2 Fe2O3 TiO2 CaO CO2 H2O（结晶）其他 H2O 总计
铝矿石 650.3 ―― ―― 46.4 133 28.5 10.3 7.1 112 12.4 70 1070
石 灰 0.46 ―― ―― 1.63 0.12 ―― 64.49 8.14 ―― 1.94 ―― 80
循 母 636.34 1060.56 79.54 ―― ―― ―― ―― 56.45 ―― ―― 4228.65 6061.54
附加水 ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― 100 100
原矿浆 1287.1 1060.56 79.54 48.03 133.12 28.5 74.79 71.69 112 14.34 4398.65 7311.54
反苛化 ―― －18.25 +18.25 ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― 0
损 失 5.15 4.17 0.39 0.19 0.53 0.11 0.3 0.29 0.45 0.06 17.59 29.25
自蒸发 ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― ―― 1242.62 1242.62
溶出液 1191.05 1019 97.4 ―― ―― ―― ―― 69.12 ―― 3217.55 5594.12
赤 泥 90.9 19.14 ―― 47.84 132.59 28.39 74.49 2.28 35.64 14.28 35.64 445.55

二、溶出液稀释、赤泥分离洗涤及过滤、精液过滤
1、洗涤过程中Al2O3的水解损失按矿石中的2％考虑，则：
Al2O3＝650.3×2％＝13.01kg H2O＝6.89kg
计：19.9kg
2、沉降溢流中各成分为：
Al2O3＝1191.05－13.01＝1178.04kg
Na2Ok＝1019kg
Na2Oc＝97.4kg
CO2＝97.4×44/62＝69.12kg
3、分离沉降底流附液
溶出赤泥为445.55kg，分离沉降底流固含为350g/l，附液密度为：1.316，则附液总量为：
（445.55/350 － 445.55/3200）×1316＝1492.08kg
其中其各成分大概为：
Al2O3＝197.85kg
Na2Ok＝172.93kg
Na2Oc＝16.86kg
CO2＝11.97kg
H2O＝1095.47kg
4、稀释液中：
Al2O3＝1178.04＋197.85＝1375.89kg
Na2Ok＝1019＋172.93＝1191.93kg
Na2Oc＝97.4＋20.31＝114.26kg
CO2＝69.12＋14.41＝81.09kg
稀释后Nk＝170g/l，则稀释液为：
V＝1191.93/170＝7.011m3
Ao＝1372.89/7.011＝195.82g/l
Nc＝114.26/7.011＝16.3g/l
d＝0.5＋（√0.25＋0.00144×170＋0.0009×195.82＋0.001865×16.3）
＝1.4563
则稀释液总量为：7.011×1456.3＝10210.12kg
其中：H2O＝10210.12－1375.89－1191.93－114.26－81.09＝7446.14kg
7、沉降过程污水进入流程量为75kg,则分离前浆液总量为：
10210.12＋75＝10285.12kg
各成分的含量为：
Al2O3＝1379.99/10403.41＝13.26％
Na2Ok＝1205.58/10403.41＝11.59％
Na2Oc＝117.71/10403.41＝1.13％
d＝1＋0.0144×13.26＋0.009×11.59＋0.01865×1.13＝1.316
分离底流附液成分与分离前液体成分相同，其比重同前面估计值相同，故附液总量为1492.08kg，按比例求得附液中各成分为：
Al2O3＝197.85kg
Na2Ok＝172.93kg
Na2Oc＝16.86kg
CO2＝11.97kg
H2O＝1092.47kg
Al2O3 NaOk Na2Oc CO2 H2O 总计
溶 出 液 1191.05 1019.0 97.4 69.12 3217.55 5594.12
赤泥洗液 184.84 172.93 16.86 11.97 4181.59 4566.0
附 加 水 ―― ―― ―― ―― 50.0 50.0
稀 释 液 1375.89 1191.93 114.26 81.09 7449.14 10210.12
附 加 水 ―― ―― ―― ―― 75.0 75 .0
分离底流附液 197.85 172.93 16.86 11.97 1092.47 1492.08
溢 流 1178.04 1019.0 97.4 69.12 6431.67 8793.04
机械损失 1.18 1.02 0.97 0.07 6.43 8.79
精 液 1176.86 1017.98 96.43 69.05 6425.24 8784.25

分离沉降溢流量为：10210.12＋75－1492.08＝8793.4kg
其中：H2O＝7449.14－1092.47＋75＝6431.67kg
三、精液分解及AL(OH)3分离洗涤
1、析出的AL(OH)3
分解母液Rp经回归法试算约为0.61，则母液中：
Al2O3＝1017.98×0.61＝620.97kg
析出得AL(OH)3中：
Al2O3＝1176.86－620.97＝556.01kg
H2O＝556.01×54/102＝294.36kg
计：850.37kg
2、分解母液中：
Al2O3＝620.97kg
Na2Ok＝1017.98kg
Na2Oc＝96.43kg
CO2＝69.05kg
H2O＝6425.24－294.36＝6130.88kg
计：7935.31kg
3、AL(OH)3分离过滤：
滤饼含水率为20％，则：
H2O/（AL(OH)3＋附液）＝（6130.88/7935.31）×附液/（AL(OH)3＋附液）＝20％
附液＝297.02kg
其中：Al2O3＝297.02×620.97/7935.31＝23.24kg
Na2Ok＝297.02×1017.98/7935.31＝38.1kg
Na2Oc＝297.02×96.43/7935.31＝3.61kg
CO2＝3.61×44/62＝2.56kg
H2O＝297.02－23.24－38.1－3.61－2.56＝229.51kg
分离后种分母液：
Al2O3＝620.97－23.24＝597.73kg
Na2Ok＝1017.98－38.1＝979.88kg
Na2Oc＝96.43－3.61＝92.82kg
CO2＝69.05－2.56＝66.49kg
H2O＝6130.88－229.51＝5901.37kg
计：7638.29kg
4、AL(OH)3洗涤
洗水加入量为：850.37×0.5＝425.18kg
由附液成分求得：
Al2O3 NaOk Na2Oc CO2 H2O 总计
分解精液 1176.86 1017.98 96.43 69.05 6425.24 8784.25
出分解槽浆液 1176.86 1017.98 96.43 69.05 6425.24 8784.25
其中AL(OH)3 556.01 ―― ―― ―― 294.36 850.37
分解母液 620.97 1017.98 96.43 69.05 6130.88 7935.31
分离AL(OH)3附液 23.24 38.1 3.61 2.56 229.51 297.02
AH洗水 ―― ―― ―― ―― 425.18 425.18
AH洗液 23.24 38.1 3.61 2.56 382.68 450.19
蒸汽烘干 ―― ―― ―― ―― 42.45 42.5
五、母液蒸发
1、 蒸发原液量中
Al2O3＝597.73＋23.24＝620.97kg
Na2Ok＝979.88＋38.1＝1017.98kg
Na2Oc＝92.82＋3.61＝96.43kg
CO2＝66.49＋2.56＝66.49kg
H2O＝5901.37＋229.51＋382.68＝6513.56kg
合计：8318.61kg
2、 苛化
Na2Oc量等于Na2Ok的损失量，而苛化效率等于80％，则可求得蒸发析出的结晶碱为Na2Oc＝16.89kg，CO2＝11.99kg，H2O＝4.9kg。
苛化液中：Al2O3＝15.37kg Na2Oc＝42.58kg，CO2＝30.21kg，H2O＝4.9kg
Al2O3 NaOk Na2Oc CO2 H2O 总计
蒸发原液 620.97 1017.98 96.43 66.49 6513.56 8318.61
结 晶 碱 ―― ―― 16.89 11.99 4.9 33.78
蒸 发 水 ―― ―― ―― ―― 2885.22 2885.22
苛 化 液 15.37 42.58 ―― ―― 605.21 663.16
循环母液 636.34 1060.56 79.54 56.45 4228.65 6061.54
六、焙烧
AL(OH)3量为850.37kg,其中Al2O3＝556.01kg H2O＝294.36kg 灼减就等于294.36kg.