氧化铝生产物料平衡计算样本.doc

物料平衡计算为了便于计算，物料平衡计算按生产1吨氧化铝为基准进行。3.1 主要生产技术指标1） 产品为一级品氧化铝（国标）：Al2O3不低于98.6%，本设计取：Al2O3为99%2） 铝土矿的化学组成（%） Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 CO2 灼减 其它 合计 水分 65.86 6.17 6.96 3.19 1.36 14.58 1.88 100 2.883） 石灰的化学组成（%）CaOT CO2 其他 合计 83.60 6.05 10.35 1004） 氧化铝实际溶出率：86.26%，总回收率取：84%5） 石灰添加量占干铝土矿量的8%6） 碱耗：58 补碱组成（g/L）Na2Ok Na2Oc CO2 密度：1440 /m3438.8 7.2 5.1 7） 循环母液的组成（g/L）Na2Ok Al2O3 Na2Oc CO2 Na2OT 密度：1.348 g/3230 118.2 20 14.2 250 = 3.28） 铝酸钠溶液组成（g/L）Na2Ok Al2O3 Na2Oc CO2 密度：1303 kg/m3 150 170.17 17.58 12.48 =1.459） 沉降分离槽底流L/S =3.0，末次洗涤槽底流 L/S =1.210）弃赤泥液相中Na2O的含量（浓度）：3.693g/L11）溶出后的赤泥的A/S=1.3， N/S=0.312）溶出过程浓缩率：8%13）晶种分解中种子比为3.0，种子附水率为20%，分离后氢氧化铝浆液的L/S =1.014）氢氧化铝洗涤水的消耗量为0.51.0吨/吨-AH，氢氧化铝滤饼的含水量为7.0%15）蒸发中，Na2CO3H2O带走的循环母液量为30%16）苛化时的石灰数量为化学反应计算量的125%；苛化率为90%3.2 物料平衡计算3.2.1 损失计算根据原始数据，该铝土矿的铝硅比A/S65.866.969.46，故理论溶出率理 100%100%89.43%实际溶出率实 100%100%86.26%因总回收率比实际溶出率低，故本次设计的实际的总回收率取84%。在氧化铝的产出率为84.0%的条件下，如果制取1吨含有990公斤成品氧化铝，则需要：990（0.840.6586）1789.51kg干铝土矿其中应含有氧化铝：1789.5165.86%1178.57kg因而，氧化铝的总损失量：1178.57990188.57kg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的总Al2O3量的0.2%。即 为：0.2%1178.572.36kg 相当与损失干铝土矿：2.3665.86%3.58kg则进入湿磨工序的干土矿：1789.513.581785.93kg干石灰量为：1785.938%142.87kg湿磨过程中Al2O3的损失与破碎时相同，即只有：0.21178.57kg相当于铝土矿为2.3665.86%3.58kg则送溶出的原矿浆矿石量为：1785.933.581782.35kg送溶出的铝土矿中含， kg： Al2O3 ： 1782.350.65861173.85Fe2O3 ： 1782.350.0617109.97SiO2 ： 1782.350.0696124.05TiO2 ： 1782.350.031956.86CO2 ： 1782.350.013624.24灼减 ： 1782.350.1458259.87其它： 1782.350.018833.51 合计： 1782.35附着水： 1782.350.028851.33而送溶出的石灰中含， kg：CaO： 142.870.8360119.440CO2： 142.870.06058.64其它： 142.870.103514.79总计： 142.87表3.1 Al2O3和Na2O的损失量损失项目Al2O3Na2O（公斤）占铝土矿中%公 斤破碎及储存0.202.36/湿磨0.202.361.00赤泥不溶解形式13.68161.2737.22赤泥溶解形式0.303.533.38水解0.505.89/分解0.252.956.24蒸发及析出苏打0.172.004.10石灰乳渣0.303.534.03焙烧0.404.712.03合计16.00188.5758需要加入的苛性碱为：58（438.87.2）0.130 或0.1301440187.20kg苛性碱带入， kg ： Na2O ： 58kg CO2： 5.10.1300.66kg H2O（按差值计）：187.20580.66128.54kg 赤泥的组成， kg：Al2O3：124.051.3161.27 （赤泥A/S1.3）Na2O：124.050.337.22 （赤泥N/S0.3） Fe2O3：109.97 SiO2： 124.05 CaO： 119.44 TiO2： 56.86 其它：33.5114.7948.3 未计入灼减的赤泥量为： 161.2737.22109.9756.86124.05119.4448.3657.11灼减的计算如下：（1）若赤泥中的SiO2以Na2O.Al2O3.1.7SiO2.2H2O的形式存在，那么124.05kgSiO2结合： 124.05102（1.760）124.05kg Al2O3124.0536（1.760）43.78kg H2O（2）若赤泥中的CaO以CaO.TiO2.H2O的形式存在，那么56.86kgTiO2结合：56.86188012.79kg H2O （3）在（1）中剩余的Al2O3，若在赤泥中以3CaO.Al2O3.SiO2.6H2O形式存在，那么161.27124.0537.22kg结合 37.2261810239.41kg H2O（4）若1.8%的Fe2O3在赤泥中以Fe（OH）3形式存在，则：109.971.8%541600.67kg H2O由此可得灼减为： 43.7812.7939.410.6796.65kg总赤泥量为657.1196.65753.76kg 若包括水解损失的5.89kg Al2O3 则结合5.8954102=3.12Kg的H2O.此时总赤泥量为753.765.893.12762.77kgNa2O的化学损失稍低于在组成为Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O时同124.05kg SiO2相结合的Na2O，因为含水硅铝酸钠中有部分Na2O被CaO取代。由于洗涤不完全，故随赤泥损失的Al2O3有3.53kg，当1.45时，相应地含有3.38kg Na2Ok，则有3.11kgNa2OT。故：762.771.2x3.381000，解即得弃赤泥中Na2O含量为3.693g/l。3.2.2循环溶液计算分解过程中氧化铝的分解率： 因此，进入分解的铝酸钠溶液中含Al2O3：（9904.71）0.54691818.82kg如果分解过程中无机械损失，则留于母液中的Al2O3： 1818.829904.71824.11kg如果考虑到Al2O3分解，蒸发和苏打苛化时的损失，则循环溶液中Al2O3为824.112.952.003.53815.63kg当3.2时，其所含的为815.233.21.6451586.64kg量为的8%，即：100%8%则: 20g/l因此CO2:204462=14.2g/l 循环母液的体积为：1586.642306.90循环母液中Al2O3为：815.636.90118.2g/l 1.348g/cm (其中NaOH的密度为1.263 g/l)则循环溶液重量为： 6.9013489301.2kg： 6.9020138kgCO2： 138446297.94kg则H2O：9301.297.941586.64138815.636662.99kg原矿浆量铝土矿重量石灰重量苛性碱重量循环母液 1782.35142.87187.209301.21.0011463.95kg式中 0.50磨矿时的损失，kg溶出时矿浆浓缩率为8%，即:11463.958%917.12kg根据上述计算所得的数据引出高压溶出的平衡表如表32所示：表3.2 高压溶出平衡进，kg出，kg铝土矿溶出浆液Al2O31173.85Al2O31989.48Fe2O3109.97Na2OT 1782.64SiO2124.05Fe2O3109.97TiO256.86SiO2124.05CO224.24TiO256.86其他33.51CaO119.44灼减259.87CO2131.48H2O51.33其他48.3合计1833.68灼减259.87石灰H2O5925.74CaO119.44合计10547.83CO28.64浓缩水量917.12其他14.79未计入湿磨损失1.00kg合计142.87苛性碱Na2Ok57.07Na2Oc0.93CO20.66H2O128.54合计187.20循环母液Al2O3815.63Na2Ok1586.64Na2Oc138CO297.94H2O6662.99合计9301.2.00总计11464.95合计11464.953.2.3浆液的稀释和沉降稀释后的赤泥浆液的溶液中，Na2Ok的浓度为150g/l。当1.45时，其Al2O3浓度为：1501.6451.45170.17.52g/l。当1.62时， Na2Oc的浓度为15017.58g/lCO2的浓度为17.58446212.48g/l则 1.303g/cm (其中NaOH的密度为1.18 g/l)则H2O的浓度为： 1303170.1717.5815012.48952.77g/l根据带走的铝酸钠溶液： 753.763.02261.28kg铝酸钠溶液的组成见表33。表33 铝酸钠溶液的组成组成浓度Al2O3170.17g/l13.06%Na2Ok150g/l11.51%Na2Oc17.58 g/l1.35%CO212.48 g/l0.96%H2O952.77 g/l73.12%合计1303 g/l100%此溶液中含有 Al2O3 ： 2261.280.1306295.32 Na2Oc： 2261.280.013530.53 Na2Ok： 2261.280.1151260.27 CO2： 2261.280.009621.71 H2O： 2261.280.73121653.45随同弃赤泥的附液，损失3.53kg Al2O3和3.38kg Na2OT，其中有3.11kg Na2Ok和0.27kg Na2OC，水解损失5.89kg Al2O3和3.12kgH2 O。则进入稀释时，一次洗液中含有， kg：Al2O3： 295.323.535.89285.9Na2Ok： 260.273.11257.16Na2OC： 30.530.2730.26CO2： 21.710.27446221.52H2O（按差值计）： 5824.30总计： 6407.32溶出溶液稀释的洗液中的水量，以铝酸钠溶液赤泥和溶出浆液中水量之差值来计算。在铝酸钠溶液中，每13.06kg Al2O3占有73.12kgH2O（见表33）则：1989.48161.27285.92114.11kg 时Al2O3占有的含水量为2114.1173.1213.0611836.43kg式中：1989.48为溶出浆液中Al2O3含量，kg 161.27为赤泥中Al2O3含量，kg 285.9为一次洗液中Al2O3含量，kg洗水中的水量为：11836.4396.65259.875925.745747.47kg式中：11836.43为铝酸钠溶液中的H2O量 96.65为赤泥的灼减 259.87溶出浆液的灼减（表32） 5925.74溶出浆液中的H2O量（表32）根据计算得出的赤泥浆液稀释分离和赤泥洗涤的物料平衡表见表346。表34 赤泥溶液稀释平衡进kg出kg溶出浆液（表2）赤泥Al2O31989.48Al2O3161.27Na2OT1782.64Na2OT37.22Fe2O3109.97Fe2O3109.97SiO2124.05Ti2O56.86Ti2O56.86SiO2124.05CaO119.44CaO119.44CO2131.48其他48.3其他48.3灼减96.65灼减259.87合计753.76H2O5925.74铝酸钠溶液（按差值计）合计10547.83Al2O32114.11洗水Na2Ok1817.25Al2O3285.9Na2OC215.59Na2Ok257.16CO2153Na2OC30.26H2O11836.43CO221.52合计16136.38H2O5747.47合计6342.31总计16890.14总计16890.14表3.5 赤泥浆液分离平衡进kg出kg稀释后的赤泥浆液：赤泥753.76赤泥（表4）753.76赤泥附液铝酸钠溶液Al2O3295.32Al2O32114.11Na2Ok260.27Na2Ok1817.25Na2OC30.53Na2OC215.59CO221.71CO2153H2O1653.45H2O11836.43合计2261.28合计16136.38去分解的精液（按差值算）Al2O31818.79Na2Ok1556.98Na2OC185.06CO2131.29H2O10182.98合计13875.1总计16890.14总计16890.14表3.6 赤泥洗涤平衡进kg出kg赤泥（未计水解）（表5）753.76赤泥（计入水解量）762.77粗液（赤泥附液）（表5）弃赤泥中的液相Al2O3295.32Al2O33.53Na2Ok260.27Na2Ok3.11Na2OC30.53Na2OC0.27CO221.71CO20.19H2O1653.45H2O908.22合计2261.28合计915.32新洗涤用水5005.36稀释用洗水（按差值）Al2O3285.9Na2Ok257.16Na2OC30.26CO221.52H2O5747.47合计6342.31总计8020.4总计8020.43.2.4 铝酸钠溶液的分解加入精液晶种分解工序的1818.79kg中，仍有815.63kg留在母液中（表32）分解，蒸发和苏打苛化共损失了2.952.003.53 8.48kg Al2O3（表31），因此以Al（OH）3形态析出：1818.79（815.638.48）994.68kg Al2O3其分解率为：994.681818.79100%54.69%在母液中有：1818.79994.682.95821.16kg Al2O3而碱的数量则等于从铝酸钠溶液中的碱量减去Na2O在分解时的损失量， kg：Na2Ok： 1556.986.240.921551.24Na2OC： 185.066.240.08184.56CO2： 131.296.240.084462130.94H2O： 10182.98526.69656.38合计： 12344.28含于Al（OH）3中的994.68kg Al2O3结合有994.68318102526.6kg H2OAl（OH）3的总重为： 994.68526.61521.28kg在种子比等于3.0时（晶种中Al2O3与精液中Al2O3的重量比）， 晶种带入1818.793.0=5456.37kg Al2O3和5456.3754102=2888.67kgH2O，合计为8345.04kg。当晶种Al（OH）3的附液量为其量的20%时，随同晶种加入了：8345.040.200.802086.26kg 母液在这2086.26kg母液中含有：Al2O3： 138.78Na2Ok ： 0.169011551.24262.17Na2OC： 0.16901184.5631.19CO2： 0.16901130.9422.13H2O： 0.169019656.381631.99总计： 2086.26根据计算结果列出晶种分解平衡表见表37：表37 晶种分解平衡表进kg出kg精液（表5）氢氧化铝浆液Al2O31818.79Al（OH）39863.86Na2Ok1556.98Al2O36449.45Na2OC185.06H2O3414.41CO2131.29种分母液（按差值计）H2O10182.98Al2O3961.54合计13875.1Na2Ok1813.41晶种（Al（OH）3）8345.04Na2OC215.75其中Al2O35456.37CO2153.07H2O2888.67H2O11289.23母液（晶种附液）合计14433Al2O3138.78损失（表31）Na2Ok262.17Al2O32.95Na2OC31.19Na2Ok5.74CO222.13Na2OC0.50H2O1631.99CO20.35合计2086.26合计9.54总计24306.4总计24306.43.2.5 氢氧化铝浆液的沉降浓缩分离后的Al（OH）3浆液的液固比等于1.0，所的到的母液送去蒸发。将浓缩分离后的浆液进行过滤，其中一部分含有20%水分的Al（OH）3用作晶种，其余部分1521.28kg成品Al（OH）3经洗涤过滤.该母液中含有的各组分含量为：Al2O3：（ 1521.2814433）961.540.10542961.54=101.20Na2Ok： 0.105421813.41191.18Na2OC： 0.10542215.7522.74CO2： 0.10542153.0716.14H2O： 0.1054211288.271190.02 （按差值计）Al（OH）3浆液浓缩分离平衡的计算结果列于表38中表38 Al（OH）3浆液浓缩分离平衡进kg出kg氢氧化铝浆液（表7）Al（OH）39863.86晶种Al（OH）3（表7）8345.04其中Al2O36449.45其中Al2O35456.37H2O3414.41H2O2888.67种分母液（表7）晶种附液（表7）Al2O3961.54Al2O3138.78Na2Ok1813.41Na2Ok262.17Na2OC215.75Na2OC31.19CO2153.07CO222.13H2O11289.23H2O1631.99合计14433合计2086.26成品Al（OH）31521.28其中Al2O3994.68H2O526.6成品Al（OH）3附液Al2O3101.20Na2Ok191.18Na2OC22.74CO216.14H2O1190.02合计1521.28去蒸发的母液（按差值）Al2O3719.96Na2Ok1360.12Na2OC161.76CO2114.8H2O8466.36合计10823总计24296.86总计24296.863.2.6 产品氢氧化铝的洗涤与焙烧洗涤氢氧化铝（表39）所采用的条件是，洗涤并过滤后，Al（OH）3附液的含碱量与煅烧后的被Al2O3带走的Na2O损失量相一致，即损失了2.03kgNa2OT，其中包括1.81kg Na2Ok和0.22kg Na2OC，同这些Na2O结合的有0.99kg Al2O3和0.11kgCO2。表39 Al（OH）3洗涤平衡进kg出kg成品Al（OH）31521.28洗净Al（OH）31519.76其中Al2O3994.68其中Al2O3993.69H2O526.6H2O526.07Al（OH）3附液（表8）Al（OH）3附液Al2O3101.20Al2O30.96Na2Ok191.18Na2Ok1.81Na2OC22.74Na2OC0.22CO216.14CO20.16H2O1190.02H2O103.23合计1521.28合计106.38新水1000送蒸发的洗水（按差值计）Al2O3101.23Na2Ok189.37Na2OC22.52CO215.98H2O2087.32合计2416.42总计4042.56总计4042.56表310成品Al（OH）3煅烧洗涤 收入公斤支出公斤洗涤的Al（OH）31519.76氧化铝989.94氢氧化铝附液（表9）灼减和杂质8.25Al2O30.96Na2O1.81Na2Ok1.81合计1000Na2OC0.22损失（表1）CO20.25Al2O3 4.71H2O103.23Na2O0.22合计106.38CO20.16H2O621.05合计626.14总计1626.14总计1626.143.2.7 苛化碳酸钠的溶解度随苛碱浓度的增高而下降，当母液蒸发时，有部分的碳酸钠呈一水形态结晶析出，而后用水溶解并进行苛化处理。拜尔法每一次循环，均从溶液中析出碳酸钠，其析出量与在这一循环周期内进入到溶液中去的碳酸钠相等。母液经蒸发后所得循环溶液中含有（包括蒸发损失）（见表31和表32）Na2Ok： 1586.64Na2OC： 138CO2： 97.94Al2O3： 815.63H2O： 6662.99合计： 9301.2而母液及Al（OH）3洗水中的各组数量为表38和表39。Na2OK：189.371360.121549.49Na2Oc：22.52161.76184.28CO2 ： 15.98114.8130.78Al2O3：101.23719.96821.19这样一来，这蒸发时的一水苏打量为：（184.28138）0.951.42同这些数量的Na2Oc相结合的有36.49kg CO2和14.93kgH2O，故Na2CO3 ：51.4236.4987.91Na2CO3H2O ： 87.9114.93102.84即一水苏打的总量为102.98kg，他带走的循环母液（X）为一水苏打沉淀量的30%，即X100（X102.84）30故X44.07kg，或44.0713480.0327m3;循环母液中含有，公斤：Na2OK： 0.0327230.007.52Na2Oc： 0.0327200.65CO2 ： 0.032714.820.46Al2O3： 0.0327141.003.87H2O： 31.57合计 44.07根据苛化反应：Na2CO3CaOH2OCaCO32NaOH当石灰添加量取上述反应计算量的125%时，则需要CaO：87.911.255610658.05kg亦即需58.050.75976.49kg工业石灰（0.759为工业石灰中CaOf的含量）。在苛化率为90%的情况下，需要CaO量为：87.910.95610641.80kg故58.0541.8016.25kg CaO，反映结果是41.80kgCaO生成41.801005631.38kg CaCO3其中有41.80445632.84kg CO2及41.80625646.29kg Na2Ok按制取Na2O总浓度为10%溶液确定溶解水苏打时所需的水量：即加入： 51.427.520.6559.59kg Na2OT 时H2O的总需要是： 59.590.90.1536.31kg煮石灰的石灰渣，洗水用量按制取含有300g/l CaO（其中有效CaO的含量为183.05 g/l）的石灰计算，则58.05kgCaO需要： 58.05950183.05301.27kg H2O因而，苏打石灰浆液中的水的来源为： 一水苏打： 14.93 循环母液： 31.57 石灰乳： 301.27 合计： 347.77这样，在溶解苏打时应该供给的新水数量为：536.31347.77188.54kg弃石灰渣的组成： CaO： 58.05 Na2OT： 4.03 Al2O3： 3.53 CO2： 32.84 H2O：3.53108102=3.74 （3CaO.Al2O3.6H2O ） 合计： 102.19石灰渣含水25%，因而此渣带走102.19257534.06kg 碱性附液根据计算得到的数据，苏打苛化时各组数据平衡如表311所示。表311 苏打苛化平衡 收入公斤支出公斤一水苏打石灰渣Na2OC51.42CaO58.05CO236.49Al2O33.53H2O14.93CO232.84合计102.84H2O3.74一水苏打溶液合计98.16Al2O33.87石灰渣附液Na2Ok7.52Na2Ok3.71Na2OC0.65Na2OC0.32CO20.46CO20.23H2O31.57H2O29.80合计44.07合计34.06石灰乳送蒸发碱液（按差值计）CaO38.05Al2O30.34H2O301.27Na2Ok50.09合计359.32Na2OC5.47用于溶液苏打水188.54CO23.88H2O502.77合计562.55总计694.77总计694.77 3.2.8 蒸发和苏打分离在编制蒸发平衡表（表312）时必须考虑到由母液，氢氧化铝和和苛化后碱液蒸发而得到的组成符合计算数据的循环溶液，以及一水碳酸钠。所得的溶液组成与表32的差值为0.86 Na2Ok0.86 Na2OC0.46CO2，在计算允许的范围内。表312 蒸发和苏打分离收入公斤支出公斤母液（表8）一水苏打Al2O3719.96Na2OC51.42Na2Ok1360.12CO236.49Na2OC161.76H2O14.93CO2114.8合计 102.84H2O8466.36一水苏打附液（表11）合计10823Al2O33.87Al（OH）3洗水（表9）Na2Ok4.94Al2O3101.23Na2Oc0.65Na2Ok189.37CO20.46Na2Oc22.52H2O31.57CO215.98合计44.07H2O2087.32损失（表1）合计2416.42Al2O32.0苛化制取的碱液（表11）Na2O4.1Al2O30.34合计6.1Na2Ok50.09去湿磨的循环母液（按差值计）Na2Oc5.47Al2O3815.66CO23.88Na2Ok1587.96H2O502.77Na2Oc137.68合计562.55CO297.71H2O6662.19合计9301.2蒸汽冷凝水4347.76总计13801.97总计13801.973.3 氧化铝物料小时流程表 表3.13 主要物料衡算表序号物料名称Kg/t-Al2O3m3/t-Al2O3平衡流量t/h平衡流量m3/h最大流量t/h最大流量m3/h1铝土矿（干）1789.5181.7196.652石灰（干）142.876.527.713补充苛性碱187.200.138.555.9410.117.024循环母液9301.26.9424.71315.07502.35372.665溶出浆液10547.837.504481.64342.65569.77405.286稀释后浆液16136.3814.372736.82656.26871.51776.227赤泥（未计水解）753.7634.4240.718赤泥附液2261.280.468103.2521.37122.1225.289赤泥洗水5005.363.121228.56142.51270.34168.5610精液13875.111.803633.57538.95749.39637.4711赤泥洗液去稀释6342.314.87289.60222.37342.54263.0212晶种8345.04381.05450.7113晶种附液2086.2695.26112.6714种分母液1443310.5