氧化铝生产物料平衡计算样本.docx
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氧化铝生产物料平衡计算样本
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（%）
Al2O3Fe2O3SiO2TiO2CO2灼减其它合计水分
65.866.176.963.191.3614.581.881002.88
3）石灰的化学组成（%）
CaOTCO2其他合计
83.606.0510.35100
4）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）
Na2OkNa2OcCO2密度：
1440㎏/m3
438.87.25.1
7）循环母液的组成（g/L）
Na2OkAl2O3Na2OcCO2Na2OT密度：
1.348g/㎝3
230118.22014.2250
=3.2
8）铝酸钠溶液组成（g/L）
Na2OkAl2O3Na2OcCO2密度：
1303kg/m3
150170.1717.5812.48
=1.45
9）沉降分离槽底流L/S=3.0，末次洗涤槽底流L/S=1.2
10）弃赤泥液相中Na2O的含量（浓度）：
3.693g/L
11）溶出后的赤泥的A/S=1.3，N/S=0.3
12）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=1.0
14）氢氧化铝洗涤水的消耗量为0.5~1.0吨/吨-AH，氢氧化铝滤饼的含水量为7.0%
15）蒸发中，Na2CO3·H2O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/S＝65.86÷6.96＝9.46，故
理论溶出率η理＝
×100%＝
×100%＝89.43%
实际溶出率η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÷（0.84×0.6586）＝1789.51kg干铝土矿
其中应含有氧化铝：
1789.51×65.86%＝1178.57kg
因而，氧化铝的总损失量：
1178.57－990＝188.57kg
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%×1178.57＝2.36kg
相当与损失干铝土矿：
2.36÷65.86%＝3.58kg
则进入湿磨工序的干土矿：
1789.51－3.58＝1785.93kg
干石灰量为：
1785.93×8%＝142.87kg
湿磨过程中Al2O3的损失与破碎时相同，即只有：
0.2×1178.57kg相当于铝土矿为2.36÷65.86%＝3.58kg
则送溶出的原矿浆矿石量为：
1785.93－3.58＝1782.35kg
送溶出的铝土矿中含，kg：
Al2O3：
1782.35×0.6586＝1173.85
Fe2O3：
1782.35×0.0617＝109.97
SiO2：
1782.35×0.0696＝124.05
TiO2：
1782.35×0.0319＝56.86
CO2：
1782.35×0.0136＝24.24
灼减：
1782.35×0.1458＝259.87
其它：
1782.35×0.0188＝33.51
合计：
1782.35
附着水：
1782.35×0.0288＝51.33
而送溶出的石灰中含，kg：
CaO：
142.87×0.8360＝119.440
CO2：
142.87×0.0605＝8.64
其它：
142.87×0.1035＝14.79
总计：
142.87
表3.1Al2O3和Na2O的损失量
损失项目
Al2O3
Na2O
（公斤）
占铝土矿中%
公斤
破碎及储存
0.20
2.36
/
湿磨
0.20
2.36
1.00
赤泥不溶解形式
13.68
161.27
37.22
赤泥溶解形式
0.30
3.53
3.38
水解
0.50
5.89
/
分解
0.25
2.95
6.24
蒸发及析出苏打
0.17
2.00
4.10
石灰乳渣
0.30
3.53
4.03
焙烧
0.40
4.71
2.03
合计
16.00
188.57
58
需要加入的苛性碱为：
58÷（438.8＋7.2）＝0.130
或0.130×1440＝187.20kg
苛性碱带入，kg：
Na2O：
58kg
CO2：
5.1×0.130＝0.66kg
H2O（按差值计）：
187.20－58－0.66＝128.54kg
赤泥的组成，kg：
Al2O3：
124.05×1.3＝161.27（赤泥A/S＝1.3）
Na2O：
124.05×0.3＝37.22（赤泥N/S＝0.3）
Fe2O3：
109.97
SiO2：
124.05
CaO：
119.44
TiO2：
56.86
其它：
33.51＋14.79＝48.3
未计入灼减的赤泥量为：
161.27＋37.22＋109.97＋56.86＋124.05＋119.44＋48.3＝657.11
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：
124.05×102÷（1.7×60）＝124.05kgAl2O3
124.05×36÷（1.7×60）＝43.78kgH2O
（2）若赤泥中的CaO以CaO.TiO2.H2O的形式存在，那么56.86kgTiO2结合：
56.86×18÷80＝12.79kgH2O
（3）在
（1）中剩余的Al2O3，若在赤泥中以3CaO.Al2O3.SiO2.6H2O形式存在，那么161.27－124.05＝37.22kg结合37.22×6×18÷102＝39.41kgH2O
（4）若1.8%的Fe2O3在赤泥中以Fe（OH）3形式存在，则：
109.97×1.8%×54÷160＝0.67kgH2O
由此可得灼减为：
43.78＋12.79＋39.41＋0.67＝96.65kg
总赤泥量为657.11＋96.65＝753.76kg
若包括水解损失的5.89kgAl2O3则结合5.89×54÷102=3.12Kg的H2O.
此时总赤泥量为753.76＋5.89＋3.12＝762.77kg
Na2O的化学损失稍低于在组成为Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O时同124.05kgSiO2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3.38kgNa2Ok，则有3.11kgNa2OT。
故：
762.77×1.2×x＝3.38×1000，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：
（990＋4.71）÷0.5469＝1818.82kg
如果分解过程中无机械损失，则留于母液中的Al2O3：
1818.82－990－4.71＝824.11kg
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
824.11－2.95－2.00－3.53＝815.63kg
当
＝3.2时，其所含的
为815.23×3.2÷1.645＝1586.64kg
量为
的8%，即：
×100%＝8%
则:
＝
＝20g/l因此CO2:
20×44÷62=14.2g/l
循环母液的体积为：
1586.64÷230＝6.90
循环母液中Al2O3为：
815.63÷6.90＝118.2g/l
＝1.348g/cm
（其中NaOH的密度为1.263g/l）
则循环溶液重量为：
6.90×1348＝9301.2kg
：
6.90×20＝138kg
CO2：
138×44÷62＝97.94kg
则H2O：
9301.2－97.94－1586.64－138－815.63＝6662.99kg
原矿浆量＝铝土矿重量＋石灰重量＋苛性碱重量＋循环母液
＝1782.35＋142.87＋187.20＋9301.2－1.00＝11463.95kg
式中0.50——磨矿时
的损失，kg
溶出时矿浆浓缩率为8%，即:
11463.95×8%＝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3．2所示：
表3.2高压溶出平衡
进，kg
出，kg
铝土矿
溶出浆液
Al2O3
1173.85
Al2O3
1989.48
Fe2O3
109.97
Na2OT
1782.64
SiO2
124.05
Fe2O3
109.97
TiO2
56.86
SiO2
124.05
CO2
24.24
TiO2
56.86
其他
33.51
CaO
119.44
灼减
259.87
CO2
131.48
H2O
51.33
其他
48.3
合计
1833.68
灼减
259.87
石灰
H2O
5925.74
CaO
119.44
合计
10547.83
CO2
8.64
浓缩水量
917.12
其他
14.79
①未计入湿磨损失1.00kg
合计
142.87
苛性碱
Na2Ok
57.07
Na2Oc
0.93
CO2
0.66
H2O
128.54
合计
187.20
循环母液
Al2O3
815.63
Na2Ok
1586.64
Na2Oc
138
CO2
97.94
H2O
6662.99
合计
9301.2.00
总计
11464.95
合计
11464.95
3.2.3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：
150×1.645÷1.45＝170.17.52g/l。
当
＝1.62时，Na2Oc的浓度为＝
－150＝17.58g/l
CO2的浓度为＝17.58×44÷62＝12.48g/l
则
＝1.303g/cm
（其中NaOH的密度为1.18g/l）
则H2O的浓度为：
1303－170.17－17.58－150－12.48＝952.77g/l
根据带走的铝酸钠溶液：
753.76×3.0＝2261.28kg
铝酸钠溶液的组成见表3．3。
表3．3铝酸钠溶液的组成
组成
浓度
Al2O3
170.17g/l
13.06%
Na2Ok
150g/l
11.51%
Na2Oc
17.58g/l
1.35%
CO2
12.48g/l
0.96%
H2O
952.77g/l
73.12%
合计
1303g/l
100%
此溶液中含有Al2O3：
2261.28×0.1306＝295.32
Na2Oc：
2261.28×0.0135＝30.53
Na2Ok：
2261.28×0.1151＝260.27
CO2：
2261.28×0.0096＝21.71
H2O：
2261.28×0.7312＝1653.45
随同弃赤泥的附液，损失3.53kgAl2O3和3.38kgNa2OT，其中有3.11kgNa2Ok和0.27kgNa2OC，水解损失5.89kgAl2O3和3.12kgH2O。
则进入稀释时，一次洗液中含有，kg：
Al2O3：
295.32－3.53－5.89＝285.9
Na2Ok：
260.27－3.11＝257.16
Na2OC：
30.53－0.27＝30.26
CO2：
21.71－0.27×44÷62＝21.52
H2O（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13.06kgAl2O3占有73.12kgH2O（见表3．3）
则：
1989.48－161.27＋285.9＝2114.11kg时Al2O3占有的含水量为2114.11×73.12÷13.06＝11836.43kg
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：
11836.43＋96.65－259.87－5925.74＝5747.47kg
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3．2）
5925.74溶出浆液中的H2O量（表3．2）
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3．4~6。
表3．4赤泥溶液稀释平衡
进
kg
出
kg
溶出浆液（表2）
赤泥
Al2O3
1989.48
Al2O3
161.27
Na2OT
1782.64
Na2OT
37.22
Fe2O3
109.97
Fe2O3
109.97
SiO2
124.05
Ti2O
56.86
Ti2O
56.86
SiO2
124.05
CaO
119.44
CaO
119.44
CO2
131.48
其他
48.3
其他
48.3
灼减
96.65
灼减
259.87
合计
753.76
H2O
5925.74
铝酸钠溶液（按差值计）
合计
10547.83
Al2O3
2114.11
洗水
Na2Ok
1817.25
Al2O3
285.9
Na2OC
215.59
Na2Ok
257.16
CO2
153
Na2OC
30.26
H2O
11836.43
CO2
21.52
合计
16136.38
H2O
5747.47
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
Al2O3
295.32
Al2O3
2114.11
Na2Ok
260.27
Na2Ok
1817.25
Na2OC
30.53
Na2OC
215.59
CO2
21.71
CO2
153
H2O
1653.45
H2O
11836.43
合计
2261.28
合计
16136.38
去分解的精液（按差值算）
Al2O3
1818.79
Na2Ok
1556.98
Na2OC
185.06
CO2
131.29
H2O
10182.98
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
Al2O3
295.32
Al2O3
3.53
Na2Ok
260.27
Na2Ok
3.11
Na2OC
30.53
Na2OC
0.27
CO2
21.71
CO2
0.19
H2O
1653.45
H2O
908.22
合计
2261.28
合计
915.32
新洗涤用水
5005.36
稀释用洗水（按差值）
Al2O3
285.9
Na2Ok
257.16
Na2OC
30.26
CO2
21.52
H2O
5747.47
合计
6342.31
总计
8020.4
总计
8020.4
3.2.4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3．2）分解，蒸发和苏打苛化共损失了2.95＋2.00＋3.53＝8.48kgAl2O3（表3．1），因此以Al（OH）3形态析出：
1818.79－（815.63＋8.48）＝994.68kgAl2O3
其分解率为：
994.68÷1818.79×100%＝54.69%
在母液中有：
1818.79－994.68－2.95＝821.16kgAl2O3
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：
1556.98－6.24×0.92＝1551.24
Na2OC：
185.06－6.24×0.08＝184.56
CO2：
131.29－6.24×0.08×44÷62＝130.94
H2O：
10182.98－526.6＝9656.38
合计：
12344.28
※含于Al（OH）3中的994.68kgAl2O3结合有994.68×3×18÷102＝526.6kgH2O
Al（OH）3的总重为：
994.68＋526.6＝1521.28kg
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1818.79×3.0=5456.37kgAl2O3和5456.37×54÷102=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：
8345.04×0.20÷0.80＝2086.26kg母液
在这2086.26kg母液中含有：
Al2O3：
＝138.78
Na2Ok：
0.16901×1551.24＝262.17
Na2OC：
0.16901×184.56＝31.19
CO2：
0.16901×130.94＝22.13
H2O：
0.16901×9656.38＝1631.99
总计：
2086.26
根据计算结果列出晶种分解平衡表见表3．7：
表3．7晶种分解平衡表
进
kg
出
kg
精液（表5）
氢氧化铝浆液
Al2O3
1818.79
Al（OH）3
9863.86
Na2Ok
1556.98
Al2O3
6449.45
Na2OC
185.06
H2O
3414.41
CO2
131.29
种分母液（按差值计）
H2O
10182.98
Al2O3
961.54
合计
13875.1
Na2Ok
1813.41
晶种（Al（OH）3）
8345.04
Na2OC
215.75
其中
Al2O3
5456.37
CO2
153.07
H2O
2888.67
H2O
11289.23
母液（晶种附液）
合计
14433
Al2O3
138.78
损失（表3．1）
Na2Ok
262.17
Al2O3
2.95
Na2OC
31.19
Na2Ok
5.74
CO2
22.13
Na2OC
0.50
H2O
1631.99
CO2
0.35
合计
2086.26
合计
9.54
总计
24306.4
总计
24306.4
3.2.5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：
（1521.28÷14433）×961.54＝0.10542×961.54=101.20
Na2Ok：
0.10542×1813.41＝191.18
Na2OC：
0.10542×215.75＝22.74
CO2：
0.10542×153.07＝16.14
H2O：
0.10542×11288.27＝1190.02（按差值计）
Al（OH）3浆液浓缩分离平衡的计算结果列于表3．8中
表3．8Al（OH）3浆液浓缩分离平衡
进
kg
出
kg
氢氧化铝浆液（表7）
Al（OH）3
9863.86
晶种Al（OH）3
（表7）
8345.04
其中
Al2O3
6449.45
其中
Al2O3
5456.37
H2O
3414.41
H2O
2888.67
种分母液（表7）
晶种附液（表7）
Al2O3
961.54
Al2O3
138.78
Na2Ok
1813.41
Na2Ok
262.17
Na2OC
215.75
Na2OC
31.19
CO2
153.07
CO2
22.13
H2O
11289.23
H2O
1631.99
合计
14433
合计
2086.26
成品Al（OH）3
1521.28
其中
Al2O3
994.68
H2O
526.6
成品Al（OH）3附液
Al2O3
101.20
Na2Ok
191.18
Na2OC
22.74
CO2
16.14
H2O
1190.02
合计
1521.28
去蒸发的母液（按差值）
Al2O3
719.96
Na2Ok
1360.12
Na2OC
161.76
CO2
114.8
H2O
8466.36
合计
10823
总计
24296.86
总计
24296.86
3.2.6产品氢氧化铝的洗涤与焙烧
洗涤氢氧化铝（表3．9）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1.81kgNa2Ok和0.22kgNa2OC，同这些Na2O结合的有0.99kgAl2O3和0.11kgCO2。
表3．9Al（OH）3洗涤平衡
进
kg
出
kg
成品Al（OH）3
1521.28
洗净Al（OH）3
1519.76
其中
Al2O3
994.68
其中
Al2O3
993.69
H2O
526.6
H2O
526.07
Al（OH）3附液（表8）
Al（OH）3附液
Al2O3
101.20
Al2O3
0.96
Na2Ok
191.18
Na2Ok
1.81
Na2OC
22.74
Na2OC
0.22
CO2
16.14
CO2
0.16
H2O
1190.02
H2O
103.23
合计
1521.28
合计
106.38
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