氧化铝焙烧温度控制系统课程设计

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1、 1 氧化铝焙烧温度控制系统课程设计 摘要：氧化铝是电解铝生产的主要原料，针对我国矿石特点，我国氧化铝的生产工艺主要采 用的是拜尔法和烧结法以及混联法，在拜尔法中焙烧工序是氧化铝生产必不可少的一个过 程， 并且是整个氧化铝生产的最后一道工序， 该生产过程的主要任务是将来自分解或平盘的 带有附着水的氢氧化铝物质在焙烧炉中高温煅烧， 脱除附着水和结晶水， 从而生成物理化学 性质符合电解要求的氧化铝。 氧化铝焙烧的主要工艺参数是灼烧温度 灼烧温度的高低与稳 定与否直接决定着氧化铝的出厂质量， 所以稳定控制氧化铝灼烧温度是保证氧化铝生产质量 的主要途径。 本文以氧化铝焙烧生产过程控制系统为背景， 开展

2、了氧化铝焙烧生产过程控制 策略的研究和控制系统的设计以及器件的选型。 关键词：氧化铝焙烧；器件选型；串级控制系统；PID 参数整定 一、氧化铝生产工艺 生产氧化铝的方法大致可分为四类：碱法、酸法、酸碱联合法与热法。目前工业上几乎 全部是采用碱法生产。碱法有拜耳法、烧结法及拜耳烧结联合法等多种流程。 目前，我国氧化铝工业采用的生产方法有烧结法，混联法和拜耳法三种，其中烧结法占 20.2，混联法占 69.4，拜耳法占 10.4。虽然烧结法的装备水平和技术水平在今年来 有所提高， 但是我国的烧结技术仍处于较低水平。 而由于拜耳法和烧结混合法组成的混联法， 不仅由于增加了烧结系统而使整个流程复杂， 投

3、资增大， 更由于烧结法系统装备水平和技术 水平不高，使得氧化铝生产的能耗增大，成本增高，降低我国氧化铝产品在世界市场上的竞 争力。拜耳法比较简单，能耗小，产品质量好，处理高品位铝土矿石，产品成品也低。目前 全世界 90的氧化铝是用拜耳法生产的。 拜耳法的原理是基于氧化铝在苛性碱溶液中溶解度的变化以及过氧化钠浓度和温度的 关系。 高温和高浓度的铝酸钠溶液处于比较稳定的状态， 而在温度和浓度降低时则自发分解 析出氢氧化铝沉淀，拜耳法便是建立在这样性质的基础上的。 下面两项主要反映是这一方法的基础： 42232 )(2)3(2lOHNaAlOHxNaOHOxHOA NaOHOHAlOHNaAl 34

4、 )()( 前一反映是在用循环的铝酸钠碱溶液溶出铝土矿时进行的。 铝土矿中所含的一水和三水 氧化铝在一定条件下以铝酸钠形态进入溶液。 后一反映是在另一条件下发生的析出氢氧化铝 沉淀的水解反应。铝酸钠溶液在 95-100 度不致水解的稳定性可以用来从其中分离赤泥，然 后使溶液冷却，转变为不稳定状态，以析出氢氧化铝。 拜耳法生产过程简介：原矿经选矿、原矿浆磨制、溶出与脱硅、赤泥分离与精制、晶种 分解、氢氧化铝焙烧成为氧化铝产品。 2 破碎后进厂的碎高矿经均化场均化后， 用斗轮取料机取料入输送机进入铝矿仓， 石灰石 经煅烧后输送到石灰仓， 然后与循环母液经调配后按比例进入棒磨机、 球磨机的两段磨和旋

5、 流器组成的磨矿分级闭路循环系统。 分级后的溢流经缓冲槽和泵进入原矿浆储槽， 用高压泥 浆泵输送矿浆进入多级预热和溶出系统， 加热介质可用溶盐也可用高压新蒸气， 各级矿浆自 蒸发器排出的乏气分别用来预热各级预热器中的矿浆。 溶出设备可用套管加热与高压釜组成 溶出器组。 溶出后的矿浆经多级降压自蒸发器降压后， 与赤泥一次洗液一同进入矿浆稀释槽。 末级自蒸发器排出的乏气，用来预热赤泥洗水，洗水由循环水和不合格的冷凝水组成。稀释 矿浆进入分离沉降槽， 其溢流经过叶滤和降温后送去晶种搅拌分解， 分解后的氢氧化铝浆液 经分离后，大部分氢氧化铝返回种分槽作为晶种使用，其余部分送去洗涤，洗水用纯净的热 水，

6、洗净后的氢氧化铝送去焙烧，焙烧后的氧化铝即为成品氧化铝。分离后的种分母液送去 蒸发，加入少量盐类晶种以诱导盐类晶种析出，其溢流与滤液、补充新的液体苛性钠后组成 循环母液，送去调配制备原矿浆。 二、氧化铝生产焙烧过程工艺 氢氧化铝焙烧是氧化铝生产工艺中的最后一道工序。 焙烧的目的是在高温下把氧化铝的 附着水和结晶水脱除，从而生成物理化学性质符合电解要求的氧化铝。 (1)焙烧原理 氢氧化铝经过焙烧炉的干燥段， 焙烧段和冷却段使之烘干， 脱水和晶形转变而变成氧化铝产 品其化学变化可分为以下几个阶段。 （a）脱除附着水 OHOHAlOHAl C 23 100 23 )(OH) 当温度高于 100C 时氢氧化铝中的附着水被蒸发，此反应发生在闪速干燥器。 (b)脱除结晶水 结晶水的脱除分两步进行，250-300 度时，失去两个结晶水，在 500-600 度的温度下它失去 最后一个结晶水。而成为 32 rOAl 。 OHOAlOHOAl C 232 300250 232 23 OHOAlOHOAl C 232 600500 232