压煮器课程设计说明书().doc
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1、目录绪论1第一章 生产方法与工艺流程及主要技术条件的选择与论证71.1 氧化铝生产方法现状71.2 工艺流程的选择与论证111.3 氢氧化铝焙烧141.4 主要技术、经济指标的选择与论证16第二章 冶金计算172.1 设计计算原始条件172.2 氧化铝的计算18第三章 高压溶出器的设计计算283.1 单位时间内通过溶出器的矿浆量的计算283.2 溶出器个数的确定283.3 溶出器壁厚与封头厚度的确定29第四章 总结30参考文献30绪论一、氧化铝工业1氧化铝行业的发展动态氧化铝是炼铝的基本原料,冰晶石氧化铝熔盐电解仍然是目前工业生产金属铝的唯一方法,每生产一吨金属铝消耗尽两吨氧化铝。世界90%以
2、上的氧化铝用于生产电解铝,氧化铝工业的盛衰主要取决于电解铝工业的发展状况。虽然目前由于国际金融危机的影响,有色金属行业处于低迷期,但是从长期发展来看,未来几年,世界铝价亦将回升到高位区并继续上扬。电解炼铝以外使用的氧化铝称之为非冶金用氧化铝或多品种氧化铝。世界上多品种氧化铝的开发十分迅速,并已在电子、石油、化工、耐火材料、精密陶瓷、军工、环境保护及医药等许多高新技术领域获得了广泛的应用。目前多品种氧化铝达300多个品种。2.世界氧化铝工业的发展1894年世界上第一个拜耳法生产氧化铝的工厂投产,一百多年来,随着世界对金属铝的需求量增加,氧化铝工业得到迅速发展。2000年-2006年世界和我国的氧
3、化铝产量情况见下表绪-1:20002006年世界和我国的氧化铝产量统计 表绪-1项目2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年世界Al2O3产量/万吨4811.94848.84978.55259.15487.25615.76600我国Al2O3产量/万吨432.8474.7545.0611.2698.0853.61300目前世界上生产氧化铝的国家有30余个,氧化铝厂85座。主要集中在澳大利亚、中国、美国、巴西和俄罗斯,这5个国家氧化铝产能占世界总产能的70%左右,其中澳大利亚铝土矿资源得天独厚,氧化铝产能占世界的25%左右。全球氧化铝厂中规模在100万吨/年以上的有
4、30家,生产能力占全球总产能的50%以上其中300万吨/年以上的3家均在澳大利亚。世界氧化铝的生产经营主要集中在6家跨国企业集团手中,其中美铝和加铝控制了全球30%以上的氧化铝生产能力。现代氧化铝工业面临着科学技术快速发展、优质铝土矿资源日益短少、世界能源危机日趋加深、市场竞争明显加剧、清洁生产和环境保护的法律法规日益完善而要求越来越高的挑战,因此要求氧化铝工业能够适应这种新的形势,近年来氧化铝生产主要发展方向表现在:1)工厂的生产规模不断扩大。由于现代科学技术的发展,电解铝、电子、化工等工业对氧化铝生产在产量、质量、品种等方面提出了更多更高的要求,而优质的铝土矿资源日益紧缺,能源危机日益加深
5、,这就要求必须尽量采用高效、低耗的大型冶金设备及生产过程的强化技术。因此世界氧化铝厂向大规模、系列化发展。近几年新建的氧化铝厂起步规模都在100万吨以上。生产规模的扩大,生产工艺的改进,使生产设备日益大型化和高效化,而设备大型化有利于工艺过程的自动控制和监测。2)随着优质铝土矿资源的日益枯竭,要求人们最大限度地综合利用铝土矿资源,而单纯的氧化铝生产工艺已经不能满足要求,往往需要采用选矿、冶金、护工等联合流程。为了降低电解铝原料的投资成本,世界各大铝业公司纷纷推行集约化生产经营,以期在这一劳动密度型较高产品的生产过程获利更丰厚。3)在流程和工艺上也有许多变化和提高。生产过程的控制和自动化是氧化铝
6、技术的进步的重要标志,集中表现在能耗和劳动了消耗大幅度降低,使生产成本下降。如在20世纪50年代,氧化铝生产能耗为30GJ/t,人工消耗10个工时以上;80年代初,单耗降到13GJ/t,人工消耗为0.9-1.6;到2000年,单耗降到9-12GJ/t。4)随着工业的发展,各国对环境保护的要求日益提高,要求有更高的卫生标准和安全标准。因此,氧化铝工业必须充分考虑实施清洁生产的措施,“三废”及冶金炉窑中排放热能的利用、综合治理等。除了上述发展外,今年来在氧化铝生产的许多工序中还广泛应用各种添加剂。它们在絮凝沉降、助滤、脱水、放钩、砣硅及除杂等方面都具有良好的效果。在强化种分及抑制熟料溶出时二次反应
7、的添加剂也在积极研究之中。广泛的基础理论研究对推动氧化铝生产的技术进步也起了重要作用。3.我国氧化铝工业的发展我国铝工业是在解放后建立和发展起来的。1954年7月1日在山东铝厂产出我国第一批氧化铝,1960年郑州铝厂投产,1978年贵州铝厂投产,1988和1998年山西铝厂和平果铝业公司分别投产,2006年我国氧化铝产量已超过1300万吨。经过半个世纪的发展,我国已成为世界第一电解铝生产国、第二氧化铝生产国,在世界铝工业中具有举足轻重的地位。表绪-2我国六大氧化铝厂的情况:我国六大氧化铝厂主要情况(2003年) 表绪-2厂名生产方法投产时间产量/万吨碱耗/(kg/tAO)综合能耗/(GJ/tA
8、O)中铝山东分公司烧结法为主195495.0381.236.66中铝郑州分公司混联法1965137.5063.029.38中铝贵州分公司混联法197875.2168.138.16中铝山西分公司混联法1987141.6058.233.72中铝中州分公司烧结法为主199285.1062.340.12中铝平果分公司拜尔法199568.9064.512.61总计603.34我国氧化铝工业经过前20年,特别是近10年的科技进步,技术水平和装备水平已大大提高,主要经济技术指标已得到优化。虽然国内氧化铝工业取得了长足的进步,但与世界铝工业强国相比,我国在全球配置资源能力、技术装备水平、产品竞争力、技术创新、
9、产业集中度等方面差距较大:我国的铝土矿资源丰富,其储量位居世界第五。但我国铝土矿资源属于高铝、高硅、低铁、低铝硅比的一水硬铝石型铝土矿,至今尚未找到大中型三水软铝石矿床。一水硬铝石型铝土矿矿石难磨难溶,需在高温高碱高压下才能溶出,较难处理。由于我国铝土矿较难处理,除了广西的部分铝土矿外,其他铝土矿矿石处理不得不选用烧结法、混联法等工艺流程,这些流程溶出时间长,工艺复杂,致使我国氧化铝企业与同等装备水平的国外企业相比,氧化铝能耗高;我国的氧化铝厂中,虽然陕西、平果铝业公司和中州铝厂引进了部分国外先进的氧化铝生产技术和设备,但从总体上看,与国外相比还有较大差距,我国使用烧结法流程生产氧化铝的比重较
10、大,占53%,使得我国氧化铝生产的整体装备水平不高。技术研发力量薄弱,铝加工等关键技术装备仍依赖进口。我国铝工业整体素质不高、产品竞争力不强、产业结构不合理等问题依然十分突出。我国氧化铝产品中砂状氧化铝比重占10%。六大氧化铝生产企业中只有平果铝业公司生产砂状氧化铝,其余五家生产中间状氧化铝。随着我国大型预焙槽和干法净化技术的推广应用,砂状氧化铝的需求量将越来越大。我国对砂状氧化铝的生产工艺流程进行了大量试验,但目前尚未达到大规模生产水平。资源供应短缺的矛盾进一步凸显,对外依赖度不断上升,资源严重不足已成为制约我国铝工业发展的主要因素。针对中国氧化铝工业存在的问题,国内提出了一系列解决方案:(
11、1)加速氧化铝工业所需人才的培养。实现氧化铝工业发展战略目标的关键是人才的培养,所以应加强各类人才的培养,尤其是管理人才、技术人才、市场营销人才的培养,加大人才培养力度,并建立完善的激励机制,调整人才结构,形成合力的人才梯次,营造多出人才、出号人才的氛围,为氧化铝工业的可持续发展奠定坚实的基础。(2)开发应用新技术,提高技术装备水平,降低生产成本。氧化铝工业应加大科技投入,以降低成本为目的,节能降耗为重点,加快开发适合我国铝土矿特点的新工艺、新设备、新技术、新材料和新的控制系统。应进一步加强溶出、烧结、脱硅、蒸发、焙烧等工序的节能研究:对于拜耳法溶出,根据矿石情况,在对国内已有的管道化溶出、双
12、流法溶出、单管预热高压釜溶出、管道预热高压釜溶出、管道预热停留罐溶出等强化溶出技术的实际效果进行总结的基础上,有选择地推广应用;对于烧结法,在完善富矿烧结法的基础上,积极开发生料流态化焙烧设备,完善和推广间接加热连续脱硅技术,以达到节能降耗;积极采用计算机控制技术应用氧化铝生产节能新技术;加快开发和推广应用铝土矿选矿除杂技术,提高铝土矿的A/S,从而保证可经济地采用拜耳法处理;开发推广大型高效设备等。与此同时,通过资产、管理、技术生产要素的优化组合,是氧化铝可比制造成本达到同期国际先进水平。只有这样,才能使我国氧化铝在国际市场有较强的竞争力。(3)提高产品质量,开发新品种。努力提高我国氧化铝工
13、业的产品质量,增加市场需求的品种,根据我国铝土矿资源的有机物含量低,采用烧结法能够生产白度较高的氧化铝产品的特点,大力开发多品种氧化铝,调整产品结构。(4)挖掘潜力,扩大产能,满足需求。我国氧化铝工业发展的最大优势是国民经济稳定健康的发展。随着经济建设步伐的加快,我国铝的需求量越来越大,国内良好的市场空间,为氧化铝工业的发展提供了广阔的前景。(5)加快铝土矿原料和赤泥的综合利用针对我国铝土矿原料情况,结合氧化铝生产流程,实现有价元素镓、钪等的回收。加大开发和应用氧化铝环保新技术,尤其是氧化铝废渣脱碱生产水泥及其它建筑材料的新技术等,以实现氧化铝生产“零”排放。(6)加快再生铝行业的发展和相关先
14、进技术设备的开发研究,减少铝土矿的消耗,为循环经济的发展提供保障。总之,氧化铝作为重要的炼铝用原材料,对铝工业的持续稳步发展意义重大。在资源有保证的情况下,如何根据世界市场的消费特点合理开发矿石资源、优化生产设施布局、加强内部管理和实施技术改造,实现资源的最优化配置,降低成本,不断获取成本竞争优势,提高竞争力将是各生产商进行决策时需要考虑的主要因素。二、铝土矿资源1.世界铝土矿资源情况铝在地壳中的平均含量为8.8%,但目前铝的可利用矿产资源仅为铝土矿、霞石和明矾石,而95%以上的氧化铝是从高品位的铝土矿提取的。目前,世界已探明铝土矿资源储量约360亿吨,其中几内亚90亿吨,澳大利亚60亿吨,巴
15、西30亿吨,牙买加30亿吨苏里南20亿吨,喀麦隆20亿吨,中国23亿吨约居世界第五位。2.我国的铝土矿资源现状我国铝土矿资源储量丰富,保有储量为2288亿吨。主要分布在山西、贵州、河南、广西、山东五省区,储量21.16亿吨,占全国总储量的9248。我国铝土矿资源储量预测可达50亿吨,其中山西25亿吨,河南4亿吨,贵州5亿吨,广西7亿吨,云南3亿吨。我国铝土矿资源的特点:(1)大型矿床少,已查明的324处矿床中。储量在5000万吨上的矿床仅有5个,多数储量在5002000万吨之间,还有许多500万吨以下的小型矿床。(2)沉积型矿床多,坑采储量比重大,保有储量中88为沉积型矿床,堆积型床占11,红
16、土风化壳型矿床仅占1,适合于露天开采的约占30,介于露采和坑采之间的占30,其余40为坑采矿。且多数沉积型矿床的矿体薄,缓倾斜,围岩不稳定,坑采难度大。(3)一水硬铝石型矿石为主是中国铝土矿的主要特点,在保有储量中,一水硬铝石型矿石占99,这是一种高铝高硅的难溶矿石,矿石的铝硅比(A/S)低,溶出性能差,生产成本高。(4)我国铝土矿虽然资源丰富,在我国铝土矿保有储量中A十B十C的储量为7.5亿吨,其中A/S约47的储量占59.53即4.46亿吨,而A/S7的铝土矿仅占保有储量的33.05,即为2.467亿吨。我国中低品位铝土矿现有储量尚可支撑20到40年。我国提出了“坚持以人为本,树立全面、协
17、调、可持续的发展观,促进经济社会和人的全面发展”的社会主义科学发展观。从中国铝工业的发展势头看,如果不可再生的铝土矿资源一旦枯竭,那么中国现有的铝工业特别是氧化铝工业将面临“无米之炊”的困境。因此,应从长远考虑,及早制定铝土矿资源战略以保障中国铝工业的可持续发展。面对我国铝土矿资源存在的突出问题和重点矛盾,众多学者分别从不同角度提出了解决方案,大致归纳如下:(1)科学规划与布局,实施铝土矿资源的保护性开采战略,进一步提高中国铝土矿资源开发利用水平。保护和合理利用资源是实现经济可持续发展的战略方针。铝资源作为国家紧缺的大宗原材料和战略性矿产,必须坚持可持续发展和资源安全为原则,不能仅仅由市场需求
18、和经济利益所驱动。一是对已探明和开啊的铝土矿实行保护性开采,提高铝土矿开采效率,保护不可再生的铝土矿资源,杜绝乱采监挖和无证开采,防止资源的损失浪费,延长矿山服务年限。二是控制国内铝土矿开采规模,保护矿产资源的合理储备,保证在较长时间内满足现有氧化铝工业对矿产资源的需求。三是加大铝土矿资源的勘探和开发,增大铝土矿资源的储备。(2)改进部分现有技术,提高资源利用率。鉴于中国铝土矿资源的特性,必须走科技开发之路。围绕充分提高资源利用率这目标,加大对氧化铝加工工艺和高效率设备的研发力度。结合信息和控制技术的发展,推进原料均质化、工序模块化、作业智能化进程,从而实现有限资源的高效利用。(3)加大科技开
19、发力度,提高铝土矿综合利用水平。加强铝土矿资源的综合利用,既可以防止或降低有价资源的浪费,又可以显著提高企业的经济效益,使矿石资源利用的经济效果实现最优化。(4)加快海外铝土矿资源的开发和利用力度。随着我国工业化、城市化进程的加快,对能源、重要矿产资源的需求量大幅度增加,实施利用国外资源的资源战略,已成为我国经济社会可持续发展的必然选择。采取充分利用国内外两种资源的方针,实现资源全球范围的优化配置,有利于中国铝工业的可持续发展能力的提高国外铝资源十分丰富,品质优良,保障程度高,低成本氧化铝生产优势十分明显,扩产潜力巨大。目前,国外有十余个规划建设项目,主要集中在澳大利亚,几内亚、越南、印度、巴
20、西、牙买加等国家,我们应注意信息的收集,密切跟踪,以多种形式开发利用国外资源:自发地、有组织结地成氧化铝采购联合体,并由一个无任何经济利益关系的中介机构牵头,统一对外,参与对国外现货和短期合同的投标和商务谈判,掌握采购和定价的主动性,这是遏制多头对外,竞相抬价,规范市场秩序,解决氧化铝有效供给和扭转被动局面的重要措施。以补偿贸易、投资产能、投资入股等方式与竞争力强,有意合作的企业进行合作,稳定货源,锁定价格。这种方式可避免市场变化所带来的风险,主动性较强。鼓励、支持国内企业直接投资开发铝资源,并建设氧化铝厂,也可以与国外公司结成战略同盟关系,共同开发。支持有丰富氧化铝资源的外国公司进入我国电解
21、铝企业,使部分电解铝企业纳入跨国公司氧化铝一体化市场运作体系中。探讨进口国外优质铝土矿在经济、安全、稳定前提下建设氧化铝厂的可能性。(5)建立多元化氧化铝生产供应体系。氧化铝供应短缺的状况将长期存在,因此,除了对国内现有氧化铝厂进行改扩建,增加产能、产量和强化对国外资源开发、利用外,还应考虑选择资源条件好、环境条件具备的地方建设若干个布局合理的氧化铝厂,以改善现有生产供应格局,形成多元化的氧化铝生产供应体系。这样,既可以缓解氧化铝供应紧张局面,又形成多元开发,公平竞争,降低成本,有利于电解铝工业发展。(6)严控电解铝工业的无序发展。目前,我国电解铝产能产量增长已大大超过需求的增长,而且不少地方
22、不顾主客观条件盲目无序的发展,给整个铝工业以及相关行业带来很大影响。为此,需要采取以下措施:制定合理的、科学的电解铝工业发展规划。并遵照资源开发程度和可能、市场需求发展趋势、原料和能源供给的保证程度以及合理布局等条件实施。按照国家有关规定,规范电解铝建设秩序和程序,严格控制电解铝生产能力的扩大和新建工程的审批。根据“环保法”和国家产业政策要求,加速并坚决淘汰环保不达标的自焙电解槽的生产能力。对未经国家批准,或擅自扩大生产能力的项目和企业,不分配供应氧化铝,并取消电价、供货等优惠政策。(7)建立、健全国内废铝回收和国外进口体系。提高再生铝产量和技术水平。从铝资源合理利用和节省能源角度考虑,应注重
23、并加强废铝的回收和再生铝的生产。随着我国铝消费量增加,废铝产生量也将随之增加,并逐渐进入循环周期。由于再生铝具有节约资源,减少能源消耗等优势,所以应提倡和鼓励对废铝的回收,建立健全国内废铝回收和国外进口体系,建设再生铝加工基地和生产企业。这是国内外铝工业客观发展的必然趋势,是充分利用铝资源的需要,也是我国铝工业发展战略的重要组成部分。(8)建立环保生态环境战略,实现和谐发展。在开发国内铝土矿资源和利用国外铝土矿资源的过程中,硬度注意保护人类共同赖以生存的地球自然环境。包括矿石开采过程中的保护和氧化铝生产过程中对环境的保护,决不能走先污染,后治理的路,个别企业为了眼前的、局部的利益而不考虑环境因
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