第一篇：氧化鋁電力

氧化鋁電力 1.1設計依據(jù)：

（1）氧化鋁主體專業(yè)提資；（2）本工程擬采用的規(guī)范標準； 1.2設計標準

供配電系統(tǒng)設計規(guī)范

GB50052-2009 10KV及以下變電所設計規(guī)范

GB50053-95 低壓配電設計規(guī)范

GB50054-95 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范

GB50062-2008 通用電氣設備配電設計規(guī)范

GB50055-93 建筑照明設計標準

GB50034-2004 建筑物防雷設計規(guī)范

GB50057-2010 電力工程電纜設計規(guī)范

GB50217-2007 并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范

GB50227-2008 有色金屬冶煉廠電力設計規(guī)范

YS5002-96 1.3用電負荷及性質(zhì) 1.3.1用電負荷

鑫旺氧化鋁廠二期300萬噸/年產(chǎn)量，用電計算負荷如下：

有功功率：110769KW

視在功率：123077KVA(按補償后cosφ＝0.9計算)

年電耗量：72×107KWh 1.3.2負荷性質(zhì) 根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)工藝流程長、連續(xù)性強的特點，其中一級負荷占25％，三級負荷占5％，其余為重要的二級負荷。因此，對供電可靠性要求較高，一般應由兩個獨立電源供電，并且每個電源均能保證供給總負荷的90％以上。1.4供電電源

氧化鋁廠用電電源從二期自備電站引來。

為提高供電可靠性，發(fā)電機10KV母線采用單母線分段加旁路方式。

為維持電站和氧化鋁廠的穩(wěn)定運行，在電廠10KV饋電開關出口處必須加裝線路電抗器，其參數(shù)按電抗器后部三相短路時發(fā)電機母線殘壓仍可維持65％以上的額定電壓為準。1.5氧化鋁廠10KV配電系統(tǒng)

根據(jù)生產(chǎn)工藝各片區(qū)的特點和經(jīng)濟供電半徑的原則，二期300萬噸氧化鋁廠共設置10個10KV分配電所，其分布如下：

原料10KV配電所

1個

溶出10KV配電所

2個

沉降區(qū)域配電所

1個

分解區(qū)域配電所

3個

蒸發(fā)區(qū)域配電所

1個

焙燒區(qū)域配電所

1個

空壓站區(qū)域配電所

1個

每個分配電所均為雙電源供電，即兩個電源回路分別引自發(fā)電機10kV不同母線段，目的是當其中任一進線回路停電時，另一進線回路可保證100%的負荷工作。

每個分配電所內(nèi)的10kV主接線均采用單母線分段方式，正常時母聯(lián)斷開，為分列運行，當其中任一回路停電時，通過綜合自動化裝置的BZT環(huán)節(jié)合入母聯(lián)開關，保證對所有高壓電機和車間變電所的負荷正常供電。

1.6車間變電所及220/380V配電系統(tǒng) 1.6.1車間變電所

氧化鋁廠的10個10KV配電所盡可能伸入負荷中心，并以放射式供電方式，向所在區(qū)域的10/0.4/0.23KV車間變電所供電。主要生產(chǎn)流程中的車間變電所均設置兩臺變壓器，互為100%備用，所內(nèi)低壓側(cè)母線為單母線分段方式，正常時分列運行，當其中任一電源停電時，在確定其負荷側(cè)故障已消除后，人工合入母聯(lián)開關（要求兩路低壓進線開關和母聯(lián)開關之間必須加電氣閉鎖）。

200KW及以下的負荷單元不考慮設置變電所，由附近的其它變電所供電，但必須保證正常工作及起動所需的電壓允許值。1.6.2車間變電所的配置

為節(jié)省占地面積和有利于在多塵多堿液的環(huán)境中安全運行、維護檢修，盡可能將其置于車間建筑物之內(nèi)，當沒有建筑物依附時，則建獨立變電所。

所有車間及獨立變電所均采用干式變壓器與低壓配電屏并列安裝的布置方式。高低壓配電室為方便電纜敷設通常均設置電纜夾層，對出線較少的低壓配電室也可采用電纜溝出線的敷設方式。1.6.3 220/380V配電系統(tǒng)

所有車間變電所均設有低壓配電室，為縮短線路長度和減少電能損耗，盡可能使配電室伸入到用電負荷中心。所有220/380V系統(tǒng)一律采用TN-S制式，對外供電電源線路長度在50m及以上者，必須在其進戶處做重復接地。

互為備用的用電設備應分配在不同的母線段上供電。1.7控制與監(jiān)測

根據(jù)生產(chǎn)運行的實際需要，氧化鋁廠的10個10kV分配電所，全部采用綜合自動化裝置，對系統(tǒng)中的每一個回路進行實時監(jiān)控和操作。

各生產(chǎn)車間的電力傳動系統(tǒng)，凡設有DCS控制中心的，一律采用集中計算機和分散于機旁的兩種方式進行生產(chǎn)操作、監(jiān)控和檢測；沒有DCS系統(tǒng)的車間，則采用PLC系統(tǒng)控制。

為與一期控制原理圖保持一致，普通低壓電機均采用馬達保護器進行控制、保護，并以硬接線方式送至DCS。1.8繼電保護

采用綜合自動化裝置的10個10KV分配電所及其供電的高壓電機和車間變壓器按照有關規(guī)范設置保護。1.9電力傳動

普通可直接起動的電動機由低壓屏上的接觸器控制起停，280kW及以上容量的電動機由于直接起動困難，建議采用10kV電壓等級的高壓電機。根據(jù)起動電壓水平計算，凡不能直接起動、又需要調(diào)速的風機、泵類負荷加變頻器軟起和調(diào)速，不需要調(diào)速者加軟起動器起動。大型恒力矩負荷如630kW以上的球磨機，則采用液體變阻器起動。1.10功率因數(shù)補償

為達到電力部門運行功率因數(shù)達到0.9和節(jié)約能源的需要，應該加裝靜電移相電容器，加裝的方式有兩種：一種是裝在10KV側(cè)，另一種是裝在220/380V側(cè)，其區(qū)別在于裝在10KV側(cè)僅能提高功率因數(shù)，而裝于220/380V側(cè)時在提高功率因數(shù)的同時，還可提高變壓器和輸電線路的利用率，降低變壓器內(nèi)部損耗和線路損耗。

考慮到電容器往往成為諧波電流的首要受害者，在整流和逆變設備較多的電網(wǎng)上，裝設補償電容的同時，必須考慮諧波治理（即防止串聯(lián)諧振）的問題。1.11電纜及線路敷設

高低壓配電室內(nèi)電纜出線均從電纜夾層由電纜橋架引出至車間。車間內(nèi)電纜及電力線路，由于數(shù)量大且距離長，盡可能在避開惡劣環(huán)境和生產(chǎn)操作部位的地方采用電纜橋架敷設；根據(jù)實際情況也可穿水煤氣管暗敷設或沿墻敷設。

廠區(qū)的供電線路主要沿綜合管架采用電纜橋架敷設，為便于電纜敷設和維護檢修，可在電纜橋架旁設計檢修平臺；在沒有任何依托的區(qū)間，架設獨立電纜橋架；4根及以下的10KV電纜線路考慮鎧裝直埋。1.12電氣照明

廠區(qū)道路照明電源在保證合理電壓降情況下實行多點供電，并統(tǒng)一控制開閉，線路一律為鎧裝電纜直埋, 跨越道路及各種管路及硬敷蓋地面的線段必須穿鋼管保護，埋設深度為0.8～1.0米。

主要生產(chǎn)車間內(nèi)照明均采用雙電源供電，兩路電源分別引自車間低壓配電室的不同母線段，并且車間內(nèi)兩路電源供電的照明燈具采取交叉布置的原則，以保證一路電源事故時另一路電源滿足事故照明的需要。檢修照明電源由車間內(nèi)布置的檢修電源箱提供。

高壓配電室增設事故照明，照明電源取自直流屏；有人24小時值班的控制室除雙電源供電外，另加自動切換的事故照明，照明電源取自UPS。1.13防雷及接地 1.13.1防雷

根據(jù)氧化鋁廠各車間的生產(chǎn)性質(zhì)，本廠屬于Ⅲ類防雷等級，另據(jù)雷暴日資料，按中雷區(qū)計算，建筑物高度凡在15米及以上者，均做防雷設計。1.13.3接地

本工程10KV系統(tǒng)屬于小電流接地方式，電氣設備正常情況下不帶電的金屬外殼必須做可靠的接地保護。220/380V系統(tǒng)為TN-S方式，變壓器中性點引出的工作接地線（即零線N）在進戶后必須嚴格的與接地線（即PE線）區(qū)別開來，禁止經(jīng)過開關切斷。

1）變壓器中性點工作接地沖擊電阻不大于4Ω 2）保護接地沖擊電阻不大于10Ω

3）車間二次配電點的進線側(cè)，若變壓器的接地超過50m時，要重復接地，接地電阻不得大于10。

防雷接地、低壓工作接地、保護接地根據(jù)具體情況可合用一套接地裝置組成綜合，綜合接地沖擊電阻不大于1Ω。1.14節(jié)能

如何節(jié)約電能，是工程設計中必須考慮的問題，主要采取以下措施實現(xiàn)節(jié)能：

1）選用干式變壓器中低能耗的SG(B)系列線圈非包封變壓器。2）盡可能的將車間變壓器布置在低壓負荷中心，通過壓縮低壓線路長度減少線損。

3）需要調(diào)速的風機及泵類負荷采用變頻調(diào)速方案，由于其流量正比于電機轉(zhuǎn)速，電機的功率又正比于流量的三次方，所以可認為電機功率正比于轉(zhuǎn)速的三次方，可見其節(jié)省效果十分可觀，在頻繁調(diào)速深度達50%時，節(jié)電30～60%，投入的變頻設備投資約1～2年即可收回。

4）在車間變電所低壓側(cè)母線上裝設靜電移相電容器，使功率因數(shù)提高到0.9的同時，由于補償后的電流有效值減少，可有效降低變壓器和線路的損耗。1.15安全防火

1）變壓器及配電室門窗均應滿足相應防火等級的要求去做設計。配電室門應向外開。進出高低壓柜（屏）的電纜孔洞或電纜進出配電室的孔洞安裝施工完畢后，均應用防火堵料封嚴，以防火災蔓延而擴大災情。

2）對互為備用的雙回路電纜宜分開敷設，在不同的通道中或在同一通道的不同側(cè)支架上或不同橋架內(nèi)，非得在同一橋架內(nèi)敷設時，橋架內(nèi)加金屬隔板，以便把互為備用的電纜分開。電纜溝道或橋架較長時，約每隔200m應有隔火措施，以免火災蔓延。

3）高低壓配電室、控制室中的柜（屏）布置，按維護、操作及防火通道要求設計。在上述配電室及操作室內(nèi)，備有手提式能噴絕緣的滅火粉末之類的噴射器材。

4）配電室及操作室均設有電話，以便有火情時能及時報警。5）選用高壓電纜時，酌情可選用阻燃型電纜。

6）對應生產(chǎn)車間，照明供電采用不同電源的雙回路交叉供電，以保證有火情時，有足夠的照度要求。無雙電源時，也可采用應急燈。

第二篇：氧化鋁污水（本站推薦）

氧化鋁行業(yè)水污染控制措施探討

2012-03-07 16:11:39

張 凱1，張瓊娜2(1.黃河水資源保護科學研究所，鄭州 450004；2.鄭州燃氣股份有限公司，鄭州 450006)摘■要:根據(jù)氧化鋁行業(yè)生產(chǎn)用水及排污特點，結合某氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)廢水的處理實踐，推薦采用逆向洗滌赤泥和氫氧化鋁，節(jié)約用水量；綜合利用赤泥洗液和含堿廢水；對生產(chǎn)用水設置循環(huán)水系統(tǒng)和二次利用水系統(tǒng)；設置生產(chǎn)廢水處理站，氧化鋁系統(tǒng)和熱電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)排水、循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，以及化驗等廢水全部排入生產(chǎn)廢水處理站處理，廢水經(jīng)處理后作為二次利用供水返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，通過綜合利用生產(chǎn)廢水，可以實現(xiàn)廠區(qū)廢水的零排放，節(jié)約資源的同時，提高清潔生產(chǎn)水平，避免對環(huán)境造成污染。

關鍵詞:氧化鋁;廢水;水污染防治;零排放

中圖分類號:X703 文獻標志碼:A 文章編號:1006-5377（2010）05-0052-04 1 前言

由于國內(nèi)鋁土礦資源的鋁硅比普遍偏低，因此在氧化鋁廠的生產(chǎn)過程中一般都需要使用大量的水，同時也產(chǎn)生了大量外排廢水。據(jù)有關資料統(tǒng)計，國內(nèi)大型氧化鋁廠日外排廢水可達4～6萬m3。氧化鋁生產(chǎn)廢水主要來源于現(xiàn)場的含堿廢液、生產(chǎn)設備冷卻水、工廠自備熱電廠的生產(chǎn)污水及其他附屬單位的生產(chǎn)排水。本文結合河南某年產(chǎn)80萬噸的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的實際生產(chǎn)及水污染控制情況，對該行業(yè)廢水治理措施進行分析說明，對氧化鋁行業(yè)中拜爾法生產(chǎn)過程中的水污染產(chǎn)生、循環(huán)利用、二次利用、處理措施、清潔生產(chǎn)措施等問題進行了探討。生產(chǎn)工藝及廢水產(chǎn)生環(huán)節(jié)

拜爾法是目前處理鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁流程最短、最經(jīng)濟的方法，也是最主要的生產(chǎn)方法之一，特點是工藝簡單、流程短、能耗低、投資低、產(chǎn)品質(zhì)量高，而且大氣污染物排放量小，是氧化鋁生產(chǎn)的最佳技術，屬于清潔生產(chǎn)工藝。

氧化鋁生產(chǎn)工藝用水主要為生料磨制、母液蒸發(fā)、脫硅、氧化鋁洗滌、赤泥洗滌，以及石灰爐CO2洗滌等工序。拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，主要工藝是由溶出、分解與焙燒三個階段組成。氧化鋁生產(chǎn)過程中主要水污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)如下：1）氧化鋁系統(tǒng)主要用水單位為石灰制備、原礦漿磨制、溶出、預脫硅、赤泥分離洗滌、母液蒸發(fā)、氫氧化鋁過濾等工藝用水，水中主要含堿；2）煤氣站產(chǎn)生冷卻排水、酚油廢水；3）自備熱電站的凝汽機、空冷機、油冷機等冷卻水，主要污染物是pH、SS；化學水處理間樹脂再生（酸洗和堿洗）時產(chǎn)生的酸堿廢水；4）焙燒爐、空壓機、真空泵等設備間接冷卻水；5）選精礦濃密機溢流水含有礦漿、堿等污染物；6）各車間均有生活污水排出，污水中主要污染物為COD和懸浮物。水污染防治措施 在氧化鋁生產(chǎn)過程中有一定的含堿廢水產(chǎn)生，其主要來源是各工藝生產(chǎn)車間設備和管道的“跑冒滴漏”及設備檢修、清理的洗滌水、軸封、冷卻水等。這部分水一般含堿,若能回收后繼續(xù)使用,不僅能降低生產(chǎn)中的堿耗,而且可充分節(jié)約水資源及提高工廠效益。氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)廢水治理措施主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：

（1）凈循環(huán)水系統(tǒng)

氧化鋁系統(tǒng)的溶出、熟料溶出、壓煮脫硅、分離洗滌、母液蒸發(fā)、燒成窯、焙燒爐、空壓機、真空泵等冷卻水,電廠凝汽機、空冷機、油冷機等冷卻水,這些均為設備間接冷卻水,除溫升變化外,基本不含有害物質(zhì),設置凈循環(huán)水系統(tǒng),冷卻水經(jīng)冷卻塔冷卻后循環(huán)利用。該企業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)水量見表1。

（2）氧化鋁生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)

氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)設備冷卻、溶出、控制過濾、赤泥沉降洗滌、過濾及輸送、精液降溫種子分解、氫氧化鋁過濾、母液蒸發(fā)、排鹽苛化等工序冷卻用水設置總循環(huán)水系統(tǒng)。由于循環(huán)水受工藝物料污染，含堿較高，對補充水的硬度自行進行了軟化。為改善循環(huán)水水質(zhì)，保持循環(huán)水在一定的濃縮倍數(shù)下運行，對10%的循環(huán)水進行分流澄清處理，保證循環(huán)水懸浮物含量符合循環(huán)水的水質(zhì)標準。生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)水量見表2。

（3）選礦濁循環(huán)水系統(tǒng)

選礦車間鋁土礦選礦浮選工藝用水中主要含懸浮物及選礦藥劑，設置選礦濃密機溢流水循環(huán)系統(tǒng)，回收的溢流水進入回水池，返回流程循環(huán)使用的循環(huán)水量為3.4萬m3/d。

（4）煤氣站循環(huán)水系統(tǒng)

煤氣洗滌水中含有酚、氰、硫化物等多種污染物，設立單獨的循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水系統(tǒng)包括沉淀池、循環(huán)水泵房和水冷卻裝置。雙豎管冷卻器及煤氣洗滌塔的洗滌水進入隔油沉淀池，在沉淀池中定期投入硫酸鋁等絮凝劑，洗滌水經(jīng)除油、沉渣后再依次進入熱水池、冷卻塔、冷水池循環(huán)使用。該循環(huán)水系統(tǒng)虧水運行，不外排廢水。為改善循環(huán)水水質(zhì)，該系統(tǒng)設有旁流20%循環(huán)水的處理設施，即污水先經(jīng)沉淀池除去泥沙，再經(jīng)除油后80%送冷卻塔降溫后循環(huán)使用，另外20%水量用次氯酸鈉氧化作深度旁流處理，處理后仍返回循環(huán)水系統(tǒng)使用。

（5）設置生產(chǎn)廢水處理站

目前國內(nèi)各氧化鋁廠均設有生產(chǎn)廢水集中處理的工業(yè)廢水處理站,一般采用混凝沉淀法進行處理。各生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)排水經(jīng)匯集后進入廢水處理站，經(jīng)加藥、沉淀去除廢水中的懸浮物、泥沙和油。

氧化鋁系統(tǒng)和熱電廠的生產(chǎn)系統(tǒng)排水、循環(huán)水系統(tǒng)的排污水，以及化驗等排水排入生產(chǎn)廢水處理站處理（各系統(tǒng)排水量見表3）。各系統(tǒng)生產(chǎn)排水經(jīng)全廠排水管網(wǎng)匯入總管，然后排入工業(yè)廢水處理站，廢水經(jīng)沉淀池、平流沉淀池去除懸浮物后作為二次利用供水返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，沉淀池下部的污泥輸送至赤泥堆場堆存。廢水處理站處理系統(tǒng)SS去除率為97%～98%，COD去除率為60%，凈化后水中SS<50mg/L。生產(chǎn)廢水處理站處理前后水質(zhì)見表4。

（6）二次利用水系統(tǒng)

氧化鋁系統(tǒng)設二次利用水系統(tǒng)，溶出、種母精濾及脫硅、精液降溫種子分解、母液蒸發(fā)、氫氧化鋁過濾等工序的生產(chǎn)排水；各循環(huán)水系統(tǒng)排污水；原料堆場排水、化驗室及分析站排水等排入二次利用水系統(tǒng)，作為原料堆場噴灑、原料磨制、赤泥沉降分離洗滌和赤泥過濾及輸送、精液降溫種子分解等工序的生產(chǎn)用水使用。

生產(chǎn)廢水處理站的凈化水中SS<50mg/L，可滿足氧化鋁工藝系統(tǒng)和熱電廠中某些工序?qū)腋∥锏囊?，凈化后的水可用于原燃料卸車及堆場噴淋用水；原礦漿磨制、赤泥沉降分離洗滌和過濾輸送；精液降溫種子分解等氧化鋁工藝系統(tǒng)用水。凈化水中含堿，水質(zhì)自行軟化，無需添加水質(zhì)穩(wěn)定劑可直接返回工藝系統(tǒng)使用。

熱電廠設二次利用水系統(tǒng)，將熱電廠的風機、水泵、夏季空調(diào)等設備冷卻水直接排入熱電廠循環(huán)水系統(tǒng)，作為補充水；熱電廠的循環(huán)水系統(tǒng)的排污水、鍋爐定期和不定期的排污水、化學水處理系統(tǒng)反沖洗酸或堿廢水作為灰渣輸送用水。冷卻水系統(tǒng)直排水部分作為廠區(qū)綠化、道路噴灑等用水。該廠的生產(chǎn)廢水全部得到綜合利用，不外排。該廠二次利用水使用情況見表5。

（7）堿液、堿水的綜合利用

對產(chǎn)生含堿水的車間的跑、冒、滴、漏的工藝物料以及地坪、設備沖洗水，均由專門設置的污水泵站送原礦漿磨制工序回收利用。對于氧化鋁工藝過程產(chǎn)生的含堿水、母液、硅渣及其附液、赤泥洗液和赤泥堆場返回的附液也送原料磨制工序綜合利用。

（8）赤泥逆向洗滌，減少用水量

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過程中提取氧化鋁后的固體廢物，其中的含堿液為可回收堿液?？蓽p少用水量，采取逆向洗滌赤泥，洗滌后的溶液作為工藝回水用于配料。這樣可控制用水量，避免工藝回水飽和造成含堿廢水排放。

（9）化學水處理系統(tǒng)廢水酸堿中和處理

熱電廠化學水處理的廢水排入一個有效容積為4×420（m3）的中和池，同時配備有壓縮空氣攪拌系統(tǒng)，離子交換器排出的廢水、廢堿均排入池內(nèi)，當池內(nèi)液位達到一定高度時，采用壓縮空氣攪拌，同時啟動廢液泵進行循環(huán)攪拌。在中和池的出口處設有pH表，當pH值達到6～9時，停止攪拌。通過廢液泵直接排入生產(chǎn)排水管網(wǎng)。如pH值不合格時則開啟酸堿槽底部閥門，向中和池內(nèi)加入濃酸、濃堿，繼續(xù)攪拌直至pH值合格后方可排出。

（10）生活污水處理站 生活污水采用一元化污水處理設備處理，其處理能力達到240m3/d。該設備由豎流式斜管沉淀池，一、二級接觸氧化、二沉池、消毒池、快濾池組合為一整體，污泥排入赤泥堆場，處理前后的水質(zhì)情況見表6。污水處理站BOD凈化效率大于80%，治理后的出水BOD濃度小于30mg/L。處理后的生活廢水送生產(chǎn)廢水處理設施二次處理后作為氧化鋁生產(chǎn)補充水。

（11）酚油廢水焚燒處理

煤氣站循環(huán)水系統(tǒng)收集的酚油廢水中含有大量的酚類等有機污染物，其產(chǎn)生量為28.8m3/d，可送入煤氣廠配套的酚油廢水焚燒爐焚燒。清潔生產(chǎn)水平

工程設置完善的循環(huán)水系統(tǒng)和污水回收、串級使用系統(tǒng)，同時合理提高循環(huán)水濃縮倍率，減少循環(huán)水排污量；循環(huán)水系統(tǒng)的排污水及工業(yè)排水全部綜合利用，重復利用水率達95.8%。既防止了有害廢水的排放，又節(jié)約了新水，實現(xiàn)了生產(chǎn)廢水零排放。

經(jīng)采取上述措施后，該廠氧化鋁新水耗量為11.94t／t-Al2O3，用水指標處于國內(nèi)先進水平。只有控制了氧化鋁生產(chǎn)的新水用量，才能減少生產(chǎn)流程中污水量，從而減少進入工業(yè)廢水處理站的水量，使得工業(yè)用水做到了良性循環(huán)，為實現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放提供有利的保障。

結論

氧化鋁工業(yè)廢水以堿污染為主，對生產(chǎn)廢水設置循環(huán)水系統(tǒng)，各種小型、分散設備間接冷卻排水均作為凈循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，循環(huán)水系統(tǒng)的排污水排入污水處理廠處理，處理后的水用于拜爾法種子分解中間降溫和熱電廠鍋爐沖渣、除塵，實現(xiàn)了氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)廢水的零排放。因此，采用上述廢水處理方法及清潔生產(chǎn)方案，可以使氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)用水和排水實現(xiàn)封閉循環(huán)，實現(xiàn)廢水零排放，避免堿的流失和污染，基本解決了氧化鋁行業(yè)的水環(huán)境污染問題，其治理技術和管理經(jīng)驗值得借鑒和推廣。

第三篇：化學品氧化鋁

化學品氧化鋁

化學品氧化鋁是除冶金級氧化鋁之外的各種氧化鋁、氫氧化鋁和含鋁化合物的總稱，在國際上統(tǒng)稱非冶金級氧化鋁，在中國又俗稱多品種氧化鋁，其中經(jīng)過特殊加工過程在性能上與冶金級氧化鋁有一定差別的又常稱為特種氧化鋁。

化學品氧化鋁種類繁多，根據(jù)有色金屬行業(yè)標準YS/噸619-2007《化學品氧化鋁種類及牌號命名》，按化學成分將化學品氧化鋁分為5類：氫氧化鋁系列、特種氧化鋁系列、擬薄水鋁石系列、沸石系列和鋁酸鈣水泥系列。現(xiàn)在，聚合氯化鋁、含水鋁硅酸鈉、氟化鹽等鋁鹽、鋁酸鈉、鎵及鎵的化合物、部分氧化鋁陶瓷和剛玉耐火材料等也被納入了化學品氧化鋁的范疇。

1910年，美國鋁業(yè)公司（Alcoa）生產(chǎn)銷售了世界上第一批煅燒氧化鋁，作為生產(chǎn)白剛玉磨料的原料，開世界化學品氧化鋁工業(yè)的先河，距氧化鋁工業(yè)問世已24年?；瘜W品氧化鋁的特點是品種多，附加值高，技術含量高，應用領域廣且不斷擴大，價格相對穩(wěn)定，對環(huán)境友好，因此，已成為鋁產(chǎn)業(yè)的一個非常重要的分支。世界各國紛紛投巨資發(fā)展化學品氧化鋁產(chǎn)業(yè)，美國鋁業(yè)公司曾是世界最大的化學品氧化鋁生產(chǎn)商，其擁有24個生產(chǎn)企業(yè)，遍布世界各主要國家地區(qū)，生產(chǎn)的品種有220多個，產(chǎn)量超過1000k噸/a。后于2007年將化學品氧化鋁板塊轉(zhuǎn)讓給荷蘭安邁公司。

日本也是世界化學品氧化鋁生產(chǎn)消費大國，2012年其產(chǎn)量約1000k噸，而且在持續(xù)地緩緩上升，品種也是全球最多的，日本不生產(chǎn)冶金級氧化鋁，但在化學品氧化鋁生產(chǎn)方面卻實現(xiàn)了規(guī)?；⑾盗谢?、高科技化、環(huán)?；c成本合理化，產(chǎn)品除滿足國內(nèi)需求以外，出口量達到25%左右。日本化學品氧化鋁產(chǎn)量的85%以上為住友化學工業(yè)公司、昭和電工公司、日本輕金屬公司所生產(chǎn)。

1940年前后，美國、日本及歐洲對化學品氧化鋁進行了大規(guī)模的研究，到20世紀70年代，在國外的一些工業(yè)發(fā)達國家得到巨大發(fā)展。據(jù)國際鋁業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，1975年，西方國家氧化鋁總產(chǎn)量約20344k噸，化學品氧化鋁產(chǎn)量1699k噸，占總產(chǎn)量的8.3%；2000年，全球氧化鋁總產(chǎn)量約51200k噸，而化學品氧化鋁的產(chǎn)量為4800k噸，占總產(chǎn)量的9.4%；2008年，全球冶金級氧化鋁產(chǎn)量60496k噸，化學品氧化鋁產(chǎn)量4638k噸，占總產(chǎn)量的7.12%；2012年，世界氧化鋁總產(chǎn)量95705k噸，化學品氧化鋁產(chǎn)量8580k噸，占總產(chǎn)量的9%。2008年~2012年，世界化學品氧化鋁的年平均增長率為16.6%，比原鋁的年平均增長率約高11個百分點。

中國化學品氧化鋁工業(yè)起步較晚，1961年前后，為了解決電子工業(yè)原料匱乏的局面，山東鋁廠（現(xiàn)名山東鋁業(yè)股份有限公司）首先研制成功低納α型氧化鋁，自此開始了中國化學品氧化鋁的研發(fā)和生產(chǎn)。上世紀70年代，為了滿足石油、化工、耐火材料、陶瓷、制藥、環(huán)保、兵器、航空航天等產(chǎn)業(yè)對化學品氧化鋁的需求，山東鋁廠、鄭州輕金屬研究院等又先后研發(fā)和生產(chǎn)了活性氧化鋁、除砷除氟劑氧化鋁、低鐵氫氧化鋁、高純氧化鋁、陶瓷用α-Al2O3、噴涂用氧化鋁等24種新產(chǎn)品；上世紀80年代，中國的化學品氧化鋁生產(chǎn)進入高速發(fā)展時期，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，以鄭州輕金屬研究院、山東鋁業(yè)股份有限公司、中國長城鋁業(yè)公司為代表，建成了約60條特種氧化鋁生產(chǎn)線。在一些大型氧化鋁企業(yè)周邊地區(qū)先后建成了一批批生產(chǎn)化學品氧化鋁的民營企業(yè)，它們利用國產(chǎn)的或進口的原料生產(chǎn)各種化學品氧化鋁。

中國是氧化鋁生產(chǎn)大國，采用的生產(chǎn)工藝比任何一個國家的都多，易于實現(xiàn)工藝流程中嫁接生產(chǎn)化學品氧化鋁的支線，尤其是燒結法生產(chǎn)的氫氧化鋁，其具有高的自然白度。中國的化學品氧化鋁產(chǎn)業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，在國內(nèi)外市場上具有相當大的影響力，氫氧化鋁填料等產(chǎn)品還享譽國際市場。

不過，與美國、德國、日本相比，中國化學品氧化鋁無論產(chǎn)品品質(zhì)、品種、生產(chǎn)規(guī)模均存在著較大差距，其根本原因是在生產(chǎn)技術與裝備相對落后，對生產(chǎn)與應用方面的基礎理論研究不夠，創(chuàng)新能力弱，市場開發(fā)力度不夠。

中國化學品氧化鋁品質(zhì)與國外先進水平相比的差距主要表現(xiàn)為：化學純度、晶型、粒度分布、顆粒形貌、孔結構、比表面積、收縮率等物理化學指標不能有效穩(wěn)定地控制，不能很好地滿足用戶的需求，特別是不能滿足那些高科技產(chǎn)業(yè)的要求。

第四篇：氧化鋁

自動化集成過程控制系統(tǒng)在氧化鋁工程中的應用

氧化鋁廠通過建立全廠集中控制與調(diào)度中心，提高整條生產(chǎn)線設備控制協(xié)調(diào)性和生產(chǎn)管理協(xié)同性，從而提高勞動生產(chǎn)率，提升設備運轉(zhuǎn)率和設備臺時產(chǎn)能。通過集中管理過程數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，建立全廠生產(chǎn)指標監(jiān)視系統(tǒng)和管控一體化信息平臺，實現(xiàn)管理扁平化和精細化。通過建立氧化鋁生產(chǎn)全流程優(yōu)化管理、運行與控制系統(tǒng)，優(yōu)化全流程綜合生產(chǎn)指標、運行指標、過程運行控制指標，實現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)全流程優(yōu)化運行和優(yōu)化控制，進而實現(xiàn)綜合生產(chǎn)指標優(yōu)化，全面、持續(xù)、穩(wěn)定的提高氧化鋁產(chǎn)量、改善氧化鋁質(zhì)量、降低氧化鋁成本。

1）建立全廠集中控制與調(diào)度中心，實現(xiàn)全廠管控集中化。2）建立全廠管控一體化信息平臺，實現(xiàn)管理扁平化和精細化。

3）建立全流程運行優(yōu)化與運行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)綜合生產(chǎn)指標、運行指標、控制指標全流程優(yōu)化。4）建立操作員仿真系統(tǒng)，提高操作員技術水平。引言

本集成過程控制系統(tǒng)以羅克韋爾自動化的集成架構為核心，是一套全面集成的過程控制解決方案。集成架構作為一種技術框架,將車間現(xiàn)場不同的應用項目通過統(tǒng)一的控制、可視化和通信平臺集成在一起。這樣一來，所有的數(shù)據(jù)都能夠在整個企業(yè)內(nèi)進行無逢的傳遞。這正是現(xiàn)代化鋁廠真正需要的東西。

氧化鋁集成過程控制系統(tǒng)下設原料磨、石灰消化、溶出、沉降、種子過濾、蒸發(fā)、成品過濾、焙燒八個子系統(tǒng)，負責全廠生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集和實時控制，并通過以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)將信息集中到中央控制室的服務器，實現(xiàn)分散控制和集中管理的目的。本文詳細介紹在ControlLogix平臺上開發(fā)的集成過程控制系統(tǒng)硬件、軟件設計。2 氧化鋁生產(chǎn)過程的特點和控制要求 2．1 氧化鋁生產(chǎn)過程簡介

氧化鋁是一種兩性氧化物，能溶解于酸中也能溶解于堿溶液中。因此，由礦石中提取氧化鋁的方法分為酸法和堿法。開曼鋁業(yè)采用拜耳法堿法生產(chǎn)工藝。

拜耳法的基本原理有兩條：

（1）用NaOH溶液溶出鋁土礦所得到的鋁酸鈉溶液，在添加晶種不斷攪拌和逐漸降溫的條件下，溶液中的氧化鋁便呈AI(OH)3析出；

（2）分解得到的母液（主要含NaOH），經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下用來溶出新的一批鋁土礦。

交替使用這兩個過程，就能夠連續(xù)地處理鋁土礦，從中不斷析出純的AI(OH)3產(chǎn)品，構成所謂的拜爾法循環(huán)。

拜耳法的實質(zhì)就是使如下反應在不同條件下朝不同的方向交替進行：

式中當溶出一水鋁石和三水鋁石時X分別為1和3，當分解鋁酸鈉溶液時X=3.2．2氧化鋁生產(chǎn)對自控系統(tǒng)的要求

氧化鋁生產(chǎn)的多工序性，工序之間的互相制約性，要求控制系統(tǒng)必須長期連續(xù)穩(wěn)定運行。被控量既有溫度、壓力、流量、液位、密度等物理量，又有NT、A/S（硅鋁比）、αK（濃度）、AI2O3等化學量，對自控系統(tǒng)的實時性、準確性、安全性等方面提出了極高的要求。3 集成過程控制系統(tǒng)的硬件設計

圖1 網(wǎng)絡拓撲圖

3．1 慨述

集成過程控制系統(tǒng)是一個分布式控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)下設原料磨、石灰消化、溶出、沉降、種子過濾、蒸發(fā)、成品過濾、焙燒八個過程控制子系統(tǒng)（車間），每個車間均有一臺工程師站EWS和2-3臺操作員站OPS。車間內(nèi)部工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理等信息的傳輸由ControlNet控制網(wǎng)實現(xiàn)。整個氧化鋁廠的主要生產(chǎn)操作由這八套子系統(tǒng)完成。

集成過程控制系統(tǒng)的信息層采用EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)，通過以太網(wǎng)將上述八個車間的信息傳送到全廠生產(chǎn)信息調(diào)度中心，該中心設有兩臺服務器SERVER1、SERVER2和兩臺操作站OPS1、OPS2，對全廠生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、控制和管理。

整個控制系統(tǒng)共配置有35個CPU模塊，650多個I/O模塊，100多個通信模塊，這些模塊分別安裝在近90個機架上。用于控制4000多點模擬量和9000多點開關量，系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲見圖1。

3．2冗余技術是集成過程控制系統(tǒng)的基礎[1]

這個由13000多個控制點構成的龐大的自動控制工程，如果因故障停止運行，每天經(jīng)濟損失高達100多萬元人民幣，如何保證氧化鋁生產(chǎn)長期連續(xù)穩(wěn)定運行，決不是一句套話，一句口頭禪，而是擺在每一個設計、調(diào)試人員面前必須解決的基本課題。

具體而言，我們需要找到下述五種故障的解決途徑：

第1種故障：CPU故障； 第2種故障：控制層網(wǎng)絡故障；

第3種故障：信息層網(wǎng)絡故障；

第4種故障：主機硬件故障；

第5種故障：軟件故障。

我們雖然知道：1756/1757系統(tǒng)硬件模塊的平均無故障時間（MTBF）在150萬小時左右，并且獲得了TUV的SIL2的認證。以每天24小時，每年365天計算，模塊在171年內(nèi)將不會失效。但實際上，影響系統(tǒng)有效性的因素遠不只模塊本身，更重要的是如何用上千個模塊構建一個穩(wěn)定合理的系統(tǒng)。就象鋼鐵，可以造就萬噸巨輪遠航四海，也可能變?yōu)槌翜S海底的一堆銹鐵一樣。

羅克韋爾自動化集成過程控制系統(tǒng)的冗余技術合理地解決了這些問題。

所謂“冗余”，是指“一個具有相同設備功能的備用系統(tǒng)”，當主設備出現(xiàn)故障時，冗余設備是可以立即使用的替代設備。3．3控制器冗余

圖2 硬件冗余

3.3.1控制站冗余

兩個互為冗余的控制站配置必須完全相同（圖2中的主/從機架），冗余功能是依靠冗余模塊1757-SRM實現(xiàn)。當主控制器失效時，從控制器在100ms內(nèi)接替主控制器，主從控制器的同步對用戶來說是完全透明的，冗余模塊之間通過冗余的光纜連接。

冗余功能的主要特性如下：

※ 同步透明性：控制器的同步不會引起任何可能的控制中斷。

※切換透明性：主從控制器切換時，除了觸發(fā)相應的報警或事件，不會對操作產(chǎn)生其他的影響，切換的時間可以忽略。

※可靠的存儲：當進行同步數(shù)據(jù)傳輸時，只有主機架和從機架都收到相同的信息時，系統(tǒng)才確認數(shù)據(jù)傳輸成功。

※切換時數(shù)據(jù)連貫性：進行冗余切換時，輸出保持不變，保證過程不發(fā)生擾動。

※完全不要用戶編程。3.3.2電源冗余

圖2所示，每一個I/O遠程機架配置一組1756-PAR2冗余電源（每組冗余電源由兩個1756-PA75R電源模塊，兩根1756-CPR電纜和一個1756-PSCA適配器構成）。它們分別由兩路不同的系統(tǒng)供電，當任一路供電系統(tǒng)故障時，另一路仍保持供電，因此可以確保I/O機架供電不間斷。3.4 控制層網(wǎng)絡冗余

圖2中1756-CNBR是ControlNet通信模塊，它有兩個冗余的網(wǎng)絡通道：A口和B口，使控制信息實現(xiàn)冗余。傳送速率達5Mbps,傳送介質(zhì)是75Ω阻抗的1786-RG6同軸電纜，通過BNC連接器與ControlNet總線相連。3.5 信息層網(wǎng)絡冗余

信息層網(wǎng)絡故障借助交換機冗余和雙光纖環(huán)網(wǎng)兩個途徑解決（見圖1）。3.5.1交換機冗余

每個車間的現(xiàn)場信息，是通過兩個冗余以太網(wǎng)交換機獲取，例如圖1溶出車間，左邊的交換機接收來自一期、二期和二期擴建主機架上的1756-ENBT模塊信息，右邊的交換機接收來自一期、二期和二期擴建副機架上的1756-ENBT模塊信息，這樣做的好處是現(xiàn)場信息具有冗余功能。3.5.2雙光纖環(huán)網(wǎng)

全廠設有兩條100m光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。

(1)環(huán)網(wǎng)1

設有9個以太網(wǎng)光纖交換機，用于原料磨、石灰消化、溶出、沉降、分解、蒸發(fā)、成品和焙燒等8個車間的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和冗余服務器（ServerS、erver2）進行數(shù)據(jù)交換。

(2)環(huán)網(wǎng)2

設有7個以太網(wǎng)光纖交換機，并在原料磨、溶出、沉降、分解、蒸發(fā)和焙燒等6個主要車間各設一臺操作員站OPS3，可以監(jiān)視全廠其他車間的運行情況（只看不控）。

環(huán)網(wǎng)1和環(huán)網(wǎng)2是兩個獨立的網(wǎng)絡，他們之間只有一個通信通道，即信息只有通過服務器才可以進行交換。

服務器采用雙層網(wǎng)絡結構，下層以太網(wǎng)（環(huán)網(wǎng)1）直接接處理器，上層以太網(wǎng)（環(huán)網(wǎng)2）接操作站，上、下二層網(wǎng)絡只能通過冗余服務器才能進行通信，互不影響，上層網(wǎng)故障不影響下層網(wǎng)正常工作。

需要說明的是：光纖以太網(wǎng)交換機對網(wǎng)絡性能起到十分重要的作用，本系統(tǒng)選用ED6008-MM-SC型光纖交換機[2]，該交換機可進行流量設置，也可對端口進行控制，交換機的電源具有冗余功能，故障恢復時間小于300mS，可以有效的防止網(wǎng)絡堵塞。3.6服務器冗余

采用主/從服務器結構。當主服務器出現(xiàn)故障時，從服務器自動轉(zhuǎn)為主服務器，提供與控制器/RTU的通信、數(shù)據(jù)采集等功能，并為其他操作站提供服務。主服務器定時將數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)信息傳送到從服務器，以確保主/從服務器之間的完全同步。3.7其他可靠性措施（圖3）

圖3 開關量輸入隔離

(1)信號隔離

開關量輸入/輸出經(jīng)過繼電器隔離；模擬量輸入/輸出經(jīng)過模擬量隔離器隔離[3];

(2)繼電器一次回路、二次回路、模擬量隔離器由三路獨立的冗余直流電源供電;

(3)工程師站、操作員站和服務器均由UPS不間斷電源供電.4 集成過程控制系統(tǒng)的軟件設計

軟件設計主要包括兩大部分：控制程序設計和監(jiān)控畫面設計。軟件編制是在工程師站完成的，在這里進行集成過程控制系統(tǒng)的①編制程序②組態(tài)網(wǎng)絡③開發(fā)操作界面。為此，在工程師站（操作系統(tǒng)為Windows2000 SP4）安裝了下列軟件：

(1)RSLinx Classic Gateway：通信功能;

(2)RSLogix5000：編程功能;

(3)RSNet Worx for ControlNet：網(wǎng)絡配置;

(4)RSV Studio for RSV Enterprise：操作員界面開發(fā).羅克韋爾自動化的集成架構主要由Logix控制平臺、NetLinx通信網(wǎng)絡、ViewAnyWare人機界面和FactoryTalk企業(yè)實時數(shù)據(jù)交換技術構成。本文以鋁廠生產(chǎn)流程中最重要的環(huán)節(jié)-高壓溶出車間（一期）為例，說明集成架構的優(yōu)勢。4.1 網(wǎng)絡組態(tài)

一期控制系統(tǒng)由兩個冗余機架和五個遠程I/O機架組成，首先用RSNet Worx for ControlNet軟件進行網(wǎng)絡組態(tài)，為了避免網(wǎng)絡負荷過重，將遠程機架分成兩組（相應地在兩個冗余機架上各插有2塊1756-CNBR/D模塊），組態(tài)后獲得圖4。

經(jīng)組態(tài)后，機架上的任一點的信息，利用ControlNet特有的“生產(chǎn)者/消費者”通信模式，無須編寫程序就可以被其他車間的處理器讀取，實現(xiàn)各個處理器之間的標簽共享。使設計人員能夠?qū)⒅饕τ迷谌绾巫屜到y(tǒng)完成控制任務，而不是編寫與其他處理器通信的程序。

圖4溶出車間一期控制網(wǎng)組態(tài)

4.2 控制程序的設計

溶出車間由數(shù)十條單回路或串級調(diào)節(jié)回路組成，用來完成礦漿進料流量、料位、溫度及密度調(diào)節(jié)，生產(chǎn)工藝對實時性有嚴格的要求。利用RSLogix5000的多任務編程方式，將控制程序安排在三個任務中去完成，即主任務、模擬量控制任務和馬達控制任務（圖5）。[4]

圖5 多任務編程

在每個任務中，又構建了程序（Program）和多個例程（Routine）。每個程序都有屬于自身的數(shù)據(jù)（Program Tags）,可以避免和其他程序發(fā)生沖突。通過控制器標簽（Controller Tags）,實現(xiàn)與其他處理器的數(shù)據(jù)交換。對每個任務分配合適的周期和優(yōu)先權，只要到達周期性任務的周期，該任務會中斷任何低優(yōu)先級的任務，執(zhí)行一次，然后將控制權交回到先前任務的停止處，多任務控制方式滿足了溶出過程高實時性的控制要求。

溶出車間需要對100多臺電動機、變頻器和各種閥門進行實時控制，其數(shù)據(jù)的組織和管理是一個十分繁重的任務。我們利用RSLogix5000可以自定義數(shù)據(jù)結構的功能，按照工藝要求自定義四種數(shù)據(jù)結構：電動機、普通閥、調(diào)節(jié)閥、變頻器（圖6），不但大大縮短了創(chuàng)建數(shù)據(jù)結構的時間，而且提高了程序的可靠性和可讀性。圖6右邊窗口顯示了變頻器數(shù)據(jù)結構VPF。

圖6 用戶自定義數(shù)據(jù)結構

4.3 監(jiān)控畫面的編制

RSView Studio [5]用于創(chuàng)建豐富的圖形顯示畫面，生動形象地反映生產(chǎn)過程。通過這些顯示畫面允許操作員直接對生產(chǎn)過程進行操作。

由它開發(fā)的人機界面畫面既可應用于傳統(tǒng)的、單機HMI應用，又適應于大型分布式的現(xiàn)代工業(yè)自動化應用。

以溶出車間為例：掛接在環(huán)網(wǎng)1上的工程師站EWS及操作員站OPS1、OPS2工作于單機模式，可以監(jiān)視和操作本車間一期、二期和二期擴建所有設備，掛接在環(huán)網(wǎng)2上的操作員站OPS3工作于分布模式，在調(diào)度中心冗余服務器上進行操作權限設置，即可在溶出車間監(jiān)視全廠其他車間的運行工況（但不可對其他車間的設備進行操作）。

監(jiān)控畫面要求對氧化鋁生產(chǎn)過程自動控制與監(jiān)督管理。模擬量控制包括溫度、壓力、液位、流量等參數(shù)的顯示、報警、自動調(diào)節(jié)和控制；開關量控制包括各種溶液泵、真空泵、空壓機、冷凝水泵、攪拌電機等電機設備的遠方起停控制和聯(lián)鎖、運行狀態(tài)監(jiān)視、閥門控制和聯(lián)鎖控制；根據(jù)工藝流程及生產(chǎn)操作原理，編制各種流程顯示畫面、趨勢及歷史曲線等；設置安全機制，分別對操作員站、工程師站的權限進行限制；對生產(chǎn)過程實時參數(shù)進行采集、存儲、定時報表打印等。

圖7，8和9分別是溶出車間的總貌和PID調(diào)節(jié)器實例。

圖7高壓溶出流程總貌

該畫面顯示了高壓溶出的主要工藝流程及參數(shù)，操作員可以通過該畫面對主要參數(shù)進行監(jiān)控。

·當點擊圖中各個參數(shù)后面的單位符號時，將彈出相應的趨勢圖;

·畫面上相關設備位號后的圓圈為紅色表示該設備沒有投入使用，為綠色表示該設備已投入使用;

·畫面最下方是報警行，你可以看到最近發(fā)生的報警;

·點擊畫面下方的按鈕，將進入相應的子畫面。

圖8 高壓溶出參數(shù)測量總貌

該畫面、高壓溶出的主要工藝參數(shù)監(jiān)控畫面，操作員可以通過該畫面監(jiān)控高壓溶出的主要參數(shù)：

·當點擊相應參數(shù)后的單位符號時，將顯示相應的趨勢圖;

·畫面最下方是報警行，你可以看到最近發(fā)生的報警;

·點擊畫面下方的按鈕，將進入相應的畫面。

圖9 Td101/Td102脫硅槽內(nèi)礦漿溫度串級調(diào)節(jié)回路

圖9中，以Td101/Td102脫硅槽內(nèi)礦漿溫度為主調(diào)節(jié)回路，以進入Td101/Td102脫硅槽脫硅蒸汽流量為副調(diào)節(jié)回路，構成串級調(diào)節(jié)回路，通過調(diào)節(jié)13FCV104調(diào)節(jié)閥，控制進入Td101/Td102脫硅槽脫硅蒸汽流量。其中“13TE105/107選擇”按鈕是主回路的溫度測量值，用來選擇Td101脫硅槽漿液溫度13TE105或選擇Td102脫硅槽漿液溫度13TE107。4.4 服務器

服務器用于對數(shù)據(jù)的采集、控制、記錄和報警，并向操作員站提供人機界面服務。

服務器采用DELL公司的產(chǎn)品，并安裝了網(wǎng)絡版軟件。

監(jiān)控系統(tǒng)有下面三個特點：

(1)一次性完成標簽創(chuàng)建工作

在RSLogix5000中定義的標簽，借助Factory Talk企業(yè)實時數(shù)據(jù)交換技術，在REView SE 的畫面中可以直接引用，而不必象過去那樣導入、導出所需的數(shù)據(jù)。

(2)RSView SE Server冗余

當主Server出現(xiàn)故障時，自動切換到從Server.當主Server再次可用時，它自動重新繼續(xù)執(zhí)行HMI Server的任務。從而保證Server組件向Client提供連續(xù)的信息，提高系統(tǒng)可訪問性，確保用戶監(jiān)控到生產(chǎn)現(xiàn)場的運行情況，為他們做出重要的決策提供信息支持。

(3)全局報警

報警匯總畫面反應當前報警狀況，報警內(nèi)容包括：報警描述、報警類型、報警值、報警日期、報警時間等，點擊“Ack Current”按鈕，將對選定的那條報警進行確認，點擊”Ack Page“按鈕，將對該頁的報警項進行確認，點擊”Ack All”按鈕，將對所有的報警進行確認。

報警項顯示紅顏色，表示該報警存在且操作人員還沒有進行報警確認，確認后將顯示紫色。報警項顯示紫色，表示該報警已進行確認，但報警依舊存在，當報警消失后，該報警項也將從報警頁中消失。4.5 操作員站

開曼鋁業(yè)八個主要車間，每個車間設有2-3個操作站。

操作站是DCS控制系統(tǒng)的人機界面，采用DELL高性能計算機，安裝有RSView SE人機界面接口軟件，是操作員監(jiān)視、管理和操作生產(chǎn)過程的窗口。所有生產(chǎn)過程信息通過操作站呈現(xiàn)在操作員面前，所有的操作、控制和管理指令，也通過操作站下達。操作站供操作人員使用，由系統(tǒng)工程師管理和維護。

操作站的安全管理

每臺操作站均有對應的登錄、注銷窗口，點擊登錄按鈕，輸入相應的用戶名和密碼后可進入監(jiān)控畫面，每個用戶均有相應的權限，只有管理員才有所有權限，可對任何參數(shù)進行修改，有些參數(shù)如PID參數(shù)操作員用戶不能修改。集成過程控制系統(tǒng)在氧化鋁成功應用的意義

5.1通過建立全廠集中控制與調(diào)度中心，實現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)過程的集中控制，提高整條生產(chǎn)線設備控制協(xié)調(diào)性。

5.2通過建立全廠集中控制與調(diào)度中心，壓縮車間級管理職能，整合車間操作崗位，優(yōu)化崗位設置，實現(xiàn)全廠生產(chǎn)管理扁平化，顯著提高生產(chǎn)管理協(xié)同性，從而提高勞動生產(chǎn)率，提升設備運轉(zhuǎn)率和設備臺時產(chǎn)能。

5.3 集中管理過程數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，建立全廠生產(chǎn)指標監(jiān)視體系，開發(fā)生產(chǎn)指標監(jiān)視平臺，隨時隨地為各級領導提供全方位的生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)信息，輔助領導高效決策，從而提高領導決策效率，改善生產(chǎn)管理效率。

5.4 建立全廠管控一體化控制系統(tǒng)信息平臺，實現(xiàn)質(zhì)量管理、設備管理、物料管理、能源管理的精細化，從而實現(xiàn)全廠“物流、資金流、信息流”三流同步，精細化成本核算，改善經(jīng)濟技術指標，降低生產(chǎn)成本。

5.5 建立氧化鋁生產(chǎn)全流程優(yōu)化管理、運行與控制系統(tǒng)，優(yōu)化全流程綜合生產(chǎn)指標、運行指標、控制指標，使之全面、持續(xù)、穩(wěn)定的提高氧化鋁產(chǎn)量、改善氧化鋁質(zhì)量、降低氧化鋁成本。

5.6 在傳統(tǒng)過程控制系統(tǒng)基礎之上，通過建立全流程一體化控制系統(tǒng)，提高產(chǎn)量1-2 %、提高氧化鋁回收率0.5-1 %、節(jié)能能耗2-3 %。

第五篇：氧化鋁教案

第十二章 母液蒸發(fā)

教學目的：

1、掌握母液蒸發(fā)在氧化鋁生產(chǎn)中的重要作用。

2、掌握蒸發(fā)作業(yè)的基本原理。

3、了解蒸發(fā)系統(tǒng)及蒸發(fā)作業(yè)流程的特點。

4、了解加熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器的構造。

5、掌握外加式自然循環(huán)蒸發(fā)器的作業(yè)流程。

6、知道各種技術條件是如何控制的。

7、了解結晶分離系統(tǒng)。

教學重點：原理及流程

教學難點：工藝條件的控制

教學方式：講解、提問、練習、作業(yè)等結合

課時安排：2課時

教學過程：

復習引入：

第一節(jié) 概 述

一、母液蒸發(fā)在氧化鋁生產(chǎn)中的重要作用

在氧化鋁生產(chǎn)中，蒸發(fā)是用來保持水量平衡，使母液蒸發(fā)到符合

生產(chǎn)要求的濃度和排除生產(chǎn)過程中積累的雜質(zhì)的很重要的一個生產(chǎn)

工序。

氧化鋁生產(chǎn)中，水在若干生產(chǎn)階段進入流程。舉例：以燒結法廠

為例介紹并講解。通過分析得出：拜耳法生產(chǎn)氧化鋁每噸氧化鋁需要

蒸發(fā)的水量更多。

設問：為什么必須要母液蒸濃到符合生產(chǎn)要求的濃度？

碳分母液分直接作調(diào)整液外，其余部分均蒸濃后返回配料。在燒

結法生產(chǎn)過程中，生料漿的水分過大，將影響熟料窯的操作，并使熟

料窯產(chǎn)能下降。在拜耳法生產(chǎn)中提高循環(huán)母液苛性堿嘗試，可以提高

母液的循環(huán)效率。因此，蒸發(fā)過程必須將母液蒸濃到符合生產(chǎn)要求的

濃度。

設問：母液蒸發(fā)還有哪些作用呢？

由于原、燃料中的雜質(zhì)進入鋁酸鈉溶液，有些雜質(zhì)并在生產(chǎn)中循

環(huán)積累。如：碳酸鈉、硫酸鈉及部分有機物等。它們對生產(chǎn)的危害很

大。對于它們的排除可以通過蒸發(fā)，利用堿濃度提高，碳酸鈉、硫酸

鈉溶解度降低這一特性，從而使它們結晶析出。隨著鈉鹽的析出，有

機物也跟著被排除。

結晶析出的碳酸鈉，對拜耳法來說，經(jīng)苛化處理后則可以變成苛

性堿返回配料，而聯(lián)合法無須苛化便直接送燒結法系統(tǒng)配料。

氧化鋁生產(chǎn)中的蒸發(fā)，都是間接加熱。加熱蒸汽的凝結水是單獨

排除的，可作鍋爐或洗滌等用水。因此，蒸發(fā)作業(yè)在氧化鋁生產(chǎn)中還

起到軟化水站的作用。

設問：蒸發(fā)過程的能量消耗如何？

蒸發(fā)過程消耗大量的熱能，約占拜耳法蒸汽總消耗量的30—50%，占混聯(lián)法總能耗的26%左右。這方面的蒸汽消耗、操作費用和投資費

用在氧化鋁成本上也占有相當重的比例。所以適當選擇蒸發(fā)器及工藝

流程來降低熱耗是蒸發(fā)工序的關鍵。

二、蒸發(fā)的基本原理

蒸發(fā)是靠把溶液加熱，使溶液中的水分部分汽化，而使溶液濃縮

也即是使溶液的濃度升高的過程。

蒸發(fā)操作可分為沸騰蒸發(fā)和自然蒸發(fā)兩種，由于沸騰蒸發(fā)的速率

遠遠超過自然蒸發(fā)的速率，工業(yè)上的蒸發(fā)大多采用沸騰蒸發(fā)。

為使溶液沸騰而溶劑不斷汽化，就必須不斷向蒸發(fā)器輸入熱能，并隨時排除汽化出來的溶劑蒸汽。

母液的蒸發(fā)，就是利用蒸汽把母液間接加熱至沸騰使水激烈汽

化，同時將生成的水蒸汽連續(xù)地抽至冷凝器中冷卻成水加以排除。

溶液的沸點和其表面的壓力有關，對一定濃度的溶液來說壓力降低溶

液的沸點顯著下降。為了增大加熱蒸汽和溶液沸點之間的溫度，以提

高蒸發(fā)能力或減少蒸汽耗量，工業(yè)上常采用抽真空的辦法來進行蒸發(fā)

作業(yè)，就叫做真空蒸發(fā)。加熱溶液用的新蒸汽叫做一次蒸汽。溶液沸

騰激化所產(chǎn)生的蒸汽叫做二次蒸汽。根據(jù)二次蒸汽是否被利用，蒸發(fā)

又有單效與多效蒸發(fā)之分。多效蒸發(fā)時由于二次蒸汽得到重復利用，可以節(jié)約新蒸汽，并且冷凝器的冷卻水消耗量也將成比例下降。

三、蒸發(fā)系統(tǒng)及蒸發(fā)作業(yè)流程的特點

蒸發(fā)系統(tǒng)：我國氧化鋁廠母液的蒸發(fā)一般采用的是蒸發(fā)器多效蒸

發(fā)系統(tǒng)。國外多采用升膜式蒸發(fā)器，目前又趨于降膜式蒸發(fā)器。蒸發(fā)

母液的另一種近代蒸發(fā)系統(tǒng)是多級閃急蒸發(fā)，這種系統(tǒng)所根據(jù)的原理

和鋁土礦高壓溶出的逆流式熱回收以及和鋁酸鈉溶液的自蒸發(fā)冷卻

相同。

介紹課本12-1閃急蒸發(fā)式蒸發(fā)器組流程。

我國氧化鋁廠現(xiàn)采用外加熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)種分母液。而

碳分母液則用標準式蒸發(fā)器，一般都是采用三效真空蒸發(fā)系統(tǒng)。也準

備采用外熱式強制循環(huán)蒸發(fā)器三效蒸發(fā)器組與三級閃急蒸發(fā)相結合 的新系統(tǒng)。

2、蒸發(fā)作業(yè)的特點：

根據(jù)蒸發(fā)器中蒸汽和溶液的流向不同，可分為順流、逆流和錯流

三種不同的作業(yè)流程。有如下的特點：

（1）順流流程：即加熱蒸汽和待蒸發(fā)母液的流動方向一致。優(yōu)點：

過熱的母液在蒸發(fā)器里自蒸發(fā)，強化了沸騰的熱交換，加熱蒸汽比逆

流流程少。順流作業(yè)由于后一效蒸發(fā)室內(nèi)的壓力較前一效的低，故可

借助于壓力差來完成各效溶液的輸送，不需要用泵，可節(jié)省動力費用。

（2）逆流流程：即加熱蒸汽和待蒸發(fā)母液的流動方向相反。優(yōu)點：

溶液溫度隨溫度升高而升高，這就保證了較高的傳熱強度。溶液中氧

化鋁和苛性堿濃度的增加，提高了二氧化硅的溶解度，而溫度升高，則降低二氧化硅溶解度。故可消除前幾效的含水鋁硅酸鈉結垢。

第二節(jié) 種分母液的蒸發(fā)

種分母液的溶劑是水，溶質(zhì)含有氧化鋁、苛性鈉以及雜質(zhì)碳酸鈉、硫酸鈉、氧化硅、有機物等。我國氧鋁廠，種分母液的蒸發(fā)多采用外

加熱自然循環(huán)蒸發(fā)器，三效真空蒸發(fā)系統(tǒng)。其雜質(zhì)結晶采用沉降槽和

過濾機串聯(lián)作業(yè)進行分離。

一、外加熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器的構造

如課本圖12-3所示。

1、加熱室

是蒸發(fā)器的主要組成部分，它是由若干條鋼管組成，加熱面積為

1100平方米。由于加熱管較長，溶液便可獲得較大的循環(huán)速度。

加熱室的上、下封頭均設置有導流板，起著導流的作用，其目的

是減少溶液的阻力損失，有利于循環(huán)速度的提高。加熱室有四個蒸汽

進口，凝結水排出口和不凝性氣體排出口等。蒸汽進口一般均采用切

線方向進汽，這樣可以減少阻力損失，同時使蒸汽分布均勻，有利于

提高傳熱效率。

加熱室是完成熱交換的場所，用來加熱的蒸汽能通過加熱管傳給

管內(nèi)的溶液。

加熱蒸汽自身放出潛熱冷凝成水，而溶液便得到熱能而汽化蒸

發(fā)，完成整個熱交換過程。

2、沸騰室

是由鋼板焊制而成的圓筒。溶液在沸騰室內(nèi)沸騰而蒸發(fā)。頂部，二次蒸汽出口處設有霧沫分離器。作用是使二次蒸汽在排出之前將含

堿液滴加以回收。

沸騰室的器壁上，裝有窺視目鏡，便于操作人員觀察室內(nèi)的液面

和沸騰情況。

3、循環(huán)管

為了使溶液在蒸發(fā)器內(nèi)進行多次循環(huán)，在沸騰室的下部與加熱室

下部之間設有循環(huán)管。溶液由循環(huán)管加入，經(jīng)加熱室加熱后從連通管

進入沸騰室蒸發(fā)。除部分溶液出料外，絕大多數(shù)溶液從此管返回加熱

室，再次循環(huán)。這樣就構成了外加熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器的溶液循環(huán)路

線：溶液從循環(huán)管加入到加熱室，到連通管，到沸騰室，然后到循環(huán)

管。

二、外加熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器的作業(yè)流程

流程圖如課本圖12-4，種分來料進原液槽，用原液泵送到1號、2號預熱器，經(jīng)預熱后的溶液進入Ⅱ效蒸發(fā)器，從Ⅱ效出料自壓至Ⅲ

效蒸發(fā)，由Ⅲ效出料的中間液用中間泵送到3號、4號預熱器提溫后

進入Ⅰ效蒸發(fā)器進行濃縮。由Ⅰ效出料至自蒸發(fā)器進行自蒸發(fā)，然后

從自蒸發(fā)器自壓至沉降槽，經(jīng)一定時間后到Ⅲ →Ⅰ→Ⅱ流程。

三、技術條件的控制

1、技術條件及產(chǎn)品質(zhì)量指標

（1）新蒸汽使用壓力不大于5公斤／厘米2.（2）末效真空不低于600毫米汞柱。

（3）

一、二效液面控制在第一目鏡的一半處，沸騰液而不得超過第

三目鏡，三效看到循環(huán)液面即可。

（4）循環(huán)上水溫度：冬季不高于28度，夏季不高于35度，下水溫

度不高于60度。

（5）新蒸汽的凝結水含堿量不大于0.01克／升，二次蒸汽凝結水含

堿量不大于0.03克／升.（6）水冷器循環(huán)上、下水含堿差不大于0.05克／升.（7）蒸發(fā)母液苛性堿濃度穩(wěn)定在280-300克／升.以上種分母液蒸發(fā) 的技術條件，不同的氧化鋁廠控制的指標不完全相同。

2、技術條件的控制

（1）使用汽壓的控制

在蒸發(fā)過程中，新蒸汽的加入是蒸發(fā)作業(yè)的基本條件之一，使用

汽壓越高，有效溫度越磊，蒸發(fā)效率越高。在使用汽壓和水冷器一定

真空度下，蒸發(fā)器組的總溫差是一定的。使用汽壓不能無限制地提高。

使用汽壓與蒸汽在加熱室中的傳熱速度有關，傳熱速度的快慢取決于

蒸汽與溶液間的溫差和加熱管之結垢。當溶液的濃度控制在一定值

時，汽室壓力便不再升高。但隨著過程的不斷進行，演播室壓力又逐

漸地啟動上升到某一規(guī)定值時，這就是說明加熱管內(nèi)的結垢已達到了

嚴重的程度，此時便應停車洗罐。

（2）真空的調(diào)節(jié)

在多效真空蒸發(fā)過程中，系統(tǒng)中保持一定的真空，作用在于降低

溶液的沸點，以保持一定的有效溫差，并使二次蒸汽能充分地利用和

順利地排除。

真空度突然降低的主要有：真空泵不正常或是突然跳閘。水冷器 的循環(huán)上水不足或是突然停水。使用汽壓突然升高，或機組出現(xiàn)漏真

空的地方。凝結水泵出問題，汽室積水過多等。當發(fā)現(xiàn)真空突然降低

時，操作者務必找出原因，及時處理，使真空穩(wěn)定，保證蒸發(fā)作業(yè)的

順利進行。

（3）液面的控制

一般控制在第一目鏡的一半處。保持操作液面是蒸發(fā)器組正常運

轉(zhuǎn)的標志。液面的控制，可用進、出料量來調(diào)節(jié)。當調(diào)節(jié)某一效液面

時，應注意其它各效液面的變化。

（4）濃度的控制

在實際操作中，一般可通過調(diào)節(jié)使用汽壓和調(diào)整進、出料量來控

制出料濃度。

（5）水冷器溫度的控制

在操作中，通常是調(diào)節(jié)上水的水量和上水水溫來控制水冷器的出

口水溫。

（6）凝結水及不凝性氣體的排除

從上述的各控制可看出，穩(wěn)定各技術條件的操作是特別重要的，是正常作業(yè)的根本保證。在操作時要做到五穩(wěn)定，即汽壓、真空、液

面、濃度和出口水溫，是蒸發(fā)器組操作的關鍵。

四、結晶分離系統(tǒng)

種分母液在蒸發(fā)過程中結晶析出的碳酸鈉和硫酸鈉以及附著在

結晶表面上的有機物，需從蒸發(fā)母液中分離出來。得到合格的種分母

液。分離過程多采用沉降槽和過濾機串聯(lián)作業(yè)。過濾分離越徹底越好。

課堂小結 課后作業(yè)

第三節(jié) 碳分母液的蒸發(fā)

教學目的：

1、了解標準蒸發(fā)器的構造。

2、掌握蒸發(fā)器的作業(yè)流程和技術條件。

3、了解蒸發(fā)器結垢原因及影響。

4、知道蒸發(fā)器結垢是如何清除的。

5、了解一水碳酸鈉的苛化原理及影響因素。

6、知道一水碳酸鈉苛化生產(chǎn)工藝流程及條件。

教學重點：

2、4

教學難點：5

教學方式：講解、提問、練習、作業(yè)等結合

課時安排：2課時

教學過程：

復習引入

我國燒結法氧化鋁廠，目前采用標準蒸發(fā)器三效真空蒸發(fā)系統(tǒng)進

行碳分母液的蒸發(fā)。

一、標準蒸發(fā)器的構造

又叫做中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，有帶攪拌和自然循環(huán)的兩種。帶攪

拌的標準蒸發(fā)器如課本圖12-5所示。

標準蒸發(fā)器由加熱室、沸騰室、霧沫分離器以及攪拌裝置所組成。

由于標準蒸發(fā)器加熱管短，單靠自然循環(huán)速度太慢。另一方面蒸

發(fā)的物料是碳分母液，所含的碳酸鈉結晶較多，容易堵塞出料口，加

此，攪拌的作用，不僅可以強制溶液的循環(huán)，提高蒸發(fā)效率，而且可

以防止出料口堵塞，有利于蒸發(fā)作業(yè)的順利進行。

二、標準蒸發(fā)器的作業(yè)流程和技術條件

1、作業(yè)流程

標準蒸發(fā)器三效順流作業(yè)的流程如圖12-6所示。在生產(chǎn)上采用

順流Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ、錯流Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ和Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅰ三種流程輪換操

作，每八小時倒流程一次。

2、技術條件及技術指標

如課本191頁，不同的廠控制的不完全相同。控制操作與外加熱

式自然循環(huán)蒸發(fā)器大同小異。

第四節(jié) 蒸發(fā)器結垢的生成及清除

一、結垢的生成

在母液蒸發(fā)過程中易形成結垢的溶質(zhì)主要是碳酸鈉、硫酸鈉和氧

化硅。因為它們在蒸發(fā)過程中會有不現(xiàn)程度的結晶析出，有的附著在

加熱管壁而形成結垢。

在拜耳法生產(chǎn)中，鋁酸鈉溶液中的碳酸鈉是逐漸積累的。碳酸鈉

在母液中的溶解度隨溫度升高而增加，溫度低，析出碳酸鈉多。因此，用外熱式自然循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)種分母液時，為了減輕碳酸鈉結垢，不

宜采用順流作業(yè)。

溫度對硫酸鈉的溶解度的影響與碳酸鈉相同。升高溫度使溶解度

增加。在蒸發(fā)過程中，還能形成一種水溶性復鹽碳鈉礬的物質(zhì)，它往

往和鋁硅酸鈉一起析出在加熱管壁上形成致密的結垢，惡化傳熱過

程。

綜上所述，在溫度較高的出料易產(chǎn)生碳酸鈉和硫酸鈉的結垢，而

高溫低濃度那一效加熱管硅渣結垢最為嚴重。加此在生產(chǎn)過程中應盡

量避免此種流程的操作。

二、結垢對蒸發(fā)過程的影響

蒸發(fā)是熱能傳遞的過程，根據(jù)傳熱方程式可知，單位時間的傳熱

量與傳熱系數(shù)、傳熱面積及有效溫差成正比。由于蒸發(fā)器加熱管內(nèi)的

結垢是熱的不良導體，結垢的生成，會大大地降低傳熱系數(shù)。結垢的

生成，一方面減少了單位時間內(nèi)的傳熱量，降低了蒸發(fā)效率，另一方

面由于結垢速度快，清垢周期短，導致設備運轉(zhuǎn)率的降低。

三、結垢的清除

為了保持蒸發(fā)器具有良好的傳熱性能和較高產(chǎn)能，對蒸發(fā)器加熱

管表面的結垢必須及時進行定期清除。在保證有較高的蒸發(fā)效率的前

提下，清垢周期越長，設備運轉(zhuǎn)效率越高。

清除蒸發(fā)器結垢的方法有：

1、倒流程

2、水煮

3、硫酸洗罐

近年來，國外氧化鋁廠中采用高壓水射流裝置清理結垢，取得良

好效果。

氧化鋁生產(chǎn)中蒸發(fā)器結垢的清除工作是相當繁重的。特別是對于

鋁硅酸鈉結垢的清除更是如此。為此，防止或減輕蒸發(fā)器的結垢就更

為重要。

第五節(jié) 一水碳酸鈉的苛化回收 一、一水碳酸鈉的苛化原理及影響因素

拜耳法生產(chǎn)過程的苛性堿，由于在浸出過程中生產(chǎn)反苛化作用以

及鋁酸鈉溶液吸收空氣中二氧化碳有約3%左右轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釅A，這些碳

酸堿在蒸發(fā)過程中以固相一水碳酸鈉析出。為減少苛性堿的消耗，將

析出的碳酸鈉進行一定的處理，以回收苛性堿。

拜耳法生產(chǎn)回收苛性堿用石灰苛化法。原理是，將一水碳酸鈉溶

解，然后加入石灰乳，使之發(fā)生如下的反應：

碳酸鈉轉(zhuǎn)變?yōu)闅溲趸c的轉(zhuǎn)化率，即苛化率，我們要求越高越好。

要獲得高的苛化率，苛化反應必須在較低的濃度下進行。

在原始溶液中碳酸鈉含量越高，苛化效率越低，即在苛性化后溶

液中苛性鈉相對含量越少。故工業(yè)上用石灰來苛化碳酸鈉溶液時，都

是采用低濃度的溶液，經(jīng)蒸濃后再送去配料。

為了提高苛化效率，可以配入過量的石灰，但石灰配入量不宜太

多。二、一水碳酸鈉苛化生產(chǎn)工藝流程及條件

苛化流程為：先將堿粉用熱水溶化，堿水與蒸發(fā)后所析出結晶堿

一起送化灰機與石灰一同消化，消化后堿水灰乳送苛化桶苛化，苛化

漿液沉降分離，溢流液送蒸發(fā)蒸濃，使?jié)舛葷M足生產(chǎn)要求?？粱鼭{

經(jīng)過濾，濾渣送往赤泥沉降洗滌系統(tǒng)，濾液返回苛化漿澄清桶。

條件：如課本196頁。

課堂小結

課后作業(yè)

第十三章 氧化鋁生產(chǎn)的消耗及成本

教學目的：

1、了解氧化鋁生產(chǎn)成本的構成有哪些。

2、掌握氧化鋁總回收率和堿耗。

3、了解氧化鋁生產(chǎn)的工序物料流量及氧化鋁單耗。

教學重點：1

教學難點：2

教學方式：講解、提問、練習、作業(yè)等結合

課時安排：2課時

教學過程：

復習引入

第一節(jié) 氧化鋁總回收率和堿耗

一、氧化鋁總回收率

是指產(chǎn)出氧化鋁中含氧化鋁量，占消耗物料中含氧化鋁量的百分

比。它反映冶煉過程中，氧化鋁的回收程度。計算公式如下：

總回收率越高，一噸氧化鋁所耗用的鋁土礦數(shù)量就越少。構成成

本的主要單耗指標也都隨之降低。

氧化鋁的回收率也可用下面的公式表示，由上式可看出，氧化鋁回收率越高，則氧化鋁的損失就越低，原

料被利用得就越充分。

氧化鋁的損失分為化學損失與機械損失。所謂化學損失是指鋁土

礦溶出時未發(fā)生化學反應的氧化鋁損失，或熟料溶出時溶液中部分氧

化鋁轉(zhuǎn)入赤泥的二次反應損失等，稱之為棄赤泥帶走的不溶性的氧化

鋁損失。

屬于機械損失的則包括棄赤泥附液損失、窯氣、分解槽、碳酸化

槽和其它的損失等。

氧化鋁的化學損失占總損失的比例：燒結法為55-65%而混聯(lián)法為

55-60%。

二、氧化鋁生產(chǎn)中的堿耗

是指每生產(chǎn)一噸成品氧化鋁所耗用的純堿或苛性堿數(shù)量。以公斤

／噸-氧化鋁NaCO3或 表示。我國燒結法生產(chǎn)氧化鋁

堿耗一般為。而混聯(lián)法堿耗較低。拜耳法的堿耗最低。

堿損失分為化學損失與機械損失。棄赤泥帶走的不溶性的堿損

失，屬于化學損失。機械損失包括赤泥附液損失，窯灰煙塵帶堿以及

其他生產(chǎn)工序的機械損失。氫氧化鋁所帶走的堿包括可洗堿和不可洗

堿，計算時單獨列為一項。各項的堿損失通常以NaO的形式來計算，然后再換算成純堿。燒結法或混聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁，堿耗計算步驟如下：

第二節(jié) 氧化鋁生產(chǎn)的工序物料流量及氧化鋁單耗

一、氧化鋁生產(chǎn)工序的物料流量

氧化鋁生產(chǎn)流程長，物料流量大。詳見表13-4.二、氧化鋁主要單耗

每噸氧化鋁的輔助材料、燃料和動力消耗詳見表13-5.第三節(jié) 氧化鋁生產(chǎn)成本的構成

氧化鋁生產(chǎn)成本一般由原料、主要材料、輔助材料、燃料、動力、工資、管理費用及消售費用等構成。設備折舊與維修費用包括在車間

管理費之中。

燃料動力費用在氧化鋁車間成本中所占比例最大，燒結法尤其突

出。在燒結法中，燒結過程的加工費用幾乎占全部加工費用的的40%。

在聯(lián)合法中，以抽取同樣數(shù)量氫氧化鋁而論，燒結法的加工費相當于

拜耳法加工費用的183%。但是燒結法系統(tǒng)提供了拜耳法系統(tǒng)所需要的

堿，而且熟料的鋁硅比僅2.4左右。在比較加工費用時，這些都是不

利于燒結法的因素。

課堂小結

課后作業(yè)

第十四章 氧化鋁生產(chǎn)的環(huán)境保護與原料的綜合利用

教學目的：

1、了解氧化鋁廠的環(huán)境保護。

2、了解赤泥的綜合利用。

教學及難點：2

教學方式：講解、提問、練習、作業(yè)等結合

課時安排：2課時

教學過程：

復習引入

第一節(jié) 氧化鋁廠的環(huán)境保護

氧化鋁生產(chǎn)的環(huán)境保護問題，從氧化鋁廠本身來看主要危害只有

物料粉塵，溶液的跑冒滴漏，噪音、蒸汽及煙氣挾帶等。但由于近代

生產(chǎn)技術的發(fā)達，氧化鋁廠本身的環(huán)境保護問題還是比較容易解決 的。氧化鋁生產(chǎn)影響環(huán)境比較大的方面是礦區(qū)處置、污水和赤泥處置

三大問題。

鋁土礦的開采主要是露天采礦，礦床的大小，深度、硬度和位置 的變化很大，堿用采礦對環(huán)境的影響也不一樣。近年來各鋁土礦的主

權國對礦區(qū)回填、地面平整，表土復原，造地還國和植樹再生等方面

都提高了要求。

氧化鋁生產(chǎn)需要大量工業(yè)用水，同時產(chǎn)生大量含堿和含量其它污

染物的廢氣，其廢水若不加限制的向外排放，引起大面積水系的污染

和土地鹽堿化。這些廢水若不回收利用，氧化鋁生產(chǎn)的新水供應也將

造成困難。因此很多氧化鋁廠在廢水處理儲存和循環(huán)利用方面做了很

多工作。如冷卻用水循環(huán)使用，沖洗設備和地面的污水均應返回工藝

系統(tǒng)，加強生產(chǎn)管理，防止跑冒滴漏。

氧化鋁生產(chǎn)將排出大量含堿赤泥漿，拜耳法赤泥產(chǎn)出率最少。赤

泥的綜合利用問題是解決鋁氧生產(chǎn)最大的污染源的主要問題。雖然有

不少途徑回收赤泥，但于赤泥量很大，含水率太高，粒度很細等，至

今拜耳法赤泥仍不能大量利用，它仍是氧化鋁生產(chǎn)一個值得研究的問

題。

因此，氧化鋁廠的設計、建設、生產(chǎn)過程中，必須十分重視環(huán)境

保護問題，避免污染環(huán)境，并努力實現(xiàn)三廢的充分利用，變廢為寶。

第二節(jié) 赤泥的綜合利用

由于礦石的成分和生產(chǎn)氧化鋁所用的方法不同，赤泥的化學和礦

物組成差別很大，其用途也各不相同。

目前國內(nèi)外提出的綜合利用赤泥的途徑，歸結起來有以下幾個方

面：

1、回收赤泥中的有用成分。

2、利用赤泥生產(chǎn)水泥及其它建筑材料，這是大量利用赤泥的主

要途徑。

3、用做肥料、土壤改良劑、脫硫劑、凈水劑等。

本節(jié)主要詳細介紹燒結法赤泥生產(chǎn)硅酸鹽水泥工藝。赤泥生產(chǎn)硅

酸鹽水泥是我國燒結法氧化鋁廠1958年研究成功的，現(xiàn)已發(fā)展成年

產(chǎn)110萬噸水泥和能生產(chǎn)多品種水泥的大型水泥廠，我國聯(lián)合法氧化

鋁廠的水泥廠也早已投產(chǎn)。

一、普通硅酸鹽水泥的成分、性質(zhì)和用途

水泥是建筑工程中常用的建筑材料。普通硅酸鹽水泥也稱普通水

泥，它是以硅酸鹽水泥熟料加入適量的石膏及水硬性混合材料，共同

粉磨成細粉的水硬性膠凝材料。

水泥熟料的主要化學成分有：。它們

在高溫下發(fā)生反應，生成大量的水硬性礦物組分，其中起決定作用的

是硅酸三鈣，硅酸二鈣，鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣四種礦物。

鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣在硅酸鹽水泥熟料中統(tǒng)稱為熔媒礦物，它

們的總含量約占20-24%，其中鋁酸三鈣一般在6-11%。

熟料中還會含有有害成分氧化鎂等。

普通水泥由熟料、石膏和混合材料組成。其中含有相當數(shù)量的硅

酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣及鐵鋁四鈣，所以它具有加水后發(fā)生化

學變化，產(chǎn)出新的水化物，進而凝結感化，發(fā)揮強度，以及一定的抵

抗水的侵蝕能力等性質(zhì)。此外，水泥、石子和砂加水混合后成為流動

性很大的漿體，可以預制成型，水泥建筑物還具有一定的抗凍性的抗

滲透性。所以普通水泥廣泛地用作農(nóng)用、水利工程、造船、廠房等制

品。

二、硅酸鹽水泥的質(zhì)量標準

水泥有多種標號。標號越高，強度越大。水泥的物理性質(zhì)、化學

成分應符合規(guī)定：

1、細度 4900孔／厘米2

2、凝結時間 初凝不早于45分鐘，終凝不遲于12小時

3、體積安定性 蒸煮后體積變化均勻

4、化學成分 燒失量不超過5%，熟料含氧化鎂不超過4.5%、水泥

中三氧化硫含量不超過3%。

三、赤泥生產(chǎn)硅酸泥水泥

堿---石灰燒結法赤泥中，含有大量的 等

成分，因而可以利用赤泥來生產(chǎn)水泥。

利用赤泥生產(chǎn)水泥與普通水泥廠的生產(chǎn)工藝流程和技術條件基

本相同。將氧化鋁廠排出的赤泥先經(jīng)真空過濾機過濾，以降低赤泥漿 的水分，然后按水泥配料比配入石灰石和砂巖磨制成生料漿。經(jīng)調(diào)配

合格的生料漿送回轉(zhuǎn)窯煅燒成水泥熟料。按普通硅酸鹽水泥的技術條

件配以一定的混合材和石膏再經(jīng)球磨機磨制成水泥產(chǎn)品。利用 赤泥

生產(chǎn)硅酸鹽水泥流程圖如課本圖14-1所示。

課堂小結

課后作業(yè)

第三節(jié) 鎵的回收

教學目的：

1、了解鎵的性質(zhì)和用途。

2、了解鎵的生產(chǎn)方法。

3、了解如何從母液中回收鎵

教學重點：3

教學難點：3

教學方式：講解、提問、練習、作業(yè)等結合

課時安排：1課時

教學過程：

復習引入

一、鎵的性質(zhì)和用途

鎵屬于稀散元素，在自然界中是以類質(zhì)同晶混合物狀態(tài)存在于

鋁、鋅、鎘等的礦物中。鋁土礦中一般含鎵0.01-0.001%。鎵是一種

柔軟的銀白色金屬，具有良好的反光性?；瘜W性質(zhì)與鋁、銦相似，在

熱空氣中能氧化形成氧化膜，能溶于氫氧化鈉、氫氟酸、硫酸和鹽酸，能與鹵素化合。

鎵本身的用途遠沒有鋁的用途廣泛。但鎵的化合物：砷化鎵、磷

化鎵、銻化鎵等用于抽取半導體的材料，廣泛應用于信息放大器件，微波器及激光雷達的元件，鎵還用于配制低熔點合金、高強度合金和

用作原子能工業(yè)的載熱休，用于電學源材料及制造反射鏡。

二、鎵的生產(chǎn)方法概述

用鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁時，鎵自然地富集于循環(huán)母液中，從中回收

比較容易，也比較經(jīng)濟。方法有：

1、化學法

2、直接電解法

3、置換法

三、化學法從母液中回收鎵

1、碳酸化---石灰法從碳分母液中回收鎵

工藝流程如圖14-2所示：（1）二次碳酸化分解 將碳分母液通

入二氧化碳氣進行徹底碳酸化分解，使溶液中的鋁和鎵盡可能地完全

沉淀出來。（2）加石灰乳脫鋁 二次沉淀中鎵的含量仍很低，加石灰

乳脫鋁的目的是使二次沉淀中的氧化鋁和氧化鎵分離，使鎵進一步富

集。（3）三次碳酸化分解 分離鋁酸鈣渣后的溶液通入二氧化碳進

行三次碳酸化分解，其目的是使溶液中的鎵完全沉淀析出，制得三次

沉淀。（4）溶解 利用氫氧化鈉，硫化鈉進行溶解，除鉛，達到制得

合格的電解原液的目的。（5）電解提取金屬鎵 將電解原液盛在塑料

板或玻璃鋼制成的電解槽內(nèi)，以不銹鋼制成的陰極和陽極交替排列于

電解槽中，通入直流電進行電解。在陰極上金屬鎵和氫氣，在陽極上

析出氧氣。（6）粗鎵精制

2、分步碳酸化—溶解法回收鎵

分步碳酸化—溶解法回收鎵是將二次沉淀物直接溶解到種分母

液中去，便可取得富含鎵的溶液。再經(jīng)分解、溶解、電解便可得到金

屬鎵。本方法與石灰法比較，主要就是脫鋁方法不同，不產(chǎn)生鋁酸鈣

渣，因而減少了對三氧化二鋁生產(chǎn)的影響。流程如圖14-3所示。

分步碳酸化—溶解法從種分母液中回收鎵技術上是可行的，經(jīng)濟

上是合理的，已通過技術鑒定。

課堂小結

課后作業(yè)

第四節(jié) 多品種氧化鋁

教學目的：

1、了解多品種氧化鋁有哪些。

2、了解多品種氧化鋁的特性及其制備方法。

教學重點：2

教學難點：2

教學方式：講解、提問、練習、作業(yè)等結合

課時安排：1課時

教學過程：

復習引入

設問：什么是多品種氧化鋁？

一、多品種氧化鋁概述

為了將電解鋁用氧化鋁和其它非煉鋁用氧化鋁相區(qū)別，我們將在

晶型結構、化學純度、外觀形狀、粒度組成等物化性質(zhì)上具有特色，因而具有某種特殊用途，而其主要成分（除去附著水、結晶水外）仍

為氧化鋁者，叫做多品種氧化鋁（或非煉鋁用氧化鋁）。

發(fā)展趨勢：近年來國外多品種氧化鋁的應用和發(fā)展非常迅速。據(jù)

國際原鋁協(xié)會公布的數(shù)字，世界每年使用的多品種氧化鋁已達230多

萬噸，占世界氧化鋁總產(chǎn)量的8%左右。生產(chǎn)品種達200多種。隨著我

國國民經(jīng)濟的發(fā)展，使用多品種氧化鋁的部門越來越多。用量也不斷

增加，約占氧化鋁總產(chǎn)量的15%左右。產(chǎn)品品種已開發(fā)30多種。

氧化鋁廠具有生產(chǎn)多品種氧化鋁的原料和工藝。尤其是燒結法生

產(chǎn)過程中的鋁酸鈉溶液，做為多品種氧化鋁的生產(chǎn)原料，由于有機物

等雜質(zhì)含量低，易于制得高純度、高白度的產(chǎn)品，再者高濃度的二氧

化碳氣，可以代替化工部門生產(chǎn)催化劑載體原料時必不可的酸、堿、鹽等昂貴的化工原料。因此，氧化鋁廠大力發(fā)展多品種氧化鋁的生產(chǎn)

占有很大優(yōu)勢。

二、多品種氧化鋁的特性及其制備方法

多品種氧化鋁的種類繁多，下面簡單介紹我國氧化鋁廠生產(chǎn)的幾

種產(chǎn)品的主要特性及其用途和制備方法。

1、活性氧化鋁

它是一種多孔性、高分散度的固體顆粒物料，有很大的表面積及

其機械強度，其微孔表面具備催化作用所要求的特性。不溶于水及有

機溶劑，但能溶于強酸及強堿液中。無毒、無味、無臭。在空氣中能

吸濕，吸水后不脹不裂保持原狀，吸水失效后可在180-250度下活化

再生，對二氧化氮、二氧化硫等氣體都有吸附作用。

用途：廣泛用于飲水除氟，空氣凈化、絕緣油除酸等。在化工及

石油化工部門中作各類催化劑和催化劑載體。

制備：由氧化鋁水合物加熱脫水而成。其制備過程一般包括成膠、老

化、分離洗滌、干燥成型和活化焙燒等工藝過程。用工業(yè)氫氧化鋁直

接抽取粒狀活性氧化鋁，目前尚有困難，一是活性差，二是造粒困難。

2、擬薄水鋁石

是一種結晶不夠完整的一水炊鋁石類型，故稱假一水鋁石?？兹?/p>

大，比表面高，膠溶性能好。具有觸變性凝膠的特點。其三水氧化鋁

含量僅在1-2%左右。目前國內(nèi)已大量用作新型催化劑的原料。也可作

活性氧化鋁的原料。

制備：我國燒結法氧化鋁廠，在制取作粘結劑的擬薄水鋁石時，也用工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料，用石灰爐高濃度二氧化碳氣作沉淀劑，在低溫、低濃度和快速通氣徹底碳酸化條件下中和成膠。工藝流程：

首先將工業(yè)鋁酸鈉溶液按條件沖稀，冷卻經(jīng)過濾凈化除去雜質(zhì)后，送

成膠反應器進行碳酸化分解成膠。其沉淀產(chǎn)物加溫老化一定時間，然

后，壓濾分離并洗滌。得到濕的擬薄水鋁石產(chǎn)品可直接包裝為成品。

或經(jīng)烘干，磨細后包裝作成品。洗液用作沖稀液。母液和剩余洗滌可

返回氧化鋁生產(chǎn)流程。

3、氫氧化鋁牙膏摩擦劑

氫氧化鋁牙膏摩擦劑具有白度高、粒度細，性能穩(wěn)定，酸堿度適

中和含重金屬，硫、砷等有害物質(zhì)較低的特性。一般粒度小于320目。

白度大于95%。由于它齒潔力高，適于做藥物牙膏的摩擦添加劑。

制取氫氧化鋁牙膏摩擦劑是采用種子攪拌分解法生產(chǎn)工藝。此工

藝是以工業(yè)鋁酸鈉溶液為原料，用特殊加工后具有較高活性的晶種進

行低溫攪拌分解，制取具有一定粒度的氫氧化鋁。分解后的漿液經(jīng)分

離、洗滌、烘干、粉碎即得成品。母液和洗液返回到工業(yè)氧化鋁生產(chǎn)

流程中。

4、低鈉氧化鋁

主要用于電子工業(yè)中真空絕緣、高頻陶瓷制品及高級耐火材料，剛玉原料、機械密封等。

生產(chǎn)方法是以工業(yè)氧化鋁加工除鈉（軟水洗滌）。

5、噴涂氧化鋁

用于隔熱、防腐、耐磨設備的噴涂材料。生產(chǎn)方法是用三級品氧

化鋁為原料，除鈉、水選。

6、γ-AL2O3產(chǎn)品用于制藥工業(yè)，專作VB12的吸附劑，微粒用于

油漆填料。

生產(chǎn)方法是以工業(yè)氫氧化鋁為原料，經(jīng)過去鈉，活化焙燒制取。

在粒度要求上采用水選、過篩、研磨等工藝處理。

7、超細α-AL2O3微粉

是國防陶瓷的主要原料。生產(chǎn)方法是先將氧化鋁加工為低鈉氧化

鋁，再焙燒，將全部結晶轉(zhuǎn)變?yōu)棣列?，然后長時間研磨、水選、烘干

和過濾。

8、高純氫氧化鋁

主要用于石油、化肥工業(yè)中的催化劑和催化載體。生產(chǎn)方法是將

工業(yè)鋁酸鈉溶液進行三次脫硅，碳分、種分混合分解的辦法制取符合

質(zhì)量要求的高純度氫氧化鋁。

9、低鐵氫氧化鋁

此產(chǎn)品為激光釹玻璃的原料、激光技術要求氫氧化鋁中鐵、銅含

量越低越好。我們采用生產(chǎn)高純氫氧化鋁的方法，中間對鋁酸鈉溶液

再加一次脫鐵措施進行生產(chǎn)。溶液中氧化鐵的存在狀態(tài)，一般認為是

固態(tài)懸浮物。增加過濾介質(zhì)，添加石灰乳過濾，添加活性物質(zhì)吸附都

有助于除鐵。

課堂小結

課后作業(yè)

關于《氧化鋁生產(chǎn)工藝》這本書：

研發(fā)理念：中國鋁土礦廣泛分布在山西、河南、貴州和廣西等省

份，我們平頂山地區(qū)也有優(yōu)質(zhì)的鋁土礦資源，本課程的研究和學習，就是為了培養(yǎng)具有特色的、為本地區(qū)服務的化工中等專業(yè)技能型人

才。

內(nèi)容特點：主要學習河南匯源化工公司（位于河南平頂山地區(qū)魯

山縣）化鋁生產(chǎn)工藝流程，即拜耳法生產(chǎn)氧化鋁和氫氧化鋁。

體例創(chuàng)新：該生產(chǎn)工藝能夠更加有效地消化低品位礦石，從而全面利用

和保護現(xiàn)有的鋁礦資源。而其投資成本較傳統(tǒng)的混聯(lián)法氧化鋁生產(chǎn)工藝降低

50%，并可有效防止環(huán)境污染。

特色陳述：本書主要介紹氧化鋁生產(chǎn)工藝中的拜耳法。從氧化鋁 的生產(chǎn)概述開始，分章節(jié)、逐漸、系統(tǒng)地學習原料的制備，高壓溶出，熟料燒結，熟料溶出，赤泥分離與洗滌，鋁酸鈉溶液的精制及分解，氫氧化鋁焙燒，母液蒸發(fā)，氧化鋁生產(chǎn)的消耗及成本，最后還學習到

氧化鋁生產(chǎn)的環(huán)境保護與原料的綜合利用。學習時由淺入深，由面到

點，由點到面的進行學習，并且注意培養(yǎng)學習者的環(huán)境保護理念、以

及工廠的成本核算理念，樹立學習者的主人翁意識與觀念。

后續(xù)規(guī)劃與設想：進一步加強與企業(yè)的合作辦學，真正地做到“請

進來，走出去”?！罢堖M來”是指可聘請企業(yè)的技術人員定期或不定期

地到學校為學生和專業(yè)課教師講課?！白叱鋈ァ笔侵笇W生和老師均可

參加定崗實習，學生進一步加深認識，教師真正向“雙師型”轉(zhuǎn)變。