年产1万吨硫酸铝项目概要设计说明

概要设计说明项目名称：10000（5000）T/n-硫酸铝项目建议单位：贵州盘江煤电多种经营开发有限公司地址：贵州-盘县项目负责：编制：夏仁专编制日期：2008年8月18日贵州盘江煤电多种经营开发有限公司目录0.摘要………………………………………………………………11.总论………………………………………………………………12.生产方法概述及选择……………………………………………43.工艺生产流程……………………………………………………44.设计依据…………………………………………………………55.工艺计算…………………………………………………………66设备选型…………………………………………………………117.安全生产与工厂选址及车间布置………………………………148.三废处理及副产品的综合利用…………………………………179.除铁工艺…………………………………………………………1810.经济核算…………………………………………………………1911.参考文献…………………………………………………………200.【摘要】本文概述并简单介绍了硫酸铝的生产方法，对硫酸铝生产工艺中的重要环节及工序进行了设计，同时介绍了车间厂房的布置依据以及硫酸铝除铁的方法关键词：硫酸铝生产方法工艺设计除铁技术1总论[1]1.1硫酸铝概述化学品中文名称：硫酸铝分子式：Al2(SO4)3分子量：342.20熔点(℃)：770(分解)相对密度(水=1)：2.71外观与性状：白色晶体,有甜味。溶解性：溶于水，不溶于乙醇等。危险性：对眼睛、粘膜有一定的刺激作用。误服大量硫酸铝对口腔和胃产生刺激作用。皮肤接触：脱去污染的衣着，用流动清水冲洗。眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。吸入：脱离现场至空气新鲜处。如呼吸困难，给输氧。就医。食入：饮足量温水，催吐。就医。储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与氧化剂分开存放，切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。1.2作用与用途硫酸铝的第一大用途是在造纸中，大约占硫酸铝总产量的50％。它在这里有四种用途：即施胶、调pH值、澄清加工过程中用水及做媒染剂。由于硫酸铝施胶为酸性施胶，纸张长期贮存易变黄、变脆，故只能用于低档纸。目前国外造纸技术由酸性施胶向中性施胶及碱性施胶转变，而不用或少用硫酸铝，中性及碱性施胶剂已开始大量进入市场；国内已有少数城市能生产中性及碱性施胶剂。因此，尽管国内造纸产量有待增加，但未来造纸用硫酸铝消耗量增加不会太大。硫酸铝的第二大用途是在饮用水、工业用水和工业废水处理中做絮凝剂，大约占硫酸铝总产量40％。当向这类水中加入硫酸铝后，可以生成胶状的、能吸附和沉淀出细菌、胶体和其他悬浮物的氢氧化铝絮片，用在饮用水处理中可控制水的颜色和味道。但近年来，随着聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合硅酸硫酸铝、有机高分子絮凝剂等的不断出现，占领了净水剂不少市场。尤其是近年来关于饮用水中存在铝离子会损害健康的观点流行，如人为硫酸铝残留在水中的高浓度残余可溶性铝是骨质疏松和早老性痴呆的诱发剂，所以使其在饮用水中用量受到了限制。硫酸铝的其他用途包括染色的媒染剂、净化脂肪和油类、药物化妆品、灭火剂、鞣革以及生产各种复式铝盐。在美国硫酸铝在绝热材料、绝缘材料方面正得到越来越广泛的应用。综述：①硫酸铝是优良的、净化剂，大约有一半以上的硫酸铝产品用作造纸工业的水处理剂。还可用作白色皮革的鞣剂、雨衣的上浆剂、医药的收敛剂、油脂的澄清剂、防火材料、石油精制的除臭脱色剂，在化学工业中用于制造催化剂等。②聚氯化铝是优良的絮凝剂、水处理剂。③硫酸铝钾（钾明矾即明矾）、硫酸铝铵（铵明矾）是重要的净水剂，硫酸铝钾还可用作造纸的上浆剂、印染的媒染剂和医药。④硅酸铝、硝酸铝、碘化铝均可作化学工业的催化剂，硅酸铝还可作涂料的。⑤磷酸二氢铝是的，电气绝缘材料等。⑥偏磷酸铝用作高温绝缘粘合剂、釉药和用来制特种玻璃。⑦氢氧化铝是制造其他铝化合物的原料，还可作医药。1.3发展前景及存在的问题目前硫酸铝产品的品种结构尚不能满足国内外市场的需求，特别是高氧化铝产品和高效聚合产品。例如，硫酸铝已大于市场需求，而其他附加值较高、市场增长较快的聚合硫酸铝、聚合硅酸硫酸铝、无铁硫酸铝等产品的产量还有待于提高，有些尚在实验阶段。尤其值得注意的是聚合硅酸硫酸铝（PASS），其化学式为：AlA(OH)B(SO4)C(SiOX)D(H2O)E,它是硫酸铝的更新换代产品。在造纸工业中，由于它酸性小，不腐蚀设备，即可以用于中性或碱性施胶，还可以增加阳离子淀粉或碳酸钙的滞留能力，同时提供大量的填充形Al2O3和SiO2，提高纸浆白度和施胶度。在净水工业中，特别适合高浊水和低温，低浊水的处理和脱色，而且被处理水中残留铝量低。此产品美、日在九十年代初开始大批量进入市场，我国1994年开始研制，拥有着广阔的发展前景。此外，在硫酸铝的应用方面国外已广泛将其应用于绝热材料及绝缘材料当中，国内尚需对其应用进行开发和研究。硫酸铝工业存在良好发展前景的同时也存在着许多问题。首先，近年来一些企业盲目仓促上马导致规划欠周到，设计不合理，设备不配套，产量质量都无法达到初衷要求。而由于硫酸铝生产设备的一次性投入比较大无法按期收回成本进行技术改造革新导致低水平发展现象严重。此外由于部分生产厂家规模较小，经济效益差导致产品积压严重、投资无法收回，使企业背上沉重的经济包袱。产量快速增长，应用开发滞后，竞相压价也是目前硫酸铝工业存在的严重问题之一。2.生产方法概述及选择2.1铝土矿化学加工方法概述铝土矿是冶金工业、的重要原料，用化学方法可将铝土矿加工成一系列的铝化合物。已发现的含铝矿物约有250种，（其中硅铝酸盐矿约占40％）,工业价值最大的是铝土矿,主要成分是,还含有二氧化硅、氧化铁、水等。铝土矿有一水硬铝石(-Al2O3-H2O)、一水软铝石(γ-Al2O3-H2O)和三水铝石(Al2O3-3H2O)等类型。世界铝土矿储量超过20Gt,澳大利亚、几内亚、巴西、印度、牙买加和喀麦隆的储量占世界总储量的3/4以上。中国的铝土矿储量也十分丰富,而且品位高。铝土矿主要开采国有澳大利亚、几内亚、牙买加、巴西、苏里南、南斯拉夫、希腊、圭亚那、印度、法国、美国等。1981年，世界开采量为77.5Mt。铝土矿的加工方法主要有酸法、碱法和氯化法。酸法主要用来制取相应酸的铝盐（主要是硫酸铝），碱法主要用来制取氢氧化铝，从氧化铝、氢氧化铝可进一步加工成各种铝化合物和金属铝（见图[铝土矿化学加工产品衍生关关系]）铝土矿化学加工产品衍生关关系图一、酸法：主要用来制硫酸铝。要求铝土矿中氧化铝的含量高于56％,氧化铁含量低于3％。硫酸分解铝土矿常用的方法有：①焙烧酸解法：将焙烧（使铝土矿脱水和活化）过的铝土矿粉加入带有搅拌的酸解槽中酸解，硫酸活化）过的铝土矿粉加入带有搅拌的酸解槽中酸解，硫酸浓度控制在55％～60％，反应式为：Al2O3+3H2SO4─→Al2(SO4)3+3H2O将酸解浆液放入沉降槽中进行固液分离，再经浓缩熔融，得到含18个分子结晶水的固体硫酸铝。如将熔融的硫酸铝流入结片机则得片状硫酸铝。②加压酸解法：与焙烧酸解法的区别在于铝土矿粉无需进行焙烧，直接装入带搅拌的、压力为0.3MPa左右的加压釜中,反应6～8h，浆液送入沉降槽。加压酸解法能耗低、工艺简单，被广泛采用。为了制取适于造纸用的无铁硫酸铝，可采用无铁氢氧化铝原料或用萃取法除铁。二、碱法：碱法分为加压碱解法、烧结法和联合法等多种。①加压碱解法（或称拜耳法）：用来制取氢氧化铝。该法要求铝土矿中氧化铝含量大于40％，二氧化硅小于5％,通常Al2O3:SiO2≥7～8。将铝土矿粉加入压力釜中与烧碱液反应，生成偏铝酸钠，反应式为：Al2O3+2NaOH─→2NaAlO3+H2O原料为三水铝石型时，反应温度为120～140℃，原料为一水硬铝石型时，反应温度为240～260℃，以获得较高的转化率。若铝土矿中含有少量的二氧化硅，则需加入少量石灰以减少碱的消耗。将生成的偏铝酸钠与残渣分离，进一步精制，将精制后的偏铝酸钠液加酸水解即可得到氢氧化铝。此法工艺简单、投资少、成本低、产品质量好，是广泛采用的方法，但矿石的适应性稍差，特别是含硅量高的矿石难以加工。②烧结法:可将含硅量高的铝土矿加工成偏铝酸钠。将铝土矿粉与纯碱、石灰石混合后在回转窑内焙烧，使铝土矿中的氧化铝与纯碱反应生成偏铝酸钠，加入的石灰石与二氧化硅生成硅酸钙,以减少钠的损失,反应式为：Al2O3+Na2CO3─→2NaAlO3+COSiO2+CaCO3─→CaSiO2+CO经浸取、过滤、洗涤得偏铝酸钠溶液，进一步加工的方法与碱解法相同。③联合法:将加压碱解法与烧结法并联、串联或混联来加工铝土矿，以使工艺更为合理。三、氯化法：用以制备无水三氯化铝，此法对铝土矿的质量要求高，矿中硅、铁的含量越低越好。将铝土矿粉焙烧后与高质煤混合，加入粘结剂造粒、干燥，在氯化塔中于850～950℃下，通入氯气和空气进行氯化，反应式为：Al2O3+3C+3Cl2─→2AlCl3+3CO氯化塔用固定床或沸腾床。氯化铝呈气态逸出，其中夹有少量杂质，经冷却、精制可得无水三氯化铝。2.2生产工艺及设备概述硫酸铝整个生产过程已基本定型，工艺已进入成熟期。国内外硫酸铝生产原料主要以铝土矿、氢氧化铝为主。国外主要以生产液体硫酸铝为主，国内主要以生产固体硫酸铝为主。硫酸铝生产工艺分为连续法和间歇法。美国、日本用连续法生产的厂家占多数，国内全部采用间歇法生产，并在间歇法生产的单元工序上加以改进。在生产水平上，原料由焙烧常压反应发展到一步加压反应，在浓缩工序蒸发器由搪铅排管发展到钛管阳极保护，使设备使用寿命由原来的一年延长到十年。1997年山东淄博制酸厂的科技人员又提出了外加热式钛管蒸发器用于硫酸铝生产的开发实验，这将为硫酸铝浓缩工序连续化生产开辟光明的前景。另外有的厂使用铜制蒸发器，其使用寿命也在一年以上，且换热器表面无结垢现象。在结晶工序许多企业用滚筒结晶机、钢带结晶机代替了原来的结晶池，即减轻了工人的劳动强度，又提高了产品质量。在沉降工序采用逆流增浓倒槽洗涤，在计量包装工序实行自动计量包装。在设备防腐方面，原来搪铅的毒害作业逐渐被耐酸瓷板防腐、铸石材料防腐所取代，另外一些廉价的耐腐蚀设备配件，如铸石阀门、管路陶瓷泵、搪玻璃管、衬四氟塑料阀门等也在该行业得到广泛的开发利用，并受到显著效果。在三废治理方面，通过多年努力，产品废渣在水泥工业得到了广泛的应用，并取得了较好的经济效益和社会效益。[1]2.2生产工艺选择根据现有的工艺成熟条件，我建议选用以铝土矿为主要原料，采用酸法生产固体硫酸铝产品。由于不同矿区铝土矿的品位不同，所以生产前对硫酸铝制备的工业条件也不同，我国硫酸铝工业通常采用煅烧型，水蒸气加压型，加压加热型等。由于本设计主要考虑本地区的工艺生产条件，所以采用高温且在一定压力下的反应工艺。硫酸与铝土矿反应制备硫酸铝的反应式为：Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O此法铝土矿在高温高压下反应，产品收率较高。3工艺生产流程3.1反应原理化学反应方程式：Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O3.2生产流程详情见《铝土矿-硫酸生产硫酸铝工艺流程图》1.铝土矿的粉碎原矿经过鳄式破碎机的第一次破碎后，再经过球磨机的第二次破碎，使其矿粉的颗粒大约在80～90目之间。2.铝土矿的酸解在反应釜中投入矿体粉末，并注入98％的浓硫酸及水使硫酸浓度降低到55％，同时不断搅拌，并控制压力在2kgf/cm2左右使之反应。3.硫酸铝溶液的沉降使用真空压缩机将反应釜中的液体压出，引入沉降锅中使之沉降，且加入聚丙烯酰胺作为沉降剂。经过五次沉降后，将沉降合格清液抽至中和锅。4.硫酸铝溶液的中和准确分析清液的酸碱度和盐基度后。准确中和酸性铝液和碱性铝液，使中和后的Al2(SO4)3溶液不溶物≤0.25％，盐基度（按Al2O3g/l）保持在0.1～0.4，然后抽入浓缩高位槽。5.浓缩采用水蒸汽加热法，将水蒸汽通入列