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        基于氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本技術(shù)研究

        2020-11-01 08:18:04張鐵志弭飛飛
        世界有色金屬 2020年16期
        關(guān)鍵詞:耳法焙燒爐氫氧化鋁

        張鐵志,弭飛飛

        (1.東北大學(xué)設(shè)計研究院(有限公司),遼寧 沈陽 110166;2.沈陽科維潤工程有限公司,遼寧 沈陽 110166)

        隨著氧化鋁材料的需求量與日俱增,對氧化鋁生產(chǎn)工藝也提出了新的要求[1]。氧化鋁生產(chǎn)工藝主要指的是在對應(yīng)的鋁土礦物中提取一定量的氧化鋁,通過生產(chǎn)設(shè)備采取一定的方法除去氧化鋁內(nèi)部所含的雜質(zhì)。在一定程度上,我國氧化鋁生產(chǎn)工藝會受品位因素及礦石性質(zhì)的影響導(dǎo)致產(chǎn)量低的問題。由于氧化鋁生產(chǎn)量的不斷增加,原材料和能源價格呈現(xiàn)出持續(xù)增長的趨勢,這就導(dǎo)致氧化鋁的生產(chǎn)成本也隨之提高。傳統(tǒng)氧化鋁生產(chǎn)工藝只能以消耗大、投資高并且流程復(fù)雜的燒結(jié)法工藝為主[2]。在70年代進(jìn)行了拜耳法的試驗,在鋁礦直接生產(chǎn)氧化鋁的研究中取得重大突破。但由于認(rèn)識和技術(shù)仍具有局限性,一直未能實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能降本。在我國目前針對氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本方面的研究中,雖然取得了一定的研究成效,但在實際應(yīng)用中具有很大程度的局限性。目前,鋁硅比3-5的低品位鋁礦成為我國生產(chǎn)氧化鋁的主要材料,而且具有壟斷市場的趨勢。相比國內(nèi)的鋁礦品位,國外進(jìn)口的鋁礦品位明顯高于國內(nèi),有的鋁硅比竟高達(dá)7-8左右。受生產(chǎn)工藝水平的限制,氧化鋁生產(chǎn)成本呈大幅度上升趨勢。通過傳統(tǒng)的拜耳法和燒結(jié)法生產(chǎn)工藝處理低鋁硅在難度上遠(yuǎn)大于處理普通礦物。在國外,Wesfrth直到將“拜耳法生產(chǎn)氧化鋁新工藝”再次提上研究議程,總結(jié)出從原礦質(zhì)量問題入手,實現(xiàn)節(jié)能降本,為目前采用串聯(lián)法和燒結(jié)法的氧化鋁廠的生產(chǎn)工藝及技術(shù)改造指明了發(fā)展方向。為加快我國氧化鋁工業(yè)的發(fā)展,提高我國氧化鋁工業(yè)在國際競爭實力,本文進(jìn)行基于氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本技術(shù)研究。

        1 基于氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本技術(shù)

        本文基于氧化鋁生產(chǎn)工藝提出的節(jié)能降本技術(shù)中,以實現(xiàn)氧化鋁生產(chǎn)節(jié)能降本為最終目的,進(jìn)行設(shè)計。使用此種技術(shù)進(jìn)行氧化鋁的生產(chǎn)主要分為三個步驟:析出、分解以及回收。針對這三個步驟的具體研究內(nèi)容,如下文所示。

        1.1 使用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的析出流程

        提取礦物中含金屬鋁元素較多的樣本,進(jìn)行加水溶解,使用攪拌棒進(jìn)行充分溶解,將溶解后后的液體靜止10-20分鐘后,使用過濾網(wǎng)濾掉沉淀物,提取過濾后的飽和液體混合物。通常情況下飽和液所含雜質(zhì),如下表1所示。

        表1 氧化鋁雜質(zhì)含量表

        結(jié)合上述表1所示,使用拜耳法對飽和溶液進(jìn)行蒸發(fā)提純處理,多次提取鋁土礦中含鋁樣本,重復(fù)上述過濾步驟,再將提純后液體進(jìn)行加水溶解,經(jīng)沉淀后過濾沉淀物。析出純度較高的氧化鋁飽和液,析出步驟是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵步驟,生產(chǎn)能力的高低及析出氧化鋁溶液所處的指標(biāo)等級直接影響到氧化鋁廠的生產(chǎn)產(chǎn)量、產(chǎn)出質(zhì)量。具體流程為:首先,將蒸發(fā)母液放置到調(diào)配槽;再通過礦漿磨進(jìn)入旋流器,得到礦漿;而后,將礦漿倒至回轉(zhuǎn)篩,加入冷凝水進(jìn)入保溫管;最后,使用自蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā),流進(jìn)稀釋槽進(jìn)行二次洗液,完成后進(jìn)入沉降槽,得到飽和氧化鋁溶液。通過拜耳法將氧化鋁生產(chǎn)工藝中的含酸工業(yè)鹽可回收再利用,廢渣可加工成建材、橡塑填充料等。從根本上減少有害廢氣的排出,符合環(huán)保要求,既可以解決污染環(huán)境的問題,又可以解決鋁礦資源綜合利用問題。所析出的大量工業(yè)氧化鋁可以有效緩解我國工業(yè)氧化鋁資源不足的情況,從而實現(xiàn)基于氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本技術(shù)中的降本要求,為生產(chǎn)氧化鋁提供基礎(chǔ)物質(zhì)。

        1.2 使用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的分解流程

        在將氧化鋁高濃度飽和液提純析出的基礎(chǔ)上,對析出的晶體進(jìn)行分解操作表可進(jìn)行氧化鋁金屬的生產(chǎn)。在低苛性的鋁酸溶液中以氫氧化鋁作為結(jié)晶的晶種,經(jīng)過不斷的攪拌降溫,鋁酸鈉溶液中的氧化鋁以氫氧化鋁的形式進(jìn)行分解,持續(xù)析出,經(jīng)過析出鋁酸鈉溶液的苛性比值不斷升高。此時,分解后析出的晶體為高純度氫氧化鋁,反復(fù)進(jìn)行上述兩個操作便可將大批量的鋁土礦轉(zhuǎn)換成氫氧化鋁,氫氧化鋁與氧化鋁在指定的條件下存在一定形式的轉(zhuǎn)換。具體的轉(zhuǎn)換方程式,如下化學(xué)表達(dá)式所示。

        根據(jù)上述化學(xué)表達(dá)式所示,拜耳法析出氧化鋁的主要原理,在一定條件下,在晶體中加入攪拌,經(jīng)過一定的處理,便可實現(xiàn)氧化鋁與氫氧化鈉鋁之間的轉(zhuǎn)換。在本文設(shè)計的節(jié)能降本技術(shù)中,首先,進(jìn)行一次分離提高固含,分離底流再進(jìn)人高效壓濾機進(jìn)行二次分離及后續(xù)的洗滌;而后,將濾餅含水率控制到35%以下,減少赤泥的洗滌次數(shù);最后,采用沉降槽+高效壓濾機分離洗滌技術(shù),將溶出稀釋液Nk濃度提高3g/L~10g/L,從而減少洗水量和蒸水量。

        1.3 焙燒爐煙氣余熱深度回收

        考慮到在氧化鋁生產(chǎn)工藝中,焙燒能耗約占氧化鋁綜合能耗的25%~30%,通常情況下,氫氧化鋁焙燒爐的排放煙氣溫度最高可達(dá)200℃,高溫的焙燒爐煙氣必然會帶走一部分氧化鋁。與此同時,由于焙燒爐煙氣余熱造成大量熱量以及水分的流失,對環(huán)境造成極為惡劣的影響。本文利用焙燒爐煙氣的部分顯熱實現(xiàn)煙氣余熱深度回收,采用噴淋方式使低溫水與焙燒爐煙氣直接換熱,將高溫?zé)煔怙@熱直接傳遞給低溫水,并保證水蒸汽潛熱也進(jìn)入了低溫循環(huán)水中。將回收的焙燒爐煙氣余熱用于預(yù)濃縮氧化鋁廠的蒸發(fā)原液,減少蒸發(fā)站蒸水量,從而降低蒸發(fā)的汽耗,進(jìn)一步實現(xiàn)降低氧化鋁生產(chǎn)能耗的目的。至此,實現(xiàn)基于氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本技術(shù)整體設(shè)計。

        2 實例分析

        (1)實驗準(zhǔn)備。本次實驗采用實例分析的方法,通過實證研究證明本文設(shè)計節(jié)能降本技術(shù)的可行性。實驗對象選取某實驗室,采用φ15m的分解槽。針對氧化鋁生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備礦漿磨具體參數(shù)進(jìn)行限定,如表2所示。

        表2 礦漿磨設(shè)備具體參數(shù)

        結(jié)合表2信息,實驗主要內(nèi)容為測試兩種節(jié)能降本技術(shù)的氧化鋁生產(chǎn)能耗,氧化鋁生產(chǎn)能耗數(shù)值越高,意味著該節(jié)能降本技術(shù)的節(jié)能效果越好。本次實驗將實驗次數(shù)設(shè)置為10次,分別使用本文設(shè)計的節(jié)能降本技術(shù)以及傳統(tǒng)節(jié)能降本技術(shù)進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn),并設(shè)置傳統(tǒng)的節(jié)能降本技術(shù)為實驗對照組,進(jìn)而判斷兩種節(jié)能降本技術(shù)的節(jié)能能力。

        (2)實驗結(jié)果分析與結(jié)論。根據(jù)上述設(shè)計的實驗步驟,進(jìn)行測試,記錄10次測試結(jié)果,將兩種節(jié)能降本技術(shù)下氧化鋁生產(chǎn)能耗的測試結(jié)果進(jìn)行對比。為更直觀的體現(xiàn)出兩種節(jié)能降本技術(shù)氧化鋁生產(chǎn)能耗之間的差異性,特將實驗結(jié)果以表格的形式進(jìn)行展示。氧化鋁生產(chǎn)能耗對比表,如表3所示:

        表3 氧化鋁生產(chǎn)能耗對比表

        根據(jù)表3可以得出,本文設(shè)計的節(jié)能降本技術(shù)氧化鋁生產(chǎn)能耗最低只需10.015 GJ/t;而對照組最低需要46.598 GJ/t,設(shè)計的節(jié)能降本技術(shù)氧化鋁生產(chǎn)能耗明顯低于實驗對照組,節(jié)能效果更好,能夠?qū)崿F(xiàn)氧化鋁的節(jié)能生產(chǎn)。通過實驗驗證了設(shè)計節(jié)能降本技術(shù)在氧化鋁生產(chǎn)中的有效性,可以滿足氧化鋁生產(chǎn)節(jié)能方面的實際需求,可以應(yīng)用到實際氧化鋁生產(chǎn)中。

        3 結(jié)束語

        通過基于氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本技術(shù)研究,證明設(shè)計節(jié)能降本技術(shù)在氧化鋁生產(chǎn)工藝中的真實性和可靠性。氧化鋁生產(chǎn)的能耗以及成本無論是對于國家發(fā)展還是社會進(jìn)步都很重要,針對拜耳法的析出、分解可以大幅度提高氧化鋁生產(chǎn)的節(jié)能降本效果,完成傳統(tǒng)節(jié)能降本技術(shù)所不能實現(xiàn)的目標(biāo)。因此,基于氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本技術(shù)研究是具有現(xiàn)實意義的,能夠取得一定的研究成果,并且滿足環(huán)境保護(hù)對氧化鋁生產(chǎn)工藝提出的總體要求,為氧化鋁生產(chǎn)環(huán)保治理提供學(xué)術(shù)意義。但本文存在唯一不足之處在于,沒有針對基于熱分析的氧化鋁生產(chǎn)蒸發(fā)工序節(jié)能研究進(jìn)行過多的研究,相信這一點可以作為氧化鋁生產(chǎn)工藝中的節(jié)能降本領(lǐng)域日后研究的主要內(nèi)容。

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