一、综述
1.1各工艺对比
1.1.1碱法
碱法主要看烧结法，烧结法主要包括石灰石烧结法，碱石灰烧结法和碳酸钠烧结法。
(1)石灰石烧结法，包括烧结、浸出、脱硅、碳化4个工段
Al2O3与石灰石在1320℃~1400℃下会烧结成铝酸钙
石灰石烧结法的反应为：Al2O3+CaCO3=12CaO·7 Al2O3+12CO2↑
SiO2与石灰石烧结转化为2CaO·SiO2
反应为：2SiO2+2 CaCO3=2CaO·SiO2+2CO2↑
溶液经过冷却，通过铝酸钙物质析出化为铝酸钠溶液。
方应为：12Na2CO3+12CaO·7 Al2O3=14NaAlO2+12 CaCO3↓+10NaOH
(2)碱石灰烧结法：经过高温加工把碳酸钠与石灰、煤粉碱进行混合，将液体铝酸钠通过粉煤灰中Al2O3中加入Na2CO3进行分离，同时为保证煤粉中SiO2转化为2Ca O·Si O2并且具备不溶性质，必须通过以下方式将其改变为Al(OH)3,即烧结、溶出、脱硅、碳酸化分解等步骤,最后焙烧成为Al2O3产品[1]。
(3)碳酸钠焙烧法：经过对高温烧结析出物进行冷却，将液体盐酸与碳酸钠和煤粉产物结合，然后进行洗涤，在焙烧得到白炭黑，避免沉淀物出现。为得到纳米级Al2O3，需要通过NaOH溶液精滤步骤，首先，摒弃出Fe(OH)3等残渣，避免出现沉淀。之后经过盐酸加入，转变为Al(OH)3沉淀，最后，经过降低温度烘干并烧制，才能够得到Al2O3
1.1.2、酸法
基于二氧化硅等化学物质与粉煤灰中化学物不发生反应的定义，利用强酸性化学物质与氧化物进行反应，通过酸法进行提取，能够避免造渣剂[2]。
1.1.3、酸碱联合法
工艺提取步骤：首先需要得到硫酸铝以及氯化铝溶液，具体提取是需要将稀盐酸溶解[3],通过焙烧将碳酸钠与煤粉进行定量融合，为提取白炭黑做准备，之后用过滤手法使用氢氧化钠精滤杂质，得到所需产物氢氧化铝。
1.1.4、碱法工艺对比评价
酸法工艺有过程简易、消耗能量低、成本低的优点，但酸法工艺对设备的要求比较高,所以想要大范围运用比较困难,当前还没有商用的酸法粉煤灰生产氧化铝工厂。所以我们考虑经验较为丰富的碱法。用高铝粉煤灰为原料制备Al2O3,下面是两种碱法的优缺点对比：
烧结法提铝工艺优势：化学物可多次使用，流程简便，效率较高，且操作比较简单,适用于估摸较大的工厂生产。但缺点也很明显所需要的反应温度高，所以能量损耗较高,费用高。派出的废料较多,石灰石烧结法产生的废料约为氧化铝产品的6~9倍。如果不事先除去硅,对比使用氧化铝产生的杂质仅仅是它的二分之一，氧化铝杂质也是石灰石废物产生率的一半。基于此种原因，造成铝损失的主要原因是2CaO·SiO2会烧结的产物经过与铝酸钠的结合出现损失，从而影响氧化铝的回收率[4]。
二、厂址选择
2.1厂址选择原则
（1）符合环保、卫生防护等法律规定和地区XX对工业布局以及城市规划要求；
（2）保障厂区生产安全避免不良工程地质、地貌
（3）交通方式选择范围广，可以利用陆运方式为主要输送手段。
（4）尽量选有发电厂的地方，满足工厂的电量消耗
（5）有利的生产气象条件
（7）考虑建设成本少和后期营运投入少的地方。
（8）综合对比后选取鄂尔多斯工业产业区进行分析。
具体位置如下：
2.2气候水文
大路镇的气候主要为是温带大陆性气候，具备鲜明的气候特点：两季温差大，雨水量较少，夏季温度高且时间不长，相比较冬季温度较，过度时间长，雨水量主要在夏季和秋季较少。全年平均温度7.3℃～9.6℃，其中1月份平均温度较低在-12.5℃～-11.2℃,年最低温度为-31.1℃,每年温度最高限度可上升至将近39℃，其中年中时期平均降水可达到400mm，气温保持在在26℃～29℃之间；由于地理特点，风向在夏季以东南风为主，春秋季节以西北风为主。持续大风天能够达到90天，风沙时限将近两月。根据地理位置特殊性，在地区的东南以及东北有密集沟纹，黄河位于其中，出呼斯太河数量依靠黄河支流，水量较足以外，其余随季节的变化而变化，以降雨供给为主。
2.3厂址优势
2.3.1区位优势
在库布其沙漠末端[5]、靠近黄河，准备建造面积180平方公里的厂区，利用循环发展的模式，为打造成经济标榜性产业，将创新开发把粉煤灰的供应到氧化铝销售的联合厂群。
2.3.2位置优势
地形平缓，地质组成比较稳定，且地下没有矿石，地面人烟稀少，荒废土地较多农耕地较少，开发起来容易。
2.3.3资源优势
粉煤灰是发电厂的主要排泄物，在内蒙地区有大型的发电公司国际托克发电，在进行燃煤制造时会出现较多的是勃姆石和高岭石[6]，是极其珍贵的可再生产物，是通过将其燃烧的方式形成氧化铝，并且能够达到半数转化率。
2.3.4水源优势
当前已建成大南沟水库，可储存水资源将近925万立方米，位置南靠孔兑沟，离黄河位置较近，具有大量水源，地上、地下水储存丰富，能够及时提供水源，每年提供水量可达1.5亿立方米。
三.工艺说明
3.1溶出工艺
3.1.1主要反映
Na2O·Al2O3+4H2O—→2NaAl(OH)4（溶解）
Na2O·Fe2O3+2H2O—→Fe2O3·H2O↓+2NaOH（水解）
3.1.2说明
熟料溶出的目的是将由碱石灰烧结法烧结法经过预脱硅和烧结工段而来的熟料中Al2O3、Na2O尽量多的进入液体并且和别的杂物分离出来。溶出率与熟料的质量有直接关系，为了获得较好的溶出效果，需要了解其在溶出过程中的行径。
3.1.3铝酸钠
研究发现铝酸钠具有溶解性的特点，能够溶于热水中，由此可知，铝酸钠与铁酸钠融合形成的固体很容易遇热水溶解。在温度高达90℃时，其溶解的速度通常在3~5min内完成[7]。
3.1.4铁酸钠
其反应式为：
Na2O·Fe2O3+2H2O—→Fe2O3·H2O↓+2NaOH（水解）
3.1.5铁酸钙
CF和C2F两种铁酸钙的反应式如下：
3(2CaO·Fe2O3)+aq=2(3CaO·Fe2O3·6H2O)+2Fe(OH)3+aq
3(2CaO·O3)+4NaAl(OH)4+aq=2(3CaO·Al2O3·6H2O)+4NaOH+6Fe(OH)3+aq
CaO·Fe2O3+4H2O=Ca(OH)2+2Fe(OH)3
3Ca(OH)2+2Fe(OH)3=3CaO·Fe2O3·1.5H2O+4.5H2O
3.2主要二次反应
在氧化铝的生产过程中，将氧化铝和氧化钠相融合，两者形成的熟料过程称之为一次反应或主要反应。其中，熟料中含有30%的原硅酸钙，其能够同其他材料，例如，碳酸钠、铝酸钠发生化学反应。通常来讲，工厂将上述反应称之为二次反应或副反应。
于此同时，在烧结法过程中，不可避免会出现二次反应损失。相关数据显示，氧化铝在正常的工业环境下损失高达6~10%。
3.2.1反应式
（1）2Ca O·Si O2与Na2CO3溶液的作用
2Ca·SiO2+2Na2CO3+H2O+aq=Na2SiO3+2CaCO3+2NaOH+aq
（2）2CaO·SiO2与NaOH溶液的作用
2CaO·SiO2+2NaOH+aq=2Ca(OH)2+Na2SiO3+aq
（3）2CaO·SiO2与NaAl(OH)4溶液的反应
3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH+aq
2Na2SiO3+(2+x)NaAl(OH)4+aq=Na2O·Al2O3·xSiO2·yH2O+2xNaOH+aq
3Ca(OH)2+NaAl(OH)4+xNa2Sio3+aq=3Cao·Al2O3·xSiO2·yH2O+2(1+x)NaOH+aq
3.2.2抑制二次反应损失
氧化铝主要由烧结法制作而成，通过熟料溶出来提取更多的Al2O3和Na2O，在此基础上将其融合到溶液中去，从而提升溶出的浓度和效率。其中，其中，熟料中含有30%的原硅酸钙，其能够同其他材料，例如，碳酸钠、铝酸钠发生化学反应，在完成上述反应后，容易造成氧化铝同赤泥相混合，导致了氧化铝的溶出率降低[8]。针对此问题，国内国外的研究人员都进行了大量研究工作，积累了丰富的理论经验。
3.加入添加剂。由于添加剂具有较强的吸附性，因此在熟料溶出中加入适量的添加剂能够减少铝酸钠表面的张力。从而尽量避免2Ca·SiO2与铝酸钠溶液中其他化学物质发生反应，避免加速原硅酸钙的分解[9~10]，以此来防止氧化铝在溶出过程的流失。
2.海藻酸钠。著名学者尤晶[11]等人通过演技发现，利用海藻酸钠在一定程度上能够提升氧化铝的溶出率，并且还能降低赤泥中的Na2O，但它也有缺点，会使得溶出浆液的粘度大大增加，且海藻钠价值昂贵经济效益较低，所以不能用于工业生产。
3.腐蚀酸钠。学者张程忠，于海燕，张立强[12]通过研究大量数据发现，腐蚀酸钠能够减缓二次反应的速率，在溶出的过程中能够避免其他化学成分的消耗，研究表明，适当添加0.43%的氧化铝，相应地溶出率最高。而在其他实验中，如果不添加腐殖酸钠，则溶出率会有所下降。在添加腐殖酸钠后，颜色也会变成褐色[13~14]。最后会影响到其品质。
所以，用于降低损失的方法很多，并都能取得不错的效果，但损失还是较大。在这些方法中，添加抑制剂已逐渐成为当前主要研究的热点。
四、物料衡算
4.1原始数据
表4-1熟料的化学成分
化学成分Al2O3 SiO2 TiO2 Fe2O3 CaO
含量%32.42 18.01 2.0 2.7 33.62
表4-2主要条件
氧化铝标准溶出率%90
车间年产量wt 50
工作时间d 300
4.2物料计算
4.2.1二次反应
2Ca·SiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2CaCO3+2NaOH+aq
二次反应会消耗一定量已溶出的氧化铝约占氧化铝总量的3%
已知：消耗量约占氧化铝总量的6%
500000×（1+6%）=530000t
由此可计算所需熟料的流量
熟料流量为：X32.42%×90%=530000/（300×24）
解得：X=252.28t/h
式中：32.43%：Al2O3在熟料中的所占比例；
90%：氧化铝溶出率
530000：年产500000氧化铝实际所需氧化铝量
300：一年工作日
24：每天工作时间
五、沉降槽热量平衡计算
5.1已知条件
表5-1熟料的化学成分
化学成分Al2O3 SiO2 TiO2 Fe2O3 CaO
含量%32.42 18.01 2.0 2.7 33.62
熟料中氧化铝的质量：530000t×32.43%=171879
表5-2主要条件
氧化铝质量t 171879
氧化铝变化温度℃20~90
沉降槽传热系数（KJ/cm2·℃·h）53.55
表5-3主要条件
温度℃20 90
比热容J/(kg·℃)0.186 0.212
QI=cmΔt
=0.212×103KJ×171879×103 kg×(90-20)℃
=2.55×1012KJ
式中：QI:输入的热量KJ
c:表示90℃比热容
m:表示Al2O3质量
Δt:表示Al2O3变化温度
QO=cmΔt
=0.186×103KJ×171879t×103 kg×（90-20）℃
=2.24×1012KJ
式中：QO:输入的热量KJ
c:表示20℃比热容
m:表示Al2O3质量
Δt:表示Al2O3变化温度
沉降面积：S沉=3.14D²/4=3.14×6²/4=28.26㎡
式中：D为沉降槽的直径
其他部分占沉降槽的6.5％。
则S总=6.5％S+S
=6.5％×28.26㎡+28.26
=30.1㎡
热损：Q=λ×S×Δt
=23.55×104W/㎡·℃×30.1㎡×70℃
=4.97×108KJ/h
保温率为90%
Q=1.13×109 KJ/h×90%=4.47×108 KJ/h
则可求出QL
QL=4.47×108 KJ/h×300×24
=4.47×108 KJ/h×7200
=3.18×1011
热量衡算通式
∑QI=∑QO+QL
∑QI≈∑QO+QL
式中：QI输入的热量KJ
QO输出的热量KJ
QL热损失KJ
5.2小结
因为存在一定的误差可能导致计算结果有误，如管道的热量等。
六、设备选型
6.1设备选型原则
6.1.1先进性
应用的设备应该选择目前的最高水平，以先进的技术得到更高的的性能。同时设备应该是目前已经上市的并且经过其他企业的验证，获得过较高的市场认可度，并且该设备在研发中，能够满足市场的需求不断推出新一代产品。
6.1.2.实用性
避免对价格重视度过高，应该综合评价机器的多方面，也不能盲目地追求最高性能。应根据需求来选择合适的性能。
6.1.3.高可靠性
设备必须能坚持长期的高强度工作。在恶劣的环境下也能适应，避免因为某个设备的维修期间耽误整个工厂的生产情况，完不成订单任务，此外设备应具有良好的、统一的售后平台，方便联系售后人员来维修。
6.1.4.易维护性
设备应具有易维护性，方便使用单位能自发进行日常的维护和保养，避免对设备造成损坏，尽量延长机器的使用时间，延长期限。
6.2选型
溶出为二段工艺。一段溶出选择筒形溶出器，熟料处理能力90t/h，二段选择棒磨机，处理能力70t/h；另外，选用处理能力为60t/h的沉降槽。
6.2.1.筒形溶出器
252.28×1.1/90＝3.08（台）
式子中：252.28——平衡流量，t/h
1.1——波动系数
选用4台φ8×20m的筒形溶出器，用4台备用1台。
6.2.2.棒磨机
252.28×0.75×1.1/70＝2.98（台）
式子中：252.28——平衡流量，t/h
0.75——一段溶出硅钙渣率
1.1——波动系数
选用4台φ3×4m的棒磨机，用3台备用1台。
6.2.3沉降槽
252.28×0.68×1.1/60=3.14
选用4台φ9×的筒形溶出器，用4台备用1台。
式子中：252.28——平衡流量，t/h
0.68——二段溶出硅钙渣率
1.1——波动系数
七、职业病评价
7.1职业病危害因素辨识
7.1.1粉尘类
1.电焊烟尘：设备检修焊接操作过程中会产生电焊烟尘[15]。
2.煤尘：高铝粉煤灰在运输、搬运过程中会产生粉尘[15]。
7.1.2放射类
重型设备运行过程中会产生放射性物质。
7.1.3化学类
氧化铝，氧化硅，一氧化碳，硫化氢等物质
7.1.4物理类
1.噪音：各种设备在工作过程中产生的噪声；风机、流体发出的噪音，磁场以及管路变化带来的磁性噪音。
2.高温：由于厂房露天设置，在夏季可能会进行高温作业。
3.低温：由于厂房露天设置，在冬季可能会进行低温作业。
4.振动：风机、空压机、电动机等设备会产生较大的振动。
5.工频电场：功率大的用电设备。
6.紫外辐射：检修车间的电焊作业。
7.1.5生物类
在厂内可能感染布氏杆菌、森林脑炎病毒。
7.1.6致皮肤病的危害因素
1.维修过程中导致接触性皮炎、光敏性皮炎。
2.且长期处于厂区内导致痔疮、溃疡等。
7.1.7致眼睛疾病的危害因素
1.白内障疾病的产生，由于大量时间在监督机器运转导致的职业病。时间设备检修，导致电光性眼炎。
2.长时间接触化学物质，导致化学性的眼部伤害。
7.1.8致职业性耳鼻喉口腔疾病的危害因素
长期处于噪音环境中，导致噪音聋。
7.1.9其他职业病危害因素
不良环境作业可能导致其他职业病产生。
7.2主要职业病危害因素分布
表7-1主要职业病危害因素分布
装置名称产生危害因素的主要设备接触
方式产生职业病危害因素
粉尘化学物质物理因素
氢硫化氢能够造成短时间中毒，对神经影响较重，人体一旦接收到浓度较高的硫化氢就会大量流泪、眼睛疼、感觉眼睛里有东西、害怕关照、看不清楚物品、咽喉疼痛、咳嗽、头部变痛、身体晕眩、没有力气、意识不清楚等。甚至一部分人的心肌会受到损害。严重的还会造成脑水肿、肺水肿。非常高的浓度时升值会出现晕倒，造成全身性休克停止心跳，出现瞬时死亡。MAC（mg/m3）:10；硫化氢中毒
氧化硅氧化硅存在于空气，粉尘含量十分高，长期工作吸入者会患硅肺病也称为矽肺。MAC（mg/m3）:10矽肺病
7.4预先危险性分析概述
预先危险性分析，是安全评价的一种方法，为进行宏观的概略分析[16]。首先需要判断当危险降临是可承担的风险，做到全方位预判分析，包括对生产的流程以及产品材料的加工及选择。
7.4.1预先危险性分析步骤
1.先自己用经验性判断、技术诊断的方法，查找出危险和有害因素。
2.根据前人的经历经验，分析危险、有害因素的影响，判断事故所属类别。
3.对于已确认的危险和有害因素，制定专业的预先危险性分析表。
4.确定危害等级，按危害等级危害程度排序，方便处理。
5.事先准备好针对事故的安全性对策。
7.4.2危险划分等级
将危险性分为4个等级：
I安全的；II临界的III危险的IV灾难性的
7.4.3预先危险性分析表
表7-3预先危险性分析表
潜在事故危险有害因素事故原因事故后果危险等级防范措施
氧化铝中毒氧化铝工作过程中泄露、或接触误食：低危险，易造成老年痴呆
呼吸：可能造成刺激或对肺部造成损伤III眼睛：立即用清水冲洗眼睛15分钟左右，并经常抬起上下眼皮，如果症状未缓解，要立即就医。
矽肺氧化硅工作过程中泄露或接触
长期吸入会患矽肺II排查；必须佩戴防护装备
噪声震动伤害噪声震动装置未设置减震、降噪措施；未佩戴个体防护用品；防护用品无效。听力损伤、人员伤害。III采取隔声、消声等方法来降低噪音；装备减震、阻尼等装置；佩戴护耳器。
粉尘危害电焊烟尘、煤尘作业地区未设置除尘装置；未佩戴防护用品防护用品无效。工作人员呼吸道受损、患尘肺病。III制定防尘规章制度；革新技术；采用通风排气装置；
佩戴防护装备。
7.5职业病危害防护措施
7.5.1有毒物质防护措施
1.呼吸系统防护:需要在浓度含量较高时，选择使用自吸过滤式防毒面具，轻度防护不怎么用。
2.眼睛防护:选取安全性高的护目镜。
3.身体防护:穿工作服。
4.手防护:戴防护性手套。
5.其他防护:浓度高等密闭工作范围，必须加强监管，减少接触率过高，绝对避免吸烟现象的发生。
7.5.2物理因素防护措施
1.对皮带、棒磨机等产生噪声的设备订货时拟向制造厂家提出噪声控制要求，选用低噪声设备，从声源上控制噪声水平。
2.生产过程操作采用室内DCS控制系统，减少现场操作接触噪声的时间
3.为加热、换热设备及高温管线设置保温层。控制室内设置空调。
4.机修岗位涉及焊接作业，通过使用保护眼镜，消除紫外线辐射，尤其在进行电焊操作时为防止电焊弧光，进行防护准备。
7.5.3防护用品
全体员工发放安全帽、工作服。本项目针对化学有毒物等职业病危害因素为员工配发个体防护用品。佩戴护目镜，有针对性选择对员工保护程度高的防护用具，比如，TF1型防毒面罩，过滤功能强大。对于可能存在的粉尘危害等处，除加强现场的通风外，每个操作人员均配置防尘口罩和防尘面具。
7.5.4应急措施
本工程设有消防站，配备了各种消防车及消防车灭火器材等消防装备设施，负责全厂的安全卫生工作。还应设有医疗室，使中毒者第一时间得到医疗救助；对事故现场伤员进行第一时间救援，保证医疗器械安装到位，救护车提供及时，一旦发生紧急事故防毒面罩、呼吸机、防护用具能够实时供应；同时对厂间内的防护设备进行定时定点检查与维修；最后最大程度对工作间存在的有毒气体进行全面监控消除。
7.5.5职业卫生管理措施
1.为防止中毒事件的产生，将厂间中存在的有害气体进行环保检测，建立防护站，同时将气体进行固定时间段的含量分析，避免危险性生产，最大程度保证工作者安全。
2.该项目建成各员工分工工作，车间内安排5人负责安全管理工作，安全员需要招很多，负责劳动保护与厂间安全工作。
3.严格按照国家有关规定《职业健康监护管理办法》由卫生部(2002)23号文件下发，监督实行。
4.设置工作岗位警示标识
当心有毒戴防毒面具噪音有害戴护耳器注意通风
5管理制度及规程
职业卫生安全责任制；职业健康监督检查制度；职业病预防应急预案；
职业卫生岗位操作规程。
八、评价结论
笔者根据文章阐述内容，归纳出当前导致职业病产生的关键原因，有化学及物理两方面因素，其中危害人体的物质有硫化氢、一氧化碳、氧化铝、氧化硅等。在管线密闭不严等情况下，毒物浓度可能超过限值的要求，甚至也可能有急性中毒发生的可能，应加强设备维护并做好应急救援预案；压缩机及泵房是噪声危害的关键控制点。此外，设备抢修、设备日常维护作业中，工作人员都可能接触多种职业病物理危害因素，因此，应做好检修计划并加强对作业人员的劳动保护。
设计中所需要采取防护措施是必需的、必要的。在各类设备工作的时候及防护措施都正常工作的情况下，作业地点中所存在的物理有害因素必须控制在国家标准规定的限值内。
综上所述，年产50wt/氧化铝溶出工段通过加强个体防护，改善卫生环境，提升管理水平，可以顺利开展项目。
谢辞
这次毕业设计选题和设计过程进行中得到了xxx老师认真的知道。设计和说明书创作过程中，老师多次帮助我理解和分析，认真讲解工艺原理，工艺过程，再完成毕业设计之后多次帮我认真改正指出我的错误。在毕业设计制作过程中给我鼓励在我多次性要放弃的时候，公彦兵老师认真的态度，踏实的工作精神值得借鉴学习。此外毕业设计制作过程中还有学院提供知网的免费使用对我帮助很大，在此，向公彦兵老师和其他帮助过我的人，表达我深深的谢意！
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