拜爾法生產氧化鋁過程中紅泥水懸浮液的流體化工藝的製作方法

2023-06-07 01:57:41

專利名稱：拜爾法生產氧化鋁過程中紅泥水懸浮液的流體化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及拜爾(Bayer)法生產氧化鋁過程中凝聚的紅泥水懸浮液的的改進的液體化工藝。
由鋁釩土生產氧化鋁的拜爾法早已為人們所知曉。因此無需在此詳述。扼要地說，該工藝在於首先在壓力和給定溫度下將鋁釩土和氫氧化鈉放在一起，然後在絮凝劑(F)(通常為陰離子型)的存在下將所得到的溶液進行傾析，一方面是為了回收氧化鋁，另一方面是為了回收紅泥的強鹼溶液。為此，可在連續的甕(2－10個，依設備而定)中將這些溶液進行傾析和洗滌，其中將已由前面的溶液洗過的那些溶液進行攪拌並進行逆流循環。由此使氫氧化鈉的濃度由200－300克／升的初始含量逐漸降低到10克／升左右的最終含量。同時，紅泥的濃度逐漸變為40－50％幹固含量範圍。但是，溶液中絮凝劑(F)的存在會使紅泥濃度升高，這就使得越來越難以將其泵送至通常稱為「湖」或「池」的排出地點。
在文獻CA－A－819，040(對應的德國申請為DE－A－1，767，422)中，已提出為便於這種高粘度懸浮液的傾析，可在傾析甕中加入一種含有澱粉和丙烯醯胺與丙烯酸鈉的共聚物的絮凝劑混合物，該共聚物的分子量要大於50，000，較好為10×106數量級。該工藝雖然有利於傾析，但不幸的是會使懸浮液的粘度增加，從而變得更難以泵送。
在文獻US－A－4，169，824(對應於FR－A－2，430，792)中，已經提出，在最後洗滌步驟之後，在打算除去的凝聚紅泥溶液中加入一種基於丙烯酸聚合物，特別是甲基丙烯酸甲酯聚合物的分散劑(D)，其量為每噸幹紅泥加50克聚合物(50克／噸)，聚合物的分子量為5，00－30，000。用這種方法，可使泥漿的最終粘度降低，變得更易流動，從而能在現有設備中被泵送，因此能被輸送到的排出點。雖然這種方法能得到優良的結果，但從整體上看實施起來仍然很昂貴，因為它需要使用大量的分散劑(D)。此外，該方法並未解決傾析本身的問題，或這種粘稠泥漿的流動性差的問題。
此外，在最後洗滌之後，但在泵送之前立即注入分散劑(D)，這就需要使用特殊的附加分散材料，並要求抽空管線及泵都要加強，這就增加了投資費用。另外，對於給定濃度的泥漿，會降低泵送效率。最後，正好在泵的前面的連接管線中所進行的混合是在非常短的時間內完成的，這對於確保送介質的良好均勻性來說是很不理想的。
在文獻US－A－5，043，077中，已經建在最終的稀釋甕中加入含有風化褐煤的混合物。這種稀釋劑的加入量是相當可觀的，佔幹泥量的0.1－10％。這就要加入適當的材料，因此增加了投資費用。由於加入固體物質，它會影響隨後的泵送效率。最後，使用這種非常特殊的稀釋劑往往會由於在這種物質周圍的附聚作用而產生沉澱為。膏無疑問，這正是這種技術幾乎一直沒有進展的原因。
為了加速這種傾析過程，文獻GB－A－2，080，272曾建設使用兩種絮凝劑(F)的混合物，較好在處理的後一階段中連續加入，即聚丙烯酸鈉和聚丙烯醯胺的乳液，兩者的分子量均在500萬至1000萬之間。
該方法也存在上述使用單一絮凝劑方法所存在的同樣缺點，特別是有關泵送困難問題。
本發明克服了這些缺點。本發明的目的是提供一種氧化鋁的拜爾法生產中紅泥水懸浮液的液體化工藝，該工藝易於實施，並可以有效地降低需要泵送直到排出的泥漿的最終粘度，而同時又能與該泥漿的實際流變學相適應，且不必改造現存設備，因此無需任何額外的投資。
這種用拜爾法由鋁釩土生產氧化鋁過程中凝聚的紅泥水懸浮液的液體化改進工藝在於－用氫氧化鈉溶解鋁釩土；－然後，傾析和洗滌所形成的紅泥，以便在連續的多個甕中使其與氧化鋁分離，同時將洗滌水循環到上遊；－最後，將經過如此處理的紅泥漿排出；在該工藝中將由分子量大於1000萬的聚丙烯醯胺組成的絮凝劑加入到這些連續甕中之一的懸浮液中；其中將由分子量低於50，000的陰離子型丙烯酸聚合物所形成的分散劑(D)與所述絮凝劑(F)同時加入到同一甕中的懸浮液中。
換一種方式說，本發明選擇一種特殊的絮凝劑(F)和分散劑(D)的混合物，而且加入這各混合物的方式，不象迄為止所做的那樣，剛好在泵送前和傾析後分別加入，而是相反，是在實際傾析循環中一起加入的。令人驚奇的是，用這種特殊的混合物來處理時，是在傾析過程中將其加入的，結果使懸浮液的粘度降低，而其泥漿濃度卻增加；此外，這種懸浮液仍然完全可以在現在現有設備中進行泵送和輸送，直到這種泥漿確實被排出為止。
換句話說，本發明在於使由分散劑(D)和絮凝劑(F)組成的特殊混合物在整個洗滌－傾析循環中同時起作用，眾所周知，使用絮凝劑(F)會導致所處理的懸浮液變濃和變稠，另一方面，使用分散劑(D)可使同樣的懸浮液稀釋並流體化。因此，從普遍意義上講，不會使人們將這兩種效果完全相反的產品混合在一起。另一方面，選擇一種特殊的絮凝劑(F)和一種特殊的分散劑(D)，並將它們一起加入到一個懸浮液傾析甕中結果與所有預料相反，具有許多優點和全部不可預料的結果。絮凝劑(F)的增濃效果和分散劑(D)的稀釋效果並沒有互相對消，而是相反，被此協同給出一種新的意想不到結果。
因此，按照本發明的工藝在於在傾析過程中同時合併使用一種絮凝劑(F)和一種分散劑(D)，以便使泥漿能更好地傾析，更加稠化，且更容易泵送，因而本發明要求克服一定的偏見，因為本發明在於採用了具有相反效果的兩種物質的特殊混合物。
正如已經知道的，加入絮凝劑(F)有利於鋁釩土絮凝體的形成。另一方面，同時加入分散劑(D)可使其均勻地嵌入並逐漸圍繞著正在形成的絮凝體以避免其緻密和結塊，這樣就可以由於包在絮凝體中的各種分散化合物(D)中的COO－基的排斥作用而使介質的粘度降低。因此，加入分散劑(D)可以避免絮凝體的緻密化，並能保持具有各個絮凝體的懸浮液。至於其它方面，由於存在分散劑(D)該介質為強陰離子型，這種絮凝體受到能使其維持各自單個形式的排斥作用。
本工藝特別適用於處理幹泥含量為2－750克／升的紅泥漿。
實施－聚丙烯醯胺(絮凝劑F)是陰離子型，其分子量大於1000萬，較好為1500－2500萬；可以使用溶液形式的聚丙烯醯胺，但較好使用其粉末形式，使用時加以溶解；－聚丙烯醯胺至少有10％是陰離子的，較好20－100％，換言之，其陰離子度為20－100％(摩爾)；該聚醯胺可以是丙烯酸均聚物、丙烯醯胺共聚物或甚至三元共聚物，較好是線型的；－丙烯酸聚合物(分散劑D)較好是分子量為500－50，000，更好為1000－10000的聚丙烯酸鈉；已經觀察到如果分子量小於500或超過50,000，則效果應降低；也已觀察到，當分子量具有較低的高斯分布時，也就是說，當其多分散性低，通常小於3時，能得到更好的結果；－在一個優選的變型中，為了使介質中的氫氧化鈉過載，使用丙烯酸的鉀、鈉或銨鹽；在另一個變型中，將聚丙烯酸加入到介質中，與所存在的氫氧化鈉反應，然後就地形成所需的分散劑D；－在該特殊的混合物中，絮凝劑F(聚丙烯醯胺)與分散劑D(聚丙烯酸鹽)的重量比為0.1－5，較好是1左右；－絮凝劑F和分散劑D的混合物是在一個貯槽中事先製備的，然後在室溫下以0.1－20克／升，較好－10克／升的濃度加入到水溶液中；已觀察到，如果這個濃度小於1克／升，則結果不明顯；同樣，如果濃度超過20克／升，則其費用白白地增加而得不到成比例的改進；－在實踐中，混合物(F＋D)是在上述那個甕的溫度範圍內的溫度下加入的；－如果傾析後將傾析過的物料洗滌幾次，則可以從設備中第一甕添加特殊混合物；由此可提高由一個甕輸送到另一個甕的泵送效果，使得能夠提高懸浮液的礦物質濃度，因而最終可減少甕的數目，並從而減少投資；－本發明的特殊混合物的加入量與幹泥之比為5－2000克／噸，較好為20－400克／噸；－特殊混合物(F＋D)的添加是在設備中後面幾個甕中進行的。
在本發明的一個實施方案中，將含有相同比例下列物質的混合物F＋D加入到用於洗滌和傾析紅泥漿的連續幾個甕中的至少一個甕中，較好是加入到後面幾個甕中·分子量大於1000萬，較好為1500－2500萬的陰離子型聚丙烯醯胺；·分子量小於50，000，較好為1，000－10，000的聚丙烯酸鹽。
在第一個實施方案中，絮凝劑(F)和分散劑(D)的特殊混合物是在這些化合物的實際生產地點生產的，然後將該混合物以適當的量裝在備用袋中。
在一個較好的變型中，將置於水懸浮液中的絮凝劑(F)和分數劑(D)的乳液一起加入到緊挨泥漿沉降區下面的洗滌水供給管中。
本發明也涉及用於將這種混合物加入到泥漿洗滌甕中的裝置。在一個簡化的實施方案中，該裝置包括一根插入到上述甕中所盛的溶液中的供給管，其位置在泥漿沉降區內，但剛好在其上方，以提供一種與洗滌溶液的均勻混合物。
在一個優選的實施方案中，該特殊溶液通過連接到供液貯槽的閥門送入到該供給管中，該閥門受電子裝置的控制，取決於上層洗滌水的劑量和濃度，而該溶液則圍繞著一根文丘裡管以環狀形式引進，待處理的泥漿溶液在文丘裡管的中心供給。
可以用來實施本發明的方法及其優異的效果從下面的生產實例及附圖將得到更清楚的說明。


圖1是按照前序中所列文獻US－A－4，169，824中所述技術狀況的拜爾裝置的示意圖。
圖2是按照本發明對上述同樣裝置進行了改進的示意圖。
圖3是本發明較好的供給裝置示圖，圖4詳細表示了另一個具體實施方案。
圖5是說明本發明工藝的優點的圖解。
參考圖1，用標準拜爾法製備氧化鋁的裝置主要包括反應器(1)，含有鋁釩和氫氧化鈉、其中氫氧化鈉濃度例如為200－300克／升的混合物在壓力和高溫下加入到該反應器中。反應產物(2)被轉移到傾析器(3)中，濃度為例如在100克／噸幹泥左右的陰離子型絮凝劑(F)通過管線(4)加入到傾析器(3)中。然後紅泥(5)沉澱，而氧化鋁在(6)處分離出來。
隨後將溶液(7)泵送進入傾析器(8)中，以便完成紅泥(9)的分離。富含氫氧化鈉的上清液(濃度在180克／升左右)經由(10)循環。紅泥懸浮液(11)隨後轉移到另個串連的甕(12)中，上清液經(13)逆流循環。該工藝過程重複進行直到該裝置的最後2個甕(20，25)。標號(21、22)代表洗滌水的逆流循環迴路，其中氫氧化鈉濃度不斷降低，標號(23、24)代表用這種方法處理過的紅泥。
按照文獻US－A－4，169，824的介紹，從最後的甕(25)得到的富含紅泥的懸浮液(30)(濃度為600克／升左右)在添加分散劑(D)之後由泵(32)送進排出迴路(31)並由此送至「湖」。
實際上，該裝置包括7－10個連續傾析甕(8，12，20，25)。
正如已經說明的，圖2說明按照本發明的改進。該工藝在於在最後一個或最後2個連續甕(20，25)中將含有至少一種特殊絮凝劑(F)和至少一種特殊分散劑(D)的混合物(F＋D)加入到洗滌水中。這種混合物在圖2中由標記(F＋D)表示，可以用任何已知方法加入。按照本發明，在最後一個甕(25)之後不再加分散劑(D)，如圖1所示。
在一個變型中，由聚丙烯醯胺和聚丙烯酸鹽組成的特殊混合物(F＋D)可在頂部加入，即在第一個甕(3)中加入。
特殊混合物(F＋D)的加入是通過供給管線(50)實現的(參見圖3和4)，管線(50)與混合物輸入管線(40，41)相連，輸入管線儘可能深地插進有關的甕(25)中，較好在處理過的泥漿(24)的沉降區附近，但在其上方。由此可以得到均勻的混合物。
對於特殊混合物F＋D重要的是要在所述甕(20，25)的溫度左右的溫度下加入，例如在30－40℃之間的溫度下加入。因此，必要時可以予先將混合物F＋D加熱。
如上所述，含有來自前一個甕(20)和來自在(21)加入到下一個甕(25)中的附加混合物的過量懸浮液的甕(25)中的洗滌水經相應的導管(21，22)逆流循環。
在圖4所示的具體實施方案中，盛裝混合物F＋D的貯槽(60)通過管子(61)與閥(62)相連，閥的開啟是受程序控制的，作為被處理的懸浮液劑量的函數。閥(62)通過管(63)連接到待處理的紅泥(65)的輸入導管(64)。為了確保混合，泥漿懸浮液(65)通過安裝在輸入管開口中(63)水平上的文丘裡管(66)，以確保該系統摻混良好並生成一種均勻溶液(67)，該溶液倒入到下一個傾析甕(25)中。
實例1在圖1的裝置上重複進行拜爾法所述程序。
在第一個傾析甕(5)中，紅泥含量約為300克／升，然後逐漸增加，在倒數第二個甕(20)中，其含量達到500克／升，在最後一個甕(25)中為600克／升，Brookfield粘度為2，000釐泊。
在第一甕(3)中每噸幹泥加入100克申請人以商品牌號「995」銷售的線型陰離子共聚丙烯醯胺(100％陰離子電荷)形成的絮凝劑F。
氫氧化鈉濃度從第一甕的200克／升逐漸降低到最後一個甕(25)的50克／升。
送至排放迴路(31)的泥漿懸浮液的粘度為19，000釐泊數量級，濃度在600克／升左右，或甚至更高，氫氧化鈉含量為10克／升數量級。
在圖5的圖表中，縱坐標代表Brookfidld粘度(釐泊)，橫坐標代表剪切(轉／分鐘)，在室溫下在每分鐘6、12、30和60轉的速率(轉／分)下用3號轉子用Brookfield粘度計測定。用常用的泵(5－20噸／分鐘)，觀察到要輸送的泥漿的粘度相當大，而且，為了得到滿意的粘度(2500釐泊及更低些)，必須採用功率很大的很複雜和昂貴的泵，這尤其是由於所輸送的泥漿體積仍然很可觀之故。
所得結果在圖5中以連續曲線表示。
實例2重複實施例1，按照前序中引用的文獻的介紹，在最後一個傾析甕(25)的出口管的排放迴路(31)上的泵(32)之間加入分散劑D(參見圖1)。
用申請人以品名「7」銷售的分子量為2000的一種陰離子型聚丙烯酸鈉作為分散劑(D)。分散劑(D)的加入量為每噸幹紅泥加100克(100克／噸)。
已觀察到初粘度從9，000降低到8，500釐泊。
如果增加分散劑(D)的濃度，則對於1.5kg／噸的濃度，其粘度可逐漸降到約6，000釐泊的最低限度。此外，沒有進一步的改善。
此外，添加分散劑會使泥漿濃度下降，這會影響本工藝的經濟效益。
最後，所加入的分散劑(D)的濃度越大，泵(32)效率的損失就越大。
所得結果在圖5中以虛線表示。
實例3重複實例1，但加往以第一甕(3)中的是下面的混合物(F＋D)－相同的絮凝劑(F)，即100％陰離子型共聚丙烯醯胺，加入量也是每噸幹紅泥加100克(100克／噸)；－與實例2相同的分散劑(D)(陰離子型聚丙烯酸鈉)，加入量也是每噸幹泥加100克(100克／噸)。
送進排放迴路(31)的泥漿的粘度在3，000釐泊左右，且泥漿量減少。所得結果在圖5中以點劃線表示。
用這種方法可以增加泵(32)的速率或效率和／或減少甕的數目。
換一種方式說，可以使用較小功率的泵和較小管徑的導管，這就可以大大減少裝置的投資費用。
實例4重複實例3，但用申請人以品名「8」銷售的分子量5，000左右的另一種聚丙烯酸鈉代替分散劑(D)。
頭兩個粘度值(6和12轉／分)分別為從3，000降到2，800和從2，600降至2，500，這就有利於可泵送性。
實例5重複實例3，但用由IMDEX銷售的聚丙烯酸鈉代替分散劑。
得到類似的結果。
正如已看到，按照本發明的工藝提高了各甕中紅泥的傾析速率。本工藝能使最終的紅泥懸浮液的濃度降低，同時能使要排放的泥漿中這些懸浮液的濃度提高，而無需對泵和其它現有設備進行改造。
用這種方法，按照本發明的工藝更為有效。這就使得有可能減少洗滌傾析甕的數目，因此可就有可能減少裝置的投資費用。
實例6重複實例3，但是－用由申請人以商品名977 VHM銷售的共聚物丙烯醯胺／聚丙烯酸鈉，70％陰離子型，作為絮凝劑(F)；－用由HYCHEM以商品名HP1銷售的分子量為3，000－5，000的聚丙烯酸鈉作為分散劑(D)。
得到與實例3相傾的結果。
權利要求
1.一種用拜爾法由鋁釩土生產氧化鋁的過程中凝聚的紅泥水懸浮液的流體化工藝，在於-用氫氧化鈉溶解鋁釩土；-然後，傾析和洗滌所形成的紅泥，以便在連續的多個甕中使其與氧化鋁分離，同時將洗滌水循環到上遊；-最後，將經過如此處理的紅泥漿排出；在該工藝中將由分子量大於1000萬的聚丙烯醯胺組成的絮凝劑加入到這些連續甕中之一的懸浮液中；其中將由分子量低於50，000的陰離子型丙烯酸聚合物所形成的分散劑(D)與所述絮凝劑(F)同時加入到同一甕中的懸浮液中。
2.如權利要求1中所提出的工藝，其中所述的聚丙烯醯胺F的陰離子度為20－100％(摩爾)。
3.如權利要求1和2之一所提出的工藝，其中所述的陰離子絮凝劑是一種線型丙烯酸均聚物、聚丙烯醯胺共聚物或三無共聚物。
4.如權利要求1－3中之一所提出的工藝，其中所述分散劑(D)是一種分子量為1，000－10，000的聚丙烯酸鈉。
5.如權利要求1－4中之一所提出的工藝，其中，在混合物(F+D)中，絮凝劑(F)與分散劑(D)的重量比為0，1－5，較好為1左右。
6.如權利要求1－5中之一所提出的工藝，其中添加絮凝劑(F)和分散劑(D)的混合物是在最後兩個紅泥漿傾析甕(20，25)中任何一個中進行的。
7.如權利要求1－6中之一所提出的工藝，其中絮凝劑(F)和分散劑(D)的混合物是在室溫下以水懸浮液形式加入的，其濃度為0.1－20克／升，較好為1－10克／升，其比例為5－150克／噸待處理的幹紅泥懸浮液。
8.如權利要求1－7中之一所提出的工藝，其中所產生的混合物的量為5－2000克／噸泥，較好為20－400克／噸。
全文摘要
用拜爾法由鋁釩土生產氧化鋁過程中凝聚的紅泥水懸浮液的流體化改進工藝，在於用氫氧化鈉溶解鋁釩土；然後，傾析和洗滌所形成的紅泥，以便在連續的多個甕中使其與氧化鋁分離，同時將洗滌水循環到上遊；最後，將經過如此處理的紅泥漿排出；在該工藝中將由分子量大於1000萬的聚丙烯醯胺組成的絮凝劑加入到這些連續甕中之一的懸浮液中；其中將由分子量低於50,000的陰離子型丙烯酸聚合物所形成的分散劑(D)與所述絮凝劑(F)同時加入到同一甕中的懸浮液中。
文檔編號C01F7/06GK1102819SQ9411483
公開日1995年5月24日 申請日期1994年7月28日 優先權日1993年7月29日
發明者A·帕克, R·皮希 申請人:S·N·F·公司