Патент на изобретение №2305068

(54) РАСТВОРЕНИЕ КАРБОНАТОВ ПУТЕМ РЕЦИРКУЛЯЦИИ КОНДЕНСАТОВ ПРИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ МОНОГИДРАТНЫХ БОКСИТОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу получения оксида алюминия по способу Байера из моногидратных бокситов. Способ получения оксида алюминия из бокситов, содержащих моногидраты оксида алюминия типа диаспора или бемита, которые могут содержать более 1,5 мас.% карбонатов кальция, осуществляют следующим образом: а1) суспензию, образованную измельченной бокситовой рудой и концентрированным алюминатным раствором, направляют в установку, содержащую батарею из n автоклавов и батарею из m сепараторов, подающих пар в m трубчатых нагревателей, проходящих через m автоклавов; а2) сначала суспензию пропускают через батарею автоклавов, причем на выходе из последнего автоклава (A_n) выщелачивание руды практически завершено; а3) затем суспензию пропускают через батарею сепараторов, при этом конденсат E_i пара V_i, выходящего из сепаратора (D_i), подают в нагреватель (R_k) из очистного чана P_k. Причем по меньшей мере в одном месте батареи указанных сепараторов разбавляют суспензию (S_i-1), входящую в сепаратор (D_i), водой, полученной при конденсации пара, выходящего из одного или нескольких предыдущих сепараторов. Изобретение позволяет повысить экономичность процесса и улучшить экологию процесса. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники

Изобретение относится к способу получения оксида алюминия (глинозема) в соответствии со способом Байера из моногидратных бокситов, содержащих моногидраты оксида алюминия типа диаспора или бемита, например бокситов из Греции и Китая, которые могут содержать более 1,5 мас.% карбонатов кальция.

Уровень техники

Способ Байера является основной технологией получения оксида алюминия (глинозема), предназначенного для производства алюминия электролизом расплава (так называемого «металлургического» глинозема). Он обеспечивает также производство большей части оксидов алюминия, предназначенных для получения огнеупорных материалов, керамических материалов, измельчающих сред, огнеупорных наполнителей, бетонов и т.д. (так называемых «технических» оксидов алюминия). В соответствии с этим способом бокситовую руду обрабатывают при нагревании водным раствором гидроксида натрия соответствующей концентрации (выщелачивают), вызывая таким образом растворение оксида алюминия и получение пересыщенного раствора алюмината натрия (называемого также просто алюминатным раствором).

Для растворения оксида алюминия, содержащегося в моногидратных бокситах, необходимо нагревать раствор до довольно высокой температуры, превышающей 220°С и достигающей 250-270°С. Выщелачивание руды осуществляют в автоклавах, способных выдерживать высокое давление, обычно составляющее несколько десятков бар. После отделения твердой фазы, образующей нерастворимый осадок бокситовой руды (т.н. красный шлам), перенасыщенный раствор алюмината натрия разлагают путем введения частиц тригидроксида алюминия с тем, чтобы вызвать осаждение растворенного оксида алюминия в виде тригидроксида алюминия. Раствор алюмината натрия, обедненный после разложения оксидом алюминия, повторно направляют на стадию выщелачивания боксита после его повторного обогащения до соответствующего содержания гидроксида натрия (введением гидроксида и/или выпариванием).

Поскольку способ Байера является циклическим, любая примесь, содержащаяся в боксите и введенная в раствор во время выщелачивания руды, может аккумулироваться, если ее периодически не выводить. В частности, это касается растворенного карбоната натрия в растворе Байера, массовое содержание которого, выраженное отношением (карбонатный Na₂O)/(каустический Na₂O+карбонатный Na₂O), должно обычно составлять примерно 10% (причем каустический Na₂O содержит свободный Na₂O+Na₂O в виде раствора алюмината NaAlO₂). При превышении порога содержания в 14% карбонат натрия может несвоевременно осаждаться и препятствовать работе установок. В частности, это касается сепараторов в установках для горячего выщелачивания под давлением бокситов, богатых моногидратами оксида алюминия.

На фигуре 1 изображена часть установки цикла Байера согласно известному уровню техники, соответствующая цеху выщелачивания бокситов, содержащих моногидраты оксида алюминия: боксит (bx), измельченный (в дробилке В) в присутствии аликвотной части (L1) обрабатывающего раствора, представляет собой пульпу, смешанную с остатком обрабатывающего раствора (L2). Полученная в результате смешивания суспензия перемещается с помощью мощных насосов через батарею из n автоклавов (А₁, …, A_k-1, A_k, A_k+1, …, А_n), взбалтываемых механически, затем через батарею из m сепараторов (D₁, …, D_i-1, D_i, D_i+1, …, D_m), причем m больше n, прежде чем поступить на пост (С) разбавления, а затем на пост (F) отстаивания при атмосферном давлении.

Проходя через каждый автоклав A_k, суспензия циркулирует вблизи трубчатого нагревателя (R_k), который пересекает автоклав A_k. В первые трубчатые нагреватели m (R₁, …, R_k-1, R_k, R_k+1, …, R_m) подают пар, извлекаемый из сепараторов (D_m, …, D_i+1, D_i, D_i-1, …, D₁), а в последующие (m-n) сепараторов (R_m+1, …, R_n) – острый пар (V) из котельной. Температуру суспензии на выходе из каждого автоклава (Ak) устанавливают предварительно и контролируют с помощью количества пара (V_i), выходящего из сепаратора (D_i) и проходящего через нагреватель (R_k). С каждым сепаратором связано состояние, через которое проходит суспензия и которое характеризуется средним уровнем давления и температурным интервалом, относительно стабильными во времени. Промышленные установки содержат изменяющиеся числа n автоклавов и m сепараторов. Несколько десятков лет назад n обычно составляло примерно 10, а m – примерно 7; в настоящее время n составляет примерно 20, а m – примерно 12.

Продолжительность прохождения суспензии такова, что на выходе из последнего автоклава (А_n), где температура составляет около 260°С, выщелачивание руды уже завершено, т.е. большая часть содержащегося в боксите оксида алюминия растворена в алюминатном растворе. Затем суспензию направляют к батарее сепараторов (D₁, …, D_i-1, D_i, D_i+1, …, D_m), причем каждый из этих сепараторов D_i выделяет пар V_i, поступающий в нагреватель R_k, описанный выше. На выходе из последнего сепаратора (D_m) суспензия поступает на пост (С), где ее разбавляют перед поступлением в отстойный чан (F) для отделения нерастворимого осадка. Вода от конденсации пара (V_i), выходящего из сепаратора (D_i), который проходит через нагреватель (R_k) для нагрева суспензии в автоклаве (A_k), собирается в очистной камере (Р_k). Несконденсированный пар (V’_i) поступает в линию подачи пара (V_i+1) нагревателя (R_k-1), а конденсат (Е_i), содержащийся в очистной камере (Р_k), направляют к очистной камере (Р_k-1). Воду, выходящую из очистной камеры (Р_i), называемую дистиллированной натриевой водой (EDS), используют в качестве промывных вод, в частности, для промывки нерастворимых остатков, полученных путем декантации в следующем цехе (F).

Бокситы, содержащие моногидраты типа диаспора или бемита и часто встречающиеся в Греции или Китае, особенно богаты карбонатами кальция (CaCO₃>1,5%). Во время обработки констатируют существенное повышение содержания карбоната натрия в результате поступления ионов СО₃ ^2-, высвобождаемых во время разложения CaCO₃. Это содержание карбонатов в алюминате обычно выше содержания, полученного только за счет поступления содержащихся в боксите карбонатов, т.к. для повышения эффективности выщелачивания добавляют известь, а используемая известь содержит часто из экономических соображений некоторое количество частиц карбоната кальция.

Таким образом, если массовое содержание, выраженное отношением (карбонатный Na₂O)/(каустический Na₂O + карбонатный Na₂O), превышает порог, близкий к 14%, – этот порог зависит, в частности, от температуры раствора и от концентрации каустического Na₂O в нем, – карбонат натрия может несвоевременно осаждаться и препятствовать работе установок. Эта проблема касается в большей степени сепараторов и проявляется, в частности, в виде большого скопления накипи на входе одной или нескольких труб (Т_i), по которым суспензия проходит из одного сепаратора (D_i) в следующий сепаратор (D_i+1). В этом случае следует остановить батарею и очистить засоренные трубы. Эта операция является длительной, сложной и дорогостоящей. С другой стороны, она блокирует процесс производства, что существенно снижает экономическую эффективность производственной цепи Байера.

В FR 1523304 (Pechiney и Kestner) для бокситов с повышенным содержанием карбоната кальция предложен способ, заключающийся в пересыщении карбонатом кальция фракции обедненного алюминатного раствора, полученного сразу после его разложения и обработанного в специальном цехе, в котором находится батарея испарителей и батарея сепараторов, так что кристаллизация карбоната натрия проходит с образованием крупных зерен, которые легко отделить от алюминатного раствора. Затем его извлекают и каустифицируют известью после повторного растворения. Этот способ удаления углекислоты, к сожалению, является дорогостоящим и требует значительных затрат энергии пара.

Во французской заявке FR 2328660 заявитель предлагает способ, также адаптированный для обработки бокситов с высоким содержанием карбоната кальция (СаСО₃>1,5%), таких как диаспоровые бокситы из Греции или Китая. Этот способ заключается в улавливании ионов карбонатов путем осаждения карбоната бария из фракции обедненного раствора. Карбонат бария затем кальцинируют в присутствии тригидроксида алюминия Al(OH)₃ для регенерации повторно используемого алюмината бария. Этот способ, являющийся эффективным в отношении удаления карбонатов, имеет, тем не менее, три недостатка:

– большое потребление энергии: порядка 20 кг жидкого топлива с низким содержанием серы на одну тонну оксида алюминия;

– он вызывает значительные производственные потери, связанные с тригидроксидом алюминия, который необходимо постоянно подавать на стадию регенерации алюмината бария и количество которого зависит от содержания карбоната кальция в боксите;

– соли бария вызывают трудно разрешимые проблемы, связанные с окружающей средой и санитарией.

Наконец, другой способ был предложен Pechiney и Society des Bauxites du Parnasse для греческих диаспоровых бокситов. Этот способ заключается в измельчении боксита с последующим отделением путем флотации и частичным удалением карбонатов до введения указанного боксита в цепь Байера (см. например, статью в TMS 99: «Производство глинозема из диаспорового боксита» (Alumina Production From Diasporic Bauxite), авторы Е.Lavalou, O.Keramidas, B.Bosca). Такой способ, называемый “декальцинацией”, является эффективным, но требует размещения дополнительной установки перед установками Байера. Финансовая амортизация этой установки увеличивает стоимость получения оксида алюминия из бокситов такого типа.

Постановка задачи

Заявитель поставил задачу разработать способ получения оксида алюминия (глинозема) способом Байера из бокситов, содержащих моногидраты оксида алюминия типа диаспора или бемита, причем эти бокситы могут содержать более 1,5 мас.% карбонатов кальция. Такой способ не имеет экономических и экологических недостатков, указанных выше.

Сущность изобретения

Объектом настоящего изобретения является способ получения оксида алюминия (глинозема) из бокситов, содержащих моногидраты оксида алюминия типа диаспора или бемита, причем эти бокситы могут содержать более 1,5 мас.% карбонатов кальция, включающий в себя следующие общие стадии способа Байера:

a) выщелачивание руды при температуре выше 220°С алюминатным раствором, концентрация гидроксида натрия в котором превышает 200 г Na₂О/л.

b) разбавление полученной суспензии алюмината;

c) отделение нерастворимого осадка путем отстаивания и/или фильтрования;

d) разложение раствора путем введения частиц тригидроксида алюминия с тем, чтобы вызвать осаждение находящегося в растворе оксида алюминия в виде тригидрата оксида алюминия;

e) повторное использование обедненного раствора алюмината натрия на стадии выщелачивания боксита после соответствующего повышения концентрации гидроксида натрия в нем;

при этом стадию выщелачивания руды осуществляют следующим образом:

а1) направляют суспензию, образованную измельченной бокситовой рудой и концентрированным алюминатным раствором, в установку, содержащую батарею из n автоклавов (А₁, …, A_k-1, A_k, A_k+1, …, А_n) и батарею из m сепараторов (D₁, …, D_i-1, D_i, D_i+1, …, D_m), причем m меньше n, подающих пар в m трубчатых нагревателей (R_m, …, R_k+1, R_k, R_k-1, …, R₁), проходящих через m автоклавов (обычно, но необязательно, это первые m);

а2) сначала суспензию пропускают через батарею автоклавов (А₁, …, A_k-1, A_k, A_k+1, …, А_n), причем продолжительность ее прохождения и температуру задают таким образом, что на выходе из последнего автоклава (А_n) выщелачивание руды практически завершено;

а3) затем суспензию пропускают через батарею сепараторов (D₁, …, D_i-1, D_i, D_i+1, …, D_m), при этом пар V_i, выходящий из каждого сепаратора D_i, подается в нагреватель R_k, проходя через автоклав (A_k);

а4) наконец, суспензию направляют на пост (С) разбавления и в цех (F) декантации;

отличающийся тем, что по меньшей мере в одном месте батареи указанных сепараторов (D₁, …, D_i-1, D_i, D_i+1, …, D_m) разбавляют суспензию (S_i), входящую в сепаратор (D_i+1), водой, полученной при конденсации пара, выходящего из одного или нескольких предыдущих сепараторов (D₁, …, D_i).

Таким «по меньшей мере одним местом» батареи сепараторов предпочтительно является сепаратор, вызывающий проблемы массового осаждения карбонатов натрия, или часть трубы, в которой циркулирует поступающая в указанный сепаратор суспензия, около указанного сепаратора. Вода для разбавления непосредственно подается в указанный сепаратор и/или в трубу, в которой циркулирует суспензия перед сепаратором.

Выражение «входящая в сепаратор» означает, что разбавление можно осуществлять либо непосредственно в сепараторе, имеющем отдельную трубу, которая выходит в сепаратор и по которой поступает необходимая для разбавления вода, либо путем пробивки трубы, в которой циркулирует суспензия перед сепаратором. В этом случае пробой находится около сепаратора таким образом, что значительная часть загрузки теряется между этим местом и выходом из сепаратора и непосредственно перед ним, что соответствует, например, по меньшей мере 90% общей потери загрузки между двумя сепараторами.

Предположим, что (D_i) является сепаратором, вызывающим проблемы непредвиденного осаждения. Согласно настоящему изобретению, разбавляют суспензию (S_i), которая находится в сепараторе (D_i), или суспензию (S_i-1), которая циркулирует в трубе (Т_i-1) для входа в сепаратор (D_i), водой, представляющей собой один или несколько конденсатов, полученных в предыдущих сепараторах. Эту воду подают через отдельную трубу (G_i), выходящую либо непосредственно в сепаратор (D_i), в котором собирается суспензия (S_i), либо в трубу (Т_i-1), по которой суспензия (S_i-1) поступает в сепаратор (D_i), при этом пробой находится около сепаратора (D_i). Обе возможности разбавления можно также использовать одновременно.

Заявитель уверен, что вместо того, чтобы обязательно устранять все карбонаты полностью, по меньшей мере значительно уменьшать их концентрацию дорогостоящими средствами известного уровня техники, можно просто препятствовать осаждению карбонатов в уязвимых местах, т.е. на уровне труб на выходе из сепараторов. Такой способ позволяет работать с массовым содержанием, выраженным отношением (карбонатный Na₂O)/(каустический Na₂O+карбонатный Na₂O), которое превышает 14%. Такое повышенное содержание является сбалансированным: вывод карбонатов, достаточный для того, чтобы избежать их скапливания, действительно может быть обеспечен во время извлечения твердых осадков. Это является несколько неудобным (в частности в том, что касается производительности), но не препятствует осуществлению способа Байера при условии, что можно избежать непредвиденного осаждения карбоната натрия и, возможно, других солей, в частности солей на основе серы, фтора, фосфора, мышьяка и/или ванадия, таких как ванадаты, фторарсенидванадаты и т.д.

Из FR 1386328 (Pechiney) или FR 1523304 известно, например, что растворимость карбонатов уменьшается с повышением концентрации каустика в растворе. Поэтому неудивительно, что разбавление позволяет избежать осаждения карбонатов. Однако введение воды в цепь Байера является нежелательным по экономическим причинам, т.к. обязательно вызывает нарушение энергетического баланса: это приводит или к большему потреблению энергии для выпаривания введенной воды, или, если воду берут из самой цепи, к осуществлению способа со значительно меньшим количеством воды для промывки шлама (в результате чего потери гидроксида натрия увеличиваются). Решение, предлагаемое согласно изобретению, отличается от решений известного уровня техники, которые идут от обратного: концентрировать раствор в определенном месте в цепи Байера, выбранном таким образом, чтобы контролировать осаждение примесей.

Кроме того, подача воды в таком месте представляет определенную опасность, т.к. она является в некотором роде преждевременным разбавлением, которое опережает предусмотренное разбавление перед осаждением и может вызвать обратный процесс, т.е. преждевременное осаждение тригидрата в отстойных чанах. Действительно, проведенные заявителем испытания показывают, что неожиданным образом риск обратного процесса не является значительно более высоким в том случае, если в сепараторе осуществляют ограниченное разбавление.

Таким образом, настоящее изобретение заключается в том, что суспензию разбавляют для того, чтобы избежать осаждения карбонатов: разбавляют суспензию (S_i-1), которая входит в сепаратор (D_i), или суспензию (S_i), собранную в сепараторе (D_i), водой, полученной при конденсации пара из одного или нескольких предыдущих сепараторов (D₁, …, D_i-1). Предпочтительно, используют воду, полученную в результате конденсации пара (V_i-2), выходящего из предыдущего сепаратора (D_i-2).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения используют систему улавливания вод, полученных в результате конденсации пара в сепараторах и проходящих через нагреватели, установленные в автоклавах. Эти воды, называемые натриевыми дистилляционными водами, скапливаются в очистных чанах, при этом в очистном чане (P_k) собирают, с одной стороны, воды из предыдущих очистных чанов (P_m, …, P_k+1), а с другой стороны – конденсат (Е_i) пара (V_i), выходящего из сепаратора (D_i).

Предпочтительно, воду, предназначенную для разбавления суспензии (S_i), собранной в сепараторе (D_i), и/или суспензии (S_i-1), входящей в сепаратор (D_i), берут на выходе из очистного чана (P_k+2). Ее подают по трубе (G_i) либо непосредственно в сепаратор (D_i) (труба g_ia), либо в трубу (T_i-1), по которой циркулирует суспензия (S_i-1) перед сепаратором (D_i) (труба g_ib).

Предпочтительно, в очистном чане (P_k+2) собирается конденсат (E_i-2) пара (V_i-2), полученного в сепараторе (D_i-2), и при этом труба (G_i) соединяет выход очистного чана (Pk+2) либо непосредственно с сепаратором (D_i) (труба g_ia), либо с трубой (T_i-1), по которой циркулирует суспензия (S_i-1), через пробой, расположенный около сепаратора (D_i) (труба g_ib). В очистном чане (P_k+2) может также собираться вода из предыдущих очистных чанов (P_k+3, …, Р_m).

Таким образом, разница температур суспензии и предназначенной для разбавления воды минимальна, что способствует сохранению карбонатов в стабильном растворенном состоянии. Баланс по воде почти не затронут: конечно, меньше воды выходит из цепи очистных чанов (натриевая дистиллированная вода), но вода поступает из самой цепи и довольно быстро ее повторно вводят в последующий сепаратор, частично опережая разбавление, осуществляемое ниже последнего сепаратора по ходу процесса (на посту С) и предназначенное для получения искомой концентрации каустика в суспензии на входе в первый отстойный чан (цех F). Таким образом уменьшают потребление воды на посту (С) разбавления, и сэкономленную таким образом воду можно, например, использовать для того, чтобы компенсировать введение меньшего количества натриевой дистиллированной воды в воду для промывки шлама. Кроме того, уменьшается потребление гидроксида натрия, т.к. увлекаемый паром гидроксид натрия выводится в меньшем количестве с конденсатами, используемыми для промывки шламов.

Предпочтительно осуществлять разбавление с помощью конденсата из второго предыдущего сепаратора, т.к. уровень давления в чане, в котором собирается конденсат из непосредственно предшествующего сепаратора, почти равен давлению в сепараторе, о котором идет речь, так что введение воды из чана, в котором собирается конденсат из непосредственно предшествующего сепаратора, требует использования дополнительного насоса.

С другой стороны, разбавление натриевыми дистилляционными водами, которые являются повторно используемыми в способе горячими водами, обеспечивает повышение теплового КПД по отношению к разбавлению водой, необходимый нагрев которой потребовал бы дополнительного расхода энергии.

Поскольку явление сплошного осаждения карбонатов имеет место в узком температурном интервале, в принципе должен быть задействован один сепаратор. Однако нормальные изменения рабочих параметров промышленных установок, изменения содержания карбонатов в обрабатываемом боксите, даже возможные изменения, часто связанные со снабжением бокситами, и, наконец, возможность осаждения других солей при разных температурах, которая может затрагивать другие сепараторы, все это требует настолько разнообразных вариантов разбавления суспензии, насколько это возможно, причем оптимальной является возможность разбавления на входе в каждый сепаратор. Такое разбавление предпочтительно осуществляют с помощью конденсата второго от начала сепаратора.

Кроме того, повторное использование (рециркуляция) натриевых дистилляционных вод в нескольких местах обеспечивает минимальные затраты энергии. Действительно, используя повторно указанные натриевые дистилляционные воды, температура которых приближается к температуре разбавляемой суспензии, оказывают воздействие на среду, состояние которой близко к термодинамической обратимости, т.к. удается избежать существенных отклонений температур присутствующих текучих сред. Чем больше число точек разбавления, тем больше данное явление приближается к полной обратимости и тем меньше потребление энергии. Таким образом, предпочтительным является случай, когда необходимое количество воды впрыскивают в максимальное число сепараторов.

Предпочтительно, каждая труба на выходе из очистного чана (P_k+2) снабжена ответвлением (G_i), по которому идет часть воды, которую можно использовать для разбавления суспензии (S_i), находящейся в сепараторе (D_i), или суспензии (S_i-1), входящей в сепаратор (D_i). Кроме того, с помощью клапана, которым снабжено каждое ответвление (G_i), можно контролировать поток воды разбавления: она нужна в достаточном количестве для того, чтобы препятствовать осаждению карбонатов, но в не слишком большом, чтобы избежать излишних потерь энергии и возможного обратного процесса.

Значительное число труб (G_i) является тем более желательным, что ряд других солей на основе серы, фтора, фосфора, мышьяка и/или ванадия, такие как ванадаты, фторарсенидванадаты и т.д.) могут осаждаться неожиданно и несвоевременно в цепи сепараторов, но каждая в своем температурном интервале, соответствующем определенному сепаратору, который может отличаться от того, который связан с осаждением карбонатов. Таким образом, легче контролировать риск осаждения каждой из этих солей по отдельности.

Наконец, в экономическом плане установка одной или нескольких дополнительных труб ведет к незначительному повышению затрат, несравненно меньшему, чем затраты на оборудование известного уровня техники (цепь осаждения карбонатов бария и повторного использования алюмината бария; цех декальцинации бокситов).

Количество воды, используемой для разбавления суспензии, препятствующей сплошному осаждению карбонатов и других солей, можно точно определить исходя из кривых растворимости этих солей, в частности карбонатов.

На фигуре 3 в качестве примера схематически показана кривая предельной концентрации карбонатов при заданной температуре на примере карбонатного гидроксида натрия (карбонатный Na₂О), изменяющейся в зависимости от концентрации гидроксида натрия в растворе. Необходимое для разбавления количество воды по существу пропорционально расстоянию между данной кривой и функциональной точкой в определенном месте цепи расширения.

Таким образом, в каждую трубу G_i путем воздействия на клапан, установленный в данной трубе, можно ввести воду для разбавления суспензии с определенным расходом в зависимости от температуры и концентрации карбонатов в суспензии, поступающей на вход данного сепаратора.

Вариант осуществления изобретения (Общая установка, изображенная на фиг.1, где n=19 и m=12; осуществление разбавления согласно изобретению, i=9 и k=4)

В этом примере обрабатываемый диаспоровый боксит является китайским бокситом, содержащим 4,3% карбонатов кальция.

Установка (цех) непрерывного выщелачивания содержит 19 автоклавов и 12 сепараторов. Суспензия, выходящая из последнего автоклава, имеет температуру 265°С и находится под давлением 50 бар.

При отсутствии ответвления согласно изобретению отмечают быстрое образование накипи в сепараторе D9. Действительно, имеется тенденция к засорению цепи после нескольких дней работы цепи, в которой температура раствора составляет примерно 150°С.

Без разбавления суспензия S8 имеет на входе в сепаратор D9 концентрацию каустика, равную 260 г/л в пересчете на Na₂O, и содержание карбонатов в 14%, выраженное отношением «карбонатный Na₂O»/«общее количество Na₂O». Соответствующая функциональная точка удалена от кривой растворения на фиг.3, и расстояние d от этой точки до кривой растворения показывает, что следует разбавить суспензию S8, циркулирующую с расходом 375 м³/час на входе в сепаратор D9, с расходом 10 м³/час с тем, чтобы избежать осаждения карбонатов в этом месте, в частности, на выходе из сепаратора D9.

Если разбавляют водой, взятой вне установки и нагретой до температуры 150°С, осаждение не происходит, но наблюдают повышение потребления энергии порядка 133 МДж на тонну полученного оксида алюминия.

И наоборот, берут часть воды на выходе из очистного чана Р6, в который поступает вода из предыдущих очистных чанов Р12-Р7, и конденсат пара V7, выходящего из предыдущего сепаратора D7 и проходящего через нагреватель R6 автоклава А6. Эту воду впрыскивают через трубу G9 из расчета 10 м³/час в суспензию S8, циркулирующую по трубе Т8, причем пробой g_9b трубы Т8 находится около (примерно в 100 мм) входа в сепаратор D9.

В этом случае отмечают, что в выпускных трубах сепаратора D9 массового образования накипи не происходит.

Преимущества:

– возможность избежать осаждения других солей;

– этот способ представляет особый интерес в отношении диаспоровых бокситов, содержащих также и карбонаты, и может применяться к другим видам бокситов, т.к. известно, что общая тенденция способа Байера заключается в повышении концентрации каустика в алюминатном растворе в целях повышения производительности и что в будущем применение способа Байера будет все чаще связано с проблемами непредвиденного осаждения карбонатов (ванадатов и других солей, описанных выше) в результате их малой растворимости в таких средах.

Формула изобретения

1. Способ получения оксида алюминия из бокситов, содержащих моногидраты оксида алюминия типа диаспора или бемита, которые могут содержать более 1,5 мас.% карбонатов кальция, включающий в себя следующие общие стадии способа Байера:

a) выщелачивание руды при температуре выше 220°С алюминатным раствором, концентрация гидроксида натрия в котором превышает 200 г Na₂O/л;

b) разбавление полученной суспензии алюмината;

c) отделение нерастворимого осадка путем отстаивания и/или фильтрования;

d) разложение раствора путем введения частиц тригидроксида алюминия с тем, чтобы вызвать осаждение находящегося в растворе оксида алюминия в виде тригидрата оксида алюминия;

e) повторное использование обедненного раствора алюмината натрия на стадии выщелачивания боксита после соответствующего повышения концентрации гидроксида натрия в нем, при этом стадию выщелачивания руды указанного способа осуществляют следующим образом,

а1) направляют суспензию, образованную измельченной бокситовой рудой и концентрированным алюминатным раствором, в установку, содержащую батарею из n автоклавов (A₁, …, A_k-1, A_k, A_k+i, …, A_n) и батарею из m сепараторов (D₁, …, D_i-1, D_i, D_i+1, …, D_m), причем m меньше n, подающих пар в m трубчатых нагревателей (R_m, …, R_k+1, R_k, R_k-1, …, R₁), проходящих через m автоклавов;

a2) сначала пропускают суспензию через батарею автоклавов (A₁, …, A_k-1, A_k, A_k+1, …, А_n), причем продолжительность ее прохождения такова, что на выходе из последнего автоклава (А_n) выщелачивание руды практически завершено;

а3) затем пропускают суспензию через батарею сепараторов (D₁, …, D_i-1, D_i, D_i+1, …, D_m), при этом пар (V_i), выходящий из каждого сепаратора (D_i), подают в нагреватель (R_k), проходящий через автоклав (A_k);

а4) наконец, суспензию направляют на пост (С) разбавления и в цех (F) декантации;

отличающийся тем, что по меньшей мере в одном месте батареи указанных сепараторов (D₁, …, D_i-1, D_i, D_i+1, …, D_m) разбавляют суспензию (S_i-1), входящую в сепаратор (D_i), водой, образованной при конденсации пара, полученного в одном или нескольких предыдущих сепараторах (D₁, …, D_i-1).

2. Способ по п.1, в котором, если (D_i) является сепаратором, вызывающим проблемы непредвиденного осаждения, то разбавляют либо суспензию (S_i-1), входящую в сепаратор (D_i), либо суспензию (S_i), которая собрана в сепараторе (D_i), либо обе эти суспензии водой, образованной при конденсации пара, полученного в предыдущем сепараторе (D_i-2).

3. Способ по п.2, в котором воду для разбавления берут на выходе из очистного чана (D_k+2), в котором собирается конденсат (E_i-2) пара (V_i-2), полученного в сепараторе (D_i-2), и вводят ее в суспензию (S_i) по трубе (G_i), которая соединяет выход очистного чана (Р_k+2) с сепаратором (D_i).

4. Способ по п.2, в котором воду для разбавления берут на выходе из очистного чана (Р_k+2), в котором собирается конденсат (Е_i-2) пара (V_i-2), полученного в сепараторе (D_i-2), и вводят ее в суспензию (S_i-1) по трубе (G_i), которая соединяет выход очистного чана (P_k+2) с трубой (T_i-1), в которой циркулирует суспензия (S_i-1), через пробой, расположенный около сепаратора (D_i).

5. Способ по п.3 или 4, в котором в очистном чане (Р_k+2) собирают воду из предыдущих очистных чанов (Р_k+3, …, Р_m).

6. Способ по п.3, в котором труба (G_i) соединяет выход каждого очистного чана (P_k+2) с каждым сепаратором (D_i).

7. Способ по п.1, в котором расход воды для разбавления определяют с помощью предварительно определенной кривой растворения.

8. Способ по п.7, в котором расход воды для разбавления контролируют с помощью клапана, установленного в трубе (G_i).

РИСУНКИ