用于改进氧化铝工艺特性的进料处理制造技术

公开一种用于处理氧化铝工艺原料的方法，在把处理过的原料输送到由处理过的原料提取提炼的氧化铝的氧化铝工艺之前进行处理。处理方法包括：（ａ）通过与燃烧气体直接接触把氧化铝工艺原料加热到４００℃～６５０℃的温度，和（ｂ）把加热过的原料冷却到它能被处理并送至氧化铝工艺过程所在的温度。处理方法还包括控制氧化铝工艺原料在步骤（ａ）的温度下的接触时间，以保证三水合氧化铝和一水合氧化铝的分解。本方法还包括：（１）限制气体进入氧化铝工艺原料达到上述４００～６５０℃范围以上温度的工艺阶段的最高温度（以下称为“最高温度段”），和／或（２）在最高温度段的入口气体温度以上的温度下，在燃烧气体进入的前一段或多个段中，通过保证采用与氧化铝工艺原料热脱水有关的主热负荷，而限制最高温度段的热输量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进天然存在的和合成的氧化铝工艺原料的矿物和化学组成。本专利技术特别适合于提高用于生产氧化铝和氧化铝化学品的勃姆石型铝土矿，尤其是通过拜耳法。本专利技术的实施方案具有加热氧化铝工艺原料的共通特征，使原料热脱水并除去有机碳或者把有机碳转化成在氧化铝工艺原料的水相蒸解时不能提取的形式。按下面的叙述可以使用附加的步骤。从氧化铝工艺原料提取精制的氧化铝的主要技术是拜耳法。在拜耳法中，从氧化铝工艺原料中提取氧化铝(以铝土矿形式最为频繁)通常是在压力下，通过使研磨的氧化铝工艺原料与热的苛性碱溶液接触，以溶解其中的氧化铝。若氧化铝工艺原料含的主要是三水铝石(三水合氧化铝的一种矿物形式)，通常，在100-175℃的温度范围内，采用苛性碱溶液完成从铝土矿中提取氧化铝。若氧化铝工艺原料主要含勃姆石或水铝石(一水合氧化铝的一种矿物形式)时，一般需要以200-300℃程度的更高的温度。在这些情况下，需要更高的温度的蒸解，因为一水合物的形式能起到引起高含量溶解氧化铝的苛性碱溶液的不稳定的作用，而溶解的氧化铝是后续步骤所要求的，除非在这种液体的稳定温度下，通过蒸解而最大程度地消除这些矿物形式。以多得多的液体加热和闪蒸系统(例如，11段与3段之比)，并采用适于构建用的更贵的材料和规格，这都使高温蒸解造成生产设备费用显著增大的缺点。对于三水合物和一水合物混合的形式来说，当在许多天然存在的铝土矿的情况下，可以采用双重蒸解工艺，其中从低温第一段蒸解产生的残渣，可在高温第二阶段蒸解中进一步蒸解。蒸解之后，使蒸解固体残渣/富集苛性碱液的混合物，借助于闪蒸恢复至大气压而蒸发掉水分。从富集液、含铝酸盐的苛性碱溶液中，通常是通过沉降或过滤和洗涤的组合，而经压滤机得到澄清的富集液和洗涤液，并把固体残渣(通常称为红泥)分离出来。澄清后合并的液体，送至沉淀环路中，在那里被冷却并用固体颗粒状的三水合氧化铝接种，以诱发固体三水合氧化铝从液体中沉淀。通过沉降、旋风分离或过滤或这些工艺的组合，而把所得到的沉淀浆料分成废液流和按粒径分级而成为固体流。粗固体代表产品，洗涤后被转移至焙烧段，在那里灼烧以产生氧化铝。中间的和细的固体，分别返回到沉淀环路，经常在至少经粗脱液后，例如，用旋风器或过滤器，以便聚集而产生晶种。细晶一般在循环返回沉淀前要经过洗涤，或为了除去与氧化铝一起沉淀的固相草酸盐(它将在沉淀过程中干扰细物料进入复合粗颗粒中)，或者除去会使晶种失活的有机化合物。废液返回蒸解步骤，通常通过蒸发而有些再浓缩后，再与进一步研磨的氧化铝工艺原料接触。工业上使用拜耳法约有100年，且已为本领域内的技术人员所深入了解。氧化铝工艺原料，特别是铝土矿，除了含有水合形式的氧化铝以外，还含有许多杂质。主要的杂质是铁、二氧化钛和二氧化硅的化合物，尽管在拜耳法中有着各种各样的缺陷，包括消耗品，如絮凝剂、石灰和苛性苏打，还有污垢的形成与产品质量、突出的是输送固体红泥残渣。在代表性的拜耳法原料中，尽管可提取的有机碳仅以低含量(0.02％～0.35％)存在，但其仍为最主要的杂质。由原料中的有机碳产生的有机化合物、碳酸盐和草酸盐具有在循环液中聚集的能力、螯合苛性苏打、这些可使氧化铝从蒸解成为沉淀，因此，严重地冲击了该方法的生产能力。尽管碳酸盐和草酸盐能通过各种洗涤液的苛化或用石灰沉淀而从环路中除去，但是，实现其它有机碳衍生物含量的降低，则或通过压力氧化(它使危害急剧增长并且产生以后必须除去的大量草酸盐和碳酸盐)，或放掉苛性碱溶液，以用于中和或废弃(苛性碱补充费用是主要的经济负担)，或用于通过蒸发浓缩随后再通过燃烧破坏(高能量和投资成本)。有机化合物还干扰沉淀过程(通过吸附在晶种的活性部位上，具有晶种中毒的作用)，并且携带苏打作为污染物进入沉淀的产物中。由有机碳产生的草酸盐相对来说是不溶的，而且能与三水合氧化铝一起作为草酸钠沉淀，干扰产品的大小、形态和化学，并降低颗粒研磨的阻力。由于这些作用导致必须保证草酸盐不在同一沉淀槽内沉淀，在该沉淀槽中在沉淀氧化铝水合物的早期区段，细氧化铝粘接成为复合粒子，并由于草酸盐的稳定性高于其溶解度，有强烈逆转碱液浓度的作用，对于输送氧化铝有效的苛性浓度，在大多数的氧化铝提炼厂内，都要因草酸盐前体的输入和由其它有机物氧化所产生的草酸盐而受到限制。也就是说，通过设定苛性碱液体中苏打的最高含量，确定苏打偏离其运送氧化铝的有用目的而被螯合的程度，以及对沉淀过程起中毒作用，氧化铝工艺原料中的有机物，对于拜耳法的生产能力形成的限制负有主要的责任。为了推动高温蒸解的需求，早已提到在氧化铝工艺原料中一水合氧化铝的影响。还提到了一水合氧化铝的其它一些影响。在高蒸解温度下蒸解氧化铝工艺原料会产生副反应(如二氧化钛相的产生)，从而降低了蒸解的效率。为此，经常加入石灰。为此目的和为苛化以及破坏草酸盐，石灰的消耗速度足够证明在许多场合中可建设专用石灰窑。另外，蒸解温度经常要受到锅炉安全并有效操作时的压力的限制，从而导致用于高温蒸解比低温蒸解时对碱液中的氧化铝浓度有更大的限制，使含有不稳定的一水合氧化铝的固体残渣存在下的高氧化铝浓度的碱液具有不稳定性。因此，含有一水合氧化铝的氧化铝工艺原料的蒸解，生产性自然低于几乎不含一水合氧化铝的含氧化铝原料的蒸解。为了弥补运一不足，某些氧化铝加工厂，把少含或不含一水合氧化铝的含氧化铝原料，在适于使高温蒸解残渣中的一水合氧化铝不会很快地引起液体分解的温度和接触时间下，投向闪蒸容器内的冷却的蒸解液中。这一工艺称为脱硫。该工艺显著地增加了处理的复杂性，还要求独立的研磨和制浆系统，以用于投入低含量的一水合氧化铝的原料。由于导致原料中的二氧化硅形成固体硅铝酸钠(移送至残渣处)的重要反应，不能在投入原料的液体/固体接触的时间和温度下完成，所以，该反应提高了蒸解液中溶解的二氧化硅含量，从而提高了后续的与氧化铝水合物沉淀的二氧化硅的含量，并在蒸发、氧化铝工艺原料浆料化和加热苛性碱液体和浆料中出现结垢问题。为了防止结垢，在水合物沉淀后，可把硅铝酸盐接种的脱硅操作添加到流程中。此外，高温蒸解会导致氧化铝工艺原料中大部分各种形式的石英转变成硅铝酸钠，它与由反应性更强形式的二氧化硅所形成硅铝酸钠一起移送至蒸解残渣中。石英在低温蒸解时蒸解并不明显。具有高含量一水合氧化铝的氧化铝工艺原料，对于等量的石英和总二氧化硅含量来说，消耗更多的苛性苏打，所以，需要大量补充这种昂贵的化学品。此外，尽管需更多的费用和存在着工艺复杂性以及通常对矿物价值可观的损失，但是这样的原料通常是有益的，因为在供应给氧化铝提炼工艺之前，已进行处理除去了游离的石英颗粒。高温蒸解的另一影响是氧化铝工艺原料中的某些铁转化成可溶性和胶体形式，这种形式能流经澄清系统并主要移送至沉淀的氧化铝水合物中。氧化铝水合物中的铁含量，与二氧化硅含量一起，对于铝冶炼厂用户来说，是焙烧水合物评估的重要决定因素，因为它影响所生产的高纯金属的质量。澄清液中的高铁(由氧化铝工艺原料中的一水合氧化铝所产生的)与氧化铝水合物沉淀中的低氧化铝产率(如上所述由氧化铝工艺原料中的有机杂质和氧化铝工艺原料中的一水合氧化铝所产生的)结合，尤其是与脱硫法的水合物型的二氧化硅相结合时，对于产品的质量有潜在的、巨大的损害。由拜耳法氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理氧化铝工艺原料的方法，它是在把处理过的原料送到用于从处理过的原料中提取提炼氧化铝的氧化铝工艺过程以前，进行处理，该处理方法包括下列步骤： （ａ）通过直接与燃烧气体接触而使氧化铝工艺原料加热到４００～６５０℃的温度，和 （ｂ）冷却加热过的原料到它能被处理并送入氧化铝工艺过程的温度； 该方法进一步包括在步骤（ａ）中的上述范围内的温度下，控制氧化铝工艺原料的接触时间，以保证通过脱水使存在的三水合氧化铝和一水合氧化铝分解，而： （１）不从三水合氧化铝显著地形成一水合氧化铝，或 （２）不使减少剩余结合水达到对提取有负影响的程度，或 （３）不允许有足够的时间与水蒸汽接触，以使与可提取性受损失有关的水蒸汽减少； 且该方法进一步包括限制气体进到工艺段的最高温度，在该工艺段中氧化铝工艺原料达到上述４００～６５０℃温度范围（以下称为“最高温度段”）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J霍利特，斯蒂芬格罗科特，约翰P基斯勒，科林J毕比，
申请(专利权)人：科马尔柯铝制品有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]