通過(guò)鋁土礦的堿性消化制備三水合氧化鋁的方法和裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種制備三水合氧化鋁的方法，包括消化步驟(26)、分離步驟(70)和沉淀步驟(52)，所述分離步驟包括：b1)通過(guò)將絮凝劑加入所述料漿并將絮凝劑和料漿混合而預(yù)處理來(lái)自消化步驟的料漿，b2)在重力沉降容器中沉降所得的絮凝料漿，b3)確定代表所得澄清液中固體顆粒的濃度的測(cè)定值，b4)將測(cè)定值與預(yù)定閾值比較，b5)當(dāng)測(cè)定值小于所述預(yù)定閾值時(shí)，將所述澄清液直接進(jìn)料至沉淀步驟(52)，以及b6)當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，將所述澄清液重引入至預(yù)處理步驟b1)。一種用于操作所述方法的裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
通過(guò)鋁土礦的堿性消化制備三水合氧化鋁的方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)鋁土礦的堿性消化制備三水合氧化鋁的方法，通常稱(chēng)為拜耳 法。具體而言，本發(fā)明涉及對(duì)分離步驟的改進(jìn)，所述分離步驟用于處理鋁土礦消化后獲得的 料漿，以將包含溶解的氧化鋁的富含鋁酸鈉的溶液與由未溶解的鋁土礦的顆粒形成的不溶 性殘余物分離。
[0002] 本發(fā)明還涉及通過(guò)鋁土礦的堿性消化制備三水合氧化鋁的裝置，具體而言涉及分 離步驟中使用的所述裝置中的設(shè)備，例如重力沉降器。
【背景技術(shù)】
[0003] 通過(guò)鋁土礦的堿性消化制備三水合氧化鋁的方法通常包括消化步驟、分離步驟和 沉淀步驟以及其他步驟。
[0004] 消化步驟通過(guò)使鋁土礦與鋁酸鈉溶液接觸而從鋁土礦中提取氧化鋁，所述消化形 成了包括含有溶解的氧化鋁的富含鋁酸鈉的溶液和由未溶解的鋁土礦的顆粒形成的不溶 性殘余物的料漿，所述不溶性殘余物也稱(chēng)為紅泥。
[0005] 分離步驟處理消化步驟中獲得的料漿，以將富含鋁酸鈉的溶液與不溶性殘余物分 離。
[0006] 沉淀步驟通常稱(chēng)為分解步驟，該步驟對(duì)與不溶性殘余物分離的富含鋁酸鈉的溶液 進(jìn)行處理，以使氧化鋁以三水合氧化鋁的形式沉淀。
[0007] 圖1中示意性地說(shuō)明的方法代表了已知的拜耳法中由鋁土礦制備三水合氧化鋁的 常規(guī)工藝步驟。
[0008] 參考圖1，將鋁土礦10進(jìn)料至研磨步驟12,以便通常在鋁酸鈉溶液存在下粉碎礦 石。將所得料漿14進(jìn)料至脫硅步驟16。在脫硅后，將脫硅的溶液18和鋁土礦的料漿在預(yù)熱步 驟20中預(yù)熱，并使其與鋁酸鈉溶液接觸，所述鋁酸鈉溶液由新鮮的鋁酸鈉溶液料流(未示 出）以及鋁酸鈉溶液再循環(huán)料流22提供。將預(yù)熱的鋁酸鈉溶液和鋁土礦的料漿24進(jìn)料至消 化鏈中的消化步驟26,其中消化在壓力和高溫下進(jìn)行。消化鏈通常包含一系列的高壓釜，料 漿在其中循環(huán)。在消化過(guò)程中，獲得了含有富含鋁酸鈉的溶液和不溶性殘余物的料漿。在消 化過(guò)程中，使料漿通過(guò)換熱器(未示出）使熱量回收進(jìn)入預(yù)熱步驟20。然后，將消化所得的料 漿28在步驟30中泄壓。然后，將仍包括富含鋁酸鈉的溶液和不溶性殘余物的泄壓料漿32送 入分離步驟，以使富含鋁酸鈉的溶液與不溶性殘余物分離。分離步驟通常包括在重力沉降 容器中的傾析步驟或沉降步驟34,在重力沉降容器中使不溶性殘余物通過(guò)重力與富含鋁酸 鈉的溶液分離。沉降罐通常處于壓力下。不溶性殘余物從沉降罐的底部以紅泥36的形式移 出，而富含鋁酸鈉的溶液(通常稱(chēng)為澄清液）則以所述沉降罐的溢出流38的形式與紅泥分 離。然后，所述紅泥36在逆流洗滌器42中用水40洗滌，以回收鋁酸鈉。含有很高含量的鋁酸 鈉的第一洗滌器的溢出流44可循環(huán)返回泄壓步驟30?；蛘?，可將第一洗滌器的溢出流44通 過(guò)輔助過(guò)濾步驟66,然后可將在所述過(guò)濾步驟中獲得的濾液流67送入下文所述的沉淀步驟 52。將洗滌過(guò)的紅泥46送至處理區(qū)。然后，將澄清液的溢出流38通過(guò)過(guò)濾步驟48,通常稱(chēng)為 "紅過(guò)濾"或"安全過(guò)濾"。獲得了富含鋁酸鈉的溶液的澄清濾液，其通常稱(chēng)為過(guò)飽和鋁酸鹽 溶液。將與不溶性殘余物分離的富含鋁酸鈉的溶液的料流50(主要基于由過(guò)濾步驟48獲得 的濾液)送入其他步驟以回收氧化鋁，所述回收的氧化鋁為冶煉級(jí)氧化鋁。這些步驟包括沉 淀步驟和煅燒步驟。通常，在沉淀前，進(jìn)一步冷卻過(guò)飽和的鋁酸鹽溶液料流50以增加溶解的 鋁酸鈉的過(guò)飽和度。所述沉淀在包含一系列沉淀器52的分解鏈中進(jìn)行，其中將濾液50逐漸 冷卻以沉淀出三水合氧化鋁。所述沉淀通常還包括在分級(jí)回路54中進(jìn)行的分級(jí)步驟。將三 水合氧化鋁的料漿53進(jìn)料至分級(jí)回路并使其從沉淀回路52離去。精細(xì)的三水合氧化鋁料流 56在分級(jí)回路54中被分離，并作為晶種循環(huán)返回沉淀回路52。在離開(kāi)分級(jí)回路54時(shí)，廢棄的 溶液或余下的溶液58通過(guò)蒸發(fā)60進(jìn)行濃縮，并且所得的濃縮液通過(guò)循環(huán)流22送回消化步 驟，而產(chǎn)生的三水合氧化鋁62則進(jìn)入煅燒步驟64。
[0009]如圖1所示，固液分離步驟通常需要進(jìn)一步的過(guò)濾步驟48以將澄清液中殘留的大 部分不溶性殘余物的顆粒除去。殘留的顆粒通常非常精細(xì)，因此需要在濾布上使用過(guò)濾添 加劑或助濾劑68(例如石灰或鋁酸三鈣）以防止堵塞并改善過(guò)濾速率。這同樣適用于輔助過(guò) 濾步驟66。鋁酸三鈣通常由石灰為原料獲得，但是也消耗鋁酸鈉，因此會(huì)降低拜耳法的轉(zhuǎn)化 率。因此過(guò)濾步驟的設(shè)備和操作相當(dāng)復(fù)雜，并導(dǎo)致高資本成本和運(yùn)營(yíng)成本。
[0010]在已知的拜耳法中，在重力沉降容器后使用過(guò)濾確保了在分離過(guò)程中產(chǎn)生且將被 送入沉淀步驟的過(guò)飽和溶液的高純度。可被所述溶液攜帶進(jìn)入氧化鋁回收過(guò)程的后續(xù)步驟 (即沉淀步驟和煅燒步驟)的雜質(zhì)會(huì)降低所得氧化鋁的純度，并使得后續(xù)氧化鋁回收階段的 操作更困難。例如，過(guò)飽和溶液中懸浮的無(wú)機(jī)固體的存在容易導(dǎo)致鐵對(duì)氧化鋁的污染，并導(dǎo) 致產(chǎn)品超出熔煉級(jí)氧化鋁的規(guī)格限度。
[0011] 從重力沉降容器流出的澄清液的溢出流通常具有的非常精細(xì)的不溶性殘余物的 濃度可通過(guò)濁度測(cè)定來(lái)確定，其值具有l(wèi)〇〇mg/L的數(shù)量級(jí)。因此有必要使用過(guò)濾步驟以確保 產(chǎn)生的氧化鋁具有可接受的鐵的純度。
[0012] 氧化鋁精煉行業(yè)已經(jīng)并且仍然在探尋對(duì)拜耳法分離步驟、具體地是對(duì)所述分離步 驟的沉降步驟的性能的改進(jìn)，目的是簡(jiǎn)化過(guò)濾步驟的實(shí)施和操作并降低相關(guān)成本。這些改 進(jìn)通常通過(guò)開(kāi)發(fā)沉降步驟前的預(yù)處理步驟而獲得，包括在不同劑量的和/或不同混合操作 的條件下使用不同類(lèi)型的絮凝劑。
[0013] U.S.專(zhuān)利第4,040,954號(hào)描述了一種使供應(yīng)至沉降容器的溶液中懸浮的顆粒沉降 的方法，所述方法包括絮凝劑的使用和通過(guò)測(cè)定沉降容器中不同高度的濁度來(lái)控制絮凝劑 和供應(yīng)的液體的相對(duì)比例。測(cè)量濁度的探頭在沉降容器的一定高度上自動(dòng)上升或下降以抵 消濁度預(yù)定值的任何漂移，所述控制通過(guò)根據(jù)探頭高度的任何變化相應(yīng)地調(diào)整絮凝劑的供 應(yīng)而進(jìn)行。
[0014] 國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 2012/003578描述了一種將絮凝劑加入至料漿中并將絮凝劑和 所述料漿混合以獲得絮凝的料漿的預(yù)處理步驟。在所述預(yù)處理步驟中，所述混合在連續(xù)的 階段中通過(guò)選擇在早期階段比后續(xù)階段更高程度的混合而完成。該預(yù)處理步驟通過(guò)制備一 種溢出流來(lái)改善沉降步驟的性能，所述溢出流從重力沉降容器溢出并具有較低濃度的固體 顆粒。
[0015] 即使存在改善重力沉降步驟的方法，例如通過(guò)使用上述絮凝劑預(yù)處理，在重力沉 降步驟后總是還使用過(guò)濾步驟，因?yàn)樗鲞^(guò)濾步驟起著防止任何生產(chǎn)損失或產(chǎn)品污染的安 全網(wǎng)的作用，以防止沉降步驟和/或其預(yù)處理中可能遭遇的可靠性問(wèn)題。
[0016] 需要通過(guò)簡(jiǎn)化分離步驟和降低其相關(guān)的資本成本和運(yùn)營(yíng)成本同時(shí)使產(chǎn)出的氧化 鋁的純度和操作的可靠性保持在可接受的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)來(lái)改進(jìn)分離步驟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明的
【申請(qǐng)人】對(duì)分離步驟進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)工作，并發(fā)現(xiàn)了一種通過(guò)開(kāi)發(fā)一種 用于控制澄清液的質(zhì)量和管理不合格澄清液的流程以及通過(guò)使該流程與有效的絮凝劑預(yù) 處理步驟結(jié)合來(lái)改善分離步驟的性能的方法。
[0018] 本發(fā)明提供一種通過(guò)鋁土礦的消化來(lái)制備三水合氧化鋁的方法，包括：
[0019] -消化步驟:用鋁酸鈉溶液消化所述鋁土礦，以獲得包括含有溶解的氧化鋁的富含 鋁酸鈉的溶液和由未溶解的鋁土礦的顆粒形成的不溶性殘余物的料漿；
[0020] -分離步驟:處理所述料漿，以將富含鋁酸鈉的溶液與不溶性殘余物分離;和
[0021] -沉淀步驟:處理所述富含鋁酸鈉的溶液以沉淀三水合氧化鋁，
[0022] 所述方法的特征在于，其包括：
[0023] bl)在預(yù)處理步驟中預(yù)處理料漿，通過(guò)將絮凝劑加入所述料漿并將絮凝劑和料漿 混合以獲得絮凝料漿，
[0024] b2)在重力沉降容器中沉降所述絮凝料漿，以制備澄清液和濃稠的不溶性殘余物 的料漿，
[0025] b3)在測(cè)量步驟中，確定代表澄清液中固體顆粒的濃度的測(cè)定值，
[0026] b4)將測(cè)定值與預(yù)定閾值比較，
[0027] b5)當(dāng)測(cè)定值小于所述預(yù)定閾值時(shí)，將所述澄清液直接進(jìn)料至沉淀步驟，以及
[0028] b6)當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，將所述澄清液重引入(redirect)預(yù)處理步驟 bl) 〇
[0029]鋁土礦的消化也可稱(chēng)為所述鋁土礦的腐蝕。
[0030] 優(yōu)選地，預(yù)定閾值為10mg/L。這相當(dāng)于在沉淀步驟可允許的且符合氧化鋁雜質(zhì)標(biāo) 準(zhǔn)的最大固體顆粒含量。此固體顆粒含量目標(biāo)是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和過(guò)程模擬的。
[0031] 本發(fā)明的方法提供了顯著簡(jiǎn)化的分離步驟，其基本上通過(guò)重力沉降進(jìn)行，且不需 要使用過(guò)濾步驟。本發(fā)明的方法提供了一種處理不合格澄清液以避免具有不可接受的純度 的氧化鋁的產(chǎn)生和/或避免在分離步驟之后的氧化鋁回收步驟的操作中事故的發(fā)生。
[0032 ]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，分離步驟還包括：
[0033] -當(dāng)測(cè)定值小于預(yù)定閾值時(shí)，將澄清液的溢出流從重力沉降容器的第一溢出口取 出以直接進(jìn)料至沉淀步驟c)，以及
[0034] -當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，將不合格的澄清液的溢出流從所述重力沉降容 器的第二溢出口取出以重引入至預(yù)處理步驟bl)。
[0035] 具有兩個(gè)獨(dú)立的溢出口，意味著有兩條獨(dú)立的管線，一條連接至沉淀步驟，另一條 連接至預(yù)處理步驟。
[0036] 優(yōu)選地，當(dāng)測(cè)定值大于預(yù)定閾值時(shí)，分離步驟還包括停止從第一溢出口取出溢出 流。在第一溢出口和沉淀步驟之間的管線上通常有閥門(mén)。該閥門(mén)只有當(dāng)操作超出規(guī)定限度 時(shí)，即當(dāng)測(cè)定值大于預(yù)定閾值時(shí)，才保持在閉合位置。由于閥門(mén)關(guān)閉的時(shí)間應(yīng)該短，因此沒(méi) 有時(shí)間形成污垢(scale)，閥門(mén)的開(kāi)啟也不會(huì)受到污垢的妨礙。
[0037] 優(yōu)選地，在延遲后獲得重引入的澄清液。該延遲能提供一些時(shí)間以在進(jìn)行分離步 驟前作出反應(yīng)。在使用第一溢出口和第二溢出口的實(shí)施方案中，第二溢出口高于第一溢出 口，該延遲就是兩個(gè)溢出口之間的垂直距離的函數(shù)。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選的方面，步驟b6)中將澄清液重引入至預(yù)處理步驟bl)通過(guò)緩 沖罐進(jìn)行。換言之，步驟b6)中將澄清液重引入至預(yù)處理步驟bl)可通過(guò)用于積累不合格澄 清液和穩(wěn)定所述不合格澄清液的穩(wěn)定化裝置進(jìn)行，以防止氧化鋁的沉淀，所述穩(wěn)定化裝置 通常包括緩沖罐。在緩沖罐的停留為進(jìn)行分離步驟、更具體而言為所述分離步驟的預(yù)處理 步驟提供了更多時(shí)間。
[0039] 優(yōu)選地，第二溢出口的位置高于第一溢出口，將不合格的溢出流通過(guò)與緩沖罐開(kāi) 放式連通(open communication)的重引入管線(redirecting line)重引入至預(yù)處理步驟 bl)。第二出口和緩沖罐之間的管線中不需要設(shè)閥門(mén)。由于沒(méi)有閥門(mén)，因此沒(méi)有污垢對(duì)閥門(mén) 操作、具體而言對(duì)閥門(mén)開(kāi)啟帶來(lái)不利影響。
[0040] 優(yōu)選地，將澄清液從緩沖罐的下部引入。從罐的下部引入澄清液能防止緩沖罐中 不合格澄清液的冷卻和氧化鋁的沉淀。已發(fā)現(xiàn)，如果將不合格澄清液從緩沖罐的上部引入， 則由于其與空氣接觸或通過(guò)蒸發(fā)而易于冷卻，從而促進(jìn)了氧化鋁在所述罐中的沉淀。
[0041] 優(yōu)選地，該方法包括向所述緩沖罐中注入蒸汽以穩(wěn)定液體并防止氧化鋁的沉淀。
[0042] 或者或結(jié)合地，該方法包括在緩沖罐中維持最小量的苛性鈉，以穩(wěn)定液體并防止 氧化鋁的沉淀?？列遭c的最小量相當(dāng)于加入至不合格澄清液中的苛性堿的量，以使氧化鋁 與苛性鈉的重量比降低到預(yù)定值，例如0.60?？列遭c的最小量顯然取決于其濃度。
[0043] 測(cè)量步驟b3)通過(guò)將澄清液的次級(jí)流取出并連續(xù)地測(cè)量所述澄清液的次級(jí)流的濁 度而進(jìn)行。濁度的測(cè)量通常通過(guò)測(cè)量光穿過(guò)澄清液的樣品柱的衰減而實(shí)現(xiàn)。用于對(duì)濁度定 量的單位通常為散射池度單位(Nephelometric Turbidity Units)，或相應(yīng)的首字母縮寫(xiě) NTU。由濁度的測(cè)定值確定澄清液中固體顆粒的濃度通常需要預(yù)校準(zhǔn)?？蓪?duì)澄清液的次級(jí)流 進(jìn)行處理以防止在管線中結(jié)垢，例如通過(guò)加入苛性堿或可減少結(jié)垢的任何其他類(lèi)型的添加 劑。也可升高管線的溫度以防止氧化鋁在管線中沉淀。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，預(yù)處理步驟b 1)包括：
[0045] -料漿與至少部分的絮凝劑的初始混合步驟，
[0046] -重力沉降容器的料漿進(jìn)口裝置中料漿與絮凝劑的最后混合步驟，用于將所得的 絮凝料漿引入至所述重力沉降容器中，所述料漿進(jìn)口裝置包括混合裝置，以及
[0047] -選擇初始混合步驟中的混合速率使其高于最后混合步驟中的混合速率。
[0048]預(yù)處理步驟的總目標(biāo)是促進(jìn)固體材料在料漿中形成聚集物，繼而又促進(jìn)固體材料 在所得的絮凝料漿中的沉降。在預(yù)處理步驟中將絮凝劑和料漿混合的一個(gè)目的是增大料漿 中絮凝劑和固體材料接觸的可能性。將絮凝劑和料漿混合的另一個(gè)目的是維持固體材料在 料漿中的分散，優(yōu)選均勻的分散，所述固體材料包括形成的固體材料的任何聚集物，并使在 預(yù)處理步驟使用的設(shè)備中的固體材料的沉降最小化。將絮凝劑和料漿混合的另一個(gè)目的是 使聚集物生長(zhǎng)到合適的尺寸以促進(jìn)沉降罐中固體材料(包括固體材料的聚集物)和液體的 分咼。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，預(yù)處理步驟包括在料漿進(jìn)口裝置(也可稱(chēng)為進(jìn)料孔）中進(jìn) 行的料漿和絮凝劑的最后混合步驟。
[0050] 混合速率用來(lái)表示施予絮凝的料漿一一即料漿中的絮凝劑、料漿中的固體顆粒和 已在所述絮凝劑的幫助下形成了固體顆粒的聚集物的固體材料一一的剪切強(qiáng)度。固體材料 的聚集物也稱(chēng)為絮凝物?；旌纤俾士赏ㄟ^(guò)測(cè)量攪拌的速度來(lái)確定，例如通過(guò)測(cè)量旋轉(zhuǎn)攪拌 器末端的速度確定。
[0051] 已發(fā)現(xiàn)，在不同混合步驟中施加的混合速率不僅對(duì)固體顆粒和絮凝劑之間的接觸 有影響，還對(duì)固體材料的聚集物的解體有影響。換言之，有待發(fā)現(xiàn)最佳的混合速率。更確切 地說(shuō)，存在一種待施加至料漿的不同混合速率的順序，以使固體顆粒和絮凝劑之間的接觸 和/或防止固體材料的聚集物的解體最佳化。如果混合速率太低，固體顆粒和絮凝劑之間的 接觸就不夠。如果混合速率太高，已經(jīng)聚集的固體顆粒就容易解體。通過(guò)選擇初始混合步驟 中的混合速率使其高于最后混合步驟中的混合速率，出人意料地發(fā)現(xiàn)在重力沉降容器中的 隨后的沉降步驟的性能得到顯著改善。
[0052] 預(yù)處理步驟還可包括在該步驟的過(guò)程中絮凝劑劑量率的改變。預(yù)處理步驟可包括 選擇在該步驟的早期階段比在該步驟的后期階段更高的劑量率。
[0053] 不囿于任何理論，似乎上述混合速率的選擇和劑量率的變化可進(jìn)一步加強(qiáng)在預(yù)處 理步驟的早期階段固體顆粒和絮凝劑接觸的可能性，并在絮凝的料漿中進(jìn)一步促進(jìn)聚集物 的形成，同時(shí)維持一種固體材料(包括可形成的任何聚集物)的分散體。
[0054]已發(fā)現(xiàn)，包括以高混合速率向至少一個(gè)上游罐中加入絮凝劑和以低混合速率向下 游罐或重力沉降罐的料漿進(jìn)口裝置中加入絮凝劑的預(yù)處理步驟可顯著地改善分離步驟的 性能。
[0055] 這種加入絮凝劑的流程的影響一方面可通過(guò)考慮在絮凝的料漿的沉降步驟的過(guò) 程中產(chǎn)生的澄清液的澄清度或其不溶性殘余物的濃度來(lái)評(píng)估，另一方面可通過(guò)考慮在所述 分離步驟的過(guò)程中絮凝的料漿的沉降速率來(lái)評(píng)估。
[0056] 就澄清液的澄清度而言，在重力沉降容器的表面獲得澄清液具有的不溶性殘余物 的濃度的數(shù)量級(jí)為l〇mg/L，這比使用常規(guī)絮凝預(yù)處理步驟時(shí)小得多。
[0057] 就絮凝的料漿的沉降速率而言，這確實(shí)是要考慮的重要參數(shù)，因?yàn)樗龀两邓俾?與分離步驟中使用的沉降罐的效率相關(guān)。本發(fā)明的方法顯然想要在工業(yè)規(guī)模的裝置中使 用，絮凝預(yù)處理需要以使沉降速率最大化的方式運(yùn)行。特別地，本發(fā)明的方法在固體/液體 分離步驟中需要與高速率傾析器的使用兼容。
[0058]因此，所得的澄清液中固體顆粒的量顯著降低，因此不需要過(guò)濾步驟，并且可將該 澄清液直接進(jìn)料至沉淀步驟。
[0059] 優(yōu)選地，初始的混合步驟包括將料漿傳送通過(guò)第一混合裝置和第二混合裝置。
[0060] 優(yōu)選地，料漿進(jìn)口裝置的混合裝置包括至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器。攪拌器端頭的速度 可調(diào)節(jié)至0.3m/s至0.7m/s之間。
[0061] 優(yōu)選地，重力沉降容器的料漿進(jìn)口裝置具有料漿開(kāi)口，通過(guò)該開(kāi)口將絮凝的料漿 引入至重力沉降容器中，將絮凝的料漿引入至重力沉降容器的速度保持在l〇〇m/h至150m/ h〇
[0062] 可通過(guò)進(jìn)料孔的料漿開(kāi)口的橫截面來(lái)區(qū)分所述料漿的流速，從而確定絮凝的料漿 被引入至重力沉降容器的速度。將絮凝的料漿引入重力沉降容器的速度保持在上述的范圍 內(nèi)，確保該速度不會(huì)太低以將絮凝的料漿的固體材料分配至重力沉降容器的大部分內(nèi)體積 中，并且確保該速度不會(huì)太高以防止對(duì)固體材料的聚集物的磨損和對(duì)澄清液的夾帶。
[0063]根據(jù)本發(fā)明，提供一種通過(guò)消化鋁土礦制備三水合氧化鋁的裝置，所述裝置包括： [0064]-消化裝置:用于使用鋁酸鈉溶液消化所述鋁土礦以獲得料漿，
[0065]-分離裝置:用于處理所述料漿以將富含鋁酸鈉的溶液與不溶性殘余物分離，
[0066]-沉淀裝置:與所述分離裝置連接，用于處理所述富含鋁酸鈉的溶液以沉淀三水合 氧化鋁，
[0067] 所述分離裝置包括用于將絮凝劑加入料漿和將所述料漿與所述絮凝劑混合并獲 得絮凝的料漿的預(yù)處理裝置，所述分離裝置進(jìn)一步包括用于沉降所述絮凝料漿和制備澄清 液的重力沉降容器，所述裝置的特征在于，其還包括：
[0068] -測(cè)量裝置:用于確定代表澄清液中固體顆粒的濃度的測(cè)定值，
[0069]-比較裝置:與測(cè)量裝置功能性連接，用于比較測(cè)定值與預(yù)定閾值，
[0070] -重引入裝置:與比較裝置功能性連接，當(dāng)測(cè)定值小于所述預(yù)定閾值時(shí)，用于將澄 清液引入至與重力沉降容器直接連接的沉淀裝置（153)的進(jìn)料管線（155)中，以使所述澄清 液直接進(jìn)料至沉淀裝置;而當(dāng)測(cè)定值大于預(yù)定閾值時(shí)，用于將澄清液重引入至預(yù)處理裝置 中。
[0071] 預(yù)處理裝置通常與消化裝置連接，用于將絮凝劑加入至通過(guò)消化裝置制備的料漿 中并將所述料漿與所述絮凝劑混合。重力沉降容器通常與預(yù)處理裝置連接，用于使通過(guò)預(yù) 處理裝置制備的絮凝的料漿沉降。包括預(yù)處理裝置和重力沉降罐的分離裝置通常與消化裝 置連接，用于處理消化裝置制備的料漿。
[0072]連接是指直接連接或間接連接。例如，分離裝置或所述分離裝置的預(yù)處理裝置可 通過(guò)泄壓步驟與消化裝置間接連接。
[0073] 根據(jù)本發(fā)明，所述裝置優(yōu)選包括與重力沉降容器的沉淀裝置直接連接的進(jìn)料管 線，當(dāng)測(cè)定值小于所述預(yù)定閾值時(shí)，用于將所述澄清液直接進(jìn)料至沉淀裝置。
[0074] 優(yōu)選地，重力沉降容器包括與沉淀裝置的進(jìn)料管線連接的第一溢出口，當(dāng)測(cè)定值 小于預(yù)定閾值時(shí)，用于取出澄清液的溢出流;重引入裝置包括與預(yù)處理裝置連接的重力沉 降容器的第二溢出口，當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，用于取出不合格的澄清液的溢出流。
[0075] 優(yōu)選地，重引入裝置包括設(shè)于沉淀裝置的進(jìn)料管線上的在第一溢出口和所述沉淀 裝置之間的隔離閥，當(dāng)測(cè)定值大于預(yù)定閾值時(shí)，將所述隔離閥驅(qū)動(dòng)到閉合的位置。
[0076] 優(yōu)選地，第二溢出口設(shè)置在比第一溢出口更高的位置。
[0077]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，重引入裝置包括在通往預(yù)處理裝置的重引入管線中 的緩沖罐。優(yōu)選地，在第二溢出口和緩沖罐之間的重引入管線是開(kāi)放式連通的。緩沖罐可包 括蒸汽注入裝置，以穩(wěn)定液體并防止氧化鋁的沉淀?；蛘撸彌_罐可包括用于在緩沖罐中保 持預(yù)定量的苛性鈉的裝置，以穩(wěn)定液體并防止氧化鋁的沉淀。
[0078]優(yōu)選地，測(cè)量裝置包括濁度探頭。濁度探頭可安裝在與沉淀裝置的進(jìn)料管線連接 的用于取出澄清液的第二料流的次級(jí)管線上?？商綔y(cè)澄清液的次級(jí)流或其上安裝了濁度探 頭的任何管線以升高澄清液的溫度來(lái)防止管線中氧化鋁的沉淀。
[0079]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，預(yù)處理裝置包括:與消化裝置連接的初始混合裝置，用 于加入絮凝劑并將所述絮凝劑與料漿混合;和安裝在重力沉降容器上并與初始混合裝置連 接的料漿進(jìn)口裝置，用于將所得的絮凝的料漿引入重力沉降容器，所述料漿進(jìn)口裝置包括 混合裝置，在初始混合裝置中的混合速率高于在料漿進(jìn)口裝置中的混合速率。如上所述，料 漿進(jìn)口裝置還可稱(chēng)為進(jìn)料孔。
[0080]優(yōu)選地，初始混合裝置包括第一混合裝置和第二混合裝置。形成初始混合裝置的 混合儀器可為串聯(lián)式混合器(iniine mixer)或優(yōu)選混合罐。
[0081 ]優(yōu)選地，料漿進(jìn)口裝置的混合裝置包括至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器。至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌 器、優(yōu)選全部的旋轉(zhuǎn)攪拌器可為槳葉式攪拌器。
[0082]優(yōu)選地，料漿進(jìn)口裝置包括直立的筒壁，所述料漿進(jìn)口裝置的混合裝置以圓形區(qū) 域操作，所述圓形區(qū)域的直徑為所述直立筒壁的直徑的0.4至0.8倍，例如0.6倍。這能使料 漿進(jìn)口裝置中的絮凝劑和固體顆粒的接觸最優(yōu)化。
[0083]優(yōu)選地，料漿進(jìn)口裝置包括以使料漿沿切線進(jìn)料至料漿進(jìn)口裝置而布置的料漿進(jìn) 料管。這能使絮凝料漿沿料漿進(jìn)口裝置的側(cè)壁的速度更緩慢地降低，從而限制對(duì)固體材料 的聚集物的磨損。
[0084] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，料漿進(jìn)口裝置的混合裝置包括兩個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器。這 確保了料漿進(jìn)口裝置大部分的內(nèi)體積處在攪拌下。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器可分別布置在比料漿進(jìn) 料管更低和更高的位置。這確保了絮凝料漿被進(jìn)料至料漿進(jìn)口裝置的攪拌區(qū)中。
[0085] 優(yōu)選地，重力沉降容器的料漿進(jìn)口裝置設(shè)有料漿開(kāi)口，通過(guò)該料漿開(kāi)口絮凝的料 漿被引入重力沉降容器，所述料漿開(kāi)口布置在所述料漿進(jìn)口裝置的底部。這確保了進(jìn)料至 料漿進(jìn)口裝置的絮凝料漿的固體顆粒不會(huì)在所述料漿進(jìn)口裝置的底部聚集。這避免了任何 的清潔或除垢操作。
[0086] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，重力沉降容器設(shè)有圍繞基本上垂直的主軸旋 轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的齒耙，料漿開(kāi)口相對(duì)于所述齒耙的主軸發(fā)生旁側(cè)位移。基本上垂直是指齒 耙的主軸與垂直方向之間的角度范圍為正負(fù)5度。齒耙的垂直軸優(yōu)選與濃稠料漿的出口同 心匹配，即所述軸和所述出口均位于所述罐的中心。術(shù)語(yǔ)"發(fā)生旁側(cè)位移"是指齒耙的垂直 軸(或其向上的延伸)不會(huì)通過(guò)料漿開(kāi)口，因?yàn)樵撻_(kāi)口相對(duì)于該軸水平地發(fā)生旁側(cè)位移。正 常而言，料漿開(kāi)口基本上向下開(kāi)口，因此朝向罐的底部。料漿進(jìn)口裝置可被稱(chēng)為進(jìn)料孔。更 確切地說(shuō)，其為在進(jìn)料孔的底部設(shè)有料漿開(kāi)口的垂直朝向的進(jìn)料孔，所述料漿開(kāi)口產(chǎn)生了 流入至罐中的料漿體中的料漿流。插入裝置相對(duì)于大體上垂直的齒耙的軸位置意味著其可 被稱(chēng)為偏離中心的進(jìn)料孔。而且，優(yōu)選地，料漿開(kāi)口的中心與罐的中心之間的距離為罐的中 心與罐的側(cè)壁之間的距離的至少5%，且更優(yōu)選至少10%。實(shí)際上，在罐的中心和側(cè)壁之間， 可將料漿開(kāi)口設(shè)置在罐的中心與罐的側(cè)壁之間的距離的50%或更大的位置，并且當(dāng)然可設(shè) 置在緊鄰罐的側(cè)壁的位置。
[0087]優(yōu)選地，構(gòu)造料漿進(jìn)口裝置以避免來(lái)自緊接料漿開(kāi)口上游的新鮮料漿中的固體的 聚集。料漿進(jìn)口裝置具有緊接料漿開(kāi)口上游的料漿流的橫截面積，并且有利地，料漿開(kāi)口的 橫截面積至少為緊接料漿開(kāi)口上游的進(jìn)料孔的橫截面積的80 %。理想地，料漿開(kāi)口的大小 (面積)與緊接料漿開(kāi)口上游的料漿進(jìn)口裝置的橫截面相同，或不會(huì)明顯地更小。這避免或 防止了新鮮料漿中的固體在緊接料漿開(kāi)口的上游的進(jìn)料孔中聚集，因?yàn)樾迈r料漿不會(huì)過(guò)度 地停留在進(jìn)料孔內(nèi)?？赏ㄟ^(guò)將穿過(guò)整個(gè)料漿進(jìn)口裝置和料漿開(kāi)口的新鮮料漿保持在適宜的 高流速以防止固體的沉降來(lái)避免來(lái)自緊接所述開(kāi)口上游的新鮮料漿的固體在料漿進(jìn)口裝 置中聚集。
[0088] 進(jìn)料孔相對(duì)于重力沉降器的位置防止了固體顆粒的聚集以及濃稠材料的底流的 堵塞。另外，這種偏離中心的進(jìn)料孔與所述偏心進(jìn)料孔中混合裝置的使用結(jié)合，能夠使得分 別在進(jìn)料孔和重力沉降容器中的不同的混合條件下的操作進(jìn)行。例如，當(dāng)進(jìn)料孔的混合裝 置包括一個(gè)以上安裝在同一旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)攪拌器時(shí)，進(jìn)料孔偏離中心的構(gòu)造能夠設(shè)置攪 拌器的旋轉(zhuǎn)速度，使其與重力沉降容器中齒耙的速度不同。一般而言，進(jìn)料孔攪拌器的旋轉(zhuǎn) 速度大于重力沉降容器內(nèi)的齒耙的速度。
[0089] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，料漿進(jìn)口裝置的混合裝置可包括攪拌器，所述攪拌 器圍繞基本上垂直并相對(duì)于齒耙的主軸發(fā)生旁側(cè)位移的所述攪拌器的軸旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 基本上垂直是指攪拌器的軸與垂直方向的角度范圍為正負(fù)5度。
[0090] 沉降器可設(shè)有不止一個(gè)的料漿進(jìn)口裝置，它們?nèi)烤哂邢鄬?duì)于齒耙的垂直軸發(fā)生 旁側(cè)位移的料漿開(kāi)口。
【附圖說(shuō)明】
[0091] 下面結(jié)合附圖描述了本發(fā)明，所述附圖非限制性地說(shuō)明了本發(fā)明的裝置和方法的 實(shí)施方案。
[0092] 圖1為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的拜耳法的流程示意圖。
[0093] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的拜耳法的實(shí)施例的流程示意圖。
[0094] 圖3表示根據(jù)本發(fā)明的拜耳法的分離步驟的實(shí)施例。
[0095] 圖4表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的拜耳法的一部分，更確切地說(shuō)，表示從泄壓 步驟至沉淀步驟的裝置的部分設(shè)備。
[0096] 圖5表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的拜耳法的相同部分。
[0097] 圖6表示可在本發(fā)明的方法中使用的重力沉降器的一個(gè)實(shí)例的垂直剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0098]已知的拜耳法的主要步驟已在以上題為"【背景技術(shù)】"的部分參照?qǐng)D1進(jìn)行了介紹。 當(dāng)在以下的段落中提及已在圖1中示出的方法步驟或相關(guān)設(shè)備時(shí)，使用相同的數(shù)字標(biāo)號(hào)。 [0099] 如圖2所示，本發(fā)明的方法包括研磨步驟12、脫硅步驟16、預(yù)熱步驟20、消化步驟26 和泄壓步驟30,這些與圖1所示的已知的拜耳法的步驟相似。由消化26和泄壓步驟30得到的 泄壓料漿32隨后被送入分離步驟70,這不同于圖1所示的已知的拜耳法的分離步驟34、48。 然后，將在分離步驟70中與不溶性殘余物36分離的富含鋁酸鈉的液體50送入沉淀步驟52、 54和煅燒步驟64,這再次與圖1所示的已知的拜耳法的相似。與圖1所示的方法相似地，在逆 流洗滌器42中用水40洗滌在分離步驟70中獲得的不溶性殘余物36,以回收鋁酸鈉。使第一 洗滌器的溢出流44通過(guò)輔助過(guò)濾步驟66,其中將在所述過(guò)濾步驟66中獲得的濾液67送入沉 淀步驟52。圖2所示的方法的分離步驟70主要通過(guò)在重力沉降容器中沉降料漿而進(jìn)行，并不 需要在沉淀步驟52、54之前使用過(guò)濾步驟。由于在沉降料漿之前料漿的預(yù)處理，重力沉降容 器表面獲得的澄清液具有的不溶性殘余物的濃度的數(shù)量級(jí)為l〇mg/L。該料漿的預(yù)處理與基 于澄清液濁度的連續(xù)測(cè)量的特定控制流程結(jié)合，使得所述澄清液的液流50可直接進(jìn)料至沉 淀步驟，同時(shí)保持產(chǎn)出的氧化鋁的純度和后續(xù)氧化鋁回收方法的步驟的可靠性。
[0100] 如上所述，圖2所示的本發(fā)明的方法不包括在沉降步驟后的過(guò)濾步驟。然而，如果 在正常操作中有裝置可為所述過(guò)濾步驟加設(shè)旁路，則本發(fā)明的方法在沉降步驟后仍然可包 括過(guò)濾步驟。這是根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)現(xiàn)存裝置進(jìn)行改進(jìn)以進(jìn)行操作的情況。
[0101] 在任何情況下，本發(fā)明不能解釋為僅僅在所述沉降罐溢出流和所述沉淀之間刪除 過(guò)濾步驟。本發(fā)明的方法還提供與用于處理不合格澄清液的特定裝置結(jié)合的用于允許有效 沉降的預(yù)處理裝置，從而防止具有不可接受的純度的氧化鋁向沉淀步驟轉(zhuǎn)移。
[0102]現(xiàn)參考圖3,分離步驟70包括：
[0103]-在預(yù)處理步驟81中，通過(guò)將絮凝劑加入所述料漿并將絮凝劑和料漿混合以獲得 絮凝的料漿來(lái)預(yù)處理料漿，
[0104] -在重力沉降容器中沉降83所述絮凝的料漿，以制備澄清液和濃稠的不溶性殘余 物的料漿，
[0105] -在測(cè)量步驟85中，確定代表澄清液中固體顆粒的濃度的測(cè)定值，以及
[0106] -將測(cè)定值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較87。
[0107] 當(dāng)測(cè)定值小于所述預(yù)定閾值時(shí)，分離步驟70包括：
[0108] -將澄清液的溢出流從重力沉降容器的第一溢出口取出89，以及 [0109]-將所述澄清液直接進(jìn)料91至沉淀步驟52中。
[0110] 當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，分離步驟70包括：
[0111] -停止93從第一溢出口取出溢出流，
[0112] -從所述重力沉降容器的第二溢出口取出95不合格的澄清液的溢出流，以及
[0113] -將所述澄清液重引入97至預(yù)處理步驟81。
[0114] 圖4和圖5圖解說(shuō)明了本發(fā)明的方法和裝置的兩個(gè)實(shí)施方案。闡釋的方法集中在拜 耳法的分離步驟上，更確切地說(shuō)，從拜耳法的泄壓步驟到沉淀步驟。
[0115] 參考圖4和圖5,將來(lái)自消化步驟的料漿流101在一系列的閃蒸罐中閃蒸冷卻至環(huán) 境溫度和環(huán)境壓力。為簡(jiǎn)化流程，只顯示了泄壓步驟的最后一個(gè)閃蒸罐103,其具有料流出 口 105。將包含富含鋁酸鈉的溶解的氧化鋁的溶液和由未溶解的鋁土礦的顆粒形成的不溶 性殘余物的泄壓的料漿107用栗109栗送至預(yù)處理步驟，在其中通過(guò)加入絮凝劑并混合絮凝 劑和所述料漿而對(duì)其進(jìn)行處理。
[0116] 預(yù)處理步驟包括使用第一部分的絮凝劑的初始混合步驟，所述初始混合步驟包括 使料漿通過(guò)第一混合罐111和第二混合罐113。將第一部分的絮凝劑通過(guò)第一絮凝劑進(jìn)料管 線115加入至介于栗109和第一混合罐111之間的管線中，以及通過(guò)第二絮凝劑進(jìn)料管線117 加入至介于所述第一混合罐111和第二混合罐113之間的管線中。絮凝劑可為任何合適的絮 凝劑，例如聚丙烯酸酯或氧肟酸鹽。這樣的布置可根據(jù)方法需求改變絮凝劑的劑量率。第一 混合罐和第二混合罐111、113都配置有分別為121、123的旋轉(zhuǎn)攪拌器。旋轉(zhuǎn)攪拌器121、123 可具有可變的驅(qū)動(dòng)，使其能根據(jù)方法需求在各個(gè)罐中以不同的速率旋轉(zhuǎn)攪拌器。預(yù)處理步 驟的第一混合罐和第二混合罐111U13串聯(lián)布置，其中處理過(guò)的料漿進(jìn)口位于所述罐的上 半部分，處理過(guò)的料漿出口位于所述罐的下半部分。料漿順次流過(guò)混合罐111、113，以使 100%的料漿流過(guò)每個(gè)罐。
[0117] 進(jìn)行預(yù)處理步驟以獲得絮凝的料漿，然后將絮凝的料漿引入重力沉降容器125中， 料漿的絮凝使其在重力沉降容器中具有更好的沉降性能。
[0118] 預(yù)處理步驟還包括用于將料漿與絮凝劑混合的另外的混合步驟(下文中稱(chēng)為最后 混合步驟），所述最后混合步驟在重力沉降容器125的料漿進(jìn)口裝置(通常稱(chēng)為進(jìn)料孔127) 中發(fā)生。將第二部分的絮凝劑通過(guò)另一絮凝劑進(jìn)料管線129加入至介于第二混合罐113和進(jìn) 料孔127之間的管線中。此外，可根據(jù)方法需要改變通過(guò)管線129添加的絮凝劑的劑量率。
[0119] 進(jìn)料孔通常用于將所得的絮凝的料漿引入至所述重力沉降容器中。根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)方面，進(jìn)料孔127被用于將絮凝劑與料漿進(jìn)一步混合，并因此包括混合裝置，例如旋轉(zhuǎn) 攪拌器。更確切地說(shuō)，進(jìn)料孔127的混合裝置包括安裝于同一軸上的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器131，以 確保所述進(jìn)料孔的大部分內(nèi)體積處于攪拌下。旋轉(zhuǎn)攪拌器131可具有可變的驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)旋轉(zhuǎn) 攪拌器131分別布置于相對(duì)于料漿進(jìn)料管133更低和更高的位置，以確保使絮凝的料漿進(jìn)料 至進(jìn)料孔的攪拌區(qū)。
[0120]已發(fā)現(xiàn)，在重力沉降容器125中的沉降步驟前恰好使絮凝劑與料漿混合，會(huì)顯著改 善分離步驟的性能。當(dāng)在第一混合罐和第二混合罐111、113中的混合速率高于在進(jìn)料孔127 中的混合速率時(shí)，甚至?xí)痈纳品蛛x步驟的性能。換言之，使最后混合步驟中的混合速率 降低，并使此最后的混合步驟恰好在所得的絮凝料漿的沉降步驟之前進(jìn)行，能獲得澄清液， 所述澄清液中固體顆粒在料漿中的量減少，例如小于l〇mg/L。
[0121] 將旋轉(zhuǎn)攪拌器131端頭的速度調(diào)節(jié)到0.3m/s至0.7m/s之間。進(jìn)料孔127具有料漿開(kāi) 口 135,絮凝料漿通過(guò)該料漿開(kāi)口被引入至重力沉降容器中。料漿開(kāi)口 135布置在進(jìn)料孔127 的底部，以防止在所述進(jìn)料孔的底部的聚集。將引入至重力沉降容器中的絮凝料漿的速度 保持在100m/h至150m/h，以將固體材料送入重力沉降容器125的大部分內(nèi)體積中并防止聚 集的固體材料的磨損。
[0122] 進(jìn)料孔包括垂直的筒壁137,旋轉(zhuǎn)攪拌器以環(huán)形區(qū)域操作，所述環(huán)形區(qū)域的直徑約 為所述垂直的筒壁的直徑的0.6倍。布置料漿進(jìn)料管133,使料漿沿切線進(jìn)料至料漿進(jìn)口裝 置。重力沉降容器125設(shè)有齒耙141，料漿開(kāi)口 135相對(duì)于耙的主軸產(chǎn)生旁側(cè)位移。該構(gòu)造意 味著進(jìn)料孔127中攪拌器131的軸與齒耙141的軸不同，從而使進(jìn)料孔攪拌器131的旋轉(zhuǎn)速度 與耙141的旋轉(zhuǎn)速度不同。
[0123] 絮凝料漿的固體組分和液體組分在重力沉降容器125中分離，而在所述容器頂部 得到澄清液并在所述容器的底部得到濃稠料漿。
[0124] 重力沉降容器上設(shè)有通過(guò)管線155與沉淀裝置153連接的第一溢出口 151。在管線 155上布置有濁度探頭157,用于確定澄清液的次級(jí)流159的濁度的測(cè)定值。管線155還裝備 有隔離閥161。隔離閥161通過(guò)過(guò)程控制裝置163與濁度探頭功能性連接，所述過(guò)程控制裝置 163包括用于將測(cè)定值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較的裝置，所述預(yù)定閾值優(yōu)選地等于澄清液中 I Omg/L數(shù)量級(jí)的固體材料含量。
[0125] 重力沉降容器上還設(shè)有與預(yù)處理步驟連接的第二溢出口 171。第二溢出口 171通過(guò) 重引入管線173與緩沖罐175直接連通。直接連通是指沒(méi)有裝置會(huì)阻斷所述管線中的流動(dòng)。 第二溢出口 171的位置比第一溢出口 151更高。
[0126] 在正常運(yùn)行中，即當(dāng)濁度的測(cè)定值小于預(yù)定閾值時(shí)，將澄清液的溢出流從第一溢 出口 151取出并通過(guò)管線155直接進(jìn)料至沉淀裝置153。當(dāng)測(cè)定值小于預(yù)定閾值時(shí)，過(guò)程控制 裝置163保持隔離閥163開(kāi)啟。
[0127] 在異常運(yùn)行中，即當(dāng)測(cè)定值大于預(yù)定閾值時(shí)，隔離閥163通過(guò)過(guò)程控制裝置163驅(qū) 動(dòng)到閉合位置，由此停止從第一溢出口 153取出溢出流。然后，澄清液通過(guò)第二溢出口 171和 介于第二溢出口 171與緩沖罐175之間的重引入管線173被自然地重引入至預(yù)處理步驟。
[0128] 由于第二溢出口 171的位置高于第一溢出口 151，因此不需要在重引入管線173上 設(shè)置閥門(mén)。這防止了可能在閥門(mén)上形成的對(duì)閥門(mén)的開(kāi)啟操作特別不利的任何結(jié)垢。就隔離 閥161而言，其僅在異常運(yùn)行中保持關(guān)閉。由于隔離閥161保持關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間通常有限，因 此沒(méi)有時(shí)間形成結(jié)垢，隔離閥161的開(kāi)啟也應(yīng)該不會(huì)被結(jié)垢的存在所妨礙。
[0129] 在圖4和圖5分別代表的兩種實(shí)施方案中，當(dāng)測(cè)定值大于預(yù)定閾值時(shí)，通過(guò)緩沖罐 175將澄清液重引入預(yù)處理步驟。重引入的澄清液可被稱(chēng)為不合格澄清液。在緩沖罐中的停 留時(shí)間為分離步驟進(jìn)行的操作提供更多時(shí)間，且更特別地為進(jìn)行所述分離步驟的預(yù)處理步 驟提供更多時(shí)間。在這兩種情況下，將澄清液從緩沖罐175的下半部分引入，以防止不合格 澄清液的冷卻，而不合格澄清液的冷卻會(huì)導(dǎo)致氧化鋁在所述緩沖罐中進(jìn)行不利的沉淀。在 這兩種情況下，可通過(guò)裝配有栗183的管線181和通過(guò)泄壓步驟的閃蒸罐103的底部將不合 格澄清液從緩沖罐175的底部重引入預(yù)處理步驟。
[0130] 在圖4的實(shí)施方案中，料流通過(guò)料流注射器185被注入緩沖罐，以穩(wěn)定液體并防止 氧化鋁在所述緩沖罐中沉淀。
[0131]在圖5的實(shí)施方案中，在緩沖罐中維持最小量的苛性鈉187,以穩(wěn)定液體并防止氧 化鋁在所述緩沖罐中沉淀。確定苛性鈉的最小量以使氧化鋁比苛性鈉的重量比降低到預(yù)定 值，例如0.60。
[0132] 現(xiàn)參考圖6,除拜耳法的背景外，現(xiàn)對(duì)可用于本發(fā)明方法或裝置的重力沉降器的上 述特征作更詳細(xì)的描述。實(shí)際上，所表示的重力沉降器可用于傾析或增稠任何類(lèi)型的礦物 料漿。這些重力沉降器通常被稱(chēng)為壓力沉降器、澄清器、分離器、增稠器或深度增稠器。
[0133] 重力沉降器201包括用于容納和傾析料漿體以形成下層增稠料漿和上層澄清液的 容器或罐203,所述罐包括側(cè)壁205、底部207和頂部209、在罐的底部用于增稠的料漿的出口 211、靠近罐的頂部用于澄清液層的第一溢出口 213以及靠近罐的頂部用于將新鮮的料漿引 入罐的還稱(chēng)為進(jìn)料孔的料漿進(jìn)口裝置215。重力沉降器包括具有旋轉(zhuǎn)齒耙217的形式的中央 攪拌器，旋轉(zhuǎn)齒耙217被電動(dòng)機(jī)219操縱，電動(dòng)機(jī)219通常具有垂直的軸，攪拌器圍繞該軸旋 轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)。所述耙由具有許多角度向上的沿徑向延伸的臂223的直立的中央垂直旋轉(zhuǎn) 軸221構(gòu)成，所述許多角度向上的沿徑向延伸的臂223形成與中央旋轉(zhuǎn)軸堅(jiān)固地連接的齒。
[0134] 通常通過(guò)加入絮凝劑預(yù)處理料漿，且所得的絮凝料漿在罐內(nèi)聚集至上表面231靠 近罐的頂部209。泥漿絮體(mud floes)沉降形成下層濃稠泥漿233和上層澄清液235。當(dāng)齒 耙217圍繞其中央垂直旋轉(zhuǎn)軸239旋轉(zhuǎn)時(shí)，其在絮凝固體(活性泥漿）中形成通道，使水溢出 至表面并因此促進(jìn)泥漿的稠化。將濃稠的泥漿從底流出口 211取出。第一溢出口 213被設(shè)計(jì) 為在正常運(yùn)行中運(yùn)作，即當(dāng)澄清液的澄清度符合目標(biāo)規(guī)格時(shí)運(yùn)作。隔離閥通常設(shè)在與第一 溢出口 213連接的管線上。在異常運(yùn)行中，即當(dāng)澄清液的澄清度超出目標(biāo)規(guī)格時(shí)，隔離閥被 驅(qū)動(dòng)到閉合位置。
[0135] 重力沉降罐201包括位置高于第一溢出口 213的第二溢出口 241。第二溢出口 241設(shè) 計(jì)為用于在澄清液的澄清度超出目標(biāo)規(guī)格時(shí)取出不合格的澄清液的溢出流。第二溢出口 241通常連接至該方法中使用重力沉降罐的上游部分，例如用于將絮凝劑加入至待處理的 新鮮料漿并將所述絮凝劑和所述新鮮料漿混合的預(yù)處理步驟。由于第二溢出口 241的位置 高于第一溢出口 213，因此不需要在與第二溢出口連接的管線中設(shè)置閥門(mén)，并且第二溢出口 可直接與該方法中回收不合格澄清液的上游部分連通。因此，由于沒(méi)有閥門(mén)，所以不存在污 垢對(duì)閥門(mén)操作、具體而言對(duì)閥門(mén)開(kāi)啟的有害影響。
[0136] 進(jìn)料孔215設(shè)有混合裝置，即安裝在同一軸253上的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)槳葉式攪拌器251。使 用兩個(gè)以上旋轉(zhuǎn)攪拌器是為了確保料漿進(jìn)口裝置的大部分內(nèi)體積被攪拌。進(jìn)料孔215具有 直立的筒壁255。旋轉(zhuǎn)攪拌器251以圓形區(qū)域操作，該圓形區(qū)域的直徑為直立的筒壁255的直 徑的0.4倍至0.8倍，例如0.6倍。該構(gòu)造使得料漿進(jìn)口裝置內(nèi)絮凝劑和固體材料之間的接觸 最優(yōu)化。
[0137] 進(jìn)料孔215具有料漿進(jìn)料管257,料漿進(jìn)料管257被布置為使料漿沿切線進(jìn)料至料 漿進(jìn)口裝置。這使得料漿旋繞(swirl around)進(jìn)料孔的內(nèi)側(cè)，并使絮凝料漿沿著料漿進(jìn)口 裝置的側(cè)壁的速度更緩慢地降低，從而限制對(duì)固體材料的聚集物的磨損。這還使罐體205中 的流動(dòng)最小化，并有助于在料漿進(jìn)入罐體前在進(jìn)料孔中混合料漿和絮凝劑。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌 器251分別布置在比料漿進(jìn)料管更低和更高的位置，以確保絮凝料漿進(jìn)料至進(jìn)料孔215的攪 拌區(qū)。
[0138] 進(jìn)料孔215具有將絮凝料漿引入重力沉降罐中的料漿開(kāi)口 261，所述料漿開(kāi)口布置 于所述進(jìn)料孔的底部。這確保了絮凝料漿的固體顆粒不會(huì)聚集在進(jìn)料孔的底部。
[0139] 料漿開(kāi)口 261相對(duì)于齒耙217的主軸221發(fā)生旁側(cè)位移。因此，進(jìn)料孔相對(duì)于中央垂 直軸和齒耙旋轉(zhuǎn)軸221發(fā)生旁側(cè)位移。換言之，進(jìn)料孔不位于緊鄰中央齒耙旋轉(zhuǎn)軸221的位 置。因此，獲得的優(yōu)勢(shì)是，減少了粗糙顆粒在底流出口 211的區(qū)域中齒耙217的底部附近聚集 的趨勢(shì)。進(jìn)料孔相對(duì)于重力沉降罐的這樣的構(gòu)造還防止了固體顆粒的聚集以及濃稠材料底 流的堵塞。另外，該偏離中心的進(jìn)料孔與所述偏離中心的進(jìn)料孔中的混合裝置的結(jié)合使用， 使分別在進(jìn)料孔和重力沉降容器中的不同的混合條件下的操作能夠進(jìn)行。例如，當(dāng)進(jìn)料孔 的混合裝置包括一個(gè)或更多個(gè)安裝在同一旋轉(zhuǎn)軸上的旋轉(zhuǎn)攪拌器時(shí)，偏離中心的進(jìn)料孔的 構(gòu)造使得能夠設(shè)置攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度，使其不同于重力沉降容器中的齒耙的速度。一般而 言，進(jìn)料孔攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度大于重力沉降容器內(nèi)齒耙的速度。
[0140] 由于取消了過(guò)濾步驟，本發(fā)明的方法和裝置提供了一種非常簡(jiǎn)化的分離步驟。在 正常操作中，在直接進(jìn)入沉淀步驟的澄清液中，不溶性殘余物的固體顆粒的濃度具有可可 靠地長(zhǎng)時(shí)間保持的高水平的純度，因此分離步驟后的氧化鋁的回收步驟可在極有限的干擾 下運(yùn)行。
[0141] 實(shí)施例1
[0142] 為測(cè)量和對(duì)比當(dāng)取消現(xiàn)有技術(shù)拜耳法的過(guò)濾步驟48從而用本發(fā)明的分離步驟70 替換現(xiàn)有技術(shù)拜耳法的分離步驟34、48時(shí)對(duì)氧化鋁質(zhì)量的影響，進(jìn)行了兩組試驗(yàn)。
[0143] 進(jìn)行第一組試驗(yàn)，重復(fù)現(xiàn)有技術(shù)拜耳法的操作條件。磨碎的鋁土礦和廢棄的鋁酸 鈉溶液均從工業(yè)的氧化鋁精煉廠取樣。
[0144] 在第一組試驗(yàn)的第一次循環(huán)中，將取樣的鋁土礦和溶液與石灰一起混合，加入的 石灰的重量等于〇. 1重量％的鋁土礦。然后，將所得的料漿在80 °C下在6小時(shí)內(nèi)轉(zhuǎn)移至攪拌 的泄壓容器中，以重復(fù)預(yù)脫硅步驟的條件。然后，將所得的預(yù)脫硅的料漿轉(zhuǎn)移至另一泄壓容 器，并在145°C下保持45分鐘。然后，將所得的消化的料漿冷卻，隨后置于恒溫浴中的具有絮 凝劑的量筒中，從而重復(fù)澄清步驟。然后，將從所述料漿回收的澄清液與鋁酸三鈣混合，之 后將其在真空過(guò)濾器中過(guò)濾以獲得濾液。將三水合氧化鋁的晶種加入濾液中，并將所得混 合物引入旋轉(zhuǎn)浴，保持20小時(shí)，其中將溫度控制在60°C以重復(fù)沉淀步驟。然后通過(guò)過(guò)濾回收 三水合氧化鋁，并將所得的廢棄的鋁酸鈉溶液隨后用于第二次循環(huán)中。
[0145] 在第一組試驗(yàn)接下來(lái)的三次循環(huán)中，執(zhí)行與第一次循環(huán)相同的試驗(yàn)操作，其中初 始步驟為將前次循環(huán)中回收的廢棄的鋁酸鈉溶液與另一磨碎的鋁土礦樣品和相同量的石 灰混合。
[0146] 在第二組試驗(yàn)中，除將消化的料漿進(jìn)行預(yù)處理并且取消過(guò)濾以外，重復(fù)以上操作。 消化的料漿的預(yù)處理通過(guò)將所述消化的料漿轉(zhuǎn)移至具有絮凝劑的攪拌容器中并通過(guò)將絮 凝劑和消化的料漿混合以獲得絮凝料漿而進(jìn)行。在將消化的料漿冷卻之后，并在將料漿置 于恒溫浴中的量筒之前，完成消化的料漿的預(yù)處理。
[0147] 對(duì)每個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)回收的三水合氧化鋁的樣品進(jìn)行雜質(zhì)分析，并將結(jié)果顯示在表 1中。此外，對(duì)在沉淀步驟前（即濾液）以及沉淀步驟后每個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)的廢棄的鋁酸鈉溶液 取樣以進(jìn)行總有機(jī)物含量的分析。這些結(jié)果顯示在表2中。
[0151] 表2-溶液中總有機(jī)物的含量(g/1)
[0152] 結(jié)果表明，當(dāng)將現(xiàn)有技術(shù)拜耳法的分離步驟34、38替換為新的分離步驟70時(shí)，在統(tǒng) 計(jì)學(xué)上對(duì)氧化鋁的質(zhì)量和有機(jī)物的含量沒(méi)有顯著的影響。但是，在石灰和其他原材料、設(shè)備 和人力上顯著節(jié)省了成本。
[0153] 實(shí)施例2
[0154]為測(cè)試分離步驟70的預(yù)處理裝置和重力沉降容器，在工業(yè)的精煉廠旁構(gòu)建一個(gè)分 離試驗(yàn)單元。該分離試驗(yàn)單元包括串聯(lián)連接的第一混合罐和第二混合罐，每個(gè)混合罐都具 有絮凝劑引入管線。第二混合罐的出口與重力沉降容器的偏離中心的攪拌的進(jìn)料孔連接。 將料漿流從精煉廠的泄壓步驟30取出并進(jìn)料至分離試驗(yàn)單元。
[0155] 在第一次試驗(yàn)中，將基于氧肟酸鹽的絮凝劑僅加入重力沉降容器的進(jìn)料孔中，進(jìn) 料孔中不進(jìn)行任何攪拌。加入進(jìn)料至分離試驗(yàn)單元的料漿中的絮凝劑的量為l〇〇g/t的固體 材料。從重力沉降容器取出溢出流，并測(cè)得所述溢出流的澄清度平均為43mg/l。
[0156] 在第二次試驗(yàn)中，將相同的絮凝劑以70g/t的固體材料的劑量加入第一混合罐中， 以42g/t的固體材料的劑量加入第二混合罐中，并以28g/t的固體材料的劑量加入重力沉降 容器的進(jìn)料孔中。使第一混合罐中的攪拌器旋轉(zhuǎn)以使所述攪拌器端頭的速度保持在1.9m/ h。使第二混合罐中的攪拌器旋轉(zhuǎn)以使所述攪拌器端頭的速度保持在0.9m/h。使進(jìn)料孔中的 攪拌器旋轉(zhuǎn)以使所述攪拌器端頭的速度保持在〇.3m/h。測(cè)得從重力沉降容器取出的溢出流 的澄清度為8mg/l。這樣低的澄清度將允許從重力沉降容器取出的溢出流直接進(jìn)料至沉淀 步驟，而不需要任何進(jìn)一步的過(guò)濾。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通過(guò)鋁土礦的消化制備三水合氧化鋁的方法，包括： (a) 消化步驟(26):用鋁酸鈉溶液消化所述鋁土礦，以獲得包括含有溶解的氧化鋁的富 含鋁酸鈉的溶液和由未溶解的鋁土礦的顆粒形成的不溶性殘余物的料漿(32); (b) 分離步驟(70):處理所述料漿，以將富含鋁酸鈉的溶液(50)與不溶性殘余物(36)分 離;和 (c) 沉淀步驟(52):處理所述富含鋁酸鈉的溶液以沉淀三水合氧化鋁， 特征在于，所述方法包括： bl)在預(yù)處理步驟(81)中預(yù)處理料漿，通過(guò)將絮凝劑（115、117、129)加入至所述料漿并 將絮凝劑和料漿混合以獲得絮凝料漿， b2)在重力沉降容器(125)中沉降（83)所述絮凝料漿，以制備澄清液和濃稠的不溶性殘 余物的料楽；， b3)在測(cè)量步驟(85)中，確定代表澄清液中固體顆粒的濃度的測(cè)定值， b4)將測(cè)定值與預(yù)定閾值比較(87)， b5)當(dāng)測(cè)定值小于所述預(yù)定閾值時(shí)，將所述澄清液直接進(jìn)料(91)至沉淀步驟(52)，以及 b6)當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，將所述澄清液重引入(97)至預(yù)處理步驟bl)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分離步驟(70)還包括： -當(dāng)測(cè)定值小于所述預(yù)定閾值時(shí)，將澄清液的溢出流從重力沉降容器（125;201)的第一 溢出口（151;213)取出（89)以直接進(jìn)料至沉淀步驟c)， -當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，停止(95)從第一溢出口（151;213)取出溢出流，以及 -當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，將不合格的澄清液的溢出流從所述重力沉降容器的 第二溢出口（171 ;241)取出（93)以重引入至預(yù)處理步驟bl)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過(guò)緩沖罐（175)將步驟b6) 中的澄清液重引入(97)至預(yù)處理步驟bl)(81)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，第二溢出口（171 ;241)的位置高于第一溢 出口（151 ;213)，不合格的溢出流通過(guò)與緩沖罐（175)開(kāi)放式連通的重引入管線（173)被重 引入至預(yù)處理步驟bl)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述澄清液在緩沖罐（175) 的下部引入。6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法包括向所述緩沖罐 (175)中注入料流(185)或在緩沖罐（175)中維持最小量的苛性鈉(187)，以穩(wěn)定液體并防止 氧化鋁的沉淀。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測(cè)量步驟b3)(85)通過(guò)取出澄 清液的次級(jí)流(159)并連續(xù)地測(cè)量所述澄清液的次級(jí)流的濁度而進(jìn)行。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，預(yù)處理步驟bl)包括： -料漿與至少部分的絮凝劑的初始混合步驟， -重力沉降容器的料漿進(jìn)口裝置（127;215)中料漿與絮凝劑的最后混合步驟，用于將所 得的絮凝料漿引入至所述重力沉降容器中，所述料漿進(jìn)口裝置包括混合裝置(131 ;251)，以 及 -選擇初始混合步驟的混合速率使其高于最后混合步驟的混合速率。9. 一種通過(guò)鋁土礦的消化制備三水合氧化鋁的裝置，所述裝置包括： -消化裝置:用于使用鋁酸鈉溶液消化所述鋁土礦以獲得料漿， -分離裝置:用于處理所述料漿以將富含鋁酸鈉的溶液與不溶性殘余物分離，以及 -沉淀裝置:與所述分離裝置連接，用于處理所述富含鋁酸鈉的溶液以沉淀三水合氧化 錯(cuò)， 所述分離裝置包括用于將絮凝劑（115、117、129)加入料漿并將所述料漿與所述絮凝劑 混合以獲得絮凝料漿的預(yù)處理裝置（111、113、127)，所述分離裝置還包括用于沉降所述絮 凝料漿和制備澄清液的重力沉降容器(125; 201 )，所述裝置的特征在于，其還包括： -測(cè)量裝置(157):用于確定代表澄清液中固體顆粒的濃度的測(cè)定值， -比較裝置(163):與測(cè)量裝置功能性連接，用于將測(cè)定值與預(yù)定閾值進(jìn)行比較， -重引入裝置:與比較裝置功能性連接，當(dāng)測(cè)定值小于所述預(yù)定閾值時(shí)，用于將澄清液 引入與重力沉降容器直接連接的沉淀裝置（153)的進(jìn)料管線（155)中，用于將所述澄清液直 接進(jìn)料至沉淀裝置;而當(dāng)測(cè)定值大于預(yù)定閾值時(shí)，用于將澄清液重引入預(yù)處理裝置中。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，重力沉降容器（125;201)包括與沉淀裝置 (153)的進(jìn)料管線（155)連接的第一溢出口（ 151; 213 )，當(dāng)測(cè)定值小于預(yù)定閾值時(shí)，用于取出 澄清液的溢出流;重引入裝置包括與預(yù)處理裝置連接的重力沉降容器的第二溢出口（171; 241 )，當(dāng)測(cè)定值大于所述預(yù)定閾值時(shí)，用于取出不合格的澄清液的溢出流。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，重引入裝置包括布置在第一溢出口 (151; 213)和所述沉淀裝置（153)之間的沉淀裝置（153)的進(jìn)料管線（155)上的隔離閥 (161)，當(dāng)測(cè)定值大于預(yù)定閾值時(shí)，將所述隔離閥驅(qū)動(dòng)到閉合的位置。12. 根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，第二溢出口（ 171; 241)的 位置高于第一溢出口（151;213)。13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，預(yù)處理裝置包括：與消化 裝置連接的初始混合裝置，用于加入絮凝劑并將所述絮凝劑與料漿混合;和安裝在重力沉 降容器（125; 201)上并與初始混合裝置連接的料漿進(jìn)口裝置（127; 257 )，用于將所得的絮凝 料漿引入重力沉降容器，所述料漿進(jìn)口裝置包括混合裝置（131 ;251)，在初始混合裝置中的 混合速率高于在料漿進(jìn)口裝置中的混合速率。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，料漿進(jìn)口裝置（127; 215)的混合裝置 (131; 251)包括至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器。15. 根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，重力沉降容器（125;201) 的料漿進(jìn)口裝置(127; 215)具有料漿開(kāi)口（ 135; 261 )，絮凝料漿通過(guò)該料漿開(kāi)口被引入重力 沉降容器，所述料漿開(kāi)口布置在所述料漿進(jìn)口裝置的底部。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，重力沉降容器具有圍繞基本上垂直的主 軸旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的齒耙(141 ;217)，料漿開(kāi)口相對(duì)于所述齒耙的主軸發(fā)生旁側(cè)位移。
【文檔編號(hào)】C22B3/04GK105829553SQ201480069871
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2014年11月28日
【發(fā)明人】M·雷德, G·裴洛坤, M·圣-勞倫特, P·拉辛
【申請(qǐng)人】力拓艾爾坎國(guó)際有限公司