CN101535183B - 改进拜耳法中浆料的传送 - Google Patents

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CN101535183B CN200780041242.3A CN200780041242A CN101535183B CN 101535183 B CN101535183 B CN 101535183B CN 200780041242 A CN200780041242 A CN 200780041242A CN 101535183 B CN101535183 B CN 101535183B
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Abstract

本发明涉及一种通过将一种或多种化学物类加至拜耳法中而改进拜耳法中浆料的传送的方法，其中所述化学物类选自由非离子型表面活性剂、聚二醇、聚二醇醚、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚合物及其组合组成的组。本发明还涉及一种通过将有效量的一种或多种化学物类加至拜耳法中以使拜耳法中的浆料除气的方法，其中所述化学物类选自由非离子型表面活性剂、聚二醇、聚二醇醚、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚合物及其组合组成的组。

Description

改进拜耳法中浆料的传送
发明领域
本公开内容涉及一种改进浆料从拜耳法中的一个位点(point)向另一位点的传送的方法。本发明进一步公开了一种使拜耳法中的浆料除气的方法。 
背景 
拜耳法是用于从矾土矿生产氧化铝(Al2O3)的最常见的工艺。氧化铝生产者坚持不懈地努力使拜耳法更加经济；生产者希望能够以最低的操作成本获得尽可能多的氧化铝。拜耳法的直接影响工艺经济的一个方面是浆料的生产和传送。具体地，含有矾土和赤泥的浆料的传送是存在问题的。 
当矾土和液体例如废液混合时，形成含有矾土的浆料。取决于矾土的硬度和粒度，研磨步骤(stage)对于形成可传送的浆料例如可泵送的浆料来说可能是必须的。球磨机、棒磨机、或者联合的棒磨机和球磨机可被用于湿法研磨矾土以便制得浆料。一旦这种浆料形成，然后它就需要被传送至拜耳法的其他步骤，其中之一为关键步骤，即消化步骤，所述消化步骤包括从含有矾土的浆料中提取氧化铝。 
赤泥浆料含有赤泥和拜耳法液。这一类型的浆料，例如，需要被从赤泥沉降器传送至赤泥洗涤器。 
不同装置，例如一个或多个泵，被用于将浆料从拜耳法中的一个位点传送至另一个位点。通过这些装置可能产生浆料生产量问题。具体地，通过泵和其他装置的传送速率可能比设计的慢。例如，在一套拜耳法设备中，发现某些泵只能传送它们设计流量的60％。 
重力在拜耳法中的一个位点的浆料向另一个位点的传送中也起了作 用。 
发明概述 
拜耳法中浆料传送的效率的改进可在本公开内容中找到。 
本公开内容提供了一种改进拜耳法中浆料传送的方法，其包括：(a)向所述拜耳法的浆料，或向被加至所述浆料的液体组分和/或被加至所述浆料的固体组分，或其组合中加入有效量的一种或多种化学物类(chemicalspecies)，其中所述化学物类选自由非离子型表面活性剂、聚二醇(polyglycol)、聚二醇醚(polyglycol ether)、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚合物及其组合组成的组；以及(b)任选地提供一种或多种装置，所述装置能将所述浆料从所述拜耳法中的一个位置传送至另一个位置。 
在本发明的方法中，所述浆料可通过将所述固体组分和所述液体组分混合而形成，并且任选地其中所述液体组分可以是废液或蒸发液或其组合，并且任选地在形成所述浆料之前可研磨所述固体组分和/或研磨所述浆料。 
在本发明的方法中，所述传送可以是从所述拜耳法的研磨步骤至所述拜耳法的消化步骤。 
在本发明的方法中，所述传送可以是从闪蒸罐至赤泥沉降器。 
在本发明的方法中，所述浆料可处于低于约110℃的高温下。 
在本发明的方法中，所述浆料可处于从约65℃至约100℃的高温下。 
在本发明的方法中，所述化学物类在环境温度和环境压力下可以是液体形式。 
在本发明的方法中，所述有效量可大于约5ppm。 
在本发明的方法中，所述有效量可从约5ppm至约50ppm。 
在本发明的方法中，所述非离子型表面活性剂可选自由烷氧基化醇、乙氧基化醇、丙氧基化醇、聚醚多元醇、丙氧基化甘油/蔗糖、环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物、乙氧基化烷基酚、乙氧基化辛基酚、乙氧基化壬基 酚、乙氧基化壬基酚/妥尔油脂肪酸、脂肪醇乙氧基化物、烷基酚乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物、脂肪酰胺乙氧基化物、脂肪胺乙氧基化物、烷基糖苷、山梨聚糖链烷酸酯、乙氧基化山梨聚糖链烷酸酯及其组合组成的组。 
在本发明的方法中，所述聚二醇可以是聚丙二醇。 
在本发明的方法中，所述聚二醇具有从约200至约1200的平均分子量。 
在本发明的方法中，所述阴离子型表面活性剂可选自由烷基硫酸盐、烷基醚羧酸盐、烷基苯磺酸盐、二烷基磺基丁二酸盐、烷基磷酸盐、烷基醚磷酸盐、妥尔油脂肪酸/乙氧基化壬基酚、二辛基磺基丁二酸盐及其组合组成的组。 
在本发明的方法中，所述阴离子型聚合物可以是含有丙烯酸的聚合物。 
在本发明的方法中，所述阴离子型聚合物可以是磺化的。 
在本发明的方法中，所述阴离子型聚合物可以是丙烯酸/甲基丙烯酸酯共聚物。 
在本发明的方法中，所述阴离子型聚合物可以是三元共聚物。 
在本发明的方法中，所述固体组分可含有矾土。 
在本发明的方法中，所述浆料的传送可以是从容纳所述浆料的贮器/罐至消化罐。 
本公开内容还提供了一种使拜耳法中的浆料除气的方法，其包括：向所述拜耳法的浆料，或向被加至所述浆料的液体组分和/或被加至所述浆料的固体组分，或其组合中加入有效量的一种或多种化学物类，其中所述化学物类选自由非离子型表面活性剂、聚二醇、聚二醇醚、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚合物及其组合组成的组。 
发明详述 
定义： 
“浆料”是指含有固体组分和液体组分的悬浮液，其中所述固体组分含有矾土或赤泥。 
“非离子型表面活性剂”意指没有任何剩余电荷的表面活性剂。 
“阴离子型表面活性剂”意指在将表面活性剂加至浆料之前或在将表面活性剂加至浆料时具有净负电荷的表面活性剂。 
“阴离子型聚合物”意指具有净负电荷的聚合物，其为水溶性聚合物并且在2N NaNO3中具有从约0.01dl/g至约0.25dl/g的特性粘度。本领域一般技术人员了解如何测量特性粘度；Selvarajan等人的第6,048,463号美国专利中描述了一个方案，其通过引用并入本文。 
“研磨步骤”是指通过某些机械方式，例如通过使用球磨机、棒磨机、或联合的棒磨机和球磨机将含有矾土的固体与液体(如废液)一起研磨而形成拜耳法浆料的拜耳法的步骤。所述研磨步骤是本领域一般技术人员所知的；它可被另外称为研磨工序。有许多对所述研磨步骤的变换并且那些变换也将被本公开内容所包含。 
“消化步骤”是从矾土浆料提取氧化铝的初级步骤。所述消化步骤是本领域一般技术人员所知的。有许多对所述消化步骤的变换并且那些变换也将被本公开内容所包含。 
“除气”或“使...除气”是指从浆料中释放夹带的空气。 
优选的实施方案： 
有许多不同类型的用于从矾土中提取氧化铝的拜耳法设备。本公开内容足以包括所有类型的拜耳法设备操作。 
在一个实施方案中，通过将所述固体组分和所述液体组分混合形成浆料，并且任选地其中所述液体组分是废液，并且任选地在形成所述浆料之前研磨所述固体组分和/或研磨所述浆料。 
在另一个实施方案中，所述固体组分含有矾土。 
在另一个实施方案中，所述研磨发生于球磨机和/或棒磨机中。 
拜耳法浆料在重力的帮助下和/或通过机械方式从一个位点移至另一 个位点，所述机械方式例如设置在这些浆料流过的不同位点的一个或多个泵。也可使用为本领域一般技术人员所知的能传送浆料的其他装置。 
浆料中的夹带的空气将不利地影响浆料流动、泵流量和用于将浆料传送通过拜耳法例如通过研磨步骤的能量，和从消化步骤向赤泥沉降器(例如从消化步骤中最后的闪蒸罐向赤泥沉降器)的流动。 
在一个实施方案中，浆料的传送是从容纳所述浆料的贮器/罐至消化罐。 
在另一个实施方案中，浆料的传送是从所述拜耳法的研磨步骤至所述 拜耳法的消化步骤。在另一个实施方案中，泵通过管道将所述浆料从拜耳法的研磨步骤传送至拜耳法的消化步骤。 
在另一个实施方案中，浆料的传送是从闪蒸罐至赤泥沉降器。 
许多不同类型的化学物类可被用于改进拜耳法中浆料的传送和/或使所述浆料除气。一般来说，所述化学物类包括非离子型表面活性剂、聚二醇、聚二醇醚、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚合物及其组合。这些化学物类可以被单独或互相混合加入。也可加入超过一种的化学物类。 
非离子型表面活性剂可被用于改进拜耳法中浆料的传送。有本领域一般技术人员所知的许多不同类型的非离子型表面活性剂。 
在一个实施方案中，所述非离子型表面活性剂选自由烷氧基化醇、乙氧基化醇、丙氧基化醇、聚醚多元醇、丙氧基化甘油/蔗糖、环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物、乙氧基化烷基酚、乙氧基化辛基酚、乙氧基化壬基酚、乙氧基化壬基酚/妥尔油脂肪酸、脂肪醇乙氧基化物、烷基酚乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物、脂肪酰胺乙氧基化物、脂肪胺乙氧基化物、烷基糖苷、山梨聚糖链烷酸酯(sorbitan alkanoate)、乙氧基化山梨聚糖链烷酸酯及其组合组成的组。 
乙氧基化醇包括Tergitol 15-S-15、Tergitol 
Figure G2007800412423D00042
15-S-12和Tergitol 
Figure G2007800412423D00043
15-S-9，其都可从The Dow Chemical Company，Midland，Michigan获得。 
聚醚多元醇包括Voranol-446，其可从The Dow Chemical Company获得。Voranol 446含有丙氧基化甘油和蔗糖。 
环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物包括PLURONIC 
Figure G2007800412423D00044
和PLURONIC 
Figure G2007800412423D00045
R，其可从BASF Corporation获得。 
乙氧基化壬基酚可从Nalco Company，Naperville，IL获得。 
聚二醇可被用于改进拜耳法中浆料的传送。有本领域一般技术人员所知的许多不同类型的聚二醇。聚二醇包括DOWFROTH 
Figure G2007800412423D00046
250，其可从TheDow Chemical Company获得。DOWFROTH 250含有聚二醇和聚二醇醚的混合物。 
在一个实施方案中，聚二醇是聚丙二醇。聚丙二醇可从NalcoCompany，Naperville，IL获得。 
在另一个实施方案中，聚二醇具有从约200至约1200的平均分子量。 
在另一个实施方案中，聚二醇具有从约400至约800的平均分子量。 
阴离子型表面活性剂可被用于改进拜耳法中浆料的传送。有本领域一般技术人员所知的许多不同类型的阴离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂可从Nalco Company，Naperville，IL获得。 
在一个实施方案中，所述阴离子型表面活性剂选自由烷基硫酸盐、烷基醚羧酸盐、烷基苯磺酸盐、二烷基磺基丁二酸盐(dialkyl sulfosuccinate)、烷基磷酸盐、烷基醚磷酸盐、妥尔油脂肪酸/乙氧基化壬基酚、二辛基磺基丁二酸盐(dioctyl sulfosuccinate)及其组合组成的组。 
阴离子型聚合物可被用于改进拜耳法中浆料的传送。有本领域一般技术人员所知的许多不同类型的阴离子型聚合物。阴离子型聚合物可从Nalco Company，Naperville，IL获得。 
在一个实施方案中，所述阴离子型聚合物是含有丙烯酸的聚合物。 
在另一个实施方案中，所述阴离子型聚合物是磺化的。 
在另一个实施方案中，所述阴离子型聚合物是丙烯酸/甲基丙烯酸酯共聚物。 
在另一个实施方案中，所述阴离子型聚合物是三元共聚物。 
所述化学物类可经由不同的路径被加至浆料中。所述化学物类可被加至：所述浆料的固体组分，其可能含有矾土；所述浆料的液体组分，其可能含有废液、蒸发液或其组合；并且它可被加至所述浆料本身中。所述化学物类可在一个或多个这些步骤加入。优选地，所述化学物类可以溶液形式被加至所述浆料中。此外，所述溶液处于环境温度和环境压力下是有益的。 
所述浆料可具有不同的物理和化学特性。 
在一个实施方案中，所述浆料是碱性浆料。 
在另一个实施方案中，所述浆料处于低于约110℃的高温下。 
在另一个实施方案中，所述浆料处于从约65℃至约100℃的高温下。 
在另一个实施方案中，所述溶液在环境温度和环境压力下被加至浆料中。 
在另一个实施方案中，所述化学物类在环境温度和环境压力下是液体形式。 
在拜耳法中可加入不同量的化学物类以改进浆料的传送。本领域一般技术人员无需过多实验便可确定所述量。诸如化学物类、浆料组分、浆料的粘度的因素在确定应被加入以使浆料传送的改进可以发生的化学物类的量中是重要的。这一应用中表示的浓度是以化学物类或当应用多于一种的物类时混合产品的纯溶液为基准的。 
优选地，化学物类的有效量是约15ppm。 
在一个实施方案中，化学物类的有效量大于约5ppm。 
在另一个实施方案中，化学物类的有效量为从约5ppm至约50ppm。 
在另一个实施方案中，化学物类的有效量为从约5ppm至约15ppm。 
以下的实施例不意为限制性的。 
实施例： 
实施例1： 
一系列的五套设备试验在拜耳法加工厂的研磨步骤中进行。所有试验在长度上通常为2小时至4小时。如下文的表I中所列出的，将可从NalcoCompany获得的化合物“A”(60％聚醚多元醇、10％丙二醇链，部分甲基封端的，30％水)以15-30ppm的量纯地投配至矾土浆料(进料至球磨机)中或投配至废液(进料至棒磨机)中。 
表I 
  试验   化合物A的应用
  1   #1&2球磨机-加入旋风分离器的底流中
  2   球磨机-#1加入旋风分离器的底流中和#2  在旋风分离器之前加入浆料供料中
  3   供料至所有棒磨机的废液中
  4   #1球磨机-在旋风分离器之前加入供料中
  5   #1球磨机-在旋风分离器之前加入供料中
在所有设备试验中，从设备自动控制系统获得以下参数的数据：浆料流速、泵速(表示为最大输出功率的％)以及用于传送浆料的每个排出泵的泵安培数(amps)。通过中央计算机系统在给定的测试日的每分钟持续记录仪表输出。此外，基于矾土和浆料流量测量结果计算碾磨(或研磨)速率。在试验期间之前、之中和之后计算每个参数的平均结果以及在试验期间使用的化合物A的每一个剂量水平的平均结果。所有试验的结果在下文的表II至表V系列中给出。有时，某些传送泵的能源利用(千瓦)从靠近所述泵的遥感数字显示装置记录。 
研磨机排出浆料中夹带的气体的量还在任何试验开始前至少被估算三次并且之后在试验中一般每10-15分钟估算一次。这包括在研磨机出料处用量筒收集浆料的样品。立即，记录浆料的初始体积，之后用搅拌器将所述浆料搅动20次并接着使其静置(stand)15分钟。这一沉降期之后，记录最后的浆料体积。用相对于初始体积的体积变化来计算夹带的气体的量(表示为％体积/体积)。每次剂量改变后，在20min后测定夹带的气体的量。每次试验完成后一小时，夹带的气体的量被复验以确定它是否回复到试验前的相同水平。 
表II概述了在化合物A的两个初始设备筛选试验期间矾土浆料流速、平均泵速和来自球磨机的出料中夹带的气体的量。 
化合物A的剂量从试验期间不同时间的材料的计量流速和矾土浆料流速来计算。明显地，化合物A的加入对减少球磨机出料处的浆料中夹带的气体的量有显著的影响，并且作为结果，在给定的流速下泵速显著下降。 例如，10-30ppm的化合物A，将所夹带的气体从19v/v％减小到大约11.5-13％，并且泵速从38-51％的范围减小到14-17％。试验2清楚地证明了最佳的浆料除气发生在将化合物A于旋风分离器之前加至矾土浆料(而非加至旋风分离器底流)时。例如，在球磨机#2上的旋风分离器之前将化合物A用于浆料产生了夹带的气体＞70％的减少，而通过将化合物A投配至球磨机#1之前的旋风分离器的底流中观察到夹带的气体只有40％的减少。最重要地，用化合物A对矾土浆料的处理，大大降低了研磨机出料泵速，并且在保持所述泵速低于50％输出功率的同时，使得流速从970gpm范围上升至1274gpm。 
表II 
试验1和2 
Figure G2007800412423D00082
表III展示了来自试验3的结果，试验3包括将化合物A应用于进料于棒磨机的废液。在这一试验之中，在棒磨机的出料处还有球磨机出料处的下游检测夹带的气体的量。结果显示出夹带的气体的显著减少以及棒磨机和球磨机的泵性能的改进，并表明了整个工序上的一定程度的持续性。然而，对于最佳性能和浆料传送来说，可能需要化合物A于球磨机之前的额外应用。 
表III 
试验3 
    研磨机  #   浆料  流量   ％夹带的气体   泵速   泵安培数
        B/D/A/REG   B/D/A/REG   B/D/A/REG
  棒磨机   1   2  3  4  5     14.4/9.0/15.5/39％   8.9/6.4/10.8/35％  14.9/7.3/16.4/54％  9.6/4.8/9.8/51％  20.0   56/53/NA/5％   NA/NA/NA/NA  60/56/NA/7％  54/48/NA/11％  62/48/NA/23％   69/69/NA/0％   NA/NA/NA/NA  55/52/NA/5％  73/69/NA/5％  45/39/NA/13％
  球磨机   1   2  3   1180   1125  780   13.4/14.6/15.5/-1％   14.7/10.7/16.4/31％  未测量的   53/40/48/25％   64/28/59/56％  56/51/57/9％   51/44/49/14％   80/60/77/25％  49，58/46，60/49，54/0-6％
“B”意指试验之前；“D”意指试验之中；“A”意指试验之后；“REG”意指夹带的气体的减少；和“NA”意指不适用。 
表IV和表V分别展示了来自试验4和5的结果。在这两个试验中，化合物A在球磨机#1上的旋风分离器之前被用于矾土浆料。表IV中的结果再一次显示，加至浆料的15ppm剂量的化合物A使得浆料中夹带的气体的量减少50-60％。作为结果，全部所需的浆料流量可通过一个泵来传送，而不需使用两个传送泵。 
表IV 
试验4 
表V中的结果再一次显示，将15-30ppm之间的化合物A投配至浆料 产生了所述浆料中夹带的气体的量的50-60％的减少。浆料流量和碾磨(研磨)速率(吨矾土/hr)被从1450gpm和475t/hr的正常操作范围分别大大增加至2100gpm和625t/hr。这一结果在保持正常泵速的同时获得，并且同时两个球磨机排出泵的能耗显著降低。 
表V 
试验5 
“n.d.”意指未测定。 
实施例2： 
测量作为加至浆料中的化学物类、剂量和与特定浆料样品的接触时间的函数的相对除气速率。在球磨机之后收集试验浆料。试验包括以下步骤。首先从球磨机的出料中将浆料样品收集至1升有刻度的塑料量筒中。之后将化学物类的溶液以具体的剂量加至浆料的顶部并用穿孔的搅拌器将其与浆料混合。之后测量作为持续混合和随时间的函数的浆料体积的改变。这一数据之后被用于计算化学物类的每一个剂量的相对除气速率。将所述除气速率与未处理样品(对照)的除气速率比较。 
表VI 
Figure G2007800412423D00111

Claims (19)

1.一种改进拜耳法中含有矾土的浆料传送的方法，所述方法包括：
a.向拜耳法中的所述含有矾土的浆料，或向被加至所述含有矾土的浆料的液体组分和/或被加至所述含有矾土的浆料的固体组分，或其组合中加入有效量的一种或多种化学物类，其中所述化学物类选自由非离子型表面活性剂、聚二醇、聚二醇醚、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚合物及其组合组成的组；
b.提供一种或多种装置，所述装置能将所述含有矾土的浆料从所述拜耳法中的研磨步骤传送至所述拜耳法中的消化步骤；以及
c.将所述含有矾土的浆料从所述拜耳法中的研磨步骤传送至所述拜耳法中的消化步骤，所述传送通过能传送的所述一种或多种装置进行。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述浆料通过将所述固体组分和所述液体组分混合而形成。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述浆料处于低于110℃的高温下。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述浆料处于从65℃至100℃的高温下。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述化学物类在环境温度和环境压力下是液体形式。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述有效量大于5ppm。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述有效量为从5ppm至50ppm。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述非离子型表面活性剂选自由烷氧基化醇、乙氧基化醇、丙氧基化醇、聚醚多元醇、丙氧基化甘油/蔗糖、环氧乙烷/环氧丙烷嵌段共聚物、乙氧基化烷基酚、乙氧基化辛基酚、乙氧基化壬基酚、乙氧基化壬基酚/妥尔油脂肪酸、脂肪醇乙氧基化物、烷基酚乙氧基化物、脂肪酸乙氧基化物、脂肪酰胺乙氧基化物、脂肪胺乙氧基化物、烷基糖苷、山梨聚糖链烷酸酯、乙氧基化山梨聚糖链烷酸酯及其组合组成的组。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述聚二醇是聚丙二醇。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述聚二醇具有从200至1200的平均分子量。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述阴离子型表面活性剂选自由烷基硫酸盐、烷基醚羧酸盐、烷基苯磺酸盐、二烷基磺基丁二酸盐、烷基磷酸盐、烷基醚磷酸盐、二辛基磺基丁二酸盐及其组合组成的组。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述阴离子型聚合物是含有丙烯酸的聚合物。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述阴离子型聚合物是磺化的。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述阴离子型聚合物是丙烯酸/甲基丙烯酸酯共聚物。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述阴离子型聚合物是三元共聚物。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述浆料传送是从容纳所述浆料的贮器至消化罐。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述液体组分是废液或蒸发液或其组合。
18.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括在形成所述浆料之前研磨所述固体组分和/或研磨所述浆料的步骤。
19.一种使拜耳法中含有矾土的浆料除气的方法，所述方法包括：向所述拜耳法的含有矾土的浆料，或向被加至所述含有矾土的浆料的液体组分和/或被加至所述含有矾土的浆料的固体组分，或其组合中加入有效量的一种或多种化学物类，其中所述化学物类选自由非离子型表面活性剂、聚二醇、聚二醇醚、阴离子型表面活性剂、阴离子型聚合物及其组合组成的组；其中所述一种或多种化学物类在消化之前被加至所述含有矾土的浆料；以及将带有添加了有效量的一种或多种化学物类的含有矾土的浆料传送至所述消化。
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