CN102119124B - 对制备三水氧化铝的拜耳法的改进,该方法包括在分解前高温过滤过饱和液体的步骤 - Google Patents

Abstract

按照拜耳法的一般步骤通过碱性侵蚀铝土矿制备三水氧化铝的方法，在该方法中，在沉降后和分解前，将所述铝酸盐液体进行被称为安全过滤的过滤，以使得在所述过滤结束时，其包含少于10mg/l的不溶性颗粒，其特征在于，在所述安全过滤过程中，使用的过滤设备包括这样一个区域，其中在使所述液体通过所述过滤介质后，在所述区域中将其置于大于2巴、优选大于3巴的压力下。优选地，该设备还包括这样一个区域，在所述区域中将所述液体置于大于5巴、优选大于6巴、通常接近7巴的压力下，然后使其通过所述过滤介质。以此方式，在安全过滤过程中可将所述铝酸盐液体保持在通常高于130℃、优选高于140℃的高温下，并得到通常大于1.25的高过饱和率Rp而没有退减风险。

Description

对制备三水氧化铝的拜耳法的改进,该方法包括在分解前高温过滤过饱和液体的步骤

本发明涉及一种根据拜耳法碱性侵蚀铝土矿制备三水氧化铝的方法，包括粉碎，接着通过使所述粉碎的铝土矿与铝酸钠液体接触对其进行侵蚀，所述侵蚀形成一种悬液，处理所述悬液以从铝酸钠液体中分离出不溶性残余物，然后将以此方式得到的铝酸盐液体分解，并在与分解过程中沉淀的三水氧化铝分离后作为侵蚀液再循环。本发明更具体地涉及一种能够在所述液体分解过程中提高其产量的方法。 

拜耳法已广泛地描述于专业文献中，其为用于制备有待火法电解(életrolyse ignée)转化为铝的氧化铝的基本技术。根据该方法，用适当浓度的铝酸钠液体(侵蚀液)热侵蚀铝土矿矿石，使氧化铝溶于所述铝酸盐液体中，得到由未在侵蚀过程中溶解的矿石颗粒(未侵蚀残余物或“红泥”)在所述铝酸钠液体中构成的悬液。 

一般而言，稀释所述悬液并通过沉淀(décantation)从铝酸盐液体中分离所述泥。一旦分离出这种泥后，将所述液体冷却至这样的温度，即所述液体在该温度下处于高度不平衡的过饱和状态。在此阶段，其被称为“过饱和液体”。然后添加三水氧化铝颗粒晶种(ensemencer)以使所述过饱和液体“分解”，即使氧化铝以三水氧化铝形式沉淀。最后，通过蒸发浓缩以及通过可能的添加氢氧化钠后，将铝酸钠液体(由于沉淀耗尽氧化铝，被称为“分解的液体”)再循环至所述铝土矿侵蚀步骤。 

众所周知处理条件必须适合铝土矿中包含的氧化铝的水合度和晶体结构，还要适合其包含的杂质的性质和含量。包含一水合物态氧化铝的铝土矿(软水铝石、硬水铝石)比包含三水合物态氧化铝的铝土矿更难侵蚀，并根据拜耳法在高于200℃、一般在220至300℃范围内的温度下处理。在低于200℃、一般在100至170℃范围内的温度下处理包含三水合物态氧化铝的铝土矿(三水铝石、三水铝矿)。无论铝土矿是一水合物或三水合物，均在一般高于大气压力的压力下 进行侵蚀，由粉碎的矿石和铝酸盐液体的混合物形成的悬液通过例如一连串高压釜或管式换热器。在下文中常提及的压力以实际中的通用单位——即大气压或巴——表示，其各自相当于100,000帕斯卡或100,000牛顿/平方米。另外表示为绝对值：例如，2巴的压力比大气压多约1巴的压力，大气压本身接近1巴。 

影响铝土矿侵蚀产率的主要因素是温度和氢氧化钠或游离“苛性钠”——即可能溶解氧化铝——的浓度。苛性钠常表示为碱性基团Na2O，且苛性钠的浓度以每升中Na2O的克数(g Na2O/l)给出。另外，液体的饱和态或稳定性以如下重量比表征： 

重量比Rp表征所述拜耳循环的液体中溶解氧化铝的饱和态，借助其可确定所述液体分解时的产量。这通过在过饱和液体分解后以三水氧化铝形式复原的氧化铝的量定义——相对于给定体积的过饱和液体——。以每立方米铝酸盐液体中氧化铝千克数(kg Al₂O₃/m³)表示的产量通过分解前和分解后的Rp变化乘以所述过饱和液体的苛性钠浓度得到。 

无论铝土矿是一水合物还是三水合物，分解产量均随着侵蚀后所达到的Rp比例升高而升高。但为促进液/固分离而对悬液进行的稀释和冷却，以及所述液体在用于将其与不溶性残余物分离的设备(一般为沉淀器(décanteur))中的停留时间，会导致退减(rétrogradation)风险随着Rp升高而升高的状况。退减是一种需要避免的现象，因为它会导致三水氧化铝提前沉淀，其不会在分解链中被收集，而是与不溶性残余物混合并与其一起排出。因此退减风险驱使人们限制Rp值，以使得可进行不溶性残余物与过饱和铝酸盐液体间分离的速度极大地影响了该方法的产率和产量。 

在氧化铝工业的早期，不溶性残余物的分离是通过在压滤器上过滤进行。除了特殊情况，现在几乎不使用这种技术，取而代之的是在连续沉淀器中进行的沉降。通过沉淀分离不溶性残余物使得能够以低操作成本连续处理大量物流。一般而言，使达到大气压力的悬液稀释和冷却之后进行沉淀。但本申请人设计了一种如美国专利US5407 561中描述的设备，其能够在较高温度下沉淀在压力下注入的悬液。借助这种设备降低沉淀时间，这可以减小退减风险，或在相同风险下提高侵蚀后的目标Rp，从而提高分解过程中所述液体的产量。 

在沉淀后并且在到达分解链前，所述过饱和液体通常仍包含100至300mg/l干物质，一般对其进行被称为安全过滤(filtration de sécurité)的过滤。为此，一般使用凯利型过滤器(filtre de type Kelly)。所述过滤器描述于专利GB179355中，是如下设计的过滤器：其安装至罐，在所述罐内有可移动的金属框架支撑着过滤器表面。基本过滤原理是使液体穿过过滤介质，其孔允许液体通过，但留下颗粒。如在所述原始专利中所述，简单利用重力使所述悬液通过过滤介质。但是不仅由于过滤介质本身、还有颗粒累积于其上而形成的层(层通常被称为“饼”)对液流产生阻力，导致有必要对悬液加压，例如使用泵加压，所述泵消耗的能量随所需压力的升高而增大。当然，当所述饼达到一定厚度时需要周期性地将其移除，以使阻力具有可接受的平均值。 

使用早期型号的凯利过滤器时，通过打开罐并且定期地拆除所述框架来移除所述饼。已对其做出了改进，例如，通过竖直放置所述框架以及使用可剥落所述饼、然后所述饼在其自身重量下降落至所述过滤罐的底部并从此将其移除的装置。所述装置可以是机械装置，例如用于摇动所述过滤器表面的盖压装置(moyen imprimant)，或者一个或多个在多个位置冲击所述饼或吹扫其表面的液体喷射器。但优选使用液体逆流，其在压力下或简单地通过重力将部分已过滤的液体(称为“滤液”)送返通过所述过滤介质。如欧洲专利EP0226478所述的设备目前已常用于进行所述安全过滤。 

滤饼一般不仅包含来自铝土矿的不溶性残余物颗粒，还包含诸如铝酸盐液体与石灰或六水铝酸三钙反应所形成的铝酸三钙或水榴石等不溶性产物，六水铝酸三钙一般用作在安全过滤器上游注入的过滤添加剂。如法国专利FR286078中指出，在拜耳链中移除或重新利用所述饼以减小换热器中的堵塞。 

尽管已有对拜耳法做出的全部改进，但本申请人始终致力于开发一种通过碱性侵蚀铝土矿制备三水氧化铝的拜耳方法，所述方法效率 越来越高，并且特别是以最小可能的退减风险得到最大可能的分解产量。 

本发明的第一个主题是一种通过碱性侵蚀铝土矿制备三水氧化铝的拜耳法，其中用适当浓度的铝酸钠液体(侵蚀液)热侵蚀铝土矿矿石，使氧化铝溶于所述铝酸钠液体中，并且得到一种包含所述富含溶解的氧化铝的液体和未在侵蚀过程中溶解的矿石颗粒(未侵蚀残余物或“红泥”)的悬液，然后从所述铝酸钠液体中分离红泥——通常通过沉淀——，使所述铝酸盐液体处于高度不平衡的过饱和状态(过饱和液体)——通常通过冷却和稀释——，该方法中在被称为安全过滤的过滤步骤后任选地包括添加一种或多种过滤添加剂，在此过程中铝酸盐液体中的不可溶颗粒浓度降至低于10mg/l的值，向所述过饱和液体中加入三水氧化铝颗粒以引起分解，即以三水氧化铝形式沉淀氧化铝，并且在分解后，在浓缩后——通常通过蒸发和可能地添加氢氧化钠——将由于沉淀耗尽氧化铝的铝酸钠液体(“分解的液体”)循环至铝土矿侵蚀步骤，所述方法的特征在于，在所述安全过滤步骤中，使用的过滤设备包括这样一个区域，即其中在使所述液体通过所述过滤介质后，将其置于大于2巴、优选大于3巴的压力下。优选地，为有助于使所述液体通过所述过滤介质，向所述过滤介质上游施用更高压力。在该优选的变化方案中，所述过滤设备还包括这样一个区域，即在所述区域中将所述液体置于大于5巴、优选大于6巴、通常接近7巴的压力下，然后使其通过所述过滤介质。 

如本发明方法中指出，在所述安全过滤器下游使所述液体维持在压力下时，可使所述液体的温度最高达到比现有技术中一般使用的温度(接近100℃)更高的温度。此处，根据使用的压力，可达到高于120℃、优选高于130℃、更优选高于140℃的温度。凭借该温度和压力，所述铝酸盐液体相关的平衡Rp比现有技术中更高，使得所述液体的饱和率接近于在所述安全过滤设备中相同停留时间下使所述液体具有明显更低退减风险的饱和率。 

在将退减风险维持在与目前可接受水平相当的水平时，可达到比 现有技术中过饱和率更高的过饱和率。优选使用合适的过滤添加剂，所述过滤添加剂通过有助于缩短所述液体在过滤设备中的停留时间，可达到甚至更高的饱和率。有利地，所述用于安全过滤的过滤添加剂选自诸如石灰、铝酸三钙或硅灰石(wallastonite)的材料。铝酸三钙的组包含： 

○某些水榴石，其为具有通式X₃Y₂(SiO₄)_3-x(OH)_4x的羟基化硅酸盐，其中X＝Ca且Y＝Al；在拜耳法中，通常用以下通式代表这些水榴石： 

3XO,Y₂O₃,(6-2k)H₂O,k SiO₂

其中X＝Ca，Y＝Al，且其中k在0和3之间；符合k＝0的水榴石为六水铝酸三钙。 

○衍生自上述族系的被取代的水榴石，例如用另一种金属部分取代钙(最高达10％原子)或铝(最高达20％原子)；钙可被铁(亚铁离子)、锰或镁代替；铝可被铬或铁(铁离子)代替。 

本申请人注意到可使铝酸盐液体的过饱和率Rp最高达大于1.25的值，而没有使所述过滤设备中有害的沉淀风险变得过高而难以接受。当将温度维持在140℃以上、通常为140℃-145℃的值时，可将饱和指数Rp升高至接近1.35或更高的值。以此方式，凭借恒定的苛性碱浓度，本发明方法可得到大幅提高约10至30％的分解产量。作为一种指标，设计用于侵蚀富含以三水合物形式存在的氧化铝的铝土矿的一种铝酸钠液体的苛性碱浓度通常接近120g–170g Na₂O/l。 

另一方面，另一种优势来源自以下事实：即在所述安全过滤下游将所述液体保持在压力下：如我们所见，可以在高于120℃、优选高于130℃、更优选高于140℃的温度下过滤液体，这可得到比现有技术中粘度小得多的液体。该较低的粘度能够显著提高过滤速率，并且减小对单位面积过滤介质的流动的阻力。因此，对于相等水平的表现，可减小过滤器表面，或甚至减小在安全过滤处的过滤设备的数量。 

实践中，由于三水铝矿的最佳溶解温度接近155℃，将温度升高至明显高于160℃的值几乎没有太大意义，因为这需要在过滤前施用高于约9巴的压力。以此方式，对于设计用于处理主要包含三水合物形式的氧化铝的铝土矿的拜耳线路而言，本发明使用的设备包含这样 的两个区域，在一个区域中将所述液体置于5至9巴、优选6至8巴、通常接近7巴的压力下，然后使其通过所述过滤介质；在另一个区域中，在使所述液体通过所述过滤介质后，将其置于2至6巴、优选3至5巴的压力下。 

但对于富含以一水合物形式存在的氧化铝的铝土矿（软水铝石、硬水铝石），可超出以上指出的压力和温度上限。 

但对温度有另一种实际限制是所述过滤介质材料的性质，使用条件对其的特别要求是：在使用温度下，所述材料不仅必须具有良好的机械特性，还必须能够耐受腐蚀性碱介质。此外，极细的固体颗粒快速封住所述过滤介质的孔，使其不能有效清洁。本申请人注意到优选地用选自以下的介质代替现有技术的安全过滤中常规使用的过滤介质（通常是非纺织的、穿孔的聚丙烯纺织物）：聚酰胺（PA）、特别是芳香族聚酰胺（芳族聚酰胺），聚偏二氟乙烯（PVDF），聚四氟乙烯（PTFE），以及优选聚亚苯硫醚（PS）。有利地，所述介质的形式为由一种所述材料制成的非纺织且穿孔的织物，其极适于浸入高温下具有高苛性碱浓度的碱性介质中。 

为在安全过滤过程中将铝酸钠液体维持在所述压力下，有利地使用至少一个这样的设备，所述设备包含一个罐、一种过滤介质和由所述过滤介质分开的至少两个区域，将所述液体引入第一个区域，然后过滤，并在过滤后，使其进入第二个区域。所述设备还包括设计用于在第一个区域中从过滤介质上剥落滤饼的装臵，同时使铝酸钠液体仍保持在大于2巴的压力下。 

在之前的实践中，所述安全过滤包括一般并联工作的几个过滤器，使得可从该线路中容易地取出其中之一以去除滤饼和清洁过滤介质（拆除（））。拆除在大气压力下进行。在本发明中，在拆除过程中从拜耳法线路中分离所述过滤设备是不够的，因为拆除必须在至少大于2巴、优选至少大于3巴的压力下进行，以避免在过滤介质上产生不想要的三水氧化铝沉淀。这种沉淀将快速地使与所述液体接触的过滤设备部件——即过滤器框架、液体入口和出口管、内部构件、当然还有过滤介质本身——不适于之后的任何使用。 

可以考虑几种用于从过滤介质中剥落滤饼的方式，但全部必须能 够在维持在压力下的过滤设备中剥落。可考虑以下方式： 

a)平行于所述过滤介质表面的刮板移动，通过平移或旋转，其可根据滤饼达到的厚度和所导致的流动阻力而不连续地工作，或者如EP0382202中建议的，与例如置入过滤设备本身内部的连续抽吸系统结合连续地工作； 

b)一种包括几个位于液体入口和出口管上的阀的系统，其允许所述过滤设备与拜耳线路分离并且与置于大气压力下的外侧分离，然后使分离的线路中获取的铝酸盐液体循环以清洁所述过滤介质。为此，可使用以下方式： 

b1)二级泵，其在分离所述过滤设备后启动以输送所述液体逆流通过所述过滤介质，或以剧烈射流形式将其喷射在滤饼表面；或 

b2)置于所述过滤设备之上的滤液储存设备：当分离过滤设备并停止进料泵时，该储存设备中储存的液体通过重力向下流回过滤介质并逆流通过过滤介质，剥落和带走滤饼残余物。类似于EP0226478中描述的装置可用于实施该方法，差别在于用于所述滤饼残余物的移除罐一定不能在大气压力下。 

可有多种设计用于从过滤介质中移除剥落的滤饼碎片的装置。但无论将滤饼碎片(其形式为比较均匀的泥)从过滤介质上连续剥落还是不连续剥落，均通过夹带在移除管中将其从过滤设备中取出，然后将其移除并置于大气压力之下，所述移除管的一端连接至所述第一个区域，而另一端连接至除泥设备。有利地，所述移除管带有阀，使其能够将过滤设备与用于移除来自滤饼的泥的设备分离。 

根据所考虑的拜耳线路中存在的设备，用于移除来自滤饼的泥的设备可采用几种形式。例如，如果在所述安全过滤上游安装一个US5407561中描述的类型的加压沉淀器，那么看起来有利的是将用于移除滤饼碎片的管连接至向加压沉淀器供应悬液的管路，或优选地连接至位于所述加压沉淀器底流的红泥去除系统。但是，特别是当拜耳链包含大气压力下的常规沉淀器时，还可将所述用于移除来自滤饼的泥的管连接至一个移除槽。所述槽可以： 

-间或在根据槽充满程度而选择的时间与所述过滤设备分离：关闭位于所述移除管上的阀，以使槽暂时为大气压力，然后通过重力或 使用吸取器排空其内容物；或 

-与吸取设备相连，所述吸取设备通常为包括一个膛的容器形式的吸取器，其中蜗杆或带翼辊(tambour à ailettes)在所述膛中间歇或连续旋转，所述螺纹端部或翼端部紧密接触所述膛的壁，所述吸取器具有一个与所述槽相连的入口区域和一个与外部相连的出口区域，密封以使得：只要有泥填充吸取器容器，与大气压力没有直接相连，以使所述槽内可长久维持足够压力(通常大于2巴)。显然，还可在所述移除管上安装一个安全阀以保护所述过滤设备免于槽中任何压力下降的风险。 

在本发明方法中，始终可以用并联工作的几个过滤设备进行安全过滤，以使得可从拜耳线路中容易地取出其中之一以进行拆除，但所述拆除必须在大于大气压力、通常大于2巴、优选3巴的压力下进行。 

显然，将第一个区域和第二个区域设计为始终在压力下工作的容器。即使在剥落和移除滤饼时——操作在第一个区域进行——，在过滤出口处，铝酸盐液体必须仍置于通常大于2巴的压力下。第一个区域连接两根管，一根为用于引入在压力下的铝酸盐液体的入口管、一根为用于移除滤饼的管。第二个区域连接一根用于排出在压力下的铝酸盐液体的出口管，其下游指向一个用于在分解前卸压、冷却和稀释的设备。 

在本发明的一个优选方法中，在安全过滤上游，通过在压力下沉淀将铝酸盐液体与红泥分离。为此，使用一种加压沉淀设备(加压沉淀器)，其包含： 

-一个具有延伸的圆柱形壁、密闭顶端和圆锥形底部的容器，所述圆锥形底部设计用于接收固体颗粒； 

-为沿所述底部的内表面旋转而组装的搅拌器； 

-在底部下面组装的卸料设备，其包含至少一个开口和一个底流泵以移除所述沉淀出的固体，而在所述装置中没有任何压力损失； 

-至少一个检测工具，用于检测所述装置中达到的固体水平，而基本不会妨碍所述固体的沉积；和 

-一个用于接收加压悬液的来流的进料管，所述进料管具有一个位于所述装置中沉淀出的固体水平之上的开口。 

如上文所述，使所述悬液在加压沉淀器中沉淀并且维持在高于120℃、优选高于130℃、通常在140℃至170℃、优选接近160℃的温度下是有利的，并且在冷却后或不用冷却的情况下，将所述加压沉淀器的溢流引入所述安全过滤设备中。如上文所指出的，所述用于移除来自滤饼的泥的设备包括一个可连接至进料管的移除管，所述进料管使得可接收所述加压沉淀器中加压悬液的来流或者可接收优选所述加压沉淀器的底流中或其附近的加压悬液的来流，通过在所述加压沉淀器底部组装的所述卸料设备来移除所述沉淀出的固体。显然，力争使所述滤饼去除管的连接点在压力略低于所述安全过滤设备第一个区域压力的所述加压沉淀器的除泥线路上是有利的。 

可有多种设计用于移除通过过滤介质过滤的来自过滤器的液体的装置。铝酸盐液体连续通过过滤介质，但其在滤饼剥落过程中可暂时停止。一旦滤饼剥落，可将碎片从过滤设备中移除，并从所述线路中间歇或连续取出。但无论是间歇或连续取出，所述通过过滤介质过滤的液体(其形式为包含极少量固体颗粒的液体)，均是通过夹带在移除管中从过滤设备中移除，然后移除并置于大气压力之下，所述管的一端连接至所述第一个区域，而另一端连接至移除设备。有利地，所述移除管带有阀，使得能够将过滤设备与用于移除滤液的设备分离。与滤饼一样，必须通过维持在大于大气压力、通常大于2巴、优选3巴的压力下取出所述滤液。 

根据所考虑的拜耳线路中存在的设备，用于移除来自过滤步骤的液体的设备可采用几种形式。例如，在压力下取出的液体可在低于其在大气压力下的沸点的温度冷却、通常在低于100℃、优选低于80℃的温度下，例如使用液/液换热器冷却，在该冷却全过程中维持压力。例如，然后使用调节阀或在所述铝酸盐液体循环管的壁中制出的开口降低所述液体压力，使其回到大气压力。 

另外，可使用于移除来自过滤的液体的所述管连接至一个移除槽。所述槽可以： 

-间或在根据槽充满程度而选择的时间与过滤设备分离：关闭位于所述移除管上的阀，以使槽暂时为大气压力，然后通过重力或使用吸取器排空其内容物；或 

-与间歇或连续工作的吸取设备相连，所述吸取设备通常为包括一个膛的容器形式的吸取器，其中蜗杆或带翼辊在所述膛中旋转，螺纹端部或翼端部紧密接触所述膛的壁，所述吸取器具有一个与所述槽相连的入口区域和一个与外部相连的出口区域，密封以使得：只要有液体填充吸取器容器，则与大气压力没有直接相连，以使得所述槽内可长久维持足够压力(通常大于2巴)。显然，还可在所述移除管上安装一个安全阀以保护所述过滤设备免于槽中任何压力下降风险。 

具体实施方式(附图) 

附图示意性示出根据本发明改进的拜耳循环，其中通过湿法研磨(broyage humide)(B)粉碎铝土矿10——此处在侵蚀液L0的一部分L2存在的情况下。一部分L1——其为侵蚀液L0的大部分，通常超过80％——不被送至所述铝土矿湿法研磨。将其加入从所述湿法研磨中得到的悬液S1中，得到的悬液S10在预热链(C)中预热。将以此方式预热的悬液S100引入侵蚀链(A)。在压力下于160℃进行侵蚀。所述侵蚀链采用一系列所述悬液在其中进行循环的高压釜形式。在所述侵蚀方法结束时，使悬液通过例如参与侵蚀前对所述悬液预热的换热器。在侵蚀方法结束时，在任选的步骤(D1)过程中，将压力降至一个大于大气压力的值p’，通常接近4个大气压力。将悬液S2——其温度已降至145℃——送至液/固分离设备(DP)，通常是在压力下的沉淀器，在其中通过重力使不溶性残余物与液体分离：通过吸取器300以红泥20形式移除不溶性残余物，同时将仍包含部分颗粒的溢流L3——干物质的含量约为100mg/l——送至过滤(F)，被称为“红色过滤”或“安全过滤”。使用泵200将溢流以约6-7个大气压力送至安全过滤。滤液L4为过饱和铝酸盐液体，在步骤(D2)中将其压力降至大气压力，其中首先使用液/液换热器将其冷却至低于80℃的温度，将压力维持在接近6巴的值，然后使用调节阀(没有示出)降低其压力以使其回至大气压力。将大气压力下的液体L’4送至分解链(DC)，其中将其冷却以沉淀三水氧化铝30。 

在离开分解链(DC)后，通过蒸发(E)浓缩废液L5，然后将其送回侵蚀步骤(侵蚀液L0)。 

六水铝酸三钙用作安全过滤F的过滤添加剂100。所述过饱和液体来自所述沉淀器的溢流，并且仍包含一定量固体颗粒。其一般粘性极高，为了不阻塞滤网，添加改进所述细颗粒的物理和化学性质的过滤添加剂。一般使用石灰或铝酸三钙，特别是六水铝酸三钙。在该实施例中，以0.95g CaO/升液体的比例将六水铝酸三钙100加入泵200上游。 

在所述安全过滤F处，铝酸盐液体的温度接近140℃，使得可过滤饱和指数Rp为1.35的过饱和液体L’3。在不使用本发明设备情况下，仅可用在大气压力下离开所述过滤器的铝酸盐液体进行安全过滤，使得在安全过滤器处，所述液体的温度不能大于接近105℃的值(其为所述液体在大气压力下的沸点)。在此温度下，不可能使Rp大于1.25的铝酸盐液体通过安全过滤器，而没有水合氧化铝大量沉淀在所述过滤介质上的风险。相比之下，通过在过滤后将液体保持在压力下，能够将其维持在明显高于105℃的温度下，该温度使得能够过滤具有高Rp的液体，而没有过滤介质上产生有害沉淀的风险。实际在现有技术中，即使在刚刚侵蚀后，所述液体也可能已达到接近1.35的高Rp，因此为限制有害沉淀的风险，有必要先稀释所述液体，然后再将其送至安全过滤(“稀释”在此处是指例如通过添加侵蚀液或具有较低Rp的液体来提高苛性钠含量，进而来降低Rp)。 

将如此形成的滤饼111从过滤器中剥除，并以干物质含量约500g/l的泥形式排至移除槽400。使用阀410将所述槽400与所述过滤设备(F)分离。当充满所述槽时，关闭所述位于移除管上的阀410以使所述槽暂时为大气压力，然后通过重力排空其内容物。 

Claims (45)

1.一种通过碱性侵蚀铝土矿制备三水氧化铝的方法，其按照拜耳法的一般步骤：

a)获得铝土矿(10)；

b)用适当浓度的铝酸钠液体——即侵蚀液——热侵蚀(A)所述矿石，从而使氧化铝溶于所述铝酸钠液体中，并且得到一种包含富含溶解的氧化铝的液体和未在侵蚀过程中溶解的矿石颗粒即“红泥”的悬液(S2)；

c)将所述铝酸钠液体与所述红泥分离；

d)使所述铝酸钠液体处于高度不平衡的过饱和状态即得到过饱和液体；

e)向所述过饱和液体中加入三水氧化铝颗粒以引起所述过饱和液体分解(DC)，即，使氧化铝以三水氧化铝形式沉淀；

f)分解后，浓缩由于沉淀耗尽氧化铝的铝酸钠液体即“分解的液体”；和

g)使所述浓缩的液体再循环至所述铝土矿侵蚀步骤b)，

在所述方法中，在步骤c)和步骤d)之间，对铝酸钠液体进行被称为安全过滤的过滤(F)，以使得在离开所述过滤步骤时，其包含少于10mg/l的不溶性颗粒，以干物质含量计，

所述方法的特征在于，在所述安全过滤步骤中，使用的过滤设备包括这样一个区域，其中在使所述铝酸钠液体通过所述过滤介质后，在所述区域中将其置于大于2巴的压力下。

2.权利要求1的方法，其特征在于，步骤c)的分离通过沉淀进行。

3.权利要求1的方法，其特征在于，步骤d)中通过冷却和稀释使所述铝酸钠液体处于高度不平衡的过饱和状态。

4.权利要求1的方法，其特征在于，步骤f)的浓缩通过蒸发(E)和可能的添加氢氧化钠进行。

5.权利要求1的方法，其特征在于，在所述安全过滤步骤中，使用的过滤设备包括这样一个区域，其中在使所述铝酸钠液体通过所述过滤介质后，在所述区域中将其置于大于3巴的压力下。

6.权利要求1的方法，其特征在于所述过滤设备还包括这样一个区域，其中在所述区域中将所述铝酸钠液体置于大于5巴的压力下，然后使其通过所述过滤介质。

7.权利要求6的方法，其特征在于所述过滤设备还包括这样一个区域，其中在所述区域中将所述铝酸钠液体置于大于6巴的压力下，然后使其通过所述过滤介质。

8.权利要求7的方法，其特征在于所述过滤设备还包括这样一个区域，其中在所述区域中将所述铝酸钠液体置于接近7巴的压力下，然后使其通过所述过滤介质。

9.权利要求1或6的方法，其特征在于在所述安全过滤过程中，所述铝酸钠液体在高于120℃的温度下。

10.权利要求9的方法，其特征在于在所述安全过滤过程中，所述铝酸钠液体在高于130℃的温度下。

11.权利要求10的方法，其特征在于在所述安全过滤过程中，所述铝酸钠液体在高于140℃的温度下。

12.权利要求1的方法，其中在所述安全过滤过程中，在所述过滤设备上游向所述铝酸钠液体中注入一种过滤添加剂(100)。

13.权利要求12的方法，其中所述过滤添加剂选自石灰、铝酸三钙和硅灰石。

14.权利要求1的方法，其中在所述安全过滤过程中，使用的过滤设备包含这样两个区域，其中在一个区域中将所述铝酸钠液体置于5至9巴的压力下，然后使其通过所述过滤介质；并且其中在另一个区域中，在使所述铝酸钠液体通过所述过滤介质后，将其置于2至6巴的压力下。

15.权利要求14的方法，其中在所述安全过滤过程中，使用的过滤设备包含这样两个区域，其中在一个区域中将所述铝酸钠液体置于6至8巴的压力下，然后使其通过所述过滤介质；并且其中在另一个区域中，在使所述铝酸钠液体通过所述过滤介质后，将其置于3至5巴的压力下。

16.权利要求1的方法，其中在所述安全过滤过程中，使用的设备包括由选自下列的材料制成的过滤介质：聚酰胺(PA)，聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)，和聚亚苯硫醚。

17.权利要求16的方法，其中所述聚酰胺为芳香族聚酰胺。

18.权利要求1的方法，其中在所述安全过滤过程中，使用至少一个下述设备，所述设备包含一个罐、一种过滤介质和由所述过滤介质分开的至少两个区域，将所述铝酸钠液体引入第一个区域，然后过滤并在过滤后，使其进入第二个区域，所述设备还包括设计用于在第一个区域中从过滤介质上剥落滤饼的装置，同时使铝酸钠液体仍保持在大于2巴的压力下。

19.权利要求18的方法，其中在所述安全过滤过程中，使用至少一个下述设备，所述设备包含一个罐、一种过滤介质和由所述过滤介质分开的至少两个区域，将所述铝酸钠液体引入第一个区域，然后过滤并在过滤后，使其进入第二个区域，所述设备还包括设计用于在第一个区域中从过滤介质上剥落滤饼的装置，同时使铝酸钠液体仍保持在至少大于3巴的压力下。

20.权利要求18的方法，其中所述设计用于从过滤介质上剥落滤饼的装置包括一个刮板，所述刮板与过滤介质表面平行地通过平移或旋转而移动，其能够根据滤饼达到的厚度不连续地工作，或能够与连续抽吸系统结合连续工作。

21.权利要求18的方法，其中所述设计用于从过滤介质上剥落滤饼的装置包括一种包括几个位于所述铝酸钠液体的入口管和出口管上的阀的系统，所述阀允许所述过滤设备与所述拜耳线路分离并且允许所述过滤设备与置于大气压力下的外侧分离，然后使所述分离的线路中获取的铝酸钠液体循环以清洁所述过滤介质。

22.权利要求21的方法，其中使用一种二级泵使所述铝酸钠液体循环，所述二级泵在分离过滤设备后启动以输送所述铝酸钠液体逆流通过所述过滤介质，或以剧烈射流形式将其喷射在所述滤饼表面上。

23.权利要求21的方法，其中使所述滤液通过置于所述过滤设备之上的储存设备，因此，当分离过滤设备并停止进料泵时，该储存设备中储存的液体通过重力向下流回所述过滤介质并逆流通过所述过滤介质，剥落并且带走滤饼残余物。

24.权利要求18的方法，其中将从过滤介质上剥落的滤饼碎片从过滤设备中取出并夹带排入移除管，所述管的一端连接至所述第一个区域，而另一端连接至一个用于移除来自所述滤饼的泥(111)的设备(400)。

25.权利要求24的方法，其中所述移除管带有阀(410)，使得能够将所述过滤设备与所述用于移除来自滤饼的泥的设备(400)分离。

26.权利要求25的方法，其中所述用于移除来自滤饼的泥的设备包括一个移除槽。

27.权利要求26的方法，其中所述移除槽间或地在根据槽充满程度而选择的时间与所述过滤设备分离——通过关闭位于所述移除管上的阀——，以使槽暂时为大气压力，然后通过重力或使用吸取器排空其内容物。

28.权利要求24或25的方法，其中所述用于移除来自滤饼的泥的设备包括一个移除槽，所述槽与间歇或连续工作的吸取设备相连。

29.权利要求28的方法，其中所述吸取设备为具有一个与所述槽相连的入口区域和一个与外部相连的出口区域的吸取器，密封所述吸取器以使得：只要有泥填充吸取器，则与大气压力没有直接相连，以使所述移除槽内可长久维持足够压力。

30.权利要求29的方法，其中密封所述吸取器以使得：只要有泥填充吸取器，则与大气压力没有直接相连，以使所述移除槽内可长久维持大于2巴的压力。

31.权利要求29的方法，其中密封所述吸取器以使得：只要有泥填充吸取器，则与大气压力没有直接相连，以使所述移除槽内可长久维持大于3巴的压力。

32.权利要求1的方法，其中在步骤c)中，通过在压力下沉淀(DP)使所述铝酸钠液体与所述红泥分离。

33.权利要求32的方法，其中使用一种加压沉淀器，其包括：

-一个具有延伸的圆柱形壁、密闭顶端和设计用于接收固体颗粒的圆锥形底部的容器；

-为沿所述底部的内表面旋转而组装的搅拌器；

-在底部下面组装的卸料设备，其包含至少一个开口和一个底流泵以移除所述沉淀出的固体，而在所述加压沉淀器中没有任何压力损失；

-至少一个检测工具，用于检测所述加压沉淀器中达到的固体水平，而基本不会妨碍所述固体的沉积；和

-一个用于接收加压悬液的来流的进料管，所述进料管具有一个位于所述加压沉淀器中沉淀出的固体水平之上的开口。

34.权利要求33的方法，其中使所述悬液在压力下的沉淀设备中于高于120℃的温度下沉淀，并且其中将所述加压沉淀器的溢流送至所述安全过滤设备中。

35.权利要求34的方法，其中使所述悬液在压力下的沉淀设备中于高于130℃的温度下沉淀。

36.权利要求35的方法，其中使所述悬液在压力下的沉淀设备中于140℃至170℃的温度下沉淀。

37.权利要求36的方法，其中使所述悬液在压力下的沉淀设备中于接近160℃的温度下沉淀。

38.权利要求33的方法，其中所述用于移除来自滤饼的泥的设备包括一个连接至进料管的移除管，所述进料管可接收所述加压沉淀器中加压悬液来流。

39.权利要求33的方法，其中所述用于移除来自滤饼的泥的设备包括一个连接至所述加压沉淀器的除泥线路的移除管，通过所述底流泵移除沉淀出的固体，选择所述除泥线路上的连接点以使得在此水平的压力略低于安全过滤设备的第一个区域中的压力。

40.权利要求18的方法，其中通过夹带在移除管中将所述滤液从过滤设备中移出，然后将所述滤液移出并置于大气压力之下，所述移除管的一端连接至所述第一个区域，而另一端连接至移除设备。

41.权利要求40的方法，其中所述移除管带有阀，使得能够将过滤设备与用于所述滤液的移除设备分离。

42.权利要求40或41的方法，其中将离开所述过滤设备的铝酸钠液体——同时保持在压力下——冷却至低于其在大气压力下的沸点的温度，然后降低所述铝酸钠液体压力直至其达到大气压力。

43.权利要求42的方法，其中将离开所述过滤设备的铝酸钠液体冷却至低于80℃的温度。

44.权利要求42的方法，其中将离开所述过滤设备的铝酸钠液体通过使用液/液换热器冷却。

45.权利要求42的方法，其中所述降低所述铝酸钠液体压力直至其达到大气压力通过使用调节阀或使用在所述铝酸钠液体的循环管的壁中制出的开口而进行。