CN1035322C - 拜尔法生产氧化铝过程中红泥水悬浮液的流体化工艺 - Google Patents

Abstract

用拜尔法由铝钒土生产氧化铝过程中凝聚的红泥水悬浮液的流体化改进工艺，在于：用氢氧化钠溶解铝钒土；然后，倾析和洗涤所形成的红泥，以便在连续的多个瓮中使其与氧化铝分离，同时将洗涤水循环到上游；最后，将经过如此处理的红泥浆排出；在该工艺中将由分子量大于1000万的聚丙烯酰胺组成的絮凝剂加入到这些连续瓮中之一的悬浮液中；其中将由分子量低于50,000的阴离子型丙烯酸聚合物所形成的分散剂(D)与所述絮凝剂(F)同时加入到同一瓮中的悬浮液中。

Description

拜尔法生产氧化铝过程中红泥水悬浮液的流体化工艺

本发明涉及拜尔(Bayer)法生产氧化铝过程中凝聚的红泥水悬浮液的改进的流体化工艺。

由铝钒土生产氧化铝的拜尔法早已为人们所知晓。因此无需在此详述。扼要地说，该工艺在于：首先在压力和给定温度下将铝钒土和氢氧化钠放在一起，然后在絮凝剂(F)(通常为阴离子型)的存在下将所得到的溶液进行倾析，一方面是为了回收氧化铝，另一方面是为了回收红泥的强碱溶液。正如所知道的，这些红泥必须除去。同时，氢氧化钠必须回收。为此，可在连续的瓮(2-10个，依设备而定)中将这些溶液进行倾析和洗涤，其中将已由前面的溶液洗过的那些溶液进行搅拌并进行逆流循环。由此使氢氧化钠的浓度由200-300克/升的初始含量逐渐降低到10克/升左右的最终含量。同时，红泥的浓度逐渐变为40-50％干固含量范围。但是，溶液中絮凝剂(F)的存在会使红泥浓度升高，这就使得越来越难以将其泵送至通常称为“湖”或“池”的排出地点。

在文献CA-A-819,040(对应的德国申请为DE-A-1,767,422)中，已提出为便于这种高粘度悬浮液的倾析，可在倾析瓮中加入一种含有淀粉和丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物的絮凝剂混合物，该共聚物的分子量要大于50,000，较好为10×106数量级。该工艺虽然有利于倾析，但不幸的是会使悬浮液的粘度增加，从而变得更难以泵送。

在文献US-A-4,169,824(对应于FR-A-2,430,792)中，已经提出，在最后洗涤步骤之后，在打算除去的凝聚红泥溶液中加入一种基于丙烯酸聚合物，特别是甲基丙烯酸甲酯聚合物的分散剂(D)，其量为每吨干红泥加50克聚合物(50克/吨)，聚合物的分子量为5,000-30,000。用这种方法，可使泥浆的最终粘度降低，变得更易流动，从而能在现有设备中被泵送，因此能被输送到最终的排出点。虽然这种方法能得到优良的结果，但从整体上看实施起来仍然很昂贵，因为它需要使用大量的分散剂(D)。此外，该方法并未解决倾析本身的问题，或这种粘稠泥浆的流动性差的问题。

此外，在最后洗涤之后，但在泵送之前立即注入分散剂(D)，这就需要使用特殊的附加分散材料，并要求抽空管线及泵都要加强，这就增加了投资费用。另外，对于给定浓度的泥浆，会降低泵送效率。最后，正好在泵的前面的连接管线中所进行的混合是在非常短的时间内完成的，这对于确保泵送介质的良好均匀性来说是很不理想的。

在文献US-A-5,043,077中，已经建议在最终的稀释瓮中加入含有风化褐煤的混合物。这种稀释剂的加入量是相当可观的，占干泥量的0.1-10％。这就要求加入适当的材料，因此增加了投资费用。由于加入了固体物质，它会影响随后的泵送效率。最后，使用这种非常特殊的稀释剂往往会由于在这种物质周围的附聚作用而产生沉淀。毫无疑问，这正是这种技术几乎一直没有进展的原因。

为了加速这种倾析过程，文献GB-A-2,080,272曾建议使用两种絮凝剂(F)的混合物，较好在处理的后一阶段中连续加入，即聚丙烯酸钠和聚丙烯酰胺的乳液，两者的分子量均在500万至1000万之间。

该方法也存在上述使用单一絮凝剂方法所存在的同样缺点，特别是有关泵送困难问题。

本发明克服了这些缺点。本发明的目的是提供一种氧化铝的拜尔法生产中红泥水悬浮液的流体化工艺，该工艺易于实施，并可以有效地降低需要泵送直到排出的泥浆的最终粘度，而同时又能与该泥浆的实际流变学相适应，且不必改造现存设备，因此无需任何额外的投资。

这种用拜尔法由铝钒土生产氧化铝过程中凝聚的红泥水悬浮液的流体化改进工艺在于：

—用氢氧化钠溶解铝钒土；

—然后，倾析和洗涤所形成的红泥，以便在连续的多个瓮中使其与氧化铝分离，同时将洗涤水循环到上游；

—最后，将经过如此处理的红泥浆排出；

在该工艺中将由分子量大于1000万的聚丙烯酰胺组成的絮凝剂加入到这些连续瓮中之一的悬浮液中；

其中将由分子量低于50,000的阴离子型丙烯酸聚合物所形成的分散剂(D)与所述絮凝剂(F)同时加入到同一瓮中的悬浮液中。

换一种方式说，本发明选择一种特殊的絮凝剂(F)和分散剂(D)的混合物，而且加入这种混合物的方式，不象迄为止所做的那样，刚好在泵送前和倾析后分别加入，而是相反，是在实际倾析循环中一起加入的。令人惊奇的是，用这种特殊的混合物来处理时，是在倾析过程中将其加入的，结果使悬浮液的粘度降低，而其泥装浓度却增加，此外，这种悬浮液仍然完全可以在现有设备中进行泵送和输送，直到这种泥浆确实被排出为止。

换句话说，本发明在于使由分散剂(D)和絮凝剂(F)组成的特殊混合物在整个洗涤-倾析循环中同时起作用，众所周知，使用絮凝剂(F)会导致所处理的悬浮液变浓和变稠，另一方面，使用分散剂(D)可使同样的悬浮液稀释并流体化。因此，从普遍意义上讲，不会使人们将这两种效果完全相反的产品混合在一起。另一方面，选择一种特殊的絮凝剂(F)和一种特殊的分散剂(D)，并将它们一起加入到一个悬浮液倾析瓮中结果与所有预料相反，具有许多优点和全部不可预料的结果。絮凝剂(F)的增浓效果和分散剂(D)的稀释效果并没有互相对消，而是相反，被此协同给出一种新的意想不到结果。

因此，按照本发明的工艺在于在倾析过程中同时合并使用一种絮凝剂(F)和一种分散剂(D)，以便使泥浆能更好地倾析，更加稠化，且更容易泵送，因而本发明要求克服一定的偏见，因为本发明在于采用了具有相反效果的两种物质的特殊混合物。

正如已经知道的，加入絮凝剂(F)有利于铝钒土絮凝体的形成。另一方面，同时加入分散剂(D)可使其均匀地嵌入并逐渐围绕着正在形成的絮凝体以避免其致密和结块，这样就可以由于包在絮凝体中的各种分散化合物(D)中的COO-基的排斥作用而使介质的粘度降低。因此，加入分散剂(D)可以避免絮凝体的致密化，并能保持具有各个絮凝体的悬浮液。至于其它方面，由于存在分散剂(D)该介质为强阴离子型，这种絮凝体受到能使其维持各自单个形式的排斥作用。

本工艺特别适用于处理干泥含量为2-750克/升的红泥浆。

实施：

—聚丙烯酰胺(絮凝剂F)是阴离子型，其分子量大于1000万，较好为1500-2500万；可以使用溶液形式的聚丙烯酰胺，但较好使用其粉末形式，使用时加以溶解；

—聚丙烯酰胺至少有10％是阴离子的，较好20-100％，换言之，其阴离子浓度为20-100％(摩尔)；该聚酰胺可以是丙烯酸均聚物、丙烯酰胺共聚物或甚至三元共聚物，较好是线型的；

—丙烯酸聚合物(分散剂D)较好是分子量为500-50,000，更好为1000-10000的聚丙烯酸钠；已经观察到如果分子量小于500或超过50,000，则效果就降低；也已观察到，当分子量具有较低的高斯分布时，也就是说，当其多分散性低，通常小于3时，能得到更好的结果；

—在一个优选的变型中，为了使介质中的氢氧化钠过载，使用丙烯酸的钾、钠或铵盐；在另一个变型中，将聚丙烯酸加入到介质中，与所存在的氢氧化钠反应，然后就地形成所需的分散剂D；

—在该特殊的混合物中，絮凝剂F(聚丙烯酰胺)与分散剂D(聚丙烯酸盐)的重量比为0.1-5，较好是1左右；

—絮凝剂F和分散剂D的混合物是在一个贮槽中事先制备的，然后在室温下以0.1-20克/升，较好1-10克/升的浓度加入到水溶液中；已观察到，如果这个浓度小于1克/升，则结果不明显；同样，如果浓度超过20克/升，则其费用白白地增加而得不到成比例的改进；

—在实践中，混合物(F＋D)是在上述那个瓮的温度范围内的温度下加入的；

—如果倾析后将倾析过的物料洗涤几次，则可从设备中第一个瓮添加特殊混合物；由此可提高由一个瓮输送到另一个瓮的泵送效果，使得能够提高悬浮液的矿物质浓度，因而最终可减少瓮的数目，并从而减少投资；

—本发明的特殊混合物的加入量与干泥之比为5-2000克/吨，较好为20-400克/吨；

—特殊混合物(F＋D)的添加是在设备中后面几个瓮中进行的。

在本发明的一个实施方案中，将含有相同比例下列物质的混合物F＋D加入到用于洗涤和倾析红泥浆的连续几个瓮中的至少一个瓮中，较好是加入到后面几个瓮中：

·分子量大于1000万，较好为1500-2500万的阴离子型聚丙烯酰胺；

·分子量小于50,000，较好为1,000-10,000的聚丙烯酸盐。

在第一个实施方案中，絮凝剂(F)和分散剂(D)的特殊混合物是在这些化合物的实际生产地点生产的，然后将该混合物以适当的量装在备用袋中。

在一个较好的变型中，将置于水悬浮液中的絮凝剂(F)和分散剂(D)的乳液一起加入到紧挨泥浆沉降区下面的洗涤水供给管中。

本发明也涉及用于将这种混合物加入到泥浆洗涤瓮中的装置。在一个简化的实施方案中，该装置包括一根插入到上述瓮中所盛的溶液中的供给管，其位置在泥浆沉降区内，但刚好在其上方，以提供一种与洗涤溶液的均匀混合物。

在一个优选的实施方案中，该特殊溶液通过连接到供液贮槽的阀门送入到该供给管中，该阀门受电子装置的控制，取决于上层洗涤水的剂量和浓度，而该溶液则围绕着一根文丘里管以环状形式引进，待处理的泥浆溶液在文丘里管的中心供给。

可以用来实施本发明的方法及其优异的效果从下面的生产实例及附图将得到更清楚的说明。

图1是按照前序中所列文献US-A-4,169,824中所述技术状况的拜尔装置的示意图。

图2是按照本发明对上述同样装置进行了改进的示意图。

图3是本发明较好的供给装置示图，图4详细表示了另一个具体实施方案。

图5是说明本发明工艺的优点的图解。

参考图1，用标准拜尔法制备氧化铝的装置主要包括反应器(1)，含有铝钒土和氢氧化钠、其中氢氧化钠浓度例如为200-300克/升的混合物在压力和高温下加入到该反应器中。反应产物(2)被转移到倾析器(3)中，浓度为例如在100克/吨干泥左右的阴离子型絮凝剂(F)通过管线(4)加入到倾析器(3)中。然后红泥(5)沉淀，而氧化铝在(6)处分离出来。

随后将溶液(7)泵送进入倾析器(8)中，以便完成红泥(9)的分离。富含氢氧化钠的上清液(浓度在180克/升左右)经由(10)循环。红泥悬浮液(11)随后转移到另一个串连的瓮(12)中，上清液经(13)逆流循环。该工艺过程重复进行直到该装置的最后2个瓮(20，25)。标号(21、22)代表洗涤水的逆流循环回路，其中氢氧化钠浓度不断降低，标号(23、24)代表用这种方法处理过的红泥。

按照文献US-A-4,169,824的介绍，从最后的瓮(25)得到的富含红泥的悬浮液(30)(浓度为600克/升左右)在添加分散剂(D)之后由泵(32)送进排出回路(31)并由此送至“湖”。

实际上，该装置包括7-10个连续倾析瓮(8，12，20，25)。

正如已经说明的，图2说明按照本发明的改进。该工艺在于在最后一个或最后2个连续瓮(20，25)中将含有至少一种特殊絮凝剂(F)和至少一种特殊分散剂(D)的混合物(F＋D)加入到洗涤水中。这种混合物在图2中由标记(F＋D)表示，可以用任何已知方法加入。按照本发明，在最后一个瓮(25)之后不再加分散剂(D)，如图1所示。

在一个变型中，由聚丙烯酰胺和聚丙烯酸盐组成的特殊混合物(F＋D)可在顶部加入，即在第一个瓮(3)中加入。

特殊混合物(F＋D)的加入是通过供给管线(50)实现的(参见图3和4)，管线(50)与混合物输入管线(40，41)相连，输入管线尽可能深地插进有关的瓮(25)中，较好在处理过的泥浆(24)的沉降区附近，但在其上方。由此可以得到均匀的混合物。

对于特殊混合物F＋D重要的是要在所述瓮(20，25)的温度左右的温度下加入，例如在30-40℃之间的温度下加入。因此，必要时可以予先将混合物F＋D加热。

如上所述，含有来自前一个瓮(20)和来自在(21)加入到下一个瓮(25)中的附加混合物的过量悬浮液的瓮(25)中的洗涤水经相应的导管(21，22)逆流循环。

在图4所示的具体实施方案中，盛装混合物F＋D的贮槽(60)通过管子(61)与阀(62)相连，阀的开启是受程序控制的，作为被处理的悬浮液剂量的函数。阀(62)通过管(63)连接到待处理的红泥(65)的输入导管(64)。为了确保混合，泥浆悬浮液(65)通过安装在输入管开口(63)水平上的文丘里管(66)，以确保该系统掺混良好并生成一种均匀溶液(67)，该溶液倒入到下一个倾析瓮(25)中。

实例1：

在图1的装置上重复进行拜尔法所述程序。

在第一个倾析瓮(5)中，红泥含量约为300克/升，然后逐渐增加，在倒数第二个瓮(20)中，其含量达到500克/升，在最后一个瓮(25)中为600克/升，Brookfield粘度为2,000厘泊。

在第一瓮(3)中每吨干泥加入100克由申请人以商品牌号“995”销售的线型阴离子共聚丙烯酰胺(100％阴离子电荷)形成的絮凝剂F。

氢氧化钠浓度从第一瓮的200克/升逐渐降低到最后一个瓮(25)的50克/升。

送至排放回路(31)的泥浆悬浮液的粘度为19,000厘泊数量级，浓度在600克/升左右，或甚至更高，氢氧化钠含量为10克/升数量级。

在图5的图表中，纵坐标代表Brookfield粘度(厘泊)，横坐标代表剪切(转/分钟)，在室温下在每分钟6、12、30和60转的速率(转/分)下用3号转子用Brookfield粘度计测定。用常用的泵(5-20吨/分钟)，观察到要输送的泥浆的粘度相当大，而且，为了得到满意的粘度(2500厘泊及更低些)，必须采用功率很大的很复杂和昂贵的泵，这尤其是由于所输送的泥浆体积仍然很可观之故。

所得结果在图5中以连续曲线表示。

实例2：

重复实例1，按照前序中所引用的文献的介绍，在最后一个倾析瓮(25)的出口管的排放回路(31)上的泵(32)之间加入分散剂D(参见图1)。

用申请人以品名“7”销售的分子量为2000的一种阴离子型聚丙烯酸钠作为分散剂(D)。分散剂(D)的加入量为每吨干红泥加100克(100克/吨)。

已观察到初始粘度从9,000降低到8,500厘泊。

如果增加分散剂(D)的浓度，则对于1.5Kg/吨的浓度，其粘度可逐渐降到约6,000厘泊的最低限度。此外，没有进一步的改善。

此外，添加分散剂会使泥浆浓度下降，这会影响本工艺的经济效益。

最后，所加入的分散剂(D)的浓度越大，泵(32)效率的损失就越大。

所得结果在图5中以虚线表示。

实例3：

重复实例1，但加入于第一瓮(3)中的是下面的混合物(F＋D)：

—相同的絮凝剂(F)，即100％阴离子型共聚丙烯酰胺，加入量也是每吨干红泥加100克(100克/吨)；

—与实例2相同的分散剂(D)(阴离子型聚丙烯酸钠)，加入量也是每吨干泥加100克(100克/吨)。

送进排放回路(31)的泥浆的粘度在3,000厘泊左右，且泥浆量减少。所得结果在图5中以点划线表示。

用这种方法可以增加泵(32)的速率或效率和/或减少瓮的数目。

换一种方式说，可以使用较小功率的泵和较小管径的导管，这就可以大大减少装置的投资费用。

实例4

重复实例3，但用申请人以品名“8”销售的分子量5,000左右的另一种聚丙烯酸钠代替分散剂(D)。

头两个粘度值(6和12转/分)分别为从3,000降至2,800和从2,6 00降至2,500，这就有利于可泵送性。

实例5

重复实例3，但用由IMDEX销售的聚丙烯酸钠代替分散剂。

得到类似的结果。

正如已看到的，按照本发明的工艺提高了各瓮中红泥的倾析速率。本工艺能使最终的红泥悬浮液的浓度降低，同时能使要排放的泥浆中这些悬浮液的浓度提高，而无需对泵和其它现有设备进行改造。

用这种方法，按照本发明的工艺更为有效。这就使得有可能减少洗涤倾析瓮的数目，因此可就有可能减少装置的投资费用。

实例6

重复实例3，但是

—用由申请人以商品名977VHM销售的共聚物丙烯酰胺/聚丙烯酸钠，70％阴离子型，作为絮凝剂(F)；

—用由HYCHEM以商品名HP1销售的分子量为3,000-5,000的聚丙烯酸钠作为分散剂(D)。

得到与实例3相似的结果。

Claims (8)

1.一种使红泥水悬浮液流体化的改进方法，所说红泥水悬浮液是拜尔法由铝钒土生产氧化铝过程中产生的，该方法包括

—用氢氧化钠溶解铝钒土，使生成红泥水悬浮液；

—倾析和洗涤该红泥悬浮液，以便在连续的多个瓮中使红泥与氧化铝分离，同时将上面清液作为洗涤水再循环到前述的瓮中；

—将经过如此处理的红泥浆排出；

改进包括：将絮凝剂(F)和分散剂(D)同时加入到悬浮液中，并在同一个瓮中降低包含絮凝剂(F)和分散剂(D)的混合物的粘度和增大排出的红泥浆的浓度，所说絮凝剂(F)是由分子量大于1000万的阴离子型的聚丙烯酰胺组成的，而所说分散剂(D)是由分子量低于5万的阴离子型的丙烯酸聚合物组成的；其中混合物(F＋D)中，絮凝剂(F)和分散剂(D)的重量比为0.1-5，絮凝剂(F)和分散剂的混合物是在室温下以水悬浮液形式加入的，其浓度为0.1-20克/升，其比例为5-2000克/吨待处理的干红泥浆悬浮液。

2.如权利要求1的方法，其中所述的聚丙烯酰胺F的阴离子浓度为20-100％(摩尔)。

3.如权利要求1的方法，其中所述的阴离子絮凝剂F是一种线型丙烯酸均聚物、丙烯酰胺共聚物或三元共聚物。

4.如权利要求1的方法，其中所述分散剂(D)是一种分子量为1,000-10,000的聚丙烯酸钠。

5.如权利要求1的方法，其中，在混合物(F＋D)中，絮凝剂(F)与分散剂(D)重量比为1左右。

6.如权利要求1的方法，其中添加絮凝剂(F)和分散剂(D)的混合物是在最后两个红泥浆倾析瓮(20，25)中任何一个中进行的。

7.如权利要求1的方法，其中加入的絮凝剂(F)和分散剂(D)的混合物的浓度为1-10克/升。

8.如权利要求1-7中之一的方法，其中混合物的加入量与干泥之比为20-400克/吨泥。

Images