CN110980783B - 一种两段法溶出新工艺处理混合型铝土矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两段法溶出新工艺处理混合型铝土矿的方法,采用了带压液固分离设备,避免了传统两段法溶出工艺中第一段溶出后矿浆需要降温和稀释才能实现液固分离的弊端,在尽量提高氧化铝溶出率的同时降低了能量的消耗;第二段溶出的高温溢流返回到预脱硅段,可使预脱硅矿浆温度达到95℃以上,减少了预脱硅矿浆的加热流程。较传统一段溶出相比,本两段溶出工艺中进入第二段高温溶出的矿浆量较小,高温段设备投资低,汽耗低。该两段溶出工艺处理含一水软铝石或一水硬铝石混合型三水铝石矿能够降低运行成本、能耗以及碱的消耗,实现拜耳法经济处理混合型铝土矿生产氧化铝。
Description
技术领域
本发明涉及拜耳法生产氧化铝技术领域,特别是涉及一种两段法溶出新工艺处理混合型铝土矿的方法。
背景技术
铝土矿是生产氧化铝的原料,世界上90%左右的氧化铝是用铝土矿作原料生产的。铝土矿种类很多并且在品质上也存在着很大的差异,氧化铝及其水合物的性质很大程度上决定了氧化铝的生产方法和工艺条件的选择和确定。氧化铝及其水合物主要有三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石三种。根据矿物中相应水合物的含量将铝土矿划分为一水硬铝石型、一水软铝石型、三水铝石型和各种混合型,如三水铝石一水软铝石型、一水软铝石型一水硬铝石型等。
对于含有一水软铝石或一水硬铝石混合型三水铝石,传统的处理方法主要有两种:低温一段溶出(105~150℃)和高温一段溶出(210~260℃)。如果将矿石全部采用低温一段溶出,矿石中的三水铝石可充分溶出,但矿石中的一水铝石无法溶出,故而进入赤泥中,氧化铝回收率就会相对较低,并且在沉降和洗涤过程中,未溶出的一水软铝石或一水硬铝石作为晶核,还会促进氢氧化铝析出,增加水解损失,从而进一步降低氧化铝回收率,造成资源的浪费;而如果将矿石全部采用高温一段溶出,虽然能保证一水铝石中的氧化铝充分溶出,氧化铝回收率高,但其矿浆流量大,溶出时间长,溶出温度高。这势必会造成设备投资大、生产能耗高等问题。
为了解决拜耳法一段溶出此类型铝土矿生产氧化铝所存在的上述问题,国内外先后提出了多种混合型铝土矿生产氧化铝的两段溶出工艺。欧洲专利EPPatent0652850提出的二段溶出工艺中,循环碱液母液分成二部分,其中一部分进行一段溶出,即在现行的三水铝石矿的处理温度下(约145℃)溶出混合型铝土矿中的三水铝石,使三水铝石矿中的氧化铝充分溶出,溶出矿浆经沉降分离,得到沉降溢流和底流;然后,对沉降溢流进行脱硅处理获得硅量指数较高的脱硅溶液,另一部分循环母液碱液和部分脱硅溶液混合制备游离苛性碱浓度为145~150g/L的铝酸钠溶液,此溶液用于进入二段溶出,即在高温(240~260℃)和高压条件下溶出一段溶出矿浆沉降分离所得底流,使底流中的一水软铝石充分溶出;剩余的一段脱硅溶液加入到二段溶出矿浆的自蒸发过程,与二段溶出矿浆混合,自蒸发降温后的二段溶出混合矿浆的后续处理与常规拜耳法溶出矿浆的处理工序相同。
美国学者研究专利US4994244提出了逆流二段溶出工艺,全部循环母液碱液用于第二段髙温溶出,第二段溶出液返回一段溶出,其一段溶出温度为120~150℃,二段溶出温度为220~260℃。
欧洲专利EP Patent 0652181提出的二段溶出方法中,把循环母液碱液分成三部分,第一部分循环母液碱液与混合型铝土矿混合,在高固含条件下进行矿浆预脱硅;然后,第二部分循环母液碱液和二段溶出液加入到预脱硅后的矿浆中,进行一段溶出,一段溶出温度为135~180℃,溶出时间为7~20min。二段溶出矿浆经沉降分离,其溢流返回一段溶出,底流经洗涤后外排。该专利与专利(US46277790A)提出的逆流二段溶出工艺类似,其区别在于该专利的一段溶出除了加入二段溶出液外,还同时加入部分循环碱液以减少二段高温溶出过程的液量。
以上国外所提出的二段溶出工艺均可显著提高混合型铝土矿中氧化铝的回收率,或明显降低氧化铝的生产能耗,但所提出的第一段溶出后矿浆温度约120~180℃,如何分离未溶出液和未溶出的一水软铝石,并没有说明。如将第一段溶出液先稀释降温再分离,进入二段后再升温,则必然造成能量的浪费。
中国专利CN200610156321.6提出的两段工艺是在混合型铝土矿矿浆中添加1~3%的石灰作为添加剂,将和混合型铝土矿矿浆进行一段溶出,其溶出温度为95~110℃,苛性碱浓度180~240g/L,溶出1~10h。一段溶出矿浆经沉降分离,将所得滤饼再次配矿,再进行高温段溶出,溶出温度为220~280℃,苛性碱浓度180~240g/L,溶出20~60min。最后将低温溶出溢流和高温溶出料浆混合经赤泥沉降、叶滤,所得精制的铝酸钠溶液进行种分。此工艺低温段溶出时间较长,循环母液苛性碱浓度较高。且一段溶出液采用过滤机进行分离,在实际生产工程中尚无合适的过滤设备,该工艺难以工业化。并且在原矿浆中添加石灰作添加剂,固然能够降低碱消耗,但同时也会增大增加了赤泥中氧化铝的损失,石灰也需花费成本。三水铝石矿硅含量较低,添加石灰对降低碱耗的作用有限,经济上是否可行需针对不同地区矿石具体进行试验分析。
中国专利CN201110157210.8提出的两段法溶出工艺是:先将混合型铝土矿在100~145℃,循环碱液浓度130~180g/L条件下,溶出10~20min。将低温溶出矿浆进行沉降分离,一段底流经过补碱后脱硅,然后对脱硅浆液进行二段高温溶出(200~240℃),碱浓度150~240g/L条件下溶出10~40min。一段溢流与二段高温溶出矿浆混合,混合矿浆进行稀释脱硅和沉降分离,分离溢流经叶滤后去种分,分离的底流送赤泥洗涤系统。此工艺当第一段溶出温度在145℃时无法通过沉降分离实现,还是需要稀释降温才能分离,造成能量的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种两段法溶出新工艺处理混合型铝土矿的方法,该两段溶出工艺处理含一水软铝石或一水硬铝石混合型三水铝石矿能够降低运行成本、能耗以及碱的消耗,实现拜耳法经济处理混合型铝土矿生产氧化铝。
本发明提出的处理含一水软铝石或一水硬铝石混合型三水铝石矿优化的两段法溶出工艺,包括如下步骤:
1)循环母液分为两部分,在原料磨车间,含有一水软铝石或一水硬铝石混合型三水铝石矿与一部分循环母液混合磨制,磨制后的矿浆与第二段溶出带压分离溢流液混合,达到脱硅温度95℃以上,并进行预脱硅;
2)预脱硅后矿浆经过多级套管换热器预热,热源采用第二段溶出闪蒸二次汽,温度达到145℃左右,进行第一段低温溶出反应,获得第一段溶出矿浆;
3)第一段溶出矿浆进入第一段高温赤泥浆液高效分离装置进行高温带压分离,获得第一段底流和第一段溢流;
4)将第一段溢流闪蒸降温后在稀释槽经洗液稀释,进入氧化铝后续流程,第一段溢流的闪蒸二次汽用于加热另一部分循环母液;
5)加热后的另一部分循环母液与第一段底流混合,混合温度在120~150℃,混合后进入第二段高温溶出反应,加热热源采用第二段溶出的部分闪蒸二次汽和高温蒸汽,加热后第二段溶出矿浆温度230~270℃;
6)经过保温停留后的第二段高温溶出矿浆经十级闪蒸后进入第二段高温赤泥浆液高效分离装置进行带压分离,分离的溢流返回至步骤1),与原矿浆混合后进行预脱硅;分离的底流送到沉降洗涤车间进行洗涤。
其中,主要工艺参数为:矿浆预脱硅温度为95~105℃,预脱硅时间为4~10小时;第一段低温溶出温度为105~150℃,循环碱液浓度Na2O为140~250g/L,溶出时间为10~60分钟;第二段高温溶出温度为210~270℃,溶出原矿浆碱液浓度Na2O为140~250g/L,溶出时间为30~90分钟。
本发明针对现有的含一水软铝石或一水硬铝石混合型三水铝石矿的两段溶出工艺进行优化,具有如下优势:1)一段溶出后的矿浆溶出不降温直接进行带压液固分离,减少热能损失;2)二段溶出的高温溢流返回到预脱硅段,可使预脱硅矿浆温度达到95℃以上,减少了预脱硅矿浆的加热流程;3)较传统一段溶出相比,本两段溶出工艺中进入第二段高温溶出的矿浆量较小,高温段设备投资低,汽耗低。
应用本发明两段溶出工艺处理混合型铝土矿具有运行成本低、能耗低的特点,同时,由于三水铝石在第一段溶出时就已经进入液相,从第一段高温赤泥浆液高效分离装置出来的溢流经换热进入稀释槽,在流程中停留时间较短,这有助于降低最终的赤泥N/S比值,减少碱的消耗。
附图说明
图1是本发明处理含一水软铝石或一水硬铝石混合型三水铝石矿的两段溶出工艺流程简图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1:
使用本两段溶出工艺处理一种含一水软铝石的混合型三水铝石矿,其物相组成分:三水铝石占65%,一水软铝石占15%,其他为赤铁矿、石英、绿泥石等。
设定工艺参数:
循环母液Nk:165g/L
循环母液Rp:0.64
溶出液Rp:1.21
溶出赤泥A/S:1.1
一段法溶出温度:260℃
二段法第一段溶出温度:145℃
二段法第二段溶出温度:260℃
新蒸汽温度:275℃
氧化铝产能:1000kt/a
运转率:95%
根据以上参数,我们以传统一段溶出工艺为比较对象,对两者的物料流量、能耗分析、运行成本、建设投资和占地分析等进行了比较。
物料流量:两段法溶出的第二段溶出进料量是传统一段法溶出进料量的50%,这就意味着只有小于50%的矿浆需要加热到260℃,这必然带来溶出汽耗的降低以及高温设备投资的减少。
热平衡计算:两段法溶出工艺的理论溶出汽耗为1.20t新蒸汽/t氧化铝;传统一段高温溶出的理论溶出汽耗为1.48t新蒸汽/t氧化铝,溶出汽耗降低了0.28t新蒸汽/t氧化铝。
其他:两段法溶出工艺的建设投资会高一些,占地大一些,但由于运行成本较低,其增加的投资可在2~4年收回,总体经济效益较好。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种两段法溶出新工艺处理混合型铝土矿的方法,其特征在于包括如下步骤:
1)循环母液分为两部分,在原料磨车间,含有一水软铝石或一水硬铝石混合型三水铝石矿与一部分循环母液混合磨制,磨制后的矿浆与第二段溶出带压分离溢流液混合,达到脱硅温度95℃以上,并进行预脱硅;
2)预脱硅后矿浆经过换热器预热,热源采用第二段溶出闪蒸二次汽,温度达到145℃左右,进行第一段低温溶出反应,获得第一段溶出矿浆;
3)第一段溶出矿浆进入第一段高温赤泥浆液高效分离装置进行高温带压分离,获得第一段底流和第一段溢流;
4)将第一段溢流闪蒸降温后在稀释槽经洗液稀释,进入氧化铝后续流程,第一段溢流的闪蒸二次汽用于加热另一部分循环母液;
5)加热后的另一部分循环母液与第一段底流混合,混合温度在120~150℃,混合后进入第二段高温溶出反应,加热热源采用第二段溶出的部分闪蒸二次汽和高温蒸汽,加热后第二段溶出矿浆温度230~270℃;
6)经过保温停留后的第二段高温溶出矿浆经十级闪蒸后进入第二段高温赤泥浆液高效分离装置进行带压分离,分离的溢流返回至步骤1),与原矿浆混合后进行预脱硅;分离的底流送到沉降洗涤车间进行洗涤。
2.根据权利要求1所述的两段法溶出新工艺处理混合型铝土矿的方法,其特征在于工艺参数为:矿浆预脱硅温度为95~105℃,预脱硅时间为4~10小时;第一段低温溶出温度为105~150℃,循环碱液浓度Na2O为140~250g/L,溶出时间为10~60min;第二段高温溶出温度为210~260℃,溶出原矿浆碱液浓度Na2O为140~250g/L,溶出时间为30~90分钟。
3.根据权利要求1所述的两段法溶出新工艺处理混合型铝土矿的方法,其特征在于:第一段溶出后的矿浆溶出不降温直接进行高温带压液固分离,第二段溶出后矿浆经闪蒸降温后进行高温带压液固分离。
4.根据权利要求1所述的两段法溶出新工艺处理混合型铝土矿的方法,其特征在于:第二段溶出的高温溢流返回到预脱硅段,可使预脱硅矿浆温度达到95℃以上,减少了预脱硅矿浆的加热流程。
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