DE1202258B

DE1202258B - Verfahren zum Aufschliessen tonerdehaltiger Materialien, insbesondere Bauxit, mittels Natronlauge

Info

Publication number: DE1202258B
Application number: DEA37905A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Adam Juhasz; Dipl-Ing Laszlo Nagy; Dipl-Ing Imre Ottohal; Dipl-Ing Imre Penzes; Dipl-Ing Dr Gyorgy Sigmond; Dipl-Ing Janos Steiner; Dipl-Ing Lajos Vetek; Dipl-Ing Ferenc Vidovszky; Dipl-Ing Kalman Wentzely
Original assignee: ALMASFUEZITOEI TIMFOELDGYAR
Current assignee: ALMASFUEZITOEI TIMFOELDGYAR
Priority date: 1960-11-14
Filing date: 1961-07-18
Publication date: 1965-10-07
Also published as: GB939617A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

COIf

Deutsche Kl.: 12 m - 7/06

Nummer: 1 202 258

Aktenzeichen: A 37905IV a/12 m

Anmeldetag: 18. Juli 1961

Auslegetag: 7. Oktober 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschließen tonerdehaltiger Materialien, insbesondere Bauxit, mittels Natronlauge bei erhöhtem Druck und hoher Temperatur, wobei das Erz-Lauge-Gemisch bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit vorgewärmt wird.

Tonerdehaltige Mineralien, insbesondere Bauxit, werden mit Natronlauge bei Temperaturen über 160° C unter Druck in Autoklaven aufgeschlossen. Neuerdings trachtet man das Verfahren kontinuierlich zu gestalten. Die Kontinuität des Betriebes wird dadurch bedeutend erschwert, daß sich an der Apparaturwand und besonders an den Wärmeübertragungsflächen eine Kruste ansetzt, die den Wärmeübergang verhindert und so die Kapazität der Einrichtung wesentlich verringert. *5

Bei den bisher bekannten Verfahren arbeiten die Heizflächen der Aufschlußautoklaven unter ungünstigen Bedingungen, da sich die aus der Trübe ausscheidenden Reaktionsprodukte an den Heizflächen ansetzen und dort eine wärmeisolierende Schicht bilden.

Eine Verbesserung brachte zwar schon das Verfahren nach der Patentschrift 938 126, bei dem der Bauxit trocken in den Aufschlußautoklav eingesetzt wird und die Aufheizung ausschließlich durch Zufuhr von auf indirektem Wege überhitzter Aufschlußlauge erfolgt. Hierbei gibt jedoch der Einsatz des Bauxits in trockenem Zustand in den Aufschlußautoklav zu betrieblichen Schwierigkeiten Anlaß. Ferner braucht dieses Verfahren eine höhere Mahlleistung, weiter höhere Trocknungs- oder Röstungsenergien und verwendet eine vorerhitzte Aufschlußlauge, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beträchtlich herabgesetzt wird. Ferner soll bei diesem Verfahren der totale Wärmeanspruch des Aufschlusses durch frische Dämpfe gedeckt werden, wodurch sich die Wärmebilanz des Verfahrens ungünstig gestaltet.

Im Laufe von Untersuchungen ergab sich, daß sich das Natriumaluminiumsilikat (Natrolith) noch vor dem eigentlichen Aufschluß mit dem Bauxit und Rotschlamm zusammen in Form einer hartnäckig anhaftenden Kruste an die Heizflächen anlagert, falls die bisherige Arbeitsweise befolgt wird, bei welcher die Strömungsgeschwindigkeit der Trübe in den Autoklav gering ist.

Für das Ausscheiden des Natroliths sind daher die Temperaturen über 90° C, besonders zwischen 100 und 140° C kritisch, so daß das kritische Intervall noch unterhalb der eigentlichen Aufschlußtemperatur des Bauxits liegt. Weiterhin konnte festgestellt werden, daß der Natrolithniederschlag bei diesen Temperaturen in den Autoklaven unmittelbar an den Heizflächen Verfahren zum Aufschließen tonerdehaltiger Materialien, insbesondere Bauxit, mittels Natronlauge

Anmelder:

Almäsfüzitöi Timföldgyär, Almäsfüzitö (Ungarn)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Bode, Patentanwalt, Hösel (Bez. Düsseldorf), Am Rennbaum 29

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Adam Juhasz,

Dipl.-Ing Läszlo Nagy,

Dipl.-Ing. Imre Ottohai,

Dipl.-Ing. Dr. Gyorgy Sigmond, Dipl.-Ing. Jänos Steiner,

Dipl.-Ing. Lajos Vetek,

Dipl.-Ing. Ferenc Vidovszky,

Dipl.-Ing. Kaiman Wentzely, Almäsfüzitö; Dip.-Ing. Imre Penzes, Szöny (Ungarn)

Beanspruchte Priorität:

Ungarn vom 14. November 1960 (AA-457)

entsteht. Falls die Fällung des Natroliths bereits in der Lösung erfolgt und eine Natrolithsuspension entsteht, neigt das Natrolith viel weniger zur Anlagerung.

Bei Prüfung der Ausscheidungsbedingungen des Natroliths als Funktion der Temperatur und der Zeit wurden folgende Durchschnittswerte erhalten:

Temperatur der Trübe ⁰C	Ausscheidungsdauer in Stunden	Natrolith niederschlag 7o
70	0	14
70	1	17
70	8	33
90	0	26
90	1	27,5
90	8	43
110	0,3	54
110	1	57
110	6	92
120	1	88
120	6	95

509 690/410

(Fortsetzung)

Temperatur der Trübe ⁰C	Ausscheidungsdauer in Stunden	Natrolith- niederschlag °/o
130	0	77
130	0,17	91
130	0,25	97
140	0	80
140	0,17	94
140	0,25	99
150	0	88
150	0,17	97
150	0,25	99
160	0	94
160	0,17	99
160	0,25	100
170	0	99
170	0,17	100
170	0,25	100

10

ao

Es wurde weiterhin festgestellt, daß das Ansetzen des Niederschlags an die Heizflächen vermieden werden kann, wenn die Trübe im kritischen Temperaturbereich mit einer Geschwindigkeit über 0,7m/sec — vorteilhafterweise mit 1,2 bis 1,5 m/sec — strömt. Solche verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten können in Rohrbündel-Wärmeaustauschern erreicht werden.

Die Erfindung besteht daher in einem Verfahren zum Aufschließen tonerdehaltiger Materialien, insbesondere Bauxit, mittels Natronlauge bei erhöhtem Druck und hoher Temperatur, wobei das Erz-Lauge-Gemisch bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit vorgewärmt wird und welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Vorwärmung bei 90 bis 190⁰C, vorzugsweise 100 bis 14O⁰C, in Rohrbündel-Wärmeaustauschern mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 0,7 m/sec, vorzugsweise 1,2 bis 1,5 m/sec, vornimmt und dann den Aufschluß in üblicher Weise durchführt, wobei man die Gase, die während der Vorwärmung und des Aufschlusses entstehen, abführt.

Als Folge der bei der Vorwärmung angewandten erhöhten Strömungsgeschwindigkeit werden die Heizflächen auch durch die mechanische Reibung der Feststoffkörner der Trübe gereinigt, und auf diese Weise wird das Anbacken verhindert. Die derart behandelte Trübe kann in Autoklaven bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck aufgeschlossen werden, ohne daß sich trotz der geringen Strömungsgeschwindigkeit auf den Heizflächen eine Kruste bildet.

Im Interesse der Wirtschaftlichkeit wird die Vorwärmung der Trübe in mehreren Stufen, zweckmäßig in sechs bis zwölf Stufen durchgeführt. Die aus den Autoklaven durch Expansion frei gemachten Dämpfe werden in Gegenstrom zur Heizung der Wärmeaustauscher zurückgeführt.

Schnellstromrekuperatoren sind für die Ausnutzung der expandierten Dämpfe besonders geeignet, da die Wärmeübergangszahl bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten wesentlich größer ist als bei den üblichen Geschwindigkeiten an den Autoklavheizflächen.

Auf diese Weise werden die kostspieligen Autoklaven nur für den eigentlichen -Aufschluß verwendet, das Vorwärmen hingegen erfolgt in den wesentlich billigeren Wärmeaustauschern. Die Investitionskosten sind also bedeutend niedriger als bei der Ausführungsweise, wo die Heizflächen im Inneren des Autoklavs angebracht sind.

Bei dieser Arbeitsweise kann eine Autoklavenreihe längere Zeit ohne Reinigung in Betrieb gehalten werden als die vorgeschaltete Schnellstrom-Rekuperatorreihe. Es ist daher zweckmäßig, die Zahl der Rekuperatorreihe im Verhältnis zu den Autoklavenreihen mit einer Reihe zu erhöhen, damit die Rekuperatorreihen abwechselnd ausgeschaltet, gereinigt und wieder angeschaltet werden können, ohne den Betrieb der Autoklavreihen einstellen zu müssen.

Es ist bekannt, daß die Natrolithbildung bei den meisten Bauxitsorten in zwei Stufen vor sich geht. Unterhalb von HO⁰C scheidet sich Natrolith mit geringem Na₂O-Gehalt aus, welches aber über 110⁰C allmählich in eine an Na₂O-reichere Form übergeht. Erfahrungsgemäß wird die Kruste in erster Reihe vom primär ausgeschiedenen Natrolith gebildet. Daher ist es günstig, wenn die Einspeisung der Trübe in die Rekuperatoren erst nach der Fällung des primären Natroliths erfolgt, Dies kann dadurch erreicht werden, daß man die Trübe noch vor dem Einführen in die Wärmeaustauscher mehrere Stunden lang, vorzugsweise 6 bis 10 Stunden, bei einer Temperatur von 70 bis 100⁰C in geeigneten Wannen rührt. Es ist zweckmäßig, die Trübe während des Durchlaufes durch die Wärmeaustauscher oder danach im Temperaturbereich der sekundären Natrolithbildung in gesonderten Gefäßen stehenzulassen.

Bei dieser Arbeitsweise bildet sich auch das sekundäre Natrolith in den Wannen, die keine Heizflächen enthalten, so daß nach der Rührperiode Natrolith weder in den Vorwärmern noch in den Autoklaven entstehen kann.

Die in der Trübe enthaltenen organischen Stoffe entwickeln Gase, vor allem Wasserstoff und Kohlendioxyd. Diese Gase sammeln sich in den Autoklaven an, und falls für ihre Abführung nicht gesorgt wird, so füllen sie einen Teil des nutzbaren Volumens der Autoklaven aus und vermindern dadurch den Wirkungsgrad. Die Gase müssen also abgeführt werden.

Die Trübe wird zweckmäßig mittels einer Kolbenoder Turbopumpe in die Vorwärme- bzw. Aufschlußanlage befördert, wobei der Autoklavendruck mittels eines Druckreglers auf einen bestimmten Weit gehalten und die durchfließende Trübemenge mittels eines nach dem Autoklav angebrachten Drosselventils, vorzugsweise eines Nadelventils, geregelt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens dienende Einrichtung werden an Hand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert.

Die vorgewärmte Trübe, welche den aufzuschließenden Bauxit enthält, wird durch die Leitung Z₁ in die Rührwanne T geleitet. In der Zeichnung ist lediglich eine Rührwanne dargestellt, es ist aber zweckmäßig, mehrere Rührwannen in Reihe zu schalten. Aus der Rührwanne T wird die Trübe durch die Zentrifugalpumpe S entweder durch die Leitung 1 in die Rohrbündel-Wärmeaustauscher H₁₁ bis H₁₉ oder durch Leitung 2 in die Rohrbündel-Wärmeaustauscher H₂₁ bis /T₂₉ befördert. Aus der Rekuperatorenreihe gelangt die Trübe durch Leitung 3 in die Autoklaven A₁, A₂, die mit Rohrschlangen beheizt sind. Den Auto-

Claims

5 6

klaven A₁, A₂ schließen sich die ungeheizten Auto- Beispiel 1

klaven A₃, A, an Aus dem Autoklav A, strömt die _{Ein Bauxit der Zusammen}setzung

aufgeschlossene Trübe durch die Leitung 5 und das __0/

Drosselventil B in die Expansionsgefäße E₁ bis E₉, wo ς·ο &η ο/

die Trübe allmählich abgekühlt und ihre Wärme durch 5 ψ Κ 21 6 ⁰I

die Expansionsdämpfe stufenweise bei immer niedrige- ττ» ³ ? 40/

rem Druck abgeführt wird. Die Trübe gelangt schließ- 1,¹V? ", -ιίηοι

lieh durch Leitung Z₂ in die Verdünnungsgefäße, in Hl/u ^ / "· 1Ά,

welchen atmosphärischer Druck herrscht. Bei der Haftfeuchtigkeit 16,6%

dargestellten beispielsweisen Einrichtung werden die 10 wird mit einer Dicklauge der Zusammensetzung

zwei letzten Wärmeaustauscher /Z₁₉ und H₂₉ und die Gesamt-Na₂O 290 g/l

ersten zwei Autoklaven A₁, A₂ mit Frischdampf be- Kaustisches Na₂O 260 g/l

heizt. Die Rekuperatoren H₁₁ bis Ji₁₈ oder H₂₁ bis H₂₈ Al₂O₃ 102 g/l

werden in Gegenstrom durch den Dampf beheizt,

welcher in den Expansionsgefäßen E₁ bis Eg entsteht, 15 bei einer Temperatur von 95 bis 100⁰C vermischt. Die

und zwar beheizen die im Expansionsgefäß E₁ ent- erhaltene Trübe wird in die vier in Serie geschalteten

stehenden Dämpfe den Wärmeaustauscher UT₁₈ oder Rührwannen gespeist und bei 95 bis 100⁰C ungefähr

Zf₂₈, die im Expansionsgefäß E₂ frei werdenden 10 Stunden gerührt. Das Molverhältnis kaustisches

Dämpfe den Wärmeaustauscher H₁₁ oder H₂₁ usw. Na₂O : Al₂O₃ beträgt bei der Einspeisung 2,92 und ganz bis zum Expansionsgefäß E₈. Die Dämpfe, die im 20 nach Durchlauf der Wannen T 2,51. Die Trübe

Expansionsgefäß E₉ entstehen, können an einer ande- passiert nacher mit Hilfe der Schlammpumpe S die

ren Stelle des Prozesses ausgenutzt werden. neun Vierkanal-Rohrwärmeaustauscher H₁₁ bis H₁₉.

Bei der beispielsweisen Einrichtung wird auch die Die Heizfläche eines Wärmeaustauschers beträgt

Wärme des Kondenswassers nutzbar gemacht, und 32 m² und die Länge der serienweise geschalteten

zwar wird das aus dem Frischdampf kondensierende 25 Rohrbündel 20 m. Die Strömungsgeschwindigkeit der

Wasser im Verdampfer K₁ gesammelt, dessen Dampf- Trübe beträgt in den Wärmeaustauschern 1,5 m/sec.

raum mit dem Dampf raum des Expansionsgefäßes E₁ Die ersten acht Wärmeaustauscher H₁₁ bis H₁₈ wer-

verbunden ist, und von dort zur Heizung der Rekupe- den mit Expansionsdampf und der neunte, H₁₉, mit

ratoren H₁₈ oder H₂₈ verwendet. Das den Ver- überhitztem Dampf von 40 atü beheizt. Vor dem

dämpfer K₁ verlassende Kondenswasser expandiert in 3° ersten Wärmeaustauscher beträgt die Temperatur der

den weiteren Verdampfern K₂, K₃, K₄, und die ent- Trübe 95⁰C und nach dem letzten, H₁₈, 175°C. Die

stehenden Dämpfe werden mit dem in den Expansions- aus dem Wärmeaustauscher H₁₉ austretende Trübe

gefäßen E₄, E₇ bzw. E₉ entstehenden Dampf vereinigt. gelangt mit einer Temperatur von 19O⁰C in den

Die Wärme des in den Wärmeaustauschern konden- Autoklav A₁, wo sie durch die Rohrschlange 4 auf

sierenden Wassers wird ebenfalls verwertet, und zwar 35 21O⁰C erwärmt wird.

expandiert das Wasser in den alkalisch arbeitenden Die Leistung obiger Aufschlußeinrichtung beträgt Verdampfern C₁, C₂ und C₃. Der Dampf des Kondens- ' stündlich 55 m³ Trübe. Die Trübe durchströmt die wassers, welches in den Wärmeaustauschern H₁₆, H₁₇, Wärmeaustauscher in ungefähr 2 Minuten und ver- H₁₈ bzw. H_ie, H₂₇, H₂₈ entsteht, wird im Verdampfer C₁ weilt etwa 1 Stunde lang in den Autoklav. Sie wird mit dem Dampf des Expansionsgefäßes E₅ vereint und 4° durch einen im Oberteil des Autoklavs angebrachten zur Heizung der Wärmeaustauscher H₁₁ bzw. H_2i ver- Rohrstumpf eingespeist und mittels des bis zum Boden wendet. Weiterhin wird der Dampf des Kondens- des Autoklavs hineinragenden oberen Abflußrohres wassers, welches in den Wärmeaustauschern H₁₃, H_u, abgeführt bzw. in den nächsten Autoklav gefördert. H₁₅ bzw. H₂₃, H_2i, H₂₅ entstanden ist, durch den Ver- Bei dem obigen beispielsweise angeführten Betriebsdampfer C₂ mit dem Dampf des Expansionsgefäßes E₇ 45 gang scheidet sich ein Teil des Natroliths bereits in zur Heizung der Wärmeaustauscher H₁₂ bzw. H₂₂ ver- den Wannen T aus, und jene Natrolithmenge, die in einigt, und schließlich wird der Dampf des Kondens- den Wärmeaustauschern ausfällt, lagert sich nur in wassers aus den Rekuperatoren H₁₁, H₁₂ bzw. H₂₁, H₂₂ sehr geringem Maße an die Rohrbündel an. So können durch den Verdampfer C₃ mit dem Dampf des Expan- letztere monatelang ohne Verringerung des Wärmesionsgefäßes E₉ vereinigt und durch Leitung P zur 50 Übergangskoeffizienten in Betrieb gehalten werden.
Heizung an irgendeiner anderen Stelle der Einrichtung η · · 1 τ
verwendet. B e 1 s ρ 1 e 1 2

Aus der nach dem Verdampfer C₃ geschalteten Es wird nach Beispiel 1 verfahren, mit dem UnterLeitung Af₁ wird reines Kondenswasser und aus der schied, daß zwischen dem letzten Wärmeaustauscher 9 nach dem Verdampfer AT₄ geschalteten Leitung M₂ 55 und dem ersten beheizten Autoklav A₁ ein Staualkalisches Kondenswasser gewonnen. In der Zeich- autoklav eingeschaltet wird. Dieser wird so bemessen, nung sind die verschiedenen Rohrarmaturen, Tem- daß die Trübe mit einer Temperatur von 190^c C in peratur-, Druck- und Mengenmeß- und Registrier- diesem ¹I₂ bis 1 Stunde lang verweilt und sich ininstrumente sowie die Sicherheitseinrichtungen und zwischen die sekundäre Natrolithbildung vollkommen die Entlüftungsapparate der Autoklaven bis auf das 60 abspielt. Das so ausgeschiedene Natrolith bildet eine Nadelventil B und die Druckregler JV₁, N₂ nicht dar- Suspension, die sich an die Heizflächen der Autogestellt. Das Nadelventil B spielt eine wichtige Rolle, klaven A₁ und A₂ nicht ansetzt,
da es den mengenmäßigen Durchfluß der Trübe regelt.

Durch die Druckregler ./V₁ und N₂ wird die Menge der Patentansprüche:
durch Leitung 6 und Pumpe S in die Einrichtung ge- 65

preßten Trübe so eingestellt, daß der Autoklavdruck 1. Verfahren zum Aufschließen tonerdehaltiger zwischen den im vorhinein bestimmten engen Grenzen Materialien, insbesondere Bauxit, mittels Natronkonstant bleibt. lauge bei erhöhtem Druck und hoher Temperatur,

wobei das Erz-Lauge-Gemisch bei erhöhter Strömungsgeschwindigkeit vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung bei 90 bis 190⁰C, vorzugsweise 100 bis 140⁰C, in Rohrbündel-Wärmeaustauschern mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mehr als 0,7 m/sec, vorzugsweise 1,2 bis 1,5 m/sec, vorgenommen und dann der Aufschluß in üblicher Weise durchgeführt wird, wobei die Gase, die während der Vorwärmung und des Aufschließens entstehen, abgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmung in mehreren Stufen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Autoklaven durch Expansion frei gemachten Dämpfe im Gegenstrom zur Heizung der Wärmeaustauscher zurückgeführt werden.

4. Verfahren nach den vorhergehenden An-Sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trübe noch vor dem Einführen in die Wärme-

austauscher mehrere Stunden lang, vorzugsweise 6 bis 10 Stunden, bei einer Temperatur von 70 bis 100⁰C gerührt und während des Durchlaufes durch die Wärmeaustauscher oder danach im Temperaturbereich der sekundären Natrolithbildung in gesonderten Gefäßen stehengelassen wird. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trübe mittels einer Kolben- oder Turbopumpe in die Vorwärme- bzw. Aufschlußanlage befördert wird, wobei der Autoklavendruck mittels eines Druckreglers auf einen bestimmten Wert gehalten und die durchfließende Trübenmenge mittels eines nach dem Autoklav angebrachten Drosselventils, vorzugsweise eines Nadelventils, geregelt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 938126, 830 945;
österreichische Patentschrift Nr. 151 802;
Fulda — Ginsberg, »Tonerde und Aluminium«, 1. Teil, (1951), S. 54, 112.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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