DE1667823B2 - Verfahren zum kontinuierlichen aufschliessen von bauxit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Aufschließen von Bauxit mit einer Natriumhydroxid und Natriumaluminat enthaltenden Aufschlußlauge in mehreren Stufen mit Autoklav imd Entspannungsgefäß unter direktem Einleiten von Dampf in die Bauxitsuspension, wobei die Aufschlußmasse zunächst die Autoklaven mit steigender Temperatur und dann in umgekehrter Richtung die Entspannungsgefäße durchläuft, unter Wiederverwendung des in den Entspannern erzeugten Dampfes.

Die Anlagen für den kontinuierlichen Bauxitauflchluß mit Natronlauge sind in allen Industrielän- <ern verbreitet und beruhen alle auf demselben Prinzip, abgesehen von einigen Änderungen, die sich hauptsächlich aus der Beschaffenheit des behandelten Bauxits ergeben, der bekanntlich je nach der gewonnenen Erzsorte leichter oder schwerer aufzu-Schließen ist.

Das Fließschema einer gebräuchlichen Aufschluß-•nlage ist in F i g. 1 wiedergegeben.

Der feingemahlene Bauxit wird in einem gegebenen Volumen Aufschlußlauge, d. h. wäßriger Natronlauge und Natriumaluminatlösung suspendiert. Die Aufschlämmung wird im Vorratsbehälter 1 in Bewe- o\ia gehalten und mit Hilfe der Pumpe 2 in eine Reihe von Aufschlußautoklaven 3,4,5 und 6 mit von Stufe zu Stufe zunehmender Temperatur eingespeist. Der letzte Autoklav 7 wird mit Frischdampf beheizt. Die Suspension erreicht hier die Maximaltemperatur und verbleibt so lange in dieser Stufe, bis der Aufschluß beendet, d. h. die im Bauxit enthaltende Tonerde in der Natronlauge gelöst ist. Suspendiert bleibt der unlösliche Rotschlamm, der zu einem späteren Zeitpunkt von der Aluminatlösung abgetrennt wird.

Die Suspension tritt bei hoher Temperatur und unter hohem Druck aus dem letzten Autoklav aus und durchläuft eine Reihe von Entspannungsbehältem8,9, 10 und 11, in denen sie zum Teil verdampft. Der in jedem Entspannungsbehälter freigesetzte Dampf wird zum Beheizen der Aufschlußautoklaven 6,5,4 und 3 verwendet. Die aus dem letzten Entspannungsbehäiier H austretende Suspension ■wird verdünnt und zum Abtrennen des Rotschlammes in die Klär-Eindicker geleitet. Die geklärte AIuminatlauge wird abgekühlt und in die Ausrührcrei geleitet; hier wird sie hydrolysiert, das ausgeführte Tor.crdeirihydrat abgetrennt und die Natronlauge zurückgewonnen.

Die häufigsten Varianten der nach diesem Fließschema arbeitenden Aufschlußanlagen betreffen

a) die angewandten Temperaturen und Drücke, die um so höher liegen müssen, je schwerer sich der Bauxit aufschließen läßt:

b) die Anzahl der einzelnen Stufen, die von Anlage zu Anlage schwankt, wobei ein Kompromiß gefunden werden muß zwischen der durch eine höhere Stufenzahl gegebenen Wirtschaftlichkeit des Betriebs und den damit verbundenen Investitions- und Unterhaltungskosten;

c) die Vorwärmer, in die der Entspannungsdampf geleitet wird und die manchmal mit dem Aufschlußautoklav zu einer einzigen Vorrichtung, die aus einem mit widerstandsfähigem Metall umkleideten Rohrbündel besteht, kombiniert sind.

Im allgemeinen läuft der Dampf in den Rohren und die Bauxitsuspension in dem Mantel um, der außerdem ein Rührwerk enthält, damit der Wärmeaustauschkoeffizient erhöht wird (F i g. 2). Es kann auch die umgekehrte Anordnung gewählt werden, d. h. die Bauxitsuspension in den Rohren und der Heißdampf im Mantel umlaufen (F i g. 3). Diese Ausführung bleibt jedoch allgemein auf die Vorwärmer beschränkt, in denen die geklärte Aufschlußlauge vor dem Vermischen mit dem Bauxit vorerwärmt wird, weil sich die Rohre beim Durchleiten von Bauxitsuspensionen leicht zusetzen. F i g. 4 zeigt eine derartige Anlage. In den Vorwärmern L, 2 und 3 wird die geklärte Aufschlußlauge durch Wärmeaustausch mit Dampf aus den Entspannungsbehältern 13, 14 und 15 vorgewärmt und dann zusammen mit der Bauxitaufschlämmung aus dem Vorratsbehälter 4 dem ersten Autoklav 6 zugeführt. Die Autoklaven 6, 7 und 8 werden mit Dampf aus den Entspan-

nunasbehältem 12, 11 und 10 und der Autoklav 9 mit Frischdampf beheizt.

Der Hauptnachteil dieser Arbeitsweise, bei welcher die aus einer Stufe austretende Bauxitsuspension immer in der folgenden Stuft· mit Dampf durch Wärmeaustausch über die Heizflächen des Rohrbündels aufgeheizt wird, liegt darin, daß der Wärmeaustauschkoeffizient des Rohrbündels ziemlich klein ist und infolgedessen große Heizflächen benrtiet werden und daß sich auf den Heizflächen Salzkrusten absetzen. Eekanntlich wird in jeder Stufe ein Teil der im Bauxit enthaltenen Tonerde in der Aufschlußlauge gelöst; gleichzeitig bilden sich unlösliche Salze, überwiegend Natriumaluminiumsilicate und -titanate, die sich teilweise auf der Heizfläche absetzen und hier fest haften bleiben. Die mit der Zeit anwachsenden und den Wärmedurchgangskoeffizicnten beeinträchticenden Salzkrusten müssen in regelmäßigen Abständen abgenommen werden; d^;?se Maßnahme ist zeitraubend und kostspielig, weil die Anlagen längere Zeit stilleclcet werden müssen.

Man Ist auch bereits dazu übergegangen, einen Teil des Heizdampfes direkt in die Aufschlußsuspensionen oder Vorautoklaven einzublasen, um so die Schwierigkeiten mit den Heizschlaneen zu vermeiden (Die Tonerde, 1964. S. 72; deutsche Patentschrift

¹' Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung des Problems beruht auf einer grundlegenden Änderung des Wärmeaustauschsystems zwischen Fntspannungsdampf und alkalischer Suspension.

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man in jeder Stufe einen Teil der Bauxitsuspension aus dem Autoklav einem Vcrdampfcr zuführt und diesen mit Entspannungsdampf aus dem zugeordneten Entspannungsgefäß beheizt. den im Autoklav erzeugten Dampf in einem Mischer in die Bauxitsuspension aus der Vorstufe einführt und die erhitzte Suspension sowie die im Verdämpfer konzentrierte Suspension in den Autoklav ^ZUDa'^CSchema dieses Verfahre,, ist in F i g. 5 wiedergegeben: Die Suspension aus der vorangeganoenen Stufe wird nicht mehr durch Wärmeaustausch über die Heizflächen eines Austauscheis sondern durch unmittelbares Einspritzen von Wasserdampf aus diesem Austauscher in einen Mischer 4 bzw. 4' aufgeheizt. Die auf ihre Siedetemperatur aufgeheizte Suspension wird dann in einen gegebenenfalls mit einem Rührwerk versehenen Autoklaven 5.5' gele,-tee. hier bleibt sie so lange, bis sich das der neuen Tempcratur entsprechende Gleichgewicht eingestellt hat: Auflösen der Tonerde und Ausfallen von kornplexcn Salzen des Siliciums. Titans usw. Die mittlere Verweilzeit beträgt weniger als 1 Stunde. Vorzugsweise Ibis 10 Minuten. Da uie Suspension nicht mehr mit einer Heizfläche in Berührung steht, die heißer ist als sie selbst, fällt der Niederschlag in der Lösung aus und setzt sich nicht auf den Heizflächen nrSSU Betrieb wird der Elüss,-kcitsspicecl 3. 3' in den Autoklaven 5. 5' mit Hilfe der Förderpumpen 6. 6'. die in die nächste Stufe so viel Suspension einpumpen, wie aus der vorangegangenen Stufe zugeführt wird, konstant gehalten: gleichzeitig wird mit den Pumpen 7. T eine gewisse Menge der aufccheizten Lauge von den Autoklaven 5 5' in die Austauscher 2. 2' geleitet.

Der Wärmeaustauscher 2 bzw. 2 .J¹JJ^ _{jne Zwi}.

deren Seite der 1 ^^η^^_η; dampf, oder, falls schenstufe handelt, ^t°^tsP«¹Vⁿ""= Frischdampf zues sich um die letzte Stute nanu , ^^ _Heizflägeführt wird, ist ein V ^eTaamf^' _{ft Es kann} hierchen ein Teil des Wassers \cii. - r ■ _Amven_

für jede Art von Austauscnc. ^ y_ertikalver-

dung finden: vorzugsweise * _{det Der} oebil-

dämpfer mit fallendem ^¹¹"⁵ ,.Geschwindigkeit die dete Dampf reißt mit S^ro»« Innenwänden der flüssige Phase mit sich ^die.™'.^atn _dampft Der so Rohre herabneselt und ^ltJ™ ₄ £_{zw 4}- _mit

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Das vorgewärmte Remisen λ iu _{fte flüssi}„_e

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Phase in die Autoklaven s, - τ _ ^ _ktisch

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keine Krusten ah. weil du.umo _Amokiain der vorgewärmten Suspension von 5. f ^aV.^sf ^f?^1U'™"k;u„, Ut die erfindungsgertinsichmc.i de. W^™—- _AnordnUnsen äquimäße Anordnung den bekann , ;^ΛΠ0™ ,-^ \_T valcnt. Weil aber die unmiuei . *. _Hei_zfl5chen vorwärmenden S^™™ Sd wird praktisch

vollständig die Verkrustung des ^""^"J^^",, dels vermieden, wenn der ' " ' " „

wird, daß die ^^^Ξ-e wicht zu er"-verseilen kann um hr ^»- ^ _{k ffizicnt} reichen. Auch hegt der ^>N ™^aurc"» -„_{cm cincs} eines Dünnschichtverdampters ι ^

solchen mit fa lendem ^h''™ i V-rrichtun» Koeffi-

hält mit ^d" "^"^™£l^h C"während zienten von 2000 bis 3000 Kea^m ·

be, den derzeitigen ,^^^„, _m,. _h . _C nicht gangskoeffizient 800 bis 1000 Kcal-m

übersteigt. v^rHimnfcr' 2' eine zusätzliche

₄c N^^~ i^^tn™ ,η dieser Vorrichlupine' oLpfmenge erzeugen, ^e größer ist as die zum Vorwärmen de r aus de Λ ,rstufc ζ umfuhr ten Suspension "for^J,mlicht ™^.£"J, _Auf. überschuss^ Dampt ^aV", ^ Stufe konzentriert' Der schlußmasse in der jewtr.l.gcη St ^^^\,_οτ. abgezogene Dampf kann dem^rdampU.. ^. V stufe zusätzlich zugeführt xverdcn^ Ui^^

richtung ™*\™*^α£^™$£ Tr Su pension Wirkung, in der die Konzentration a I

von einer Stufe zur ^n;ichf ^c"/j"™ ' _{]er ]ct7ten Slu}-

Die erste Injektion erfolgt^n un.r der ktzt.n :=> fen in Form von Frischdampf und aus eine_r der c stcn Stufen wird die entsprechend, DamplnuiKc

gezogen. _{d Λ}

Dieses Verfahren, das siel au alle Stu^^Ln ^ lage oder nur auf einen Te. der Anlag, läßt, kann mit den der/e t in Betr„b bth Anlage-cht^^cfu η wcrdu^ ^

C^, eine betrjichtHche Verbesserung der Nutzwirkung der gesamten Αηίαμ.

Die ^Umwa"^di7\g;^x;"_vi^^d4_to_n ^Nad ,m so nat ist emc Gleichgcw.chtsr^akton. die um ο

schneller und vollständiger ablauft : hoh,r dic Konzentrat.on an freier N^⁰^j J^nd [^Jy". die Temperatur ist. In ein^™^™^⁰,,,^ dampfung nimmt der Gehalt an freier Natronlauge

von einer Stufe zur nächsten ab und die zu Beginn schnell ablaufende Umsetzung wird trotz der Temperaturerhöhung in dem Maße langsamer, in dem die Konzentration der freien Natronlauge abnimmt. Durch die erfindungsgemäße teilweise Verdampfung der Aufschlußsuspension hingegen wird die Reaktion genau in den Bereichen beschleunigt, in denen sie bei dem bisherigen Verfahren dazu neigte, langsamer zu werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet zahlreiche Vorteile: Verschiebung des Gleichgewichts in Richtung auf einen vollständigen Aufschluß des Bauxits und infolgedessen eine bessere Aufschlußausbeute; Verminderung des Reaktionsvolumens, d.h. der erforderlichen Apparatur; Verminderung des VoIumens der austretenden Laugen und der damit verbundenen Wärnieverluste; wenn man die Verdampfung während des Aufschlusses ausreichend verstärkt, kann sogar die in den Tonerdefabriken übliche gesonderte Verdampfungsanlage überflüssig werden; man kann auch die Konzentration der Aufschlußlaugen zu Beginn verringern und dann im Verlauf des Aufschlusses durch Verdampfen erhöhen.

Das Grundschema gemäß F i g. 5 kann in vielfältiger Weise variiert werden.

Die beiden Pumpen 6 und 7, mit denen die Lauge in den beiden Kreisläufen in Umlauf gehalten wird, können durch eine einzige Pumpe ersetzt werden, die gleichzeitig beide Kreisläufe bedient.

In F i g. 6 wird eine großtechnische Anlage, die nach diesem Prinzip arbeitet, gezeigt. Die horizontalen zylindrischen Kessel sind jeweils durch eine Trennwände bzw. 8' mit Dampfdurchgang9, 9' in einen Autoklaventeil 5,5' und einen Entspannungsteil 1, 1' unterteilt. Im Autoklaventeil 5,5' wird der Laugenumlauf durch eine Trennwand 12, 12, mit Laugendurchgang 3, 3' und Dampf durchgang 13, 13' gebremst. Der Inhalt ist ausreichend groß, damit sich das Lösungsgleichgewicht einstellt, bevor die Suspension mit Hilfe der Pumpen 6, 6' in die Rohrbündel der Verdampfer 2,2' gespeist wird, die mit Entspannungsdampf aus der nächsthöheren Stufe beheizt werden. Gleichzeitig wird ein Teil der Suspension aus dem Autoklaventeil 5' mit Hilfe der Pumpe 7 in den Mischer 4 der nächsthöheren Stufe eingespeist. Der in den Verdampfern 2,2' produzierte Dampf wird zum Vorwärmen der aus der Vorstufe zugeführten Lauge in den Mischern 4,4' verwendet. Die Verdampfer 2, 2' und Mischer 4,4' gehen unmittelbar in den Dampfraum 14, 14' des Autoklaventeils 5. 5' über. Über den Dampfdurchgang 9 bzw. 9' gleicht sich der Druck zwischen den Dampfräumen 14, 14' der Autoklaventeile 5, 5' und den Dampfräumen 11. 11' der Entspannungsteile 1,1' aus. Jedes Entspannungsteil enthält eine Vorrichtung 10 bzw. 10', mil der die Suspension aus der Vorstufe zugeführt unc entspannt wird. Der produzierte Dampf wird air Kopf, die entspannte Lauge am Boden des Entspannungsteils 1, Γ abgezogen.

Es können auch mehrere aufeinanderfolgende Stufen in einem einzigen Zylinder kombiniert werden der dann in seinem Inneren mit dichten Trennwän den unterteilt wird; auf diese Weise wird die Verrohrung noch mehr vereinfacht, und die Wärmeverlusu werden noch weiter eingeschränkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aucl anwenden, wenn am Anfang der Aufschlußanlage di< geklärte Dünnlauge erhitzt und der Bauxit auf belie big bekannte Weise einer der letzten Stufen der Auf Schlußanlage zugesetzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Aufschließen von Bauxit mit einer Natriumhydroxid und Natriumaluminat enthaltenden Aufschlußlauge in mehreren Stufen mit Autoklav und Entspannungsgefäß unter direktem Einleiten von Dampf in die Bauxitsuspension, wobei die Aufschlußmasse zunächst die Autoklaven mit steigender Temperatur und dann in umgekehrter Richtung die Entspannungsgefäße durchlauf», unter Wiederverwendung des in den Entspannern erzeugten Dampfes, dadurch gekennzeichnet, daß man in jeder Stufe einen Teil der Bauxitsuspension aus dem Autoklav einem Verdampfer zuführt und diesen λ\ϊι Entspanuungsdampf aus dem zugeordneten Entspannungsgefäß beheizt, den im Autoklav erzeugten Dampf in einem Mischer in die Bauxitsuspension aus der Vorstufe einführt und die erhitzte Suspension so- \\\: die im Verdampfer konzentrierte Suspension in den Autoklav zurückleitet.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Aufschlußautoklaven (5, 5'), Entspannungsgefäßen (1, 1') und einer Anordnung zum direkten Einleiten von Dampf in die Bauxitsuspension, gekennzeichnet durch Mischer (4, 4') vor jedem Autoklav zur Dampfeinleitung in die Bauxitsuspension und Verdämpfer (2, 2') auf jedem Autoklav zur Dampferzeugung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Aufschlußstufe Autoklav und Entspannungsgefäß in einem liegenden Kessel zusammengefaßt sind, der Autoklaventeil (5, 5') über den Dampfdurchgang (9, 9') in der Trennwand (8, 8') in Verbindung mit dem Entspannungsteil (1, 1') steht und außerdem durch eine Trennwand (12. 12') mit Dampfdurchgang (13. 13') und Flüssigkeitsdurchgang (3, 3') unterteilt ist und der Mischer (4, 4') und der Verdampfer (2, 2') in den Dampfraum (11, 11') des Entspannungsteils (1, 1') übergehen.

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