DE2038706C3 - Verfahren zur Verarbeitung der Autoklavenlauge, die bei dem kontinuierlichen Aufschluß von Aluminiumoxid enthaltenden Mineralien, besonders von Bauxit, mit Natriumaluminatlauge erhalten wird - Google Patents

Description

(a) daß die aus dem Autoklav austretende Lauge ohne Expansion mit der zum Aufschluß zu verwendenden Lauge unter Druck durch Wärmeaustauscher geführt wird,

(b) daß der Temperaturunterschied zwischen der aus dem Wärmeaustauscher austretenden dünnen Lauge und der eintretenden Autoklavlauge weniger als 10° C beträgt,

(c) wobei<£e in dem Wärmeaustauscher eingeführte, zum Aufschluß zu verwendende Lauge durch Verdünnung der Autoklavlauge nach Abtrennung des Rotschlammes durch Ausführen ohne vorhergehende Eindampfung erhalten wurde,

(d) sodann die erwärmte dünne Lauge in einer oder mehreren Stufen durch Expansion eingedampft, und

(e) die überhitzten, bei der Expansion der dünnen Lauge entstandenen Dämpfe zum Vorwärmen der Aufschlußmischung benutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dat. die einzudampfende dünne Lauge, die zum Aufschluß verwertet wi/J, mit einem Druck von 5 bis 60At durch den Wärmeaustauscher geführt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung der Autoklavlauge, die bei dem kontinuierlichen Aufschluß von Aluminiumoxid enthaltenden Mineralien, besonders von Bauxit mit Natriumalumirsatlauge, erhalten wird, wobei die aus dem Autoklav austretende Lauge mit einer Temperatur von über 150⁰C mit der zum Aufschluß zu verwendenden Lauge im Gegenstrom durch Wärmeaustauscher geführt wird.

Der Aufschluß von Aluminiumoxid enthaltenden Mineralien, z. B. von Bauxit, wird bekanntlich mit Natriumaluminatlauge in einer kontinuierlich arbeitenden Autoklavreihe, bei Temperaturen von über 150° C und unter Druck, gemäß dem Bayer-Verfahren vorgenommen. Ein Verfahren zum Aufschluß von Bauxiten mit Natronlauge ist z, B. aus der deutschen Patentschrift 9 38 126 bekannt.

Die Erhöhung des Anteils von kaustischem Na₂O (z. B. über 220 g/l Na₂O) — das im folgenden mit k · Na₂O bezeichnet wird — in der Aufschlußlauge, ist

ίο für den Aufschluß vorteilhaft, da bei höheren I augenkonzentrationen niedrigere Temperaturen und ein verminderter Druck verwendet werden kann, ferner kann auch der spezifische Druck vermindert werden, verglichen mit einer Aufschlußlauge, welche eine

ι? niedrigerek · Na₂Oaufweist.

Trotzdem ist man neuerdings bestrebt, den Aufschluß des Bauxits mit dünner Lauge (unter 220 g/l k · Na₂O) auszuführen, da sich hierdurch die Menge der einzudampfenden dünnen Lauge verringert, wodurch sich Einsparung an Dampf und Wegfall von Instandhaltungskosten ergeben, die die Nachteile beim Aufschluß kompensieren.

Wenn jedoch der Aufschluß mit einer dünnen Lauge vorgenommen wird, so kann weniger Waschwasser zum

Auswaschen des in den Kreislauf eingeführten Ätznatrons verwendet werden, und diese Tatsache verursacht Ätznatronverluste. Im Verhältnis zur Dampfersparnis verursacht jedoch dieser Verlust lediglich eine relativ unbedeutende Kostenerhöhung falls mehrstufige Ab-

i« setzreihen und am Ende der Reihe die Filterung des Rotschlammes z. B. mittels Filterpressen vorgenommen wird. Die Konzentrationserhöhung der Aufschlußlauge wird durch die Eindampfung der beim Ausrühren entstandenen dünnen Lauge erreicht

r. Im Laufe der Tonerdeherstellung ergibt sich eine Wassereindampfung nicht nur bei der Eindampfung der nach dem Ausrühren entstandenen Dünniauge, sondern auch durch die Expansion der aufgeschlossenen Lauge, welche aus dem auf über 150⁰C erhitzten und unter Druck stehenden Autoklav austritt. Diese Eindampfung erfolgt jedoch nach dem Aufschluß und vor der Verdünnung der Lauge, deshalb erhöht sie die Konzentration der Aufschlußlauge nicht. Beim Aufschluß mit Dünnlauge wird in der Regel weniger Wasser

•Γι aus der ausgemischten Lauge eingedampft, als die Menge jenes Wassers beträgt, welches während der Expansion der aus dem Aufschlußautoklav austretenden Lauge verdampft. Diese Tatsache wird auf Grund eines Ausführungsbeispiels in der untenstehenden Tabelle

V) veranschaulicht.

Aurschlußlauge

(g/l)

Lauge nach Einmischung vor dem Aufschluß

Lauge nach Expansion der Autoklavlauge

(g/l)

Lauge nach Ausrühren der Aluminailauge

(g/l)

k · Na₂O 180

Wasser, nvVt Tonerde 12 12,57

236

9,17

145 ■4,90

Im Falle einer Aufschlußlauge von 180 g/l k · NajO Konzentration beträgt demnach die gesamte Menge des aus dem Kreislauf austretenden Wassers 630 mVt Tonerde, wovon 2,90 m* Wasser/t Tonerde durch Eindampfung in einer Eindampfungsanlage und 3,40 m³ Wasser/t Tonerde durch die Expansion der aufgeschlossenen Lauge entfernt werden kann.

Die Eindampfung der Dünnlauge ist unbedingt notwendig, weil eine Aufschlußlauge, welche eine niedrigere Konzentration als 170 g/l k ■ Na₂O aufweist, wegen der Verschlechterung des Aufschlußwirkungsgrades unwirtschaftlich ist. Eine andere Möglichkeit zur Beseitigung der Laugeneindampfung würde darin bestehen, daß die Autoklavlauge lediglich dermaßen

verdünnt wird, daß ihre Konzentration nach dem Ausrühren 180 g/l k · ΝβϊΟ beträgt. Diese Lösung ist jedoch einerseits wegen der schlechteren Absetzung des Rotschlammes, andererseits wegen der Verschlechterung des Aufrührungswirkungsgrades unwirtschaftlich. '

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend genannten Nachteile, die mit dem Eindampfen der Dünnlauge verbunden sind, zu vermeiden, ohne daß sich eine Verschlechterung des Prozeßwirkungsgrades ergibt. hi

Gemäß dein Verfahren der bereits genannten deutschen Patentschrift 9 38 126 wird die Autoklavlauge gekühlt, indem sie in ein Gemisch von Waschlauge und ausgerührter Dünnlauge gedrückt wird. Dies bedeutet eine direkte Kühlung der unter Druck stehenden π Autoklavlauge durch Einführung von Dünnmitteln.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß bei indirekter Kühlung der Autoklavlauge mittels Dünnlauge, wobei sich die Temperatur der Dünnlauge über die Siedetemperatur und der Druck erhöht und nach J» erfolgter Expansion der überhitzten Dünnlauge, deren expandierte Dämpfe zur Heizung des Ausgangsgemisches geeignet sind, sich eine bedeutende Energieeinsparung und Intensivierung des Verfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung der Autoklavlauge, die bei dem kontinuierlichen Aufschluß von Aluminiumoxid enthaltenden Mineralien besonders von Bauxit mit Natriumaluminatlauge, erhalten wird, wobei die aus dem Autoklav austretende .w Lauge mit einer Temperatur von über 150° C mit der zum Aufschluß zu verwendenden Lauge im Gegenstrom durcl· Wärmeaustauscher geführt wird, wird gemäß den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen (a) bis (e) durchgeführt. r>

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß zum Aufschluß jene Lauge verwendet wird, die durch Verdünnung der Autoklavlauge und nach Abtrennung des Rotschlammes durch Ausrühren erhalten wird.

Hierbei erweist es sich weiterhin als vorteilhaft, daß die Autoklavlauge zu einem Wert von 120 bis 150 g/l k · Na2O verdünnt wird.

Günstige Ergebnisse werden insbesondere dann erhalten, wenn die einzudampfende dünne Lauge, die -r> zum Aufschluß verwendet wird mit einem Druck von 5 bis 60 at durch den Wärmeaustauscher geführt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch dadurch vorteilhaft, daß die überhitzten, bei der Expansion der dünnen Lauge entstandenen Dämpfe zum Vorwärmen >o der Aufschlußmischung benutzt werden.

Die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Autoklaven (17, 18) und der Expansionsvorrichtung (9, 10, 11) eine Wärmeaustau- v> scheranlage (1,2,3) angebracht ist, weiche an der einen Seite des Wärmeaustauschers mit einer Förderpumpe (5) zur Einführung der einzudampfenden dünnen Lauge und an der Gegenseite des Wärmeaustauschers mit Rohrleitungen zur Einführung der Autoklavlauge bo versehen ist. Ferner ist die Wärmeaustauscheranlage mit automatischen Temperatur- und Druckregelungsgeräten (7,8) ausgerüstet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß durch Änderung der Verfah- hi rensschritte bzw. der verwendeten Einrichtung, erhebliche Mengen Verdampfungsenergie eingespart werden können. Hierbei ist die Aufschlußlauge ohne Anwendung von Verdampfungsbatterien unmittelbar herstellbar.

Als Wärmeaustauscher wird vorzugsweise ein geschlossener Rohrbündel-Wärmeaustauscner, der einem Betriebsdruck von 100 at standhält, oder aber ein Wärmeaustauscher mit Lamellen-Platten- oder Spiralausführung, die 15 bis 50 at Betriebsdruck vertragen, verwendet.

Für den Wärmeaustauscher ist es günstig, daß einerseits die Autoklavlauge in entkieseltem Zustand vorliegt, und andererseits, daß die Feststoffteilchen in der Autoklavlauge feinkörnig sind. Ihr Durchmesser liegt zwischen den Grenzwerten von etwa 1 bis 45 μπι.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man in jenen Fällen, in denen ein Teil der in den Aufschlußprozeß zurückgeführten Lauge zur Entfernung der in ihr enthaltenen Salze, auf eine höhere kaustische Na₂O Konzentration als die Konzentration der Aufschlußlauge eingestellt werden muß, derart vorgehen, daß ein Teil der expandierten Lauge in den vor den Wärmeaustauscher angeordneten Behälter der dünnen Lauge zurückgeführt, wivter erwärmt, bzw. eingedampft wird, sodann ein Teil der -iünnen Lauge nicht durch den Wärmeaustauscher geführt, sondern mit der nach der Entsalzung erhaltenen konzentrierten Lauge unmittelbar gemischt als Aufschlußlauge verwendet wird

' Die einzudampfende dünne Lauge wird durch Kolben- oder Schleuderpumpen, die 5 bis 60 at Überdruck erzeugen können, in die Wärmeaustauscher geleitet, während man auf der Gegenseite der Wärmeaustauscher den Druck der Autoklavlauge zur Förderung benutzen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an Hand der Zeichnung erläutert.

Die aus der Aufschlußanlage 17 und 18 mit einer Temperatur über 150°C unter Druck austretende Autoklavlauge wird durch den einen Raum der in Reihe geschalteten Wärmeaustauscher 1, 2 und 3 mit Leitung 22 ein- und mit Leitung 23 wieder ausgeleitet, wobei durch den anderen Raum der in Reihe geschalteten Wä.meaustauscher dünne Lauge im Gegenstrom strömt. Die dünne Lauge stammt aus dem zur Lagerung der ausgemischten dünnen Lauge bestimmten Behälter 6 und wird durch Pumpe 5 in die Wärmeaustauscherreihe mittels der Leitung 24 eingeführt. In den in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern 1, 2 und 3 wird ein Teil des Wärmegehalts der Autoklavlauge der dünnen Lauge übergeben, derart, daß der Temperaturunterschied zwischen der aus der in Reihe geschalteten Wärmeaustauscher austretenden dünnen Lauge und der eintretenden Autoklavlauge weniger als 1C C beträgt.

Während der Wärmeiibergabe wird der erwünschte Temperaturunterschied mit Hilfe des Temperaturreglers 7 bzw. des pneumatischen Ventils 8 geregelt. Die automatisch gesteuerten Druckregler 19, 20 Hienen zur Sicherung der Wärmeaustauscher. Die aus den Wärmeaustauschern unter Druck durch Leitung 25 austretende dünne Lauge wird durch die Expansionsgefäße 9,10 und 11 geleitet, in weltnen sie stufenweise expandiert wird und schließlich durch die Leitung 12 dem Behälter der konzentrierten Lauge zugeführt wird, der unter atmosphärischem Druck steht.

Die aus dem Austauscher 3 austretende und unter ihren Siedepunkt gekühlte Autoklavlauge wird durch die Leitung 4 in die unter atmosphärischem Druck stehenden Verdünnungsbehälter weitergeführt. Die

überhitzten Dämpfe, welche aus den Expansionsgefäßen 9, 10 und 11 austreten, werden in entsprechender Reihenfolge in die Ausgangsmischungsvorwärmer 16, 15 und 14 als Heizdampf eingeleitet. In diesen Vorwärmern erfolgt die Erwärmung der durch die Leitung 13 eingeführten Ausgangsmischung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die untenstehenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Beispiel 2 dient als Vergleich mit den bekannten Verfahren.

Beispiel 1

3,1 I feiirhter Bauxit je t Tonerde wird mit einer Menge von 12 m³ Aufschlußlauge je t Tonerde, welche eine Konzentration von 180 g/l k · Na₂O aufweist, gemischt. So erhöht sich die Menge der Lauge nach der Einmischung auf 12,57 mVt Tonerde, ihre Konzentration vermindert sich jedoch auf 172 g/l k · Na₂O. Die Ausgangsmischung wird bei einer Temperatur von 24O⁰C unter Druck von 40 bis 60 at in einer Aufschlußvorrichtung behandelt. Die erhaltene Autoklavlaugc wird erfindungsgemäß in einen Oberflächen-Wärmeaustauscher geleitet, in welchem die Lauge ohne Expansion derart abgekühlt wird, daß in dem Wärmeaustauscher in Gegenstrom zur Autoklavlauge eine nach Ausrühren erhaltene dünne Lauge geführt wird. Aus dem Oberflächen-Wärmeaustauscher wird die gekühlte Autoklavlauge in den Verdünnungsbehälter geführt, die in Gegenstrom geführte Diiniilnuge wird durch eine Expansionsanlage in 10 Stufen durchgeleitet, in der sie auf atmosphärischen Druck expandiert wird, wobei die aus der dünnen Lauge expandierten Dämpfe zur Erwärmung der Ausgangsmischung benutzt werden. Die Expansion der dünnen Lauge wird in solcher Weise ausgeführt, daß sich ein Wasseraustritt von 3,4 mVt Tonerde ergibt.

In dem Verdünnungsbehälter wird die Autoklavlauge mit Hilfe von Rotschlammwasser auf 135 g/l k · Na₂O Konzentration verdünnt. Die Menge des zur Verdünnung gebrauchten Waschwassers beträgt 3,4 mVt Tonerde. Die kleinere Waschwassermenge, welche zum Waschen des Rotschlammes verbraucht werden kann, würde in diesem Fall die Verluste an aus dem Rotschlamm auswaschbarer Lauge erhöhen, deshalb wird am Ende der Absetz-Waschreihe eine Schlammfiltrierung vorgenommen, welche die Laugenverluste kompensiert. Die Konzentration der nach dem Ausrühren erhaltenen Dünnlauge erhöht sich infolge der Entziehung des Hydratkristallwassers auf 140 g/l k · Na₂O, somit wird in den Dünnlauge-Expansionseinrichtungen der Aufschlußvorrichtung durch Expansion von 3,4 m³ DUnnlauge/t Tonerde eine Aufschlußlauge von 180 g/l K · Na₂O Konzentration erhalten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also die Anwendung einer gesonderten Laugeneindampfungseinheit nicht erforderlich.

Beispiel 2

Der Aufschluß von 3,1 t feuchter Bauxit je t Tonerde wird mit 12 m³ AufschluBlauge von 180 g/l k · Na₂O Konzentration aufgeschlossen. Nach der Ciiiinischuitg des Bauxits in die Aufschlußlauge wird die Menge der Lauge durch den Feuchtigkeitsgehalt des Bauxits auf 12,57 mVt Tonerde erhöht, ihre Konzentration vermindert sich gleichzeitig zu 172 g/l k ^K'i₂O. Die Ausgangamischung wird unter Druck von 40 bis bO at in der Aufschlußeinrichtung auf 240°C erwärmt. Unter solchen Umständen kann der AI₂O3-Gehalt des Bauxits in der Lauge gelöst werden. Die unter Druck stehende Autoklavlauge wird durch eine lOstufige Expansionsreihe geleitet, in der sie auf atmosphärischem Druck expandiert wird, die Expansionsdämpfe werden zur Erwärmung der zum Aufschluß vorbereiteten Lauge benutzt.

Die auf solche Weise auf 107³C gekühlte Autoklavlauge wird in den Verdünnungsbehälter geleitet. Die Autoklavlauge konzentriert sich hierbei auf 236 g/l k · Na₂O. Das Maß des Wasseraustrilts beträgt 3,4 mVt Tonerde, ihr Volumen verringert sich auf 9,17 mVt Tonerde. Im Laufe der Verdünnung wird die Autoklavlauge mit Rotschlammwasser auf 140 g/l K · Na₂O verdünnt, sie konzentriert sich jedoch während des Ausrührens auf 145 g/l k · Na₂O. Der Wasserbedarf der Verdünnung beträgt 6,3 mVt Tonerde. Aus der nach dem Ausrühren erhaltenen Dünnlauge wird in der Laugeneindnmpfungsanlage eine Wassermenge von 2,90 m³/t Tonerde verdampft, wodurch eine Aufschlußlauge von 180 g/l k · Na₂O Konzentration hergestellt wird. Der zum Wassergleichgewicht des Kreislaufverfahrens benötigte 6,3-2,9 = 3,4 mVt Tonerde Wasseraustritt wird durch die Expansion der Autoklavlauge gesichert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zur Verarbeitung der Autoklavlauge, die bei dem kontinuierlichen Aufschluß von Aluminiumoxid enthaltenden Mineralien, besonders von Bauxit mit NatriumaJuminatlauge, erhalten wird, wobei die aus dem Autoklav austretende Lauge mit einer Temperatur von über 150⁰C mit der zum Aufschluß zu verwendenden Lauge im Gegenstrom durch Wärmeaustauscher geführt wird, dadurch gekennzeichnet,