DE3136138C2

DE3136138C2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen und Weiterverarbeiten des Aluminiums von aluminiumhaltigen Rohstoffen nach dem Bayer-Verfahren

Info

Publication number: DE3136138C2
Application number: DE3136138A
Authority: DE
Inventors: Oszkár Dipl.-Chem. Budapest Borlai; György Dipl.-Chem. Balatonalmádi Bucsky; Imre Mosonmagyaróvár Cziniel; Jenö Dipl.-Ing. Budapest Németh; Gyula Dipl.-Chem. Mosonmagyaróvár Odor; József Dipl.-Ing. Balatonfüred Pázmány; Tiborné Dipl.-Chem. Veszprém Péterfi; Lajos Szücs; József Dipl.-Met. Mosonmagyaróvár Tamás; Aurél Dipl.-Chem. Veszprém Ujhidy
Original assignee: MTA MUESZAKI KEMIAI KUTATO INTEZET VESZPREM HU
Current assignee: MTA MUESZAKI KEMIAI KUTATO INTEZET VESZPREM HU
Priority date: 1980-10-01
Filing date: 1981-09-11
Publication date: 1986-03-13
Also published as: DE3136138A1; FR2491052B1; HU182807B; CH656602A5; FR2491052A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Lösen und Weiterverarbeiten des Aluminiumgehaltes von aluminiumhaltigen Rohstoffen nach dem Bayer-Verfahren durch Vermengen der Materialströme der Rohstoffe und des Materialstromes beziehungsweise der Materialströme der Natriumaluminatlauge und/oder Natriumhydroxyd und/oder Zusatzstoff(e) enthaltenden Lösung(en) und gegebenenfalls von Wasser, durch Erwärmen von Materialströmen zumindest zum Teil während des Strömens, gegebenenfalls durch deren darauffolgendes Warmhalten zwischen oder nach den Erwärmvorgängen sowie durch Weiterverarbeiten des wärmebehandelten Gemisches, bei welchem Materialströme der Lösung(en) und/oder Trübe(n) und gegebenenfalls von inerten Gasen und/oder Luft wiederholt zumindest in einem statischen Mischelement gemischt sowie gegebenenfalls in einem Verweilgefäß stehengelassen werden und gegebenenfalls nach dem Mischen und/oder Stehenlassen im Verweilgefäß zumindest teilweise im Kreislauf zurückgeführt werden, wobei während des Lösens beziehungsweise Aufschließens zumindest ein einzelner oder vermischter Materialstrom ein- oder mehrstufig erwärmt wird. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen und Weiterverarbeiten des Aluminiums von a'uminiumhaltigen Rohstoffen nach dem Bayer-Verfahren, bestehend aus mindestens einem Vorwärmer, einem Autoklasen und einem Verweilgefäß und/oder einem Ausrührreak'ionsgefäß, wobei zumindest in einem dieser Elemente ein «lischer vorgesehen ist.

Beim Bayer-Verfahren zur Herstellung von Tonerde werden die aluminiumhaltigen Erze und Rohstoffe (deren Aluminiumgehalt meistens in Form von Aluminiumoxyd und Aluminiumoxydhydrat vorliegt) mit einer natriumaluminat- und natriumhydroxydhaltigen Lösung vermischt, die im Kreislauf geführt wird. Es wird ein Schlamm gebildet und die Aluminiumverbindungen werden durch Erwärmen dieses Schlamms zu Natriumaluminat gelöst. Das Erwärmen kann in Vorwärmern und Autoklaven erfolgen, die Rohrschlangen und mechanische Mischer aufweisen können, in den Autoklaven verweilt der Schlamm länger und aus diesem Grunde entsteht eine bedeutende Verkrustung speziell auf den Oberflächen der Wärmetauscher. Während des so Aufschließens im Rohr erfolgt eine kontinuierliche Strömung der Materialströme. Während des Erwärmens des Schlamms entsteht an der Oberfläche des Wärmetauschers eine mechanisch kaum entfernbare harte Ablagerung, die sich ständig verdickt, und den Wärmeübergang herabsetzt.

Die entstandene Ablagerung wird bei den bekannten Vorrichtungen zeitweise entfernt. Dies erfolgt durch Außerbetriebsetzen und Reinigen (mechanische Reinigung oder Säurebehandlung) der Vorwärmer, Autoklaven und Wärmetauscher. Damit verbunden ist ein Produktionsausfall und ein beträchtlicher Material- und Arbeitsaufwand. Durch eine verminderte Wärmeübertragung sowie ein ständiges Außerbetriebsetzen ist es erforderlich eine im Verhältnis zum theoretischen Bedarf größere Vorrichtung zu betreiben.

Das während des Aufschließens in Lösung gegangene Aluminiumoxyd scheidet sich während des Ausrührens in Form von Tonerdehydrat aus. Zum Ausruhren wird ein mechanischer Rührer verwendet oder es wird Luft von unten in den Behälter eingeführt, die den Inhalt des Behälters nach dem Prinzip einer Mammutpumpe aufrührt Infolge der hohen Energiepreise ist jedoch die Lufteinführung unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen und Weiterverarbeiten des Aluminiums von aluminium haltigen Rohstoffen nach dem Bayer-Verfahren zu schaffen, bei welcher die Krustenbildung auf den Oberflächen der Wärmetauscher verhindert und damit die Wärmeübertragung wesentlich verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Mischer ein statischer Mischer mit einem rohrförmigen Gehäuse ist, in welchem den Materialstrom abwechselnd beschleunigende und verzögernde Mischelemente angeordnet sind.

Durch den angeordneten statischen Mischer wird der Materialstrom abwechselnd beschleunigt und verzögert, so daß eine gute Vermischung und ein großvolumiger Kontakt mit dem Wärmetauscher erfolgt, wobei gleichzeitig verhindert wird, daß sich dort eine Ablagerung ausbilden kann. Der Mischer erfordert zum Betrieb keine zusätzliche Energie, da die zum Transport des Materialstromes vorgesehene Pumpe ausreicht.

Aus den US-PS 3o 71 624 und 39 18 688 sind statische Mischer bekannt, die aus in einem Gehäuse angeordneten Leitplatten mit versetzten Durchlässen und Strömungskanälen bestehen. Diese Mischer sind nicht geeignet, eine Krustenbildung wirksam zu verhindern oder zumindest einzuschränken.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind als Mischelemente unter einem Winkel zur Rohrachse im Abstand voneinander abwechselnd entgegengesetzt geneigt angeordnete Trennwände vorgesehen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind als Mischelemente schraubenförmig ausgebildete, um einen Winkel versetzt hintereinander angeordnete Trennwände vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erbringt gegenüber den bekannten Vorrichtungen zur Durchführung des Bayer-Verfahrens eine Reihe von Vorteilen. Infolge des größeren Wärmeübergangs erfolgt eine gesteigerte Wärmeübertragung und es wird eine vollständige oder zumindest bedeutende Vermeidung von Ablagerungen erreicht. Daher reichen zum Erzielen der gleichen Ergebnisse kleinere Rohrlängen und weniger Energie aus. Auch können die Menge an Chemikalien zur Säurebehandlung und die durch die Säurebehandlung bedingten Produktionsausfälle eingespart werden und infolge des Wegfalls einer Säurebehandlung wird die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines statischen Mischers,

Fig. 1a, Ib, Ic Mischelemente des Mischers nach F i g. 1 im Querschnitt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Autoklaven oder Ausrührreaktionsgefäßes mit einem statischen Mischer,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Autoklaven oder Ausrührreaktionsgefäßes.

Fig.4 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Autoklaven oder Ausrühr-

rc-aktionsgefäßes,

F i g. 4a eine Stirnansicht des Autoklaven nach F i g. 4 und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen und Weiterverarbeiten.

In Fi g. I ist ein Rohr 1' gezeigt, das entweder einen Teil einer Aufschließvorrich'.ung oder eines Wärmetauschers bildet. Innerhalb des Rohres t' sind statische Mischelemente la (in vergrößerter Darstellung in Fig. 1a), statische Mischelemente 1£> (in vergrößerter Darstellung in Fig. Ib) und statische Mischelemente Ic (in vergrößerter Darstellung in F i g. Ic) angeordnet.

In F i g. 2 ist innerhalb eines Autoklaven bzw. eines Ausrührreaktionsgefäßes 2 ein von unten nach oben sich erweiterndes Rohr 1" angeordnet, in welchem sich statische Mischelemente \b und Ic befinden. An den unteren Teil des Autoklaven 2 ist ein in diesen hineinführendes Gas-, Dampf- bzw. Schlammeinführungsrohr 3 angeschlossen. An der Seite im oberen Teil weist der .Autoklav 2 einen Stutzen 4 zur Zuführung von Aluminatlaugc oder Trübe auf. Ferner ist an dem Autoklaven 2 am Boden ein Abziehstutzen 5 und an der Decke ein Gasableitungsstutzen 6 angeordnet

Es können auch mehrere Rohre ί',ί" zusammen mit den darin befindlichen statischen Mischelementen la, 16. Ic im Autoklaven 2 angeordnet sein wie in Fig.3 dargestellt ist. Die Rohrwand 20 in Fig.3 hat einen kreisförmigen Querschnitt und Trennwände 7 schließen mit der Längsachse mit der Richtung des Pfeiles AB abwechselnd einen spitzen Winkel (λ) und einen stumpfen Winkel (ß)ein. In der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform bilden α und β Komplementärwinkel. Der Abschnitt I wird in der Richtung der Längsachse (in Richtung des Pfeiles AB) enger, der Abschnitt II wird dagegen in dieser Richtung weiter, der Abschnitt III hat einen gleichbleibenden kreisförmigen Querschnitt und wird nur von der Rohrwand 20 begrenzt, der Abschnitt

IV wird in Richtung der Längsachse weiter und der Abschnitt V wird in dieser Richtung enger; der Abschnitt VI hat wiederum einen gleichbleibenden kreisförmigen Querschnitt, der Abschnitt VII wird in Richtung der Längsachse enger und der Abschnitt VIII wird in dieser Richtung weiter. Demzufolge werden der Abschnitt I und die darauf folgenden Abschnitte IV und VII b/.w. der Abschnitt Il und die darauf folgenden Abschnitte V und VIII abwechselnd enger und weiter, es besteht aber in gleicher Weise eine Abwechslung der Verengung und der Erweiterung zwischen den Abschnitten I und Ii bzw. zwischen den Abschnitten IV und

V bzw. zwischen den Abschnitten VII und VIII. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Abschnitte I, IV und VII in Richtung der Längsachse abwechselnd enger und weiter und der Querschnitt der Abschnitte II, V und VIII bleibt jeweils konstant. Die Trennwände 7 in F i g. 3 können auch als durchgehende Trennwand ausgebildet sein, wobei an Stellen 10 Durchgänge angeordnet sind. In Fig.3 ist mit A die Stelle des Einführens eines Mediums und mit ßdie Stelle des Einführens eines zweiten Mediums bezeichnet. Die Wandung 8 des sich an das Rohr 1 anschließenden unteren Teiles der Vorrichtung bildet einen sich verjüngenden Raum, in dem die eingeführten Medien A und B graduell beschleunigt werden. Die Wandung 9 des sich an das Rohr 1 anschließenden oberen Teiles der Vorrichtung bildet einen sich erweiternden Raum, in dem das abgeführte Gemisch aus den Medien Λ und d(Aß-Mtr!ium)graduell verzögert wird.

In F i g. 4 sind Trennwände T um eine mit der Längsachse eines rohrförmigen Gehäuses einen Winkel bildende Achse schraubenförmig angeordnet. Dadurch werden standig sich ändernde Winkel mit einer dun_h die Längsachse gelegten im voraus festgelegten Ebene eingeschlossen. Die aufeinanderfolgenden Trennwände T sind zueinander entgegengesetzt geschraubt bzw. verdreht und gegenüber dem Ende einer Trennwand T ist der Anfang der jeweiligen nächsten Trennwand T um einen bestimmten Winkel verdreht.

In der in Fig.5 scheniatisch dargestellten Vorrichtung sind ein Rückgewinnungswärmetauscher 11 und ein mit Frischdampf beheizter Wärmetauscher 12 vorgesehen. Der Wärmetauscher 12 ist mit einem Autoklaven 13, welcher ggf. auch als Behälter wirken kann, verbunden. Der Autoklav 13 ist mit einem Expansionsgefäß 14 verbunden. An Stelle eines Autoklaven 13 können auch mehrere Autoklaven und an Stelle eines Expansionsgefäßes 14 auch mehrere Expansionsgefäße vorgesehen sein. Aus dem mit Frischdampf beheizten Wärmetauscher 12 wird die erwärmte Trübe in den Autoklaven 13 und von diesem in das Expansio;r..eefäß 14 geleitet. Nach dem Autoklaven 13 kühlt sich die Trübe im Expansionsgefäß 14 ab. Die dadurch entstandene Wärme wird in dem Rückgewinnungswärmetauscher 11 iusgenutzi. Die Mischelemente la. \b, Xc können auch im Rohrabschnitt zwischen dem mit Frischdampf beheizten Wärmetauscher 12 und dem Autoklaven 13 angeordnet sein. Auch in F i g. 5 bezeichnen A die Stelle des Einführens eines Mediums und B die Stelle des Einführens eines zweiten Mediums und AB das Gemisch aus den Medien A und B.

Während des Betriebes der Vorrichtung erfolgt außer der Bewegung durch die Fördermaschinen keine Bewegung der Elemente. Durch die mit statischen Elementen versehenen Teile der Anordnung können zwei oder mehrere Materialströme, die in den Figuren mit A und B bezeichnet sind, geleitet werden. A und B können auch gleiche Materialströme sein, die sich eventuell durch irgendeine physikalische Eigenschaft, zum Beispiel die Temperatur, voneinander unterscheiden.

Beispiel 1

Es wurde einem Rohr der in der Fig. 1 da; gestellten Ausführung eine Trübe von Bauxit und Aluminatlauge zugeführt. Es trat eine Trübe von gleicher Zusammensetzung und mit gleichen physikalischen Eigenschaften in Richtung der Pfeile A und B ein. Die statischen Mischeiemente la, \b und Ic waren entweder wie in Fig. 1 gezeigt voneinander verschieden oder es waren gleiche Mischelemente la oder \b oder Ic oder 7'. Die Trübe wurde wahrend ihres Strömens im Rohr von einer Ten,-peraturvon81 bis 85°Cauf eine Temperatur von 195 bis 2u0°C erwärmt. Es wurde im Rohr eine Wärmeübergangszahl K von 3000 bis 3500 kcal/m² · Stunde "C erreicht und während des Dauerbetriebes (5 bis 6 Wochen) wurden weder an den statischen Mischelementen noch an der Rohrwand Ablagerungen von Ausscheidungen festgestellt.

Ohne Verwendung der statischen Mischelemente la, \b, !coder T bei sonst gleichen Bedingungen verminderte sich der Anfangswert der Wärmeübergangszahl K von 700 bis 800 kcal/m² · Stunde ■ ⁰C in 20 Tagen auf K = 500 kcal/m² · Stunde ■ ⁰C infolge der im Rohr entstandenen Ablagerung. Diese Ablagerung ließ sich nur nach Zerlegen der Anordnung mittels einer Säuremischung in bekannter Weise bei einem Betriebsausfall von 2 bis 3 Tagen entfernen.

Be i s pi e ! 2

Es wurde in einen Autoklaven 2 der in F i g. 2 dargestellten Ausführung, in welchem weder ein mechanischer Rührer noch Wärmetauscherrohrschlangen waren, überhitzter Dampf mit einer Temperatur von 350^eC durch das Dampfeinführungsrohr 3 eingeführt. Durch den an der Decke des Autoklaven befindlichen Gasableitungsstutzen 6 strömte ein Dampf mit einer Temperatur von 350⁰C aus. Der zugeführte Dampf strömte durch das Rohr 1" innerhalb des Autoklaven. Der nach oben strömende Dampf brachte auch die im Autoklaven 2 befindliche Trübe in eine nach oben gerichtete Strömung und während der unmittelbaren und auf großer Fläche erfolgenden Berührung wurde die Trübe auf eine Temperatur von 200°C erwärmt.

Ohne Verwendung der statischen Mischelemente mußte eine Heizrohrschlange mit einer Oberfläche von i3Om² und zwecks der Rührung ein mechanisches Rührwerk mit einer Leistung von 15 kW in den Autoklaven eingebaut werden.

Beispiel 3

Es wurde eine eingestellte und entkieselte Trübe mittels einer Kolben- oder Membranpumpe mit einer Leistung von 300 mVStunde und einem Druck von 65 bis 85 bar in eine Vorwarmeeinheit gefördert. Die Vorwärmer waren Wärmetauscher mit dem Aufbauprinzip »Rohr-im-Rohr«. in welche statische Mischelemente eingebaut waren.

Der Rückgewinnungsteil der Vorwärmer wurde durch die Brüden, die während der Ausdehnung der erwärmten Trübe freigesetzt wurden, betrieben.

Die Rückgewinnungstemperatur betrug 195 bis 200"-C.

Nach den Rückgewinnungswärmetauschern wurde die Trübe durch mit frischem Dampf beheizte Wärmetauscher vom gleichen Typ auf die benötigte Endtemperatur von 240 bis 25O⁰C erwärmt. Der dazu notwendige Dampfdruck betrug 36 bis 40 bar.

Die erwärmte Trübe wurde ohne Verwendung von Rührelementen in einen Autoklaven eingeführt, in welchem das Aufschließen erfolgte. Bei der Durchführung entsprechend dem gegebenen Beispiel wurde nur ein Autoklav benötigt. Vor dem Autoklaven sicherte ein statischer Mischer die Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit. Der Autoklav hatte keine Innenheizung, weswegen auf Heizflächen keine Ablagerung erfolgte.

Die Aufgabe des Autoklaven bestand in der Sicherstellung der Verwiilzeit zwecks vollständiger Reaktion. In einer auf den Autoklaven folgenden Expansionseinheit kühlte sich die Trübe ab. Es genügte, das Entfernen der Ablagerungen an der Mantelwand bei einer Betriebspause nach 1 bis 2 Jahren durchzuführen. Die Betriebszeit betrug im Falle von inneren Heizflächen 4 bis 5 Monate, wonach die Anordnung gereinigt werden mußte.

sich auf etwa die Hälfte vermindern, wenn die Pumpenarbeit der Ausführungsform gemäß Fig.2 ausgenutzt wurde. Die Flüssigkeit trat durch das Schlammeinführungsrohr 3 ein und die in dem Rohr 1" eingebauten statischen Mischelemente la. \b und Ic oder die statischen Mischelemente T gemäß Fig.4 förderten das Ausrühren.

Beispiel 4

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Es wurde eine Trübe in Ausrührreaktionsgefäßen eines Betriebes mit einer Kapazität von 200 000 jato/40 bis 60 Stunden lang belassen. Der durchschnittliche Sauerstoffbedarf betrug 200 bis 300 Nm³. Zur Erzeugung von 1 Nm¹ Luft mit einem Druck von 4 bis 5 bar wurde eine Elektrizitätsmenge von 0,09 kWh verbraucht, d. h. insgesamt 18 bis 27 kWh. Diese Elektrizitätsmenge ließ Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

'S, hi Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufschließen und Weiterverarbeiten des Aluminiums von aluminiumhaltigen Rohstoffen nach dem Bayer-Verfahren, bestehend aus mindestens einem Vorwärmer, einem Autoklaven und einem Verweilgefäß und/oder einem Ausrührreaktionsgefäß, wobei zumindest in einem dieser Elemente ein Mischer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer ein statischer Mischer mit einem rohrförmigen Gehäuse (1, Γ, 1") ist, in welchem den Materialstrom abwechselnd beschleunigende und verzögernde Mischelemente (la, 16, Ic, 7, T) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischelemente unter einem Winkel zur Rohrachse im Abstand voneinander abwechselnd entgegengesetzt geneigt angeordnete Trennwände (7) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischelemente schraubenförmig ausgebildete, um einen Winkel versetzt hintereinander angeordnete Trennwände (7') vorgesehen sind.

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