HUP0103434A2 - Javított Bayer-féle kausztifikáló eljárás - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya javított eljárás Bayer lúgok timföldfinomítóbantörténő kausztifikálására, ahol az eljárást az jellemzi, hogy meszetBayer lúgban aluminát ionokkal reagáltatnak alacsony-közepeshőmérsékleten, szabályozott körülmények között, lényegében csakhidrokalumit és hidroxilionok előállítása céljából; és ahidrokalumitot Bayer lúggal érintkeztetve, szabályozott körülményekközött úgy melegítik, hogy a hidrokalumit reakcióba lépjen a lúggalkalciumkarbonát, aluminátionok és hidroxilionok kialakulására, ígykausztifikált Bayer lúgot kapnak, jelentősen megnő a mészfelhasználáshatékonysága és a timföld veszteség minimalizálódik. A találmánytárgya továbbá az eljárás megvalósítására szolgáló berendezés. Ó

Description

3673M

KÖZZÉTÉTELI PÉLDÁNY

Javított Bayer-féle kausztifikáló eljárás

A találmány tárgya javított eljárás és berendezés Bayer lúgok timföldfinomítóban történő kausztifikálására, különösen egy olyan eljárás, amelyben jelentős mértékben megnövekedett az elérhető C/S arány és/vagy amelyben lényegesen javult mészfelhasználási hatékonyság és/vagy csökkent timföld veszteség érhető el.

A timföldgyártásra szolgáló Bayer-eljárás során tömény nátrium-aluminát oldatot állítanak elő a bauxit őrlésével és maró hatású oldatban történő feltárásával, rendszerint megnövelt hőmérsékleten és nyomáson. Az iszap derítését követően a tömény nátrium-aluminát oldatot lehűtik és gibbszit kristályokkal oltják be, előidézve ezzel a gibbszit oldatból történő kristályosodását. A gibbszitet timfölddé kalcinálják, míg a kimerült lúgot (vagy „híglúg”) újra felhasználják további bauxit feltárására.

A feltárás során a maró anyag egy része a bauxitban levő szennyeződésekkel történő nem kívánatos reakciókban elfogy, csökkentve ezzel a lúg kitermelését. Ezeknek a reakcióknak az egyik legfontosabb eredménye a nátriumkarbonát képződése, amely az ásványi fázis belsejében jelenlévő szervetlen karbonátok feloldódásából vagy a szerves vegyületek hő- vagy oxidatív lebomlási reakcióiból keletkezik. Szabályozás nélkül az eljárás folyamán a lúg minden egyes ciklusában a nátrium-karbonát koncentrációja tovább emelkedik, ennek megfele

-2lően csökken a lúg azon képessége, hogy feltárja a bauxitból a gibbszitet vagy böhmitet.

A legáltalánosabb módszer a nátrium-karbonát koncentráció Bayer eljárási lúgokban történő szabályozására az égetett mész vagy oltott mész alkalmazásával történő kausztifikálás. Ezt az eljárást vagy magán a feltárási folyamaton belül (a mész bauxittal együtt történő bevezetésével), vagy általánosabban mellékáramú folyamatként hajtják végre. A mész közvetlen bauxittal történő adagolása nem általános, kivéve, ahol a mész az egyéb szennyeződések (így a titán vagy a háromvegyértékú foszfor) szabályozásához szükséges, mivel a nagyon tömény lúgok hozzájárulnak a gyenge hatékonysághoz. Hacsak a hőmérséklet nem elég magas, a mész legnagyobb része az oldatban levő aluminátokkal mellékreakciókon megy át, amely kalcium-aluminátokat eredményez, különösen trikalciumaluminátot (TCA, gyakran C3A-ként is utalnak rá a cementiparban).

A gyakoribb mellékáramú kausztifikálás során (rendszerint az egyik iszapmosó szakaszból vett) híg lúgáramot reagáltatnak oltott mész zaggyal, általában a kombinált lúg atmoszférikus forráspontjához közeli hőmérsékleten. Másik lehetőségként a zagyot néha közvetlenül az iszapmosóhoz adják. Az átalakult nátriumkarbonát mennyisége és a mészfelhasználás hatékonysága számos változótól függ, de a legtöbb finomítóban a mész hatékonysága 50-70 % körüli.

A timföldiparban általános, hogy a Bayer lúg karbonát szennyezettségének szintjét a maróanyag/szóda arányban vagy „C/S”-ben adják meg. Itt a „C” a nátrium-aluminát és nátrium-hidroxid összkoncentrációját adja meg, a nátriumkarbonát koncentráció ekvivalenseként kifejezve. Az „S” koncentráció a „C” és az aktuális nátrium-karbonát koncentráció összegét adja, ezt az összeget szintén a nátrium-karbonát koncentráció ekvivalenseként fejezik ki. Ebből látható, hogy a teljesen kausztifikált (karbonátmentes) Bayer eljárási lúg 1,00 C/S aránnyal fog rendelkezni. Jellemzően a tömény lúgáram C/S aránya a timföldfinomítók nagy részében 0,8 és 0,85 C/S arány között van és ennél nagyobbat nehéz elérni, mivel a jelenleg alkalmazott kausztifikálási eljárások képtelenek a betáplált lúgáramokban lévő nátrium-karbonát teljes mennyiségének tökéletes eltávolítására. Például a 135 g/l S koncentrációval rendelkező lúgot általában csak 0,890 körüli C/S

-3arányúra lehet kausztifikálni. Ez a korlátozás abból ered, hogy az oltott mésszel történő kausztifikálási reakció hagyományos kivitelezését számos komplex egyensúlyi folyamat szabályozza, beleértve az aluminát iont magában foglaló konkurrens reakciót, amelynek során TCA képződik.

Ezzel ellentétben a nátrium-karbonát és nátrium-hidroxid tiszta oldat keverékeinek oltott mésszel történő kausztifikálási reakciója nagyon egyszerű. A hidroxid és karbonát ionok végső koncentrációja a szilárd fázisú kalcium-hidroxiddal és kalcium-karbonáttal egyensúlyban a jelenlévő különféle ionok aktivitásának függvénye. A reakció a következő egyenlettel írható le:

Ca(OH)₂ + Na₂CO₃ CaCO₃ + 2 NaOH (1)

Általánosságban azt feltételezték, hogy a fenti reakció a Bayer eljárás lúgjában végrehajtott kausztifikálására is vonatkozik. Egy ideje azonban ismert, hogy a kalcium-hidroxid könnyen reagál az aluminát ionnal, látszólag TCA-t képezve. Általánosságban úgy tartják, hogy a TCA képződése két mechanizmus egyikén vagy mindkettőn keresztül történik: egy egyidejű konkurrens reakcióval, amelynek során a kalcium-hidroxid közvetlenül az aluminát ionnal reagál TCA-t képezve (Chaplin, N.T., Light Metals (1971), 47-61), vagy egy „visszalakulási” reakcióval, amikor a kausztifikálás során képződött kalcium-karbonát az alumináttal reagál. Azonban néhány szerzőben felmerült, hogy a Bayer lúgban a kausztifikálás egy „hidratált trikalcium-aluminát köztiterméken” (Young, R.., Light Metals (1982), 97-117) vagy egy „szénaluminát” fázison (Lectard, A; Travaux ICSOBA, 12(17), (1982), 149-156) keresztül történik és a TCA ennek az anyagnak az öregedésével képződik.

Tekintet nélkül az ajánlott mechanizmusra a kausztifikálás, amint azt a Bayer eljárásban tapasztalták, az elért C/S szempontjából és a mészfelhasználás hatékonyságában hatástalan volt. Továbbá a mészfelhasználás gyenge hatékonysága azt is jelentette, hogy egész tekintélyes mennyiségű aluminát ion használódik fel a TCA képződésében. Ez a timföldtermelés lényeges veszteségét jelentheti.

-4Számos kausztifikálási eljárást javasoltak az utóbbi években a mész hatékonyságának javítása céljából. Azonban ezek az eljárások általában korlátozott jelentőségűek, amennyiben alacsony „S” koncentrációjú mosófolyadékokra korlátozottak és nagy mennyiségű feldolgozandó áramokra van szükség, ha a nátriumkarbonát elegendő mennyiségét kell átalakítani a karbonát finomítóba történő bevitelének ellensúlyozására. Az US 2 992 893 számú szabadalmi leírásban olyan eljárást ismertetnek, amelyben a végső iszapmosó szakaszból származó sűrű iszapot kausztifikálják, majd pótlólagos nátrium-karbonáttal reagáltatják, hogy visszanyerjék a TCA képződésében elveszett timföld egy részét. A kausztifikált oldatot ezt követően az iszapmosó szakaszban használják fel. Az „S” koncentráció korlátozásától eltekintve ez az eljárás nem ideális, mert a kausztifikált oldat tekintélyes része elvész a vörösiszap maradékkal.

Ezen eljárás javítását írják le az US 3 120 996 számú szabadalmi leírásban, amelyben a kausztifikálást egy első mosó szakaszban végzik, kiegészítve a harmadik mosó szakaszhoz történő további mész adagolásával. Magasabb mészhatékonyságot értek el (körülbelül 85-95 %-ost), de csak nagyon híg mosóáramban (80 g/l „S”), és a kausztifikált oldat elérhető C/S aránya nem volt túl magas.

Egy későbbi fejlesztést ismertettek az US 3 210 155 számú szabadalmi leírásban, amely magában foglalja az égetett mész közvetlen oltását egy olyan tisztított mosóoldatban, amelyet 100 °C-ra melegítettek. A reakciót követően a zagyot összekeverik egy további mosóoldattal, hogy elősegítsék a TCA reakcióját a nátrium-karbonáttal és így visszanyerjék a timföldet. Noha a leírás szerint ezzel az eljárással magas C/S arányokat értek el, az eljárást körülbelül 15-40 g/l „S” koncentrációval rendelkező mosóáramokra korlátozták.

Baksa és munkatársai az 1980-as években Magyarországon fejlesztettek ki egy másik eljárást, amit az US 4 486 393 számú szabadalmi leírásban írtak le. Ebben az eljárásban az egyik mosószakaszból származó vörösiszap szuszpenziót felmelegítették és meszes zagyfelesleggel együtt betáplálták egy reakciótartályba. A tartályban bekövetkezett „normális” kausztifikálástól eltekintve a fölöslegben lévő mész reakcióba lép a szodalit és kankrinit szilikátmentesítő termékekkel kalcium-hidrogametet képezve és nátrium-hidroxidot felszabadítva. A tartályból

-5 származó adagot egy második tartályba táplálták, és nátrium-karbonát-oldattal tovább reagáltatták. Ezt az oldatot nátrium-karbonát betöményített oldatokból történő kisózásával nyerték az üzem egy másik részén. A nátrium-karbonát reakciója a hidrogarnettel vagy hidratált kalcium-alumináttal a timföld és a maró anyag egy részének visszanyerését eredményezi, jóllehet ez a lépés hajlamos a hidrogarnetek képződésével létrejött hozamok visszafordítására. Bár az alapvető kausztifikálási elveket továbbfejlesztették, a mész és timföld veszteség a TCA képződés miatt még mindig jelentős, és az elért C/S-t továbbra is a karbonát/hidroxid egyensúlyi reakció korlátozza. Továbbá a hatékonyság nagyon leromlik, ha az alacsony „S” koncentrációjú mosóáramokat nem hasznosítják.

Mindent összefoglalva, látható, hogy a technika állása szerinti kausztifikálási eljárások hiányosságoktól szenvednek, mind annak mértékében, ahogy a Bayer eljárás lúgok kausztifikálhatók (azaz a maximálisan elérhető C/S), mind a hatékonyságban, amellyel a meszet felhasználják e kausztifikálás végrehajtására. Gyenge mész felhasználási hatékonyságuk alapján ezek az eljárások aluminát veszteséget eredményeznek az oldatból, ezáltal csökkentve a timföldfinomítók termelékenységét. Továbbá a technika állása szerinti eljárások korlátozottak a kausztifikálható oldatok koncentrációját illetően, így az a jellemző első szakaszú iszapmosó lúgokkal vagy iszapülepítőből túlfolyó lúgokkal nagyon hatástalanná válik.

A jelen találmányt azzal a szándékkal fejlesztettük ki, hogy egy olyan eljárást és berendezést biztosítsunk a Bayer lúgok javított kasztifikálására, amely kevésbé érzékeny a fent említett technika állása szerinti hátrányok némelyikére.

A jelen találmány egyik megközelítése szerint javított eljárást biztosít a Bayer lúgok kausztifikálására timföldfinomítóban, ahol az eljárás a következő lépéseket foglalja magában:

meszet aluminát ionokkal reagáltatunk egy Bayer lúgban alacsony-közepes hőmérsékleten, szabályozott körülmények között, lényegében csak hidrokalumitok és hidroxil ionok előállítása céljából; és a hidrokalumitokat Bayer lúggal érintkezésbe hozva, szabályozott körülmények között úgy melegítjük, hogy a hidrokalumitok reakcióba lépjenek a lúggal

-6kalcium-karbonát, aluminát-ionok és hidroxil-ionok kialakulására, így kausztifikált Bayer lúgot nyerünk és a mészfelhasználás hatékonysága jelentősen megnő és a timföld veszteség minimalizálódik.

Jellegzetesen a hidrokalumit zagy képződését magában foglaló első reakciót körülbelül 25 és 100 °C közötti hőmérsékleten valósítjuk meg. Előnyösen a legjobb teljesítményt a legtöbb Bayer lúg esetében akkor kapjuk, ha a hőmérsékletet körülbelül 70 és 80 °C között tartjuk. Az első reakciót előnyösen egy olyan Bayer lúgban végezzük, amelyet keverünk.

A hidrokalumitok melegítését magában foglaló második reakciót előnyösen körülbelül 100 és 180 °C között végezzük. A második reakciót legelőnyösebben alacsony nyíróhatás mellett 120 °C körüli hőmérsékleten valósítjuk meg.

Az eljárás előnyösen magában foglalja azt a lépést is, amikor egy megfelelő inhibitort adunk a Bayer lúghoz egy, a hidrokalumitok melegítése előtti megfelelő időpontban, amivel meggátoljuk a hidrokalumitok TCA-t képező, nem kívánatos reakcióját. Az említett inhibitor előnyösen egy komplexképző anyag és/vagy felületaktív anyag, amely képes arra, hogy a hidrokalumitok felületén lévő aktív helyeken adszorbeálódjon, hogy korlátozza aktív anyagok e helyeken keresztül történő diffúzióját. Alkalmas felületaktív anyagok például a cukrok, például szacharóz és glükóz, és a poliszacharidok, például a keményítő. Legelőnyösebben anionos szerves felületaktív anyagokat alkalmazunk. Az anionos szerves felületaktív anyagok példái a következő anyagok, sóik és származékaik: bármely anionos homopolimer vagy kopolimer (például poliakrilsav és akrilamiddal képezett kopolimerei, vagy hidroxamát funkciós csoportokat hordozó polimerek), hidroxámsavak, humin- és csersavak, lignoszulfonátok, zsírsavak, szulfonált karbonsavak, karbonsavak és polihidroxi-karbonsavak.

A hidrokalumitok képződését magában foglaló első reakcióban alkalmazott Bayer lúgot előnyösen előkausztifikáljuk, így az előkausztifikált lúg C/S aránya tovább növelhető.

Az első reakciót előnyösen közepesen magas A/C aránnyal és alacsony szabad maróanyag mennyiséget tartalmazó Bayer lúgban hajtjuk végre. Egy alkalmas lúg „S” koncentrációja általában 40 és 350 g/l közötti és A/C aránya 0,2-7 0,95. Előnyösebben „S” koncentrációja 120 és 160 g/l közötti és A/C aránya 0,55nél nagyobb. Az első reakció befejezéséhez szükséges tartózkodási idő megfelelő inhibitor jelenlétében általában 5 és 30 perc közötti.

Előnyösen az első reakcióban képződött hidrokalumit iszapot szilárd/folyadék elválasztásnak vetjük alá és a hidrokalumit szilárd anyagokat friss lúggal reagáltatjuk, hogy a második reakcióban kausztifikálódjanak.

A találmány egy további megközelítés szerint javított eljárást biztosít Bayer lúgok timföldfinomítóban történő kausztifikálására, ahol az eljárás a következő lépésből áll:

Bayer lúghoz megfelelő inhibitort adunk a hidrokalumitok képződésének a kausztifikálás alatti stabilizálására, hogy megakadályozzuk a hidrokalumitok nem kívánt TCA képződési reakcióját, így növelhető a lúg elérhető C/S aránya.

Az említett inhibitor előnyösen egy komplexképző anyag és/vagy felületaktív anyag, amely képes a hidrokalumitok felületén lévő aktív helyeken adszorbeálódni, hogy meggátolja az aktív anyagok diffúzióját ezeken a helyeken. Alkalmas felületaktív anyagok példái a cukrok, például szacharóz és glükóz, és poliszacharidok, például keményítő. Legelőnyösebben anionos szerves felületaktív anyagokat alkalmaztunk. Az anionos szerves felületaktív anyagok példái a következő anyagok, sóik és származékaik: bármely anionos homopolimer vagy kopolimer (például poliakrilsav és akrilamiddal képezett kopolimerei, vagy hidroxamát funkciós csoportokat hordozó polimerek), hidroxámsavak, humin- és csersavak, lignoszulfonátok, zsírsavak, szulfonált karbonsavak, karbonsavak és polihidroxi karbonsavak.

A javított eljárás előnyösen magában foglalja a lúg kausztifikálása során a 100 és 180 °C közötti hőmérsékletre történő melegítést is. Még előnyösebben a lúgot 120 és 140 °C közé melegítjük.

A találmány egy további megközelítés szerint javított eljárást biztosít Bayer lúgok timföldfinomítóban történő kausztifikálására, ahol az eljárás a következő lépéseket tartalmazza:

egy elökausztifikált Bayer lúgot állítunk elő és

-8meszet aluminát ionokkal reagáltatunk az előkausztifikált Bayer lúgban, alacsony-közepes hőmérsékleten, szabályozott körülmények között, hogy lényegében csak hidrokalumit és hidroxil-ionok képződjenek, így az előkausztifikált lúg C/S aránya tovább növelhető.

A találmány egy másik megközelítés szerint berendezést biztosít Bayer lúgok timföldfinomítóban történő javított kausztifikálására, ahol a berendezés egy Bayer lúg kausztifikálására szolgáló hagyományos reaktorból és egy trim reaktorból áll, a mész aluminát-ionokkal történő reagáltatására a kausztifikált Bayer lúgban, alacsony-közepes hőmérsékleten, szabályozott körülmények között, hogy lényegében csak hidrokalumitok és hidroxil-ionok képződjenek, így az előkausztifikált lúg C/S aránya tovább növelhető.

A találmány egy további megközelítés szerint berendezést biztosít Bayer lúgok timföldfinomítóban történő javított kausztifikálására, ahol a berendezés egy primer reaktorból a mész aluminát-ionokkal történő reagáltatására kausztifikált Bayer lúgban, alacsony-közepes hőmérsékleten, szabályozott körülmények között, hogy lényegében csak hidrokalumitok és hidroxil-ionok képződjenek és egy szekunder reaktorból áll, ahol a hidrokalumitokat Bayer lúggal érintkeztetve melegítjük olyan szabályozott körülmények között, hogy a hidrokalumitok reagáljanak a lúggal kalcium-karbonát, aluminát-ionok és hidroxil-ionok képződése céljából, így kausztifikált Bayer lúgot kapunk és a mészfelhasználás hatékonysága jelentősen megnő és/vagy a timföld veszteség minimalizálódik.

A primer reaktor jellemzően egy kevert tartályreaktor, amelyben a mész és a Bayer lúg megfelelő keverése történik, hogy elősegítse az első reakciót.

A szekunder reaktor jellemzően egy kevert tartályreaktor, azonban egy túlnyomásos csöreaktort is alkalmazhatunk.

A berendezés előnyösen további eszközöket tartalmaz a primer reaktorból származó szilárd hidrokalumitok és lúg elválasztására a hidrokalumitoknak a szekunder reaktorban friss lúggal történő reagáltatását megelőzően.

-9Legelőnyösebben a szekunder reaktorban kausztifikált lúgot a primer reaktor betáplálás! lúgjaként használjuk, így a kausztifikált lúg C/S aránya szintén jelentős mértékben növelhető.

A találmány szerinti javított kausztifikáló eljárást és berendezést példaképpen az alábbiakban részletesen ismertetjük a mellékelt ábrák segítségével.

Az 1. ábra a találmány szerinti javított kausztifikálási eljárás egyszerűsített vázlatos folyamatábrája.

A 2. ábra egy egyszerűsített vázlatos folyamatábra, amely a találmány szerinti javított kausztifikálási eljárás további megvalósítási módját mutatja be.

A 3. ábra egy vázlatos folyamatábra, amely a 2. ábrán bemutatott eljárás növelését mutatja bé.

A 4. ábra egy vázlatos folyamatábra, amely a 3. ábrán bemutatott eljárás további növelését mutatja be.

Az 5. ábra a találmány szerinti javított kausztifikálási eljárás előnyös kiviteli módjának vázlatos folyamatábrája.

A 6. ábra a találmány szerinti javított kausztifikálási eljárás egy másik kiviteli módjának vázlatos folyamatábrája.

A 7. ábra a találmány szerinti javított kausztifikálási eljárás egy még további kiviteli módjának vázlatos folyamatábrája.

A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a mész (vagy oltatlan, vagy oltott mész) reakciója Bayer eljárási lúgokban egymást követő reakciók sorozatán keresztül valósul meg. Meglepődve tapasztaltuk, hogy a kalcium-hidroxid karbonát-ionnal történő az (1) egyenlettel leírt közvetlen reakciója nem történik meg észrevehető mértékben. Azt találtuk, hogy az oldat összetételének és a hőmérsékleti és keverési körülményeknek a megfelelő manipulálásával a reakciók olyan elkülöníthető lépésekre történő szétválasztása lehetséges, amelyek egyenként optimalizálhatok. Az optimalizálás 95 %-ra vagy ennél magasabbra növelheti a mészfelhasználás hatékonyságát.

Azt találtuk továbbá, hogy lehetőség van a nagyon különböző egyensúlyi állapotok kihasználására, amelyek az egyes lépésekben uralkodnak, hogy lényegesen növeljük a karbonát eltávolítás hatékonyságát. Az ismertetett kausztifikáló

-10eljárás működtethető úgy, hogy 1,00 közeli C/S arányokat lehessen elérni, még az egészen tömény Bayer eljárási lúgokban is. Nagyon meglepő felismerés, hogy az elérhető C/S arányok még az ekvivalens koncentrációjú tiszta, aluminátmentes nátrium-hidroxid/nátrium-karbonát oldatokban nyerhetőnél is nagyobbak.

A nagyon magas C/S arányok, a magas mészfelhasználási hatékonyságok, sőt a viszonylag tömény lúgok ezen kombinációja a technika állása szerinti eljárások egyikével sem volt lehetséges. Ez a rugalmasság jelentős mozgásteret ad az eljárás újszerű módon történő alkalmazására a timföldfinomítók esetében, olyan lúgáramokat felhasználva, amelyek nem lennének kezelhetők a technika állása szerinti eljárásokkal. Jóllehet nem kívánunk az elméletnél leragadni, úgy gondoltuk, hogy a reakciók következő sorozata történik meg.

1. reakció

Azt találtuk, hogy a nátrium-aluminátot és nátrium-hidroxidot is tartalmazó oldatokban a kalcium-hidroxid először egy réteges kalcium-aluminát szerkezet kialakulása közben reagál, amelynek réteg közötti régiói töltéskiegyenlítő ionokkal és víz molekulákkal vannak kitöltve. Nagyon eltérő reakciókörülmények között előállított hasonló vegyületeket ismertettek a cementipari irodalomban (Fischer, R, és Kuzel H.J., Cement and Concrete Research, 12, (1982), 517-526), ahol ezeket C4A vegyületekként jelölték. A szerkezetek hasonlóak a természetben előforduló ásványi hidrokalumithoz és számos munkában kényelmességi szempontból ezt az elnevezést használták (Perotta, AJ, és Williams, F., Light Metals (1995), 77-87). A hidrokalumit kifejezést használjuk a jelen leírásban. Ez a hidrokalumit nagyon gyorsan képződik a Bayer lúgok majdnem mindegyikében. Nem találtunk alapvető különbséget az eljárás kémiájában, amikor kalcium-oxidot (égetett mész) használtunk kalcium-hidroxid helyett, minthogy úgy tűnik, hogy az oltási reakciónak elsőbbsége van. Azonban az égetett meszet használó reakciók hatékonysága gyengébb, mint amikor oltott meszet használunk, nyilvánvalóan azért, mert a képződő reakciótermékek igyekeznek meggátolni a kalcium részecskefelületre történő diffúzióját. Ez azt eredményezi, hogy a mész egy része reagálatlan marad.

-11A Bayer-típusú lúgokban a reakció általános lefutását az alábbi (2) egyenlet mutatja kalcium-hidroxid felhasználásakor:

4Ca(0H\ + lAKQH^ + 2X~ + nH₂O θ [Ca₂^Z(O/f)₆]₂Y₂ ·ηΗ₂Ο + 4θΗ~ ...(2)

Ca(OH)₂ + 2 AI(OH)^ + 2 X + n H₂O <—> [Ca₂AI(OH)₆]₂X2-nH₂O + 4 ΟΙ-Γ (2)

A fenti egyenletben X'-ként jelölt töltéskiegyenlítő anionok bármilyen fajtájúak lehetnek. Számos, csak a töltéskiegyenlítő anionok és a beépülő víz típusában és mennyiségében eltérő, általános reakciólefutás szerinti alakot az XRD (röntgendiffrakció) sávjaik alapján és kémiai vizsgálatokkal azonosítottunk. Más anionok (különösen karbonát) hiányában a töltéskiegyenlítő ion rendszerint a

4Ca(OH)₂ +2Al(OH)₄ + 6H₂O <^[Ca₂Al(OH)₆]₂(OH)₂ · 6H₂O + 2OH~...(3) hidroxil-ion, mely a következő egyenletet adja:

Ca(OH)₂ + 2 AI(OH)₄ + 6 H₂O <—> [Ca₂AI(OH)₆]₂(OH)₂-6 H₂O + 2OH- (3)

Kényelmességi szempontból az alábbiakban az ebben a reakcióban képződött alakra hidrokalumit O-ként vagy HcO-ként fogunk utalni. A reakció vizsgálata azt mutatja, hogy amíg a lúg „C” koncentrációjában nincs nettó változás, addig a timföld (A) koncentráció az aluminát-ion felhasználás miatt le fog csökkenni. A legalább valamennyi karbonátot tartalmazó lúgok esetében a fenti egyenletben a hidroxil-ionok egyike egy fél karbonát-ionra cserélődik a következők szerint:

Ca(OH)₂ + 2 AI(OH) ~₄ + CO²'3 + 5½ H2O <—.> [Ca2AI(OH)6]2-¹^ CO²'3-OH· 5½ H2O + 3 OH (4)

4Ca(OH)₂^2Al(OH)-₄+y₂C(^- +Sy₂H₂O^[Ca₂Al(pH)₆]₂-y₂CO_i-OH-5y₂H₂O + 3OH-...(4')

A reakcióban képződött alakra az alábbiakban hidrokalumit 1-ként (Hc1) utalunk. Ennek a képződése egy enyhén kausztifikáló reakció. Amíg két mól

-12aluminátot fogyaszt el egy mól Hc1, addig három mól hidroxil-ion szabadul fel. így a 4 mól kalcium-hidroxidra vonatkoztatva a „C” koncentrációban nettó 1 mól hidroxid növekedést érünk el.

Az irodalomban bemutatott másik reakció 2 hidroxil-ion cseréjét foglalja magában a következő egyenlet szerint:

4Ca(OH)₂ + 2ΑΙ(0Η)ϊ + CO%~ + 5H₂O θ [Ca₂Al(QH\]₂ ·CO₃ 5H₂O + 4OH~...(5)

Ca(OH)₂ + 2 AI(OH) ~₄ + CO²'₃ + 5 H₂O <—> [Ca₂AI(OH)₆]2-CO₃- 5 H₂O + 4 OhF (5)

Ez egy hatékonyabb kausztifikáló reakció, minden 2 elfogyasztott aluminátionra számítva 4 mól hidroxil-ion szabadul fel. így a „C” koncentráció nettó növekedése két mól hidroxil-ion 4 mól kalcium-hidroxidra vonatkoztatva. Míg mi azt találtuk, hogy a fenti vegyülethez nagyon közel eső XRD mintázattal rendelkező módosulat a Bayer lúgok kausztifikálásában vesz részt, annak kialakulása alatt az oldat karbonát koncentrációjának változása ellentmond az (5) egyenlettel bemutatott képletnek. Ezért nem valószínű, hogy az (5) egyenletben szereplő anyag jelentős mennyisége képződik a mész reakciója során aluminát oldatokban. Azonban a beépülő víz mennyisége a hidrokalumit szerkezetben nagyon változtatható, és ez módosítja a rétegközi távolságot. Az (5) egyenlet szerinti vegyülethez ha[Ca ₂Al(OH )₆]₂ -%CO 3 OH -5%H₂O -► [Ca ₂Al (OH )₆]₂ %CO ₃ · OH A%H₂O + X# ₂O...(6 sonló XRD mintázattal rendelkező módosulat ismert, és feltételeztük, hogy ez a módosulat a Bayer lúgokban képződik a Hc1 következő egyenlet szerinti dehidratálódásával:

íCa₂AI(OH)₆]₂MCO₃OH-5y₂ H₂O —> [Ca₂AI(OH)₆]₂-% CO₃-OH-4³Á H₂O + % H₂O (6)

A reakcióban képződött vegyületre hidrokalumit 2-ként (Hc2) fogunk utalni.

-13 Általában az oltott mész reakciója során a Hc1 fog először képződni. A szerkezet öregedésével, gyakran perceken belül a Hc1 és Hc2 keveréke fog termelődni. Később, ahogy a reakció továbbhalad és a karbonát elfogy a lúgban, csak HcO fog képződni és a végső termék a Hc1, Hc2 és HcO keverékéből fog állni. Az öregedés és a karbonát koncentrációtól való függése következtében az így képződött HcO, Hcl és Hc2 pontos arányait nehéz előre megbecsülni. Bizonyos fokig más reakciókörülmények is hatással lesznek a termékekre. Azonban a legtöbb esetben a képződött módosulat túlnyomóan a Hc1, és ez a vegyület használható a sztöchiometrikus számításokhoz.

A mész reakciója, amelynek során hidrokalumit képződik, egy diffúzió szabályozta folyamát, így a képződés sebességét nem nagyon befolyásolja a hőmérséklet. Másrészt a Hc1 és Hc2 fázisok egymásba való átalakulása hőmérsékletfüggőnek tűnik.

A (4)-(6) egyenletek kulcsszerepet játszó megfigyelések a találmány kifejlesztésében. Számos előző tanulmány feltételezte a kalcium-karbonát és a TCA egyidejű képződését, amely semleges, maró hatású, azaz két hidroxil-ion szabadul fel minden két elhasznált aluminát-ion esetében. Ezzel ellentétben a fenti egyenletek azt mutatják, hogy a hidrokalumit képződése felhasználható a Bayer lúgok kausztifikálásában.

Fontos megjegyezni, hogy a hidrokalumit képződés kausztifikáló hatása nincs kitéve a karbonát/hidroxid egyensúlyi állapot korlátozó hatásainak. Azt feltételezve, hogy a felületi diffúziós gátak között nincs kölcsönhatás, a hidrokalumit képződése addig fog folytatódni, amíg vagy a kalcium-hidroxid, vagy az aluminát-ionok majdnem teljesen felhasználódnak. A töltéssemlegesség fenntartásához az anionoknak a szerkezet belsejébe kell beágyazódniuk. A karbonát, mint előnyös anion, addig folytatja a szerkezetbe történő abszorbeálódását, amíg az anyag képződése megszűnik, vagy majdnem az összes karbonát eltávozik az oldatból. Alacsony karbonát koncentrációknál más anionok ágyazódhatnak be a szerkezetbe, amely más szennyező sók Bayer lúgokban történő kausztifikálási eljárásához vezet. Ez utóbbi megközelítés a tárgya a PP 9334 számú párhuzamos szabadalmi bejelentésnek.

- 14Alacsony hőmérsékleten a hidrokalumit módosulatok mindegyike stabil, de a hőmérséklet növekedésével fokozatosan instabillá válnak. Eltekintve a hőmérséklettől, a bomlás sebessége és a képződő módosulat a velük kapcsolatba kerülő oldat összetételétől is függ. A túlsúlyban lévő lebomlási reakciók magukban foglalnak egy, a karbonát-ionokkal végbemenő kívánt reakciót, amelyben kalciumkarbonát képződik, és egy nem kívánt reakciót, amelyben TCA képződik. Azonban ha ezek a vegyületek azalatt képződnek, miközben a kalcium-hidroxid részecskék továbbra is hidrokalumitot képezve reagálnak, akkor diffúziós gátként is működhetnek és megakadályozhatják a teljes átalakulást. Ezt a hatást kis mennyiségű megfelelő inhibitor, például egy komplexképző anyag vagy egy felületaktív anyag (például nátrium-glükonát vagy szacharóz) hozzáadásával küszöbölhetjük ki, amint azt a későbbiekben tárgyalni fogjuk.

2. reakció

A körülmények, amelyekben a fenti módosulatok kalcium-karbonátot képezve reagálnak, az alábbi reakció mechanizmusból következhetnek:

[Cc^Al^OH)^·y₂CO₃-OH-5y₂H₂O + 3/₂CC^- ^ACaCQ+lAltOHK+5OH~ + 5%Η₂Ο...(7)

[Ca₂AI(OH)₆]₂^ C0₃-0H-5¹A H₂O + 3^00% <—> 4 CaCO₃ + 2 AI(OH)-₄ + 5 OR + 5½ H₂O (7)

Ez a fő kausztifikáló reakció, és a hagyományos kausztifikálási eljárásokban majdnem rögtön a hidrokalumit képződésével fog kezdődni. A fenti egyenlet vizsgálata azt mutatja, hogy ebben a reakcióban minden egyes mól Hcl 3,5 mól karbonáttal reagál 4 mól kalcium-karbonátot állítva elő, és 5 mól hidroxil-iont szabadít fel 2 mól alumináttal együtt. így a hidrokalumit (legyen az HcO, Hcl vagy Hc2) képződése során felhasznált bármennyi aluminát ebben a reakcióban újra felszabadul.

Következésképpen egy hagyományos kausztifikálási reakcióban megfigyelhető, hogy a timföld koncentráció nagyon gyorsan csökken, ezt általában kismér-15tékű C/S növekedés kíséri, ami a hidrokalumit képződésének felel meg. Ezt egy lassúbb, de sokkal nagyobb C/S növekedés követi, a timföld koncentráció növekedésével együtt, amint a (7) egyenlettel leírt reakció előrehalad.

A hidrokalumit karbonát-ionokkal történő, kalcium-karbonátot képező reakciójának a magas karbonát koncentráció, alacsony aluminát koncentráció és alacsony hidroxid koncentráció körülményei kedveznek. Fontos megjegyezni, hogy a reakció kémiai szabályozás alatt áll és így a keverési körülmények viszonylag hatástalanok rá. A sebességet azonban erősen befolyásolja a hőmérséklet, ahol minden 6-8 fokos növekedés a hőmérsékletben a sebesség egy nagyságrendnyi (tízszeres) növekedésével jár. Következésképpen azt találtuk, hogy 103 °C-on a reakció befejezése körülbelül 2 óráig is eltarthat, míg 120 °C-on ez csak néhány percet vesz igénybe.

Szintén fontos megjegyezni, hogy a reakció sebességét az oldatban lévő szilárd anyagok és a különféle vegyületek közötti egyensúly fogja szabályozni. Következésképpen a maximális elérhető C/S érték a karbonát-, hidroxid- és aluminát-ionok aktivitásának függvénye lesz. A (7) egyenlet vizsgálata azt mutatja, hogy az egyensúlyi helyzetre sokkal erősebben hat a hidroxid koncentráció, mint az aluminát koncentráció, tehát annak van némi haszna, ha a folyamatba betáplált lúg magas A/C aránnyal (azaz kevés a szabad maró anyag) rendelkezik. Ez megkönnyíthető azzal, ha biztosítjuk, hogy a hidrokalumit ne képződjön a kausztifikálandó lúgban, mivel ennek a reakciónak alacsonyabb lesz az A/C aránya. A (7) egyenlet átalakulási aránya azonban romlik, ha az aluminát koncentráció túl magas. Az előnyös A/C arány 0,5 és 0,7 között van.

A hőmérséklet növelése is ennek a reakciónak a termékei felé irányítja az egyensúlyi helyzetet, lehetővé téve a magasabb elérendő C/S-t. A reakciósebesség is lényegesen megnő. Ez különösen hasznos a nagy A/C aránnyal rendelkező lúgok esetében. Azonban, ha a hőmérséklet túl magas, a hatékonyság kárt fog szenvedni, mivel a TCA képződési sebessége, bár nem függ erősen a hőmérséklettől, a hőmérséklet emelkedésével nő. Következésképpen, a legjobb teljesítmény közepesen magas A/C aránnyal rendelkező lúggal és 120 °C és 140 °C közötti hőmérsékleten érhető el.

3. reakció

Az utolsó reakció, amit áttekintünk, a TCA képződése. A TCA (Ca₃[AI(OH)₆]2) a hidrokalumitokhoz hasonló kémiai képlettel rendelkezik, és indokolt megfontolni, hogy ez a módosulat megfelelő körülmények között TCA-t képezve reagálhat. Úgy tűnik, hogy a következő történik. Kísérleti bizonyítékaink azt sugallják, hogy a hidrokalumit reagál az aluminát- és hidroxil-ionokkal, TCA-t képezve. Nem tűnik fontosnak, hogy ebben a reakcióban melyik előzőleg ismertetett He módosulat (Hc0-Hc2) vesz részt. Következésképpen Hc1-et használva példaként, azt gondoljuk, hogy a következő reakció írja le a TCA képződését:

[Ca₂AI(OH)₆]₂-¹/2 COyOHö'A H2O + 2 AI(OH)'4 + OH —> 4 Ca3[AI(OH)6] + % CO²-3 + 16y₂H₂O (8)

3[Ca₂Al(OH)₆]₂-^CO₃-OH-5y₂H₂O + 2Al(OH)~ +OH~ ->4Ca₃[Al(OH)₆J₂ + +16^tt₂O..(8)

Ennek a reakciónak a magas aluminát és hidroxid koncentráció és az alacsony karbonát koncentráció kedvez. Ezek a körülmények a hagyományos kausztifikálási eljárásban teljesülnek, ami megmagyarázhatja az észlelhető mész veszteségeket TCA-vá alakulás miatt, és a C/S állandó csökkenését a kausztifikáló készülékben való túl hosszú tartózkodási idő esetén. Továbbá úgy tűnik, hogy a fenti reakció diffúziós szabályozás alatt áll - keverés és nagy hidrokalumit felszín jelenléte erősen hat a TCA képződési sebességére, de a hőmérséklet növekedése kevésbé erősen hat rá. így a magas hőmérsékletek és enyhe keverés megfelelő egyensúlya a fő kausztifikálási reakció alatt ((7) egyenlet) csökkenteni fogja a TCA képződését (és javítja a hatékonyságot), mivel a hidrokalumit kalcium-karbonát képzéséhez való felhasználásának a sebessége jelentősen felülmúlja a TCA képződés reakciójának sebességét.

Tekintettel a fent ismertetett reakciókra, lehetőség van egy olyan eljárás kifejlesztésére, amelyben a kívánatos lépések optimalizáltak, míg a nem kívánt reakciók minimalizáltak. Ez nem valósítható meg egy egyszerű tartályban (kivéve,

-17ha a tartály szakaszos üzemmódban működik és a körülmények a reakció lefolyása során változnak), mivel minden egyes lépés kölcsönösen összeférhetetlen körülményeket igényel a hatékony működéshez. Az összes technika állása szerinti eljárásban a kausztifikálási reakció egyedi lépéseit nem azonosították és ily módon nem optimalizálták. Következésképpen a jelenleg alkalmazott kausztifikálási eljárás egy elégtelen kompromisszum az elfogadható mész és timföld veszteségek és a kausztifikálás mértéke között.

Tervezési alapelvek

Egy javított kausztifikálási eljárás kifejlesztésében a következő tervezési alapelveket azonosítottuk

Az oltott meszet vagy az oltatlan meszet előnyösen először az aluminátionokkal reagáltatjuk, hogy csak réteges C4A szerkezetet (hidrokalumitot) alakítsunk ki, egy jól kevert reaktorban (Primer Kausztifikáló Reaktor). A reaktor pontos természete nem kritikus, és minden olyan rendszer megfelelő, amely a reagensek elégséges keveredését biztosítja. Annak biztosítására, hogy ez úgy történjen, hogy nem marad vissza reagálatlan mész és a kalcium-karbonát vagy TCA képződését megakadályozzuk, bizonyos körülményeknek teljesülnie kell. A reakciónak olyan körülmények között kell végbemennie, ahol a hőmérséklet alacsonytól közepesig változik (25 és 100 °C között). A pontos felső határ a timföld, karbonát és szabad hidroxid koncentrációk függvénye, de a legtöbb lúggal a legjobb teljesítményt akkor érjük el, ha a hőmérsékletet 70 °C és 80 °C között tartjuk. A legjobb teljesítményt a közepesen magas A/C aránnyal és alacsony szabad maróanyaggal rendelkező lúggal nyertük. Ha túl magas hőmérsékletet választunk vagy túl nagy a szabad maróanyag koncentráció, a tendencia az, hogy ez gátolja a reakciót a TCA képződése által, amely diffúziós gátként hat. Ez reagálatlan mész maggal rendelkező részecskéket képezve hajlamos megakadályozni a kalciumhidroxid reakciójának teljessé tételét, csökkentve ezzel a reakció hatékonyságát. A karbonát koncentráció kevésbé fontos, de minél alacsonyabb karbonát koncentráció, annál alacsonyabb az a maximális hőmérséklet, amelynél az eljárásban ez a lépés működtethető. A megfelelő lúgok 40 és 200 g/l (előnyösen 120-160 g/l

-18között) „S” koncentrációval rendelkeznek, és az A/C arány 0,2 és 0,95 (előnyösen nagyobb, mint 0,55) között van. A reakció befejezéséhez szükséges tartózkodási idő általában 5 és 30 perc között van. Ha azonban pontos lúgösszetételt és hőmérsékletet használunk, a hosszabb tartózkodási időnek nem lesznek észrevehető negatív hatásai.

Az eddig ismertetett alapelvek alkalmazásakor a hidrokalumitot és a vele érintkezésben lévő lúgot ezt követően melegítjük, hogy a (7) egyenletben leírt reakciót arra kényszerítsük, hogy végbemenjen. A zagyot olyan forróra kell melegíteni, amennyire csak megvalósítható. Folyamatos rendszerben ez szükségessé teszi a zagy egy második reaktorba (a Szekunder Kausztifikáló Reaktor) történő átvitelét. Egy egyszerű, nem túlnyomásos, kevert tartályban a lúgot előnyösen a zagy forráspontjához közeli hőmérsékletre kell melegíteni. A keverésnek különleges megfontolás tárgyát kell képeznie az ilyen rendszerben. Ha a keverés erőteljes, akkor a hidrokalumit az alumináttal és a hidroxil-ionokkal TCA képződése mellett fog reagálni, és ez hatékonyság romlást fog eredményezni. Előnyösen 100 és 180 °C közötti hőmérsékleten működő, alacsony nyíróhatású dugós áramlású reaktort (például egy csőreaktort) alkalmazunk, jóllehet a legjobb teljesítményt 120 °C körüli hőmérsékleten érjük el. Az első lépésben képződött hidrokalumit reagálásához szükséges pontos tartózkodási idő számos faktortól függ, különösen a hőmérséklettől és a felületaktív anyagok jelenlététől. Jóllehet a körülbelül 103 °Con működő, keverős tartályreaktornak körülbelül 2 órára van szüksége a reakció befejezéséhez, míg ehhez a 120 °C-on működő csőreaktorban körülbelül 15 percre van szükség.

Az első lépésben képződött zagyot ideálisan szűrni kell vagy más eszközöket kell alkalmazni a szilárd és folyékony anyagok elválasztására. A szilárd anyagokat ezt követően a kausztifikálandó friss lúggal kell reagáltatni.

A Szekunder Kausztifikáló Reaktorban kausztifikált lúgot Ideálisan táplúgként kell használni a Primer Kausztifikáló Reaktor számára. Ez fogja biztosítani, hogy a Primer Reaktort tápláló lúg A/C aránya magas legyen. Ennél fontosabb az, hogy ez lehetővé teszi a még magasabb elérendő C/S arányokat is, minthogy a hidrokalumit képződése kausztifikáló reakció. Mivel ez a reakció nincs alárendelve

-19a Szekunder Reaktorban létrejövő egyensúlyi helyzetnek, ezért ebben a reaktorban lehetőség van az 1,00-hez közeli C/S arányok elérésére, amennyiben elegendő meszet adagolunk.

Az adalékanyagok hatása

Az eljárás kifejlesztése során azt találtuk, hogy amennyiben elegendő inhibitort adagoltunk, a hidrokalumit nem kívánt reakciója, amelynek során TCA képződik, nagymértékben csökkenthető volt, a He karbonáttal történő reakciójának észrevehető befolyásolása nélkül, amelynek során kalcium-karbonát képződik. Ez nagyobb maximális C/S értékek elérését eredményezi, a mészfelhasználás nagyobb hatékonyságával és sokkal könnyebb felhasználással együtt. Ez azért következik be, mert a hidrokalumit aluminát- és hidroxil-ionokkal TCA-t képező reakciója diffúzió által szabályozott (8. egyenlet), míg a He karbonáttal történő reakciója (7. egyenlet) nem az. Következésképpen a He felületén lévő aktív helyeken megkötődő vegyületek gátolni fogják az aktív módosulatok e helyeken történő diffúzióját, késleltetve ezzel a reakciót. Másrészt, míg ezeknek az adszorbeálódott molekuláknak a jelenléte részlegesen gátolhatja a karbonáttal történő reakciót, addig a hatás messze kisebb lesz. A He karbonáttal történő reakciójának sebességében történő ilyen csökkenést megfelelően leküzdhetjük a kausztifikálási reakció javítására ismert faktorok bármelyikének fokozásával, ahol alighanem a hőmérséklet növelése a leghatékonyabb és legegyszerűbb a csökkenés elérésére.

Jóformán bármilyen típusú felületaktív anyagot használhatunk ebben az összefüggésben, feltéve, hogy az adszorbeálódik a hidrokalumit szerkezeten. Például használhatunk cukrokat, ilyenek a szacharóz és glükóz, és poliszacharidokat, ilyen a keményítő. Azt találtuk azonban, hogy az anionos szerves felületaktív anyagok a leghatékonyabbak. Az ilyen típusú vegyületek példáinak nem kizárólagos felsorolása magában foglalja a következő anyagokat, sóikat és származékaikat: bármely anionos homopolimer vagy kopolimer (például poliakrilsav és akrilamiddal alkotott kopolimerei vagy az hidroxamát funkciós csoportokat hordozó polimerek), hidroxámsav, huminsavak és csersavak,

-20lignoszulfonátok, zsírsavak, szulfonált karbonsavak, karbonsavak és polihidroxikarbonsavak.

Az inhibitor beadagolását a Szekunder Kausztifikáló Reaktoron belül vagy azt megelőző bármely ponton végezhetjük. így az inhibitort a mésszel vagy a kausztifikálandó lúggal együtt beadagolhatjuk a Primer Reaktorba, vagy önmagában beadagolhatjuk a Szekunder Reaktorba. Arra is lehetőség van, hogy az inhibitort a Bayer finomítón belüli más helyekre adagoljuk, biztosítva, hogy az anyag jelentős része jelentkezzen a kausztifikáló készülékben. A Primer Reaktor előtt történő adagolás erősen fokozza a hidrokalumit kristályosságát, és hajlamos majdnem kizárólag Hc1 módosulatú hidrokalumitot előállítani (elegendő karbonát jelenlétében). Azonban, míg a fokozott kristályosság hasznosnak tűnik, az előnyös adagolási pont mégis a Szekunder Reaktor, aminek következtében jó kausztifikálási eredményeket kapunk az inhibitor minimális felhasználásával.

Az inhibitor felhasználása úgy tűnik, hogy javítja a hagyományos (technika állása szerinti) kausztifikáló körfolyamatok teljesítményét is. Az inhibitor jelenléte kialakulásakor stabilizálja a hidrokalumitot, megakadályozva a szokásos egyidejű mellékreakciót, amely a TCA képződéséhez vezet. így megfelelő inhibitor magába a reaktorba, vagy a kausztifikáló reaktort megelőzően történő beadagolásával jelentős javulást érhetünk el a mészfelhasználás hatékonyságában és a lúg maró hatásában. Azonban a kausztifikáló reakció sebessége is részlegesen gátolt, ezért engedményt kellett tennünk a reaktoron belüli tartózkodási idő növelésével, vagy előnyösebben a hőmérséklet növelésével. A szabadalmi leírásban közzétett eljárás szerint alkalmazható hőmérséklettartomány körülbelül 100 és 180 °C között van, előnyösen 120 és 140 °C közötti.

A beadagolandó inhibitor mennyisége az inhibitor természetétől és a kausztifikálási körfolyamatba történő beadagolás helyétől függ. így a konkrét inhibitor esetében az adagolás mértékét kísérlettel kell meghatározni. Az inhibitorok működésére és a velük összefüggésben lévő adagolásokra példákat a leírásban máshol ismertetünk.

A találmányt a továbbiakban a következő példák segítségével ismertetjük és mutatjuk be. A példák a lehetséges megvalósítások változatainak szemlélteté

-21sére szolgálnak és nem a találmány bármilyen módon történő korlátozásaként értendőek. A megfelelő inhibitorok beadagolása a következőkben ismertetett példák mindegyikében fokozott teljesítményt biztosít.

1. példa

A fenti tervezési alapelvek első részén alapuló javított kausztifikáló eljárás alapvető megvalósítását az 1. ábra mutatja. Ebben a rendszerben egy hagyományos kausztifikáló készüléket alkalmaztunk 5 primer reaktorként és 8 szekunder kausztifikáló készüléket használtunk a hidrokalumit módosulatok képzésére. Ez a rendszer a meszes zagy adagolását mind a primer, mind a szekunder kausztifikáló készülékhez felhasználja. Mivel a hidrokalumit képződés a második reaktorban történik és nem hasznosítjuk tovább, ezért ez az elrendezés nem mutat magas mészfelhasználási hatékonyságot. Ez azonban a lúg C/S arány fokozásának egyszerű módszerét jelenti, hatékonyan köti össze az anyageltávolítással fenntartott egyensúlyú kausztifikálást a hagyományos kausztifikáló készülékkel.

A legjobb teljesítményt akkor kapjuk, ha az 5 primer kausztifikáló készülék esetében magas hőmérsékletű cső főzőüst felhasználásával a lúgot először kausztifikáljuk, majd ezt követő 6 lemezes vagy egyensúlyi (flash) hűtőben való hűtéssel 20-100 °C közé, előnyösebben 70-80 °C közé hútjük. A keverési körülmények a 8 szekunder vagy trim kausztifikáló készüléken belül nem kritikusak, habár a tartály tartalmának előnyösen teljesen szuszpendáltnak kell lennie. A reaktorban szükséges mész mennyisége a szükséges C/S növelésének szintjétől függ, és a (4) egyenlettel leírt sztöchiometriából határozhatjuk meg.

Az itt megadott példában a 8 trim kausztifikáló készülékben képződött Hct a 9 készüléken keresztül leszűrjük és az 5 Primer kausztifikáló készülékből származó hulladék mésztermékkel kombináljuk, majd ezt követően mindkettőt eldodjuk. Egy másik lehetőség az, hogy a Hc-t további kausztifikálás végrehajtására használjuk, növelve a mészfelhasználás hatékonyságát és az aluminát-ionok visszanyerését. Ezt a szilárd anyagok egy olyan másik reaktoredénybe történő irányításával érhetjük el, amelybe friss kausztifikálandó lúgáramot tápláltunk, azonban a találmány előnyösebb megvalósítását a 2. példában ismertetjük.

2. példa

Az első két, előzőekben ismertetett alapelven alapuló, javított kausztifikáló eljárás jellegzetes megvalósítását mutatja a 2. ábra. Ebben a rendszerben valamilyen mészforrást (előnyösen oltott mészpépet vagy meszes zagyot, habár égetett meszet is használhatunk) betáplálunk a kausztifikálandó lúggal együtt a 10 primer reaktoredénybe. A 10 primer reaktor egy Soros keverővei ellátott csőreaktor vagy egy kevert tartály. A keverési körülmények a 10 reaktoron belül nem kritikusak, habár a reaktor tartalmának teljesen szuzspendáltnak kell lennie. Ebben a rendszerben a 10 edény jellemzően egy kevert tartályreaktor és a kausztifikálandó lúg jellemzően az első vagy második mosóból túlfolyó lúg, amint azt az 1. ábra mutatja, bár az eljárás nem korlátozódik ezekre. Az alkalmazható „S” koncentráció tartománynak 40-250 g/l között kell lennie, jóllehet a legjobb teljesítményt 80 és 160 g/l közötti „S” koncentrációval nyertük. Tökéletesebb teljesítményt értünk el a magasabb A/C aránnyal rendelkező lúgok esetében. A hőmérsékletnek ebben a tartályban 20 és 100 °C között kell lennie, azonban a legjobb teljesítményt 70 és 80 °C között értük el. A tartózkodási időnek ebben a tartályban körülbelül 5-20 perc között kell lennie, de a 2 óráig terjedő vagy annál hosszabb tartózkodási időnek kisebb észrevehető káros hatása van. Ennek a reaktornak a célja, hogy tiszta Hc1 képzése mellett úgy reagáljon a mész, hogy kevés vagy semennyi reagálatlan mész, kalcium-karbonát vagy TCA ne képződjön.

A zagyot ezt követően egy 12 fűtőberendezésbe tápláljuk és felmelegítjük. Ha meglévő kausztifikáló berendezést használunk, a zagyot éppen csak a zagy atmoszférikus forráspontja alá szabad melegíteni. A legtöbb mosóból túlfolyó lúg esetében ez 102 és 105 °C között lesz. Előnyösen azonban a zagyot magasabb hőmérsékletre melegítjük, általában körülbelül 100 és 180 °C közé, előnyösebben 120 és 140 °C közé. A 12 fűtőberendezésből távozó anyagot a 14 Szekunder reaktorba tápláljuk, amelyben a keverési körülményeket úgy szabályozzuk, hogy a szilárd anyagok éppen szuszpendáltak legyenek. Ez a reaktor CSTR lehet, de ideálisan egy dugóáramú reaktor. A fenti körülmények között körülbelül 103 °C-on

-23 körülbelül 2 óra tartózkodási idő szükséges, míg 120 °C-on 10 perc körüli. E tartály termékeit (amennyiben szükséges) lehűtjük és egy 16 szilárd/folyadék elválasztó készülékbe tápláljuk, ilyenek az ülepítő tartály, centrifuga vagy előnyösen egy szűrő.

A kausztifikált lúgot visszavezetjük az eljárásba. Ez általában magában foglalja az iszapülepítőbe történő visszavezetését vagy egy tartályban az iszaptalanított ülepítőből túlfolyó lúggal történő összekeverését. Az elreagált szilárd meszet eldobhatjuk, de mivel ez majdnem kizárólag kalcium-karbonát, ezért eljárhatunk úgy is, hogy tovább mossuk és szűrjük a rátapadó nátrium-karbonát visszanyerése céljából. A szilárd anyagot ezt követően száríthatjuk és a további felhasználás érdekében mésszé égethetjük a kalcium-oxid regenerálása céljából. A mosóanyagokat az iszapmosó körfolyamatba vezethetjük vissza, vagy felhasználhatjuk az üzem más részein.

Ez az elrendezés tökéletesíti a mészfelhasználás hatékonyságát biztosítva azt, hogy nagyon kismennyiségű mész maradjon reagálatlanul a diffúziós gátként működni képes felületi anyagok képződésének következtében. A TCA képződésén keresztül történő timföld veszteség is nagyon lecsökkent. Ennek ellenére a rendszer által használt, maximálisan elérhető C/S azonos a hagyományos kausztifikálási eljáráséval, hacsak megnövelt hőmérsékleteket és/vagy inhibitort nem alkalmazunk.

3. példa

A harmadik tervezési alapelv alkalmazásával tökéletesített teljesítményt érhetünk el, amikor úgy járunk el, hogy a hidrokalumitot egy másik lúgban képezzük, elkülönítve a szilárd terméket és a folyadékot egy 18 szilárd/folyadék elválasztó készülékben, és a hidrokalumit pogácsát egy megfelelő lúgárammal táplált 14 szekunder tartályban kausztifikáló szerként használjuk. Az ezt a folyamatot leíró, egyszerűsített vázlatos blokkdiagramot a 3. ábrán mutatjuk be. A 2. ábrához hasonló üzemrészeket azonos hivatkozási számokkal jelöltük.

Ebben a kialakításban a 14 szekunder kausztifikáló készüléket tápláló lúg A/C arányát magas szinten tartjuk. Ezt a (7) egyenlet szerinti Hc1 reakciójával

-24segítjük. A magas A/C arány módosítja a 14 szekunder kausztifikáló készülékben lévő egyensúlyi helyzetet, lehetővé téve a magasabb elérendő C/S arányokat. Természetesen ahhoz, hogy magasabb C/S arányokat érjünk el, több mészre van szükség, ugyanakkor a mészhatékonyság is magas, alacsony timföld veszteség mellett. A kausztifikálás egy része a 10 Primer kausztifikáló készülékben is végbemegy, hozzájárulvaa rendszer karbonát eltávolító hatékonyságához.

4. példa

A fent leírt alapvető megvalósítási módokhoz képest lényeges javulást mutat a 4. ábra. Ebben a megvalósítási módban a tervezési alapelvek mindegyikét egyesítettük. A meszet egy 40 és 100 °C között, előnyösebben 70-80 °C-on működő 10 reakcióedénybe (Primer kausztifikáló tartály) tápláltuk a 14 szekunder kausztifikáló tartályból származó kausztifikált áram egy részével együtt. Ezzel egy növelt A/C-vel rendelkező áramot és alacsony karbonát koncentrációt tápláltunk a 10 Primer reaktorba. A mész reagál az aluminát ionokkal, amelynek során hidrokalumit módosulatok képződnek, és a (4) egyenlettel leírt reakcióvázlat szerint (és számos esetben lehet, hogy az (5) egyenlet szerint) tovább kausztifikálják a lúgot. Az így képződött termék egy változó mennyiségű karbonátot tartalmazó tiszta hidrokalumit módosulat, amelynek mértéke a lúg kezdeti karbonát koncentrációjától és az adagolt mész mennyiségétől függ.

A fent ismertetett körülmények között a 10 Primer kausztifikáló készülékből kifolyó áramban a reagálatlan mész mennyisége alacsony. Ez a hidrokalumit anyag képezi a nyersanyagot a második kausztifikálási lépés számára, amelyet ezután a 10 Primer kausztifikáló készülékben előállított immár nagyon kausztifikált lúgtól elválasztottunk. A kausztifikált lúgot egy megfelelő helyen, például az iszapülepítőbe vagy a tisztító szűrőknél visszavezettük az üzembe. Az elválasztási lépés bármilyen, az ülepítést, ciklont vagy centrifugálást és a legjobb teljesítményt biztosító szűrést magában foglaló 18 szilárd/folyadék elválasztó készülék felhasználásával hajthatjuk végre. A szűrést egyszerű megvalósítani, mivel az ebben a lépésben nyert szilárd anyagok morfológiája megkönnyíti a könnyebb elválasztást.

-25A leszűrt pogácsát a kausztifikálandó derített friss lúggal újból zaggyá alakítjuk a 20 keverős tartályban. Az áram hőmérsékletének 40 és 100 °C között, előnyösebben 70 és 80 °C között kell lennie. A lúg bármelyik eljárásban résztvevő áram lehet, amely 40 és 350 g/l közötti „S” koncentrációval rendelkezik az Na₂CO3-ra nézve. Mindamellett a legjobb teljesítményt a 100 és 160 g/l közötti „S” koncentrációval rendelkező hígabb lúgokkal érjük el. Az újból zaggyá alakított lúgot ezt követően a zagy légköri forráspontja közeli hőmérsékleten egy 12 fűtőberendezésben melegítjük és a 14 szekunder kausztifikáló reaktorba vezetjük, ahol 30 perc és 4 óra közötti, előnyösen 2 óra hosszat tartjuk 103 °C-on, mialatt a (7) egyenlet által leírt reakció végbemegy. A keverési körülményeket a tartály belsejében úgy kellett szabályozni, hogy az összes szilárd anyag szuszpendált állapotban legyen, ugyanakkor a túlzott keverést el kell kerülni a TCA képződés minimalizálása érdekében. Előnyösen dugós áramú reaktort használtunk, bár a kevert reaktoredény is egészen megfelelő.

A reagált zagyot ezután egy 22 szilárd/folyadék elválasztó készülékbe szivattyúzzuk, ilyenek az ülepítő, ciklon, centrifuga vagy előnyösen a szűrő. A szilárd anyagokat eldobhatjuk, azonban az 1. példát kivéve az összes példában leírt (majdnem tiszta kalcium-karbonátot előállító) eljárás nagyon nagy hatékonysága lehetővé teszi, hogy a mosandó (a mosóanyagokat visszavezetjük az iszapmosó körfolyamatba) és mésszé égetendő szilárd anyagok újra regenerálják az oltatlan meszet. így ezzel az eljárással lényegesen csökkenthetjük az oltatlan mész finomító általi felhasználását.

A 14 második szakaszú kausztifikáló reaktorból származó derített lúg egy részét elkülönítjük és a 10 Primer reaktorba vezetjük a hidrokalumit módosulatok képzésére. A legjobb kausztifikálási teljesítményt a teljes áram Primer kausztifikáló tartályba történő irányításával érjük el, de ez nagyobb szűrési kapacitást igényel. A teljesítményt ezzel a módszerrel növeljük, mert a reakciótermékek több hidrokalumit 2-t tartalmaznak. A beadagolandó mész mennyiségét a 14 szekunder kausztifikáló reaktor szükségleteiből számítjuk ki. Ezt a (7) egyenletben bemutatott sztöchiometriából és a kausztifikálandó lúg esetében kiszámított karbonát (hidroxid) aluminát egyensúlyi helyzetből becsülhetjük.

-26A (4) és (7) egyenlet viszonylagos kausztifikáló hatékonyságát megadva, kevesebb mész lesz szükséges a kiszámított C/S arány eléréséhez a szekunder reaktorban, mint amennyi ahhoz lenne szükséges, hogy a lúgot az Primer reaktorban teljesen kausztifikáljuk. Azonban, ha a mészhatékonyság és a timföld csekély vesztesége elviselhető, lehetőség van az eljárás olyan felhasználására, ahol a lúgot nagyon magas C/S arányúra kausztifikáljuk a Primer kausztifikáló készülék mésszel történő túladagolásával.

5. példa

A rendszer teljesítményét tovább fokozhatjuk a szekunder kausztifikáló eljárás megemelt hőmérsékleteken (100 és 180 °C közötti) történő lefolytatásával. A legjobb teljesítményt 120 °C körüli hőmérsékleten értük el. Az eljárás előnyös megvalósítását az 5. ábrán mutatjuk be.

Ebben a rendszerben a keverő tartályból származó zagyot a 24 hőcserélőhöz vezetjük, ahol a hőmérsékletet 120 °C-ra emeljük. A zagyot ezután egy szekunder, nyomás alatt lévő reaktoron, előnyösen 26 csőreaktoron vezetjük át, 5-40 perc, előnyösen 15 perc tartózkodási idő alatt. Hosszabb tartózkodási időre lehet szükség inhibitor jelenlétében, annak természetétől függően. Ezen a hőmérsékleten és ilyen elrendezés alkalmazása melletti működéssel a hidrokalumit kalcium-karbonátot képező reakciójának hatékonyságát jelentősen fokozzuk, míg a TCA képződését jelentősen gátoljuk.

6. példa

Az 5. példa szerinti eljárás hatékonysága csökken, amint az üzemi lúg C/S aránya a szekunder kausztifikáló készülékben megközelíti vagy túllépi a karbonát/hidroxid/aluminát egyensúlyi értéket. Egyes helyeken állandósult állapotot fogunk elérni, amelynél az üzembe történő karbonát bevitelt a kausztifikáló eljárás karbonátot eltávolító képessége kiegyensúlyozza. A legtöbb helyzetben ez nem lesz probléma, mivel az eljárás alkalmazásával az üzem elérhető C/S aránya nagyon magas lesz. Ha azonban nagyobb C/S arányokra van szükség, ezt a mész 10 Primer kausztifikáló készülékbe történő túladagolásával érhetjük el, amint azt

-27az előző példában jeleztük. A probléma ezzel az, hogy amennyiben a szekunder kausztifikáló készüléket tápláló lúg C/S aránya nagyon magas a (7) reakció lefolytatásához, a mészfelhasználás hatékonysága gyenge lesz, és timföld fog kárba veszni.

Ezt a helyzetet a 6. ábrán bemutatott kibővítés alkalmazásával korrigálhatjuk. Ebben az eljárásban a 14 szekunder kausztifikáló készülékbe táplált lúgáramot a 28 árammal egészítjük ki, amely nátrium-karbonátban gazdag. Ezt többféle módon szolgáltathatjuk, például egy kisózó bepárlón, így Trona bepárlón keresztül (az üzem meglevő maró anyag bemenetét kiegészítve), vagy szerves anyagok oxidatív eltávolítás! eljárásából, például nedves oxidációból vagy elektrolízisből származó kibocsátás hozzákapcsolásával. Ily módon az eljárás hatékonyan kausztifikálja az ezekben az áramokban lévő nátrium-karbonátot, valamint visszanyerjük a timföld teljes mennyiségét, amit egyébként elveszítenénk. A mészhatékonyságot ily módon 90 %-nál nagyobb értékre állíthatjuk vissza. Meg kell jegyezni, hogy az eljárás alkalmazásával lehetőség van a finomító C/S arányának 1,00hez közeli értékre történő növelésére, attól függően, hogy mekkora a feltárási körfolyamatban az előállított karbonát mennyisége és az alkalmazott egységek mérete.

Kísérleti eredmények

Az inhibitorok hatása

Számos, a fentiekben ismertetett vegyület csoportokba tartozó inhibitort megvizsgáltunk szakaszos vizsgálat sorozatokban arra nézve, hogy hogyan befolyásolják a kausztifikálást. Ezek a vizsgálatok pontatlanul szimulálják a technika állása szerinti eljárást, és csak arra szolgálnak, hogy bemutassuk az inhibitorok alkalmazásának előnyeit. A vizsgálatokban jól teljesítő inhibitor sokkal hatásosabb, ha pontos dózisban alkalmazzuk a javasolt javított kausztifikálási reakcióban.

A vizsgálatokat 500 ml-es polipropilén palackokban hajtottuk végre, amelyekbe 450 ml, 97 °C-ra előmelegített, első mosóból túlfolyó lúgot adagoltunk. A

-28mész-zagy és adalékanyag hozzáadását megelőző lúgösszetételt az alábbi 1. táblázat mutatja.

1. táblázat

Az 1. mosóból túlfolyó lúg összetétele

A (g/i)	c (g/i)	s (g/i)	A/C	C/S
81,1	122,5	151,0	0,662	0,811

Az 58 g ipari minőségű mészhidrátból (90,3 % Ca(OH)2-ként beszerezhető mész) álló mész-zagyot 216 ml ionmentesített vízben készítettük el és 97 °C-ra melegítettük. 30 ml zagyot adtunk minden palackhoz elegendő mennyiségű megfelelő adalékanyaggal együtt, úgy, hogy a kapott elegyben a koncentrációja 1 g/l legyen. A palackokat lezártuk és szabályozott hőmérsékletű vízfürdőben 97 °C-on függőlegesen forgattuk. Az ilyen keverési körülmények sokkal kevésbé erőteljesek, és a hőmérséklet valamelyest alacsonyabb, mint az az ipari körülményekre jellemző. Ez az adalékanyagoknak a kausztifikáló reakció sebességére kifejtett késleltető hatásával együtt hosszabb tartózkodási idő alkalmazását igényli. A 360 perces reagáltatás után kapott palackvizsgálatok eredményeit a 2. táblázat mutatja.

2. táblázat

A lúg összetétele a 360 perces reakciót követően

Adalékanyag	A (g/i)	C (g/D	S (g/i)	A/C	C/S	Mész hatékonyság
Nincs	67,6	119,3	131,8	0,567	0,905	68 %
Szacharóz	69,1	121,5	131,8	0,569	0,922	80%
Kereskedelmi	67,4	120,3	131,4	0,560	0,916	75%

hidroxamát kopolimer
Poliakrilát (Moltömeg<1M)	67,8	119,3	131,2	0,568	0,909	71 %
Kereskedelmi poliakrilát (Moltömeg>1M)	67,7	120,1	131,4	0,564	0,914	74%

Ezek az eredmények világosan mutatják az inhibitorok előnyeit a Bayer kausztifikálásban, mind a lúg megnövelt maróhatásában (C/S), mind a mészfelhasználás hatékonyságában. Az adalékanyag dózisának, a kausztifikáló készülék tartózkodási idejének és reaktor hőmérsékletének megfelelő optimalizálásán keresztül jelentős javulást érhetünk el a kausztifikálás teljesítményében, még akkor is, ha a technika állása szerinti eljárásokat alkalmazzuk. Ezek az előnyök azonban különösen akkor nyilvánulnak meg, amikor az inhibitorokat a találmány szerinti, javított kausztifikáló eljárás esetében alkalmazzuk.

A javított kausztifikáló eljárás összehasonlítása a technika állása szerinti eljárással

Szakaszos kausztifikálási vizsgálatok sorozatát végeztük el laboratóriumban a javasolt kausztifikáló eljárás javított teljesítményének és előnyeinek bemutatása céljából. A technika állása szerinti eljárást szintén szimuláltuk összehasonlítás céljából.

A technika állása szerinti példa

A technika állása szerinti eljárást egy 3,75 literes Parr reaktorban szakaszos reakcióval szimuláltuk. Az első mosóból túlfolyó lúgot (1,795 liter) a reaktorba adagoltuk és 100 °C-ra melegítettük. Ipari minőségű mészhidrát zagyot (32,7 g) 203 ml ionmentesített vízben 95 °C-ra előmelegítettünk a reaktorba történő beadagolás előtt. A mész mennyiségét úgy számítottuk ki, hogy a C/S arány 0,950 legyen (100 % hatékonyságot feltételezve). A mész-zagy beadagolása után a reaktort lezártuk és lehetővé tettük, hogy az anyagok 100 °C-on termosztatikus szabályozás mellett 3 órán keresztül reagáljanak. 200 fordulat/perc sebességgel

-30működő, egymásba illeszkedő iker turbina-lapátkerekeket felhasználó keverést alkalmaztunk. Szabályos időközönként folyékony és szilárd mintákat vettünk. A folyékony mintákat A-, C- és S-, illetve teljes nátrium-tartalom szempontjából vizsgáltuk. A szilárd anyagok elemi összetételét XRF-fel és CO2 tartalmukat savanyítással és a fejlődő gáz mérésével vizsgáltuk.

A technika állása szerinti példa - az inhibitor hatása

A fent ismertetett vizsgálatot megismételtük oly módon, hogy az első mosóból túlfolyó lúghoz 0,1 g/l nátrium-glükonátot adtunk. További tartózkodási időt biztosítottunk az inhibitor kausztifikálási reakciósebességre való hatását kompenzálandó.

Az inhibitornak technika állása szerinti eljárásra gyakorolt hatását a 3. és 4. táblázatban láthatjuk. A bemutatott adatok minden esetben a maximális C/S arány mellett vett mintákra vonatkoznak, a technika állása szerinti példánál ez körülbelül a reaktorban 45 perces tartózkodási időnél történt meg. Annak a vizsgálatnak az esetében, amelyben inhibitort adagoltunk, hasonló C/S-t értünk el 45 perc alatt, de a növelést addig folytattuk, amíg 260 és 330 perc között a maximumot el nem értük.

3. táblázat

Az inhibitor hatása a technika állása szerinti kausztifikálási teljesítményre

Minta	A (g/i)	C (g/i)	S (g/i)	A6C	C/S	TS (g/i)
Kiindulási lúg	92,7	138,8	170,6	0,668	0,813	227,1
Technika állása szerinti eljárás	81,9	137,8	155,2	0,594	0,888	207,0
Technika állása szerinti eljárás + inhibitor	82,6	141,8	154,7	0,583	0,917	205,8

4. táblázat

Jellegzetes szilárd anyag vizsgálatok maximális C/S aránynál (% szárazanyag)

Minta	CaO	AI2O3	CO2	Egyéb	Mész hatékonyság
Technika állása szerinti eljárás	50,6	9,2	20,6	19,6	54,3 %
Technika állása szerinti eljárás + inhibitor	52,6	3,8	31,0	12,6	78,6 %

A mészhatékonyságot a CO₂ tartalom/CaO tartalom hányados alapján számítottuk ki, mólarányként fejeztük ki és az eredeti mészhidrát hozzáférhető mész és timföld tartalmával korrigáltuk.

Látható, hogy az inhibitor adagolása drámai növekedést eredményezett a mészfelhasználás hatékonyságában, visszahatva mind a sokkal magasabb maximális C/S, mind a magasabb timföld koncentrációra a kausztifikált lúgban. Ez utóbbi szempont szintén nyilvánvaló a szilárd anyagok vizsgálati eredményeiből is, amelyek azt mutatják, hogy jelentősen kisebb a timföld veszteség. Ezeket az eredményeket azonban a sokkal hosszabb reakcióidő rovására értük el, ezt vagy kiegészítő kausztifikáló tartálytérfogat biztosításával, vagy a reakciósebesség hőmérséklet növelésén keresztüli emelésével küzdhetjük le. Azonban jobb teljesítményt érünk el a példákban leírt előnyös megvalósítási módok valamelyikének az alkalmazásával.

Javított kausztifikáló eljárás (2. példa)

A javított kausztifikáló eljárás alap esetének az alkalmazását egy 3,75 literes Parr reaktorban történő szakaszos reakcióval (a 2. példában leírtak szerint) szimuláltuk. A szimuláció két részből állt, a hidrokalumit 80 °C-on történő képződéséből, az azt követő gyors melegítéssel és az elegy 120 °C-on történő reagáltatásából. A Parr reaktorok magas termikus tömege és lassú melegítési sebessége miatt a mész kisebb térfogatú lúgban történő ragáltatására volt szükség 80 °C on, és ezután adtuk hozzá a fennmaradó lúgot egy sokkal magasabb hőmérsékleten, hogy az elegy 120 °C-ra történő gyors felmelegedését érjük el.

-32Az első mosóból túlfolyó lúgot (500 ml) beadagoltuk a reaktorba, majd 80 °C-ra melegítettük. Egy 2 liter kapacitású második Parr reaktort egy első mosóból túlfolyó lúggal (1500 liter) töltöttünk fel, majd 185 °C-ra melegítettük. A 80 °C-ra előmelegített ipari minőségű mészhidrát zagyot (38,01 g) 210 ml ionmentesített vízben adtuk az első reaktorban lévő 500 ml lúghoz. A mész mennyiségét úgy számítottuk ki, hogy á kívánt 0,95 C/S arányt (100 %-os hatékonyságot feltételezve) érjük el. A reaktort azonnal lezártuk és termosztatikus szabályozás mellett hagytuk reagálni 80 °C-on 10 percig. 200 fordulat/perc sebességgel működő, egymásba illeszkedő iker turbina-lapátkerekekkel végzett keverést alkalmaztunk. A 10 perces reakció befejezésekor, amelynek során hidrokalumit képződött, a második reaktor tartalmát nyomás alatt átvittük az első reaktorba. Az összekeverés során a lúg és a zagy kombinált hőmérséklete az első reaktorban 120 °C volt. Ezt a hőmérsékletet ezt követően termosztatikus szabályozással tartottuk fenn. A 200 fordulat/perc sebességgel tovább kevert elegyet 90 percig hagytuk reagálni. Szabályos időközönként mintákat vettünk mind a folyadékból, mind a szilárd anyagokból. A folyadék mintákat A-, C- és S-, illetve nátrium-tartalomra vizsgáltuk. A szilárd anyagokat elemi összetételét XRF-fel, és CO2 tartalmukat savanyítással és a felszabadult gáz mérésével vizsgáltuk.

Javított kausztifikáló eljárás (2. példa) - az inhibitor hatása

A fent ismertetett vizsgálatot a 10 perces hidrokalumit képződési szakasz végén 0,5 g nátrium-glükonát 3,75 literes reaktorhoz történő hozzáadásával ismételtük meg. Ez körülbelül 0,25 g/l végső koncentrációt eredményezett a kombinált lúgban a fő kausztifikáló reakció során.

Inhibitorként szacharózt alkalmazó hasonló vizsgálatot is végrehajtottunk. Ebben az esetben a szacharózt a reakció kezdetén 2,0 g/l koncentrációban adtuk a kombinált lúghoz.

A fenti vizsgálatok jellemző eredményeit az alábbi 5. és 6. táblázatban öszszegeztük. Az eredményeket referenciaként a technika állása szerinti eljárás megismételt vizsgálatának eredményeivel hasonlítottuk össze. Minden esetben a bemutatott eredmények a reakció során elért legmagasabb C/S-t jelzik. A technika

-33 állása szerinti eljárás esetében ezt a reakció 45 perce után értük el, míg a javított eljárás esetében inhibitor nélkül ehhez csak 2 perc volt szükséges. Hasonló C/S arányt értünk el két perc alatt a javított eljárás esetében, amelyhez inhibitort adtunk, azonban a C/S érték folytatta a növekedést jóval ezen a ponton túl is, végül körülbelül 45 - 60 perc után elérte a maximális értéket.

5. táblázat

A jellemző lúg vizsgálatok a maximális C/S értéknél

Minta	A (g/i)	C (g/i)	S (g/i)	A/C	C/S	TS (g/i)
Kiindulási lúg	86,8	133,9	166,4	0,648	0,805	229,0
Technika állása szerinti eljárás	77,1	134,5	152,5	0,573	0,882	200,9
2. példa szerinti eljárás	77,3	136,1	151,7	0,568	0,897	207,1
2. példa szerinti eljárás + inhibitor	78,8	141,2	152,8	0,558	0,924	208,0

6. táblázat

A jellemző szilárd anyagok vizsgálatai maximális C/S értéknél (% szárazanyag)

Minta	CaO	AI2O3	CO2	Egyéb	Mész hatékonyság
Technika állása szerinti eljárás	50,6	9,2	20,8	19,4	54,8 %
2. példa szerinti eljárás	51,6	6,6	26,6	15,2	68,8 %
2. példa szerinti eljárás + inhibitor	52,8	3,6	34,4	9,2	86,9 %

A mész hatékonyságát a CO2 tartalom/CaO tartalom hányados alapján számítottuk ki, mólarányként fejeztük ki és az eredeti mészhidrát hozzáférhető mész és timföld tartalmával korrigáltuk.

A folyamat bemutatására kiválasztott lúg magasabb „S” koncentrációval rendelkezik, mint a legtöbb Bayer eljárást alkalmazó finomítóban kausztifikálásra általában használt lúg. Az ok, amiért ilyen lúgot általában nem használnak erre a

-34célra, a 6. táblázatban bemutatott mészhatékonysági adatokból szemmel látható. A technika állása szerinti eljárás esetében mutatott mészhatékonyságot (54 %) a reakció maximális C/S értékénél levett mintából nyertük, következésképpen ez az elért maximális hatékonyságot jelenti. Ezt az optimumot ritkán érik el az ipari gyakorlatban, így a hatékonyság általában lényegesen kisebb lesz, mint ez.

Ezzel ellentétben magasabb maximális C/S-t és lényegesen jobb mészhatékonyságot figyeltünk meg a 2. példa szerinti eljárás esetében. A maximális C/S-t gyorsan elérjük (2 perc) és körülbelül további 8 percig ezen az értéken marad, mielőtt a visszaesés szignifikánssá válik.

Még meglepőbb a 2. példa szerinti eljárás eredménye, amelyben inhibitort adagoltunk (nátrium-glükonát). Ebben az esetben egy sokkal magasabb maximális C/S-t értünk el, a technika állása szerinti eljárásnál 30 %-kal nagyobb mészhatékonyság mellett. Azonkívül a visszaesés is rendkívül lassú, a C/S csak 0,002 pontot esett ezen a hőmérsékleten további 30 percet követően. Hasonló eredményeket kaptunk abban a vizsgálatban is, amelyben szacharózt használtunk inhibitorként, azonos 0,924 C/S-t elérve, de némileg alacsonyabb, 84,0 %-os mészhatékonyság mellett. Azonban a szacharóz felhasználásával a maximális C/S eléréséhez szükséges idő jelentősen kisebb, mint nátrium-glükonát esetében.

A sokkal jobban megnövelt lúg C/S érték és a magas mészhatékonyság nagyon világos előnyeitől eltekintve a példa az eljárás toleranciáját mutatja a magas lúg koncentrációkkal és a tartózkodási idő eltéréseivel szemben. Összességében a Bayer finomítóban ezek a faktorok hozzájárulnak a kausztifikálás javított stabilitásához. Azonkívül a TCA képződésével okozott timföld veszteségeket jelentősen csökkentettük, ez hozzájárul a javított finomító termelékenységhez.

Javított kausztifikáló eljárás (5. példa)

A javított kausztifikáló eljárás előnyös megvalósítási módját (amint azt az 5. példában leírtuk) szimuláltuk laboratóriumi körülmények között, szakaszos reakciók egymás utáni sorozatainak lefolytatásával egy 3,75 literes Parr reaktorban. A sorozat minden ciklusa két lépésből állt: hidrokalumit előállítása 80 °C-on, előkausztifikált lúgban (primer kausztifikáló reakció), és ennek az elő-kausztifikált

-35lúgnak az elkészítése az így képződött hidrokalumit felhasználásával (szekunder kausztifikáló reakció).

A reakciósorozatok megindításához először több liter, az első mosóból túlfolyó lúgot kausztifikáltuk ipari tisztaságú mészhidrát szuszpenzióval (90,3 % Ca(OH)2-ként beszerezhető mész), egy hagyományos, irodalomból ismert kausztifikáló eljárással. Szűrés és az összegyűjtött szilárd anyagok eldobása után előkausztifikált lúgot kaptunk, amelyből a kezdeti hidrokalumit minta előállítható volt.

Két liter ilyen lúgot 3,75 literes Parr reaktorba helyeztünk és a hőmérsékletet 80 °C-ra emeltük, amit termosztatikus szabályozás alatt tartottunk fenn. A célul tűzött 0,950 C/S érték (100 % hatékonyság értéknél) eléréséhez szükséges mennyiségű mészhidrátot zaggyá alakítottuk meleg, ionmentesített vízzel egy 500 ml-es polipropilén palackban, 80 °C-on egyensúlyba hoztuk, majd mennyiségileg átvittük a Parr autoklávba a reakció elindítása érdekében. Keverést alkalmaztunk 200 fordulat/perc sebességgel működő, egymásba illeszkedő iker turbinalapátkerekek felhasználásával. Miután 30 percet hagytunk a reakció lejátszódására, a reaktor teljes tartalmát vákuum alatt leszűrtük Büchner tölcsért és szűrőpalackot használva. A visszamaradó szilárd anyagokat és a Parr reaktorban visszamaradt lúgot a szúrőtölcsérbe mostuk forró, ionmentesített vízzel. A szűrőpogácsát tovább mostuk forró, ionmentesített vízzel a magával sodort lúg eltávolítása érdekében (ez az eljárás, ami a normál alkalmazásban szükségtelen, a tömegegyensúly kiszámításának megkönnyítése miatt volt szükséges).

500 ml, az első mosóból túlfolyó lúgot adagoltunk a reaktorba és 80 °C-ra felmelegítettük. Egy 2 liter kapacitású második Parr reaktort az első mosóból túlfolyó lúggal (1500 I) töltöttünk meg és 185 °C-ra felmelegítettük. Az előző lépésben előállított nedves hidrokalumit pogácsát az első reaktorban lévő 500 ml lúghoz adtuk. A reaktort rögtön lezártuk és a keverőt beindítottuk a szilárd anyagok diszpergálása céljából. A szilárd anyagok diszpergálására és a termikus egyensúly beállítására körülbelül két percet tettünk lehetővé, amikor is a második reaktor tartalmát nyomás alatt az első reaktorba vittük át. Keverés közben az első reaktorban az egyesített lúg és zagy hőmérséklete 120 °C volt. Ezt a hőmérsék

-36letet ezután termosztatikus szabályozással tartottuk fenn. A 200 fordulat/perc sebességgel továbbra is kevert elegyet 2 percig engedtük reagálni.

A reakciót követően zagymintát gyűjtöttünk és azonnal leszűrtük egy 0,45 pm Supor szűrőmembránon keresztül. A szúrletet A-, C- és S-, illetve teljes nátrium-tartalomra vizsgáltuk. A szűrőn lévő szilárd anyagot alaposan kimostuk ionmentesített vízzel. Nedves pogácsát gyűjtöttünk XRD-vel (röntgendiffrakció) történő vizsgálatok céljából. A megmaradt szilárd anyagot részleges vákuum (13,7 kPa) alatt szárítottuk 105 °C-on és az elemi összetételét XRF-fel (röntgenfluoreszcens módszer) és CO2 tartalmát savanyítással, majd a fejlesztett gáz mérésével vizsgáltuk.

A reaktor tartalmát egy 0,45 pm Supor szűrővel felszerelt présszűrőbe vittük át. A szűrletet összegyűjtöttük, hogy az eljárás következő ciklusának beindítására használjuk fel. A mintavételezés és a zagy mozgatása miatt kevés lúgveszteség előfordult. Ezt figyelembe vettük a következő ciklusban a mésztöltet beállításakor az Primer kausztifikáló reakcióban és az első mosóból túlfolyó lúg térfogatának csökkentésekor a szekunder kausztifikáló reakcióban. A folyamatot az eljárás négy teljes ciklusáig ismételtük, majd befejeztük.

Javított kausztifikáló eljárás (5. példa) - az inhibitor hatása

A fent ismertetett vizsgálatot megismételtük oly módon, hogy 1,0 g nátriumglükonátot a hidrokalumittal együtt a 3,75 literes reaktorba adagoltunk a szekunder kausztifikáló reakció elején. Ez körülbelül 0,5 g/l végső koncentrációt adott a kombinált lúgban a szekunder kausztifikáló reakció során. Az inhibitor késleltető hatásának kompenzálására 120 perc tartózkodási időt tettünk lehetővé a szekunder reakció számára.

Javított kausztifikálási eljárás (5. példa) - Maximális C/S

Az eljárás azon képességének bemutatására, hogy nagyon magas lúg általi maró hatást képes elérni, a fenti folyamatot megismételtük egy nagyobb mészmennyiséggel, amelyet úgy számítottunk ki, hogy a kívánt 1,00 C/S arányt érjük el. A fent ismertetett vizsgálati eljárást megismételtük úgy, hogy 1,0 g nátrium

-37glükonátot a hidrokalumittal együtt a 3,75 literes reaktorba adagoltunk a szekunder kausztifikáló reakció elején. Ez körülbelül 0,5 g/l végső koncentrációt adott a szekunder kausztifikáló reakció során. Az inhibitor késleltető hatásának kompenzálására és a kívánt, sokkal magasabb C/S arány elérésére a reakcióhoz elegendő időt biztosítsunk, 150 perces tartózkodási időt engedtünk meg a szekunder reakció számára.

A fent ismertetett 5. példa szerinti vizsgálatok jellemző adatait a 7. és 8. táblázatban összegeztük, külön-külön feltüntetve a lúg és a szilárd anyagok vizsgálati eredményeit. Az eredményeket a referenciaként használt technika állása szerinti eljárás vizsgálati eredményeivel hasonlítottuk össze.

7. táblázat

Jellemző lúg vizsgálatok maximális C/S értéknél

Minta	A (g/i)	C (g/i)	S (g/i)	A/C	C/S	TS (g/i)
Kiindulási lúg	92,4	138,3	170,2	0,668	0,813	231,7
Technika állása szerinti eljárás	81,9	137,8	155,2	0,594	0,888	207,0
5. példa szerinti eljárás	80,5	137,6	151,2	0,585	0,910	199,0
5. példa szerinti eljárás + inhibitor	81,1	143,5	153,9	0,565	0,932	199,9
5. példa maximális C/S célérték elérésére szolgáló eljárás	80,0	144,5	151,3	0,554	0,955	200,0

8. táblázat

Jellemző szilárd anyag vizsgálatok maximális C/S értéknél (% száraztömeg)

Minta	CaO	AI2O3	CO2	Egyéb	Mész Hatékonyság
Technika állása szerinti eljárás	50,6	9,2	20,6	19,6	54,3 %
5. példa szerinti eljárás	51,8	6,6	25,4	16,2	65,4 %

5. példa szerinti eljárás + inhibitor	52,6	2,8	35,9	8,7	91,1 %
5. példa maximális C/S célérték elérésére szolgáló eljárás	52,2	3,8	33,1	10,9	84,6 %

A fenti eredményekből látható, hogy az eljárás 5. példában ismertetett előnyös megvalósítási mód jelentős előnyöket nyújt a technika állása szerinti eljáráshoz képest, mind az elérhető C/S-ben, mind a mészfelhasználási hatékonyságban. A fenti példában a mészhatékonyság meghaladta a 91 %-ot. Az előnyös megvalósítási mód a 2. példa szerinti eljáráson felül is nyújt előnyöket. Adalékanyag jelenléte nélkül a mészhatékonyság hasonló a 2. példa szerinti eljáráséhoz, de sokkal magasabb C/S arányt ér el (0,910 a 0,897-tel szemben). Inhibitor jelenlétében, mind javított mészhatékonyságot (91,1 % a 86,9 %-kal szemben), mind magasabb C/S arányt (0,932 a 0,924-gyel szemben) értünk el. Azonban a 2. példában ismertetett eljárással szemben az előnyös megvalósítási mód legfontosabb előnyét a megcélzott maximális C/S vizsgálatára vonatkozó eredményekre utalva lehet észrevenni. Az eljárás előnyös megvalósítását alkalmazva lehetőség van a rendkívül magas lúgos maró hatás elérésére (0,955 vagy ennél jobb C/S érték), a továbbra is kifejezetten jobb mészhatékonysággal 0obb, mint 80 %) együtt, szemben a technika állása szerinti eljárással. Ennél nagyobb lúgos maró hatást is elérhetünk fokozatosan gyengülő mészhatékonyság terhe mellett.

Az előbbi példákból és a számos lehetséges kiviteli mód leírásából nyilvánvaló, hogy az itt feltárt, javított kausztifikáló eljárásnak számos jelentős előnye van a jelenleg használt kausztifikáló technológiákkal szemben.

Ezek közé tartoznak az alábbiak:

(a) A mész felhasználás hatékonysága feltűnően magas (90 % feletti érték érhető el) még az egészen tömény lúgokkal is.

(b) Az elérhető C/S arány jelentősen megnő (0,955-öt meghaladó) még az egészen tömény lúgokkal is, lehetővé téve a nagyobb üzemi maróanyag koncentrációt és a javított termelékenységet. Ennél magasabb C/S arányok is elérhetők a mészhatékonyság kisebb veszteségeinek terhe árán.

(c) Aránylag tiszta kalcium-karbonát hulladék termelődik, létrehozva annak lehetőségét, hogy a meszet egy kisebb mészégető kemencén keresztül nyerjük vissza, így a mész felhasználás további csökkentése lehetséges.

(d) A timföld nem kívánatos kalcium-aluminát módosulatok képződése miatti vesztesége jelentősen csökken. A timföld bauxitból történő visszanyerése javul, ez megnövekedett termelést eredményez.

(e) A kausztifikálás többnyire sokkal gyorsabb, amely a tartály térfogatában csökkenést és sokkal sűrűbb összeállítást eredményez.

(f) A teljesítmény stabil, a lúg összetétel és áramok sokasága ellenére. Csökken a közvetett szén-dioxid kibocsátás a finomító javított hatékonysága miatt, és csökken a mészveszteség. _ (g) Gyakorlatilag bármilyen finomítóban egyszerűen megvalósítható.

(h) Csökkent mennyiségű maradék képződik a minimális mészfelhasználás miatt, jelentős megtakarítás jelentkezik a maradék ártalmatlanításának és tárolásának költségeiben.

(i) Lehetőség van arra, hogy a kausztifikáló reakciót felosszuk és darabonként végezzük el a finomító két vagy több lúgáramán.

(j) Lehetőség van több kausztifikáló eljárás megvalósítására a finomító különböző pontjain.

Claims (34)

1. -40Szabadalmi igénypontok

   1. Javított eljárás Bayer lúgok timföldfinomítóban történő kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az eljárás a következő lépésekből áll:

   meszet Bayer lúgban aluminát ionokkal reagáltatunk alacsony-közepes hőmérsékleten, szabályozott körülmények között, lényegében csak hidrokalumit és hidroxil-ionok előállítása céljából; és a hidrokalumitot Bayer lúggal érintkeztetve, szabályozott körülmények között úgy melegítjük, hogy a hidrokalumit reakcióba lépjen a lúggal kalciumkarbonát, aluminát-ionok és hidroxil-ionok kialakulására, így kausztifikált Bayer lúgot kapunk és a mészfelhasználás hatékonysága jelentősen megnő és a timföld veszteség minimalizálódik.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a hidrokalumit módosulat képződését magában foglaló első reakcióban alkalmazott Bayer lúgot előkausztifikáljuk, ezáltal az előkausztifikált lúg C/S arányát tovább növelhetjük.
3. 3. A 2. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az első reakciót egy közepesen magas A/C aránnyal és alacsony szabad maróanyag mennyiséggel rendelkező Bayer lúggal végezzük.
4. 4. A 3. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a Bayer lúg „S” koncentrációja 40 és 350 g/l közötti és A/C aránya 0,2 és 0,95 közötti.
5. 5. A 4. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a lúg „S” koncentrációja 120 és 160 g/l közötti és A/C aránya 0,55-nél nagyobb.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az első reakció befejezéséhez szükséges tartózkodási idő megfelelő inhibitor jelenlétében 5 és 30 perc közötti.
7. 7. A 6. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a hidrokalumit zagy képződését magában foglaló első reakciót körülbelül 25 °C és 100 °C közötti hőmérsékleten végezzük.
8. 8. A 7. igénypont szerinti javított eljárása Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a legtöbb Bayer lúg esetében a legjobb teljesítményt akkor érjük el, ha a hőmérsékletet körülbelül 70 °C és 80 °C között tartjuk.
9. 9. A 8. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az első reakciót olyan Bayer lúgban végezzük, amelyet keverünk.
10. 10. Az 1. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a hidrokalumit Bayer lúggal érintkezésben történő melegítését magában foglaló második reakciót körülbelül 100 °C és 180 °C közötti hőmérsékleten végezzük.
11. 11. A 10. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a második reakciót alacsony nyíróhatás mellett, körülbelül 120 °C-on végezzük.
12. 12. Az 1. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az eljárás egy további lépést tartalmaz, amelyben egy megfelelő inhibitort adunk a Bayer lúghoz a hidrokalumit melegítését megelőző megfelelő ponton, így meggátoljuk a hidrokalumit TCA képzésének nem kívánt reakcióját.
13. 13. A 12. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az inhibitor egy komplexképző anyag és/vagy egy felületaktív anyag, amely képes adszorbeálódni a hidrokalumit felületén lévő aktív helyeken korlátozva ezzel aktív anyagok ezeken a helyeken történő diffúzióját.
14. 14. A 13. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az alkalmas felületaktív anyagok magukban foglalják a cukrokat, így a szacharózt és glükózt, és a poliszacharidokat, így a keményítőt.
15. 15. A 13. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy inhibitorként anionos szerves felületaktív anyagokat alkalmazunk.
16. 16. A 15. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az anionos szerves felületaktív anyagokat az alábbi anyagok, sóik és származékaik közül választjuk: bármely anionos homopolimer vagy kopolimer (például poliakrilsav és annak akrilamiddal képezett kopolimerjei, vagy hidroxamát funkciós csoportokkal rendelkező polimerek), hidroxámsavak, huminsavak és csersavak, lignoszulfonátok, zsírsavak, szulfonált karbonsavak, karbonsavak és polihidroxi-karbonsavak.
17. 17. Az 1. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az első reakcióban képződött hidrokalumit zagyot szilárd/folyadék elválasztásnak vetjük alá és az elválasztott hidrokalumit szilárd anyagot friss kausztifikálandó lúggal reagáltatjuk az említett második reakción keresztül.
18. 18. A 17. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a hidrokalumit melegítését magában foglaló második reakcióból kapott, kausztifikált Bayer lúgot lehűtjük és szilárd/folyadék elválasz

    -43 tásnak vetjük alá és a tisztított lúg legalább egy részét visszavezetjük az első reakcióba.
19. 19. A 18. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a második reakcióból származó Bayer lúgból elválasztott szilárd anyagok lényegében tiszta kalcium-karbonátot tartalmaznak, amelyet újból mésszé égetünk a mész regenerálásának és a finomítón belüli újbóli felhasználásának az érdekében, így tovább csökkentjük a finomító mészszükségletét.
20. 20. Javított eljárás Bayer lúgok timföldfinomítóban történő kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az alábbi lépést is tartalmazza:

    a kausztifikálás során egy megfelelő inhibitort adunk a Bayer lúghoz a hidrokalumit képződésének stabilizálására, hogy megakadályozzuk a hidrokalumit TCA képzésének nem kívánt reakcióját, így a lúg elérhető C/S arányát növelhetjük.
21. 21. A 20. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az inhibitor egy komplexképző anyag és/vagy egy felületaktív anyag, amely képes adszorbeálódni a hidrokalumit felületén lévő aktív helyeken korlátozva ezzel az aktív anyag ezeken a helyeken történő diffúzióját.
22. 22. A 21. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az alkalmas felületaktív anyagok magukban foglalják a cukrokat, így a szacharózt és glükózt és a poliszacharidokat, így a keményítőt.
23. 23. A 21. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy inhibitorként anionos szerves felületaktív anyagokat alkalmazunk.
24. 24. A 23. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az anionos szerves felületaktív anyagokat a következő ·’“♦ ·.·*- ·”* ,*·. -· ;

    ·* *’· Σ * ***

    -44anyagok, sóik, és származékaik közül választjuk: bármely anionos homopolimer vagy kopolimer (például poliakrilsav és akrilamiddal alkotott kopolimerjei, vagy hidroxamát funkciós csoportokkal rendelkező polimerek), hidroxámsavak, huminsavak és csersavak, lignoszulfonátok, zsírsavak, szulfonált karbonsavak, karbonsavak és polihidroxi-karbonsavak.
25. 25. A 20. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy az eljárás egy további lépést tartalmaz, amelyben a kausztifikálás során a lúgot 100 °C és 180 °C közötti hőmérsékletre melegítjük.
26. 26. A 25. igénypont szerinti javított eljárás Bayer lúgok kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a lúgot 120 °C és 140 °C közötti hőmérsékletre melegítjük.
27. 27. Javított eljárás Bayer lúgok timföldfinomítóban történő kausztifikálására, azzal jellemezve, hogy a következő lépésekből áll:

    egy előkausztifikált Bayer lúgot nyerünk és meszet aluminát-ionokkal reagáltatunk az előkausztifikált Bayer lúgban, olyan, alacsony - közepes hőmérsékletű szabályozott körülmények között, hogy lényegében csak egy hidrokalumit módosulat és hidroxil-ionok képződjenek, így az előkausztifikált lúg C/S arányát tovább növelhetjük.
28. 28. Berendezés Bayer lúgok javított kausztifikálására egy timföldfinomítóban, azzal jellemezve, hogy a berendezés a következőkből áll:

    egy hagyományos, Bayer lúg kausztifikálására szolgáló reaktorból; és egy trim reaktorból a mész aluminát-ionokkal történő reagáltatására a kausztifikált Bayer lúgban, olyan alacsony - közepes hőmérsékletű szabályozott körülmények között, hogy lényegében csak egy hidrokalumit módosulat és hidroxil-ionok képződjenek, így a kausztifikált lúg C/S aránya növelhető.
29. 29. Berendezés Bayer lúgok javított kausztifikálására egy timföldfinomítóban, azzal jellemezve, hogy a berendezés a következőkből áll:

    -45egy primer reaktorból a mész aluminát-ionokkal történő reagáltatására kausztifikált Bayer lúgban, olyan alacsony - közepes hőmérsékletű szabályozott körülmények között, hogy lényegében csak egy hidrokalumit módosulat és hidroxil-ionok képződjenek; és egy szekunder reaktorból, ahol a hidrokalumitot Bayer lúggal érintkeztetve melegítjük szabályozott körülmények között úgy, hogy a hidrokalumit reakcióba lépjen a lúggal kalcium-karbonát, aluminát-ionok és hidroxil-ionok képzése céljából, így kausztifikált Bayer lúgot kapunk, és a mészfelhasználás hatékonysága lényegesen megnő és/vagy a timföld veszteségek minimalizálódnak.
30. 30. A 29. igénypont szerinti, Bayer lúgok javított kausztifikálására szolgáló berendezés, azzal jellemezve, hogy a primer reaktor egy kevert tartály reaktor, amelyben a mész és a Bayer lúg keveredése úgy megy végbe, hogy elősegítse az első reakciót.
31. 31. A 30. igénypont szerinti, Bayer lúgok javított kausztifikálására szolgáló berendezés, azzal jellemezve, hogy a szekunder reaktor egy kevert tartály reaktor.
32. 32. A 30. igénypont szerinti, Bayer lúgok javított kausztifikálására szolgáló berendezés, azzal jellemezve, hogy a szekunder reaktor egy nyomás alatt lévő csőreaktor.
33. 33. A 29. igénypont szerinti, Bayer lúgok javított kausztifikálására szolgáló berendezés, azzal jellemezve, hogy a hidrokalumit szekunder reaktorban friss lúggal történő reagáltatása előtt a primer reaktorból származó szilárd hidrokalumit és a lúg elválasztására szolgáló eszközöket is tartalmaz.
34. 34. A 33. igénypont szerinti, Bayer lúgok javított kausztifikálására szolgáló berendezés, azzal jellemezve, hogy a második reaktorban kausztifikált lúgot a

    -46primer reaktorhoz használjuk betáplálás! lúgként, így a kausztifikált lúg C/S aránya is lényegesen növelhető.

    2, h íjidd A meghatalmazott DÖDÖLLE, KÉKEs'ÁWRbs 4 SZABÓ Szabadalmi és Védjegy Iroda 1024 Budapest, Keleti Károly u. 13/b Mészáros Enikő szabadalmi ügyvivő