HUT52005A - Process for decreasing of pollution of base by bayer-process - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás aluminium-hidroxid Bayer eljárással történő előállításánál a vizes lúgokban oldott szervetlen és szerves szennyezések csökkentésére.

A Bayer eljárásnál felhasznált nyersanyagok, elsősorban a bauxit és a nátronlug szerves és szervetlen nem-kivánatos anyagokat tartalmaznak, amelyek elsősorban a bauxit oldásakor bekerülnek a Bayer eljárásba, és azt több módon is ártalmasán befolyásolják. Ezek az anyagok savas vegyületek, igy kloridok, foszfátok, szulfátok, vanadátok, fluoridok és/vagy szerves sók vagy savak, elsősorban oxalátok és huminsavak.

Mivel az alkálilug a Bayer eljárásban különféle fokozatokban különféle nagy koncentrációkban a kör áramlásba bekerül, a szennyezések a különböző helyeken a kritikus értékekig feldúsulnak, amennyiben ezeket az eljárásból nem távolit ják el. A szennyezések részben eljárástechnikai, részben gazdasági problémákkal kapcsolódnak. Ha kumulatív feldúsulnak , akkor a lugosság és a szabad lúg arányának csökkenését okozzák, mivel nátriumsók formájában kicsapódnak, és ennek az a következménye, hogy a lúg-termelékenység és azzal együtt az eljárás gazdaságossága csökken. Ezenkívül nehezebb az eljárás vitele is, mivel nem-kivánatos anyagok lerakódnak a tartályokban, csövekben, hőcserélőkben és egyéb berendezésekben, ezért tisztítási lépéseket kell tenni annak érdekében, hogy a kívánt termelési teljesítmény újra helyreállítható legyen. Bizonyos körülmények között ez a tisztítás igen költséges is lehet, például amikor savas öblítést kell végezni, amikor a lerakódás olyan rétegvastagságot ér el, amely mechanikai esz• ··· ·· ·· ········· • · ···· ·· · • · ······ ·· · ··· ·· · · · ··

- 3 közökkel már nem -távolítható el kielégítő mértékben, vagy amikor a lerakódások a rosszul hozzáférhető helyeken találhatók.

Az eljárás gazdaságosságát a szennyezések azzal is csökkentik, hogy a lúg viszkozitását növelik és igy a szivattyú költségek is emelkednek. Ezenkívül a hidroxid ülepitési eljárását és annak elválasztását is negatívan befolyásolják.

A fent említett hátrányokon kívül, amelyeknél ezek a hátrányok mindenféle szennyezést közösen jél lemeznek, még számos olyan hátrány is tapasztalható, amely az egyes szennyeződésekhez kötődik. így például a szerves szennyeződések, amelyek legtöbbször hosszú láncú huminsavak vagy huminsav-származékok vagy -reakciótermékek formájában fordulnak elő, az aluminium-hidroxidot szürkésre színezik. Különösen jelentős ez a bauxit bontási folyamatában, amelyet a huminsav vagy egyéb szerves savakkal képzett oxalát oldásával és bontásával végeznek. Az oxalát túltelítettségig is feldúsulhat, és kiválásakor az eljárás gazdaságosságát negatívan befolyásolhatja, ugyanis nehezíti az alumínium-hidrát kristályosodását és ezenkívül hátrányosan hat a kristály agglomerátum fizikai tulajdonságára is.

A szennyezések kritikus küszöbértékének megváltoztatására, és a körfolyamatban áramoltatott lúgokban a szennyeeljen zések koncentrációjának/or^zésére számos eljárás ismeretes. A 4 335 082. számú amerikai egyesült államok-beli szabadalmi leírásban például az eljárásban résztvevő lúgot nátrium-hipoklorittal vagy más oxidálószerrel kezelik a szerves anyagok elbontása érdekében. A 2 415 872. számú német sző4 ·· · ·· ·· ♦ · · · · · · vetségi köztársaság-beli nyilvánosságrahozatali iratban kalcium-vegyületek hozzáadását javasolják, hogy a huminsavakat oldhatatlan kalcium-vegyületek formájában kicsapják. Hasonló módon a 4 046 855. és a 4 101 629. számú, amerikai egyesült államok-beli szabadalmi leírásokban a magnézium-, illetve bárium-vegyületekkel való kicsapást javasolják. A két utóbb említett eljárás az oxalátok eltávolítására is alkalmazható, mivel a lúgot destabilizálja a huminsav eltávolítás, és igy az oxalát nátrium-oxalát formájában kicsapódik. Az oxalát eltávolításra ismeretes továbbbá a 3 649 185. számú amerikai egyesült államok-beli szabadalmi leírás, amelyben további marónátron hozzáadását javasolják, amely a lúg koncentrációt növeli, és ezáltal az oxalát kicsapódik. Analóg módon a szervetlen szennyezések is kisózhatók.

A lepárlásos kristályosítással történő kisózást korábban felhasználták, ma azonban már csak történeti jelentősége van.

Az ismert eljárások viszonylag költségesek a kivitelezéskor, drága adalékokat alkalmaznak, vagy magasabb lúg felhasználást tesznek szükségessé, amely minden esetben növeli a termelési költségeket és nem minden esetben eredményez jó termékminőséget.

A találmány célja ezért olyan eljárás kidolgozása, amely alkalmas az aluminium-hidroxid Bayer eljárással történő előállításánál a vizes lúgban oldott szerves és szervetlen szennyezések gazdaságosan történő csökkentésére, és arra, hogy a szennyezések koncentrációját olyan alacsony határon tartsa, amely már gyakorlatilag nincs ha··

- 5 tással a Bayer eljárás elvégezhetőségére.

A találmány szerinti eljárással ezt a feladatot úgy oldjuk meg, hogy a lúgot elektrodializisnek vetjük alá, legalább egy anion- és/vagy legalább egy kationszelektiv membránt és legalább egy bipoláris, a vizet disszociáló membránt alkalmazunk, és a keletkező alkálilug-komponenst a Bayer eljárás keringő lugáramába visszavezetjük, a keletkező szennyezéseket tirtalmazó komponenst pedig a folyamatból eltávolítjuk és elöntjük. A szennyezéseket tartalmazó komponens lényegében tartalmazza a szennyezett lúgból eltávolított anionos savmaradékokat.

A találmány szerinti eljárás előnyös továbbfejlesztéseit tartalmazzák a 2-8. igénypontok.

A találmány szerinti eljárás azon alapul, hogy a Bayer eljárásból származó alkálilug elektrodializisénél egy bipoláris membránt alkalmazunk. Ennél a következő általános egyenlettel leírható reakció játszódik le:

MX + H₂O = HX + MOH;

a reakcióban

M jelentése alkálifém és

X jelentése savmaradék.

Ezáltal a szennyezésből, mint sóból és vízből, amely a bipoláris elektródán disszociálódik, alkálilug képződik és a megfelelő sav, amikoris a megfelelő cella tartományokban a szelektív membránok által feldúsított kationok, illetve anionok a viz disszociációs termékeivel reagálnak. Például a következő reakciók játszódhatnak le egyenként vagy egyidejűleg:

• · ···· ·· · • · ······ ··· ··· ·· · ·· ··

Na₂CO₅ + H₂0 = 2NaOH + C0₂

Na₂C₂O₄ + 2H₂O = 2NaOH + H^O^ NaCl + H₂0 = NaOH + HCl Na₂SO₄ + 2H₂O = 2NaOH + HgSO^ NaP + H₂O = NaOH + HP.

A találmány szerinti eljárás alkalmazása különösen akkor előnyös, amikor a szennyezésekből gázalaku reakciótermékek keletkeznek, amelyek a további Bayer eljárásból maguktól eltávoznak. Különösen nagymértékben ez a helyzet a fenti első reakció esetében. A találmány szerinti eljárás további ismérveit és részleteit mutatjuk be a rajzon.

Az 1. ábrán sematikusan feltüntettük, hogyan oszlik fel egy szennyezett lugáram egy tisztított lugáramra és egy szennyezéseket tartalmazó áramra.

A 2-6. ábrán az elektrodializáló cellák különféle elrendezését mutatjuk be és a 7. ábrán azt ábrázoljuk, hogyan építhető be az elektrodializis cella a Bayer eljárásba.

Az 1. ábra azt mutatja, hogy a szennyezésekkel terhes, a Bayer eljárásból eredő P_y alkáli lugáramot elektrodializisnek vetjük alá, legalább egy anion-és/vagy legalább egy kationszelektiv membránt és legalább egy bipoláris, a vizet disszocinálni képes membránt alkalmazunk. Az E elektrodializáló cella után egy P szennyezésekben szegény lugáramot és egy külön V áramot kapunk, amely a szennyezéseket tartalmazza. Ha a P_r lugáramot többször átvezetjük az E elektrolizáló cellán, illetve nagyobb számú sorbakapcsolt elektrolizáló cellát alkalmazunk a P_y alkálilug kezelésére, akkor lehetséges olyan mértékig tisztított P_r lúgot kapni, amelynek szennyeződéstartalma a Bayer eljárás következő eljárási lépéseinél már az eljárást nem befolyásolják.

A 2-6. ábrán néhány példát mutatunk be arra, hogy hogyan lehet a találmány szerinti eljárásban az elektrodializis egységeket elrendezni. A nyilakkal azt ábrázoljuk sematikusan, hogy a Ρ_γ szennyezéseket tartalmazó alkálilugot a cella mely tartományaiba lehet bevezetni, és hogy a P_r és a V megfelelő reakcióterméket a cella mely tartományiból lehet elvezetni, illetve hogy a P^, tisztított lugáram/ok/, valamint a V szennyezéseket tartalmazó áram/ok/ hol keletkeznek.

A 7. ábrán erősen leegyszerűsítve azt mutatjuk be, hogy hogyan áramlik a lúg a Bayer eljárásban és bemutatjuk a E^ elektrodializáló cella elhelyezését a vörösiszap mosás után és/vagy az Eg elektrodializáló cella elhelyezését az oltóanyag mosása után. Természetesen az elektrodializist az eljárás más helyén is el lehet végezni. Azt tapasztaltuk azonban, hogy az említett helyek különösen előnyösek, mivel a szükséges berendezések lényeges üzemi változtatások nélkül ezeken a helyeken elhelyezhetők, márrészt a tisztítandó lúg itt hígított állapotban található, ami a membránok élettartamára előnyös hatású.

Claims (7)

1. Eljárás aluminium-hidroxid Bayer eljárással történő előállításánál a vizes lúgokban oldott szervetlen és szerves szennyezések csökkentésére, azzal j el le mezve , hogy a lúgot elektrodializisnek vetjük alá, legalább egy anion- és/vagy legalább egy kationszelektiv membránt és legalább egy bipoláris, a vizet disszociáló membránt alkalmazunk, és a keletkező alkálilug-komponenst a Bayer eljárás keringő lugáramába visszavezetjük, a keletkező szennyezéseket tartalmazó komponenst pedig a folyamatból eltávolítjuk és elöntjük.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve , hogy az elektrodializist úgy végezzük, hogy legalább két, sorba kötött, egy anion- vagy egy kationszelektiv membránból és egy bipoláris membránból álló egységet alkalmazunk, és az ionszelektiv membránból és egy bipoláris elektróda azonos töltésű részelektródájából álló cella-tartomány/ok/ba vezetjük be a szennyezett lúgot.

5. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal j e 1 lémé ζ v e , hogy pótlólag a cellának az anódból és/vagy katódból és a mindenkori szomszédos membránból képződő tartományaiba vezetjük be a szennyezett lúgot.

4. A 2. vagy 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jel úgy végezzük, hogy

1 e m e ζ v e , hogy az elektrodializisVlegalább két, sorba kötött, egy anionszelektiv membránból és egy bipoláris membránból álló egységet alkalmazunk, és az anionszelektiv membránból és egy bipoláris elektróda anionos részelektródájából képződött cella-tartományba vezetjük be a szennye• ·

- 9 zett lúgot.

5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal j e 1 1 e m e z v e , hogy a lúgot dialízisnek vetjük alá, egy, az egyik anóddal szomszédos kationszelektiv és egy anionszelektiv membránból és egy köztük elhelyezkedő bipoláris elektródából álló egységet vagy több ilyen egységet alkalmazunk, és a szennyezett lúgot az anódból és a katódból és a szomszédos ionszelektiv membránból álló cella-tartományba és/vagy az anion- és kationszelektiv membránokból képződött cellatartományba vezetjük be.

6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal j e 1 1 e m e z ve , hogy pótlólag az anionszelektiv membrán és a katód közé egy kationszelektiv membránt vezetünk be.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy szennyezéseket tartalmazó lúgként legalább részben a Bayer eljárásban vezetett, az oltóanyag mosása után keletkező lúgot alkalmazzuk.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal j ellemezve , hogy szennyezéseket tartalmazó lúgként legalább részben a Bayer eljárásban vezetett, a vörös iszap mosása után keletkező lúgot alkalmazzuk.