JPH05503064A - アルミナ三水和物からアルミナの製造を行うための焼成方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 アルミナ三水和物からアルミナの製造を行うための焼成方法およびその装置 技術分野 本発明はアルミナの製造、さらに詳しくは、最少外部エネルギーコストをもって アルミナを製造することに関するものである。

背景技術 鉱物ボーキサイトから大量のアルミナが製造されている。この典型的な商業的プ ロセスにおいて、ボーキサイトは苛性液を使用するグイジエスター内において昇 温下にボーキサイトを溶解させている。

水溶残漬除去後グイジェスターからの溶液は冷却され、アルミナ三水和物の沈澱 を行うため播種される。この三水和物は使用済み液から濾取され、洗浄され、か つ高温度の焼成によって高品位のアルミナに転換される。このアルミナは電解に よるアルミニウム金属の製造のための原料である。この濾取され、かつ洗浄され た三水和物は化学的結合水に加えて、非結合の水分をかなり含んでいる。従来技 術のシステムにおいては、この非結合水を蒸発させ、かつ乾燥させたアルミナ三 水和物を加熱するために大量の燃料を必要としている。

そのため、最終の無水で、かつ不活性なアルミナ形態に到達する前に種々の中間 結晶形態を通ることになる。純度要求のために天然ガスまたは低灰分燃料油のよ うなノープルな燃料がこの目的のために通常使用される。このような燃料は高価 で、将来欠乏することになろう。

エネルギー変換において幾つかの試みが行われている。例えば、Ｐｏｔｔｅｒら の米国特許第４，２２４，２８８号（１９８０年９月２３日発行）には予備的な グイノスンヨンおよび苛性液の回収システムから得られるスチームから間接的に 加熱されることによってアルミナ三水和物を乾燥させる方法が記載されている。

Ｄ　１ｅｐｔｒｉｃｈの米国特許第３，５２９，３５６号には、アルミナ水和物 の脱水のためにステージ化され、かつ流動床化された熱交換機が記載されている 。このシステムにおいては、炉排ガスが入ってくるアルミナ三水和物の予熱のた めの熱交換段階において熱源として使用されている。

この従来のプロセスは全体システムの各部分においてのみエネルギー保存を行っ ており、最善のエネルギー節約を発見する試みは行われていない。このように、 公知の焼成方法の幾つかの熱効率が合理的に高い場合かあるか、仕事をするため に利用されるエネルギーの有効性がこうのようなプロセスでは乏しいものである 。

アルミナ三水和物をアルミナに焼成するときに起こる反応を分析することにより 、熱的エネルギーのかなり大部分が低温から適当な温度に至るまで、すなわち、 ５００℃以下において要求され、かつ５００〜１１００℃の範囲における高温に おいては全熱入力の比較的少量だけが必要とされるとと乙に、はとんど消費され ない。約５００°Ｃ以下の低い温度のエネルギーは大部分結合水の除去に使用消 費されるか、高温温度てはより不活性な生成物形態となるに必要な再結晶か起こ るＡｔまて中間のアルミナを昇温させるに必要ｒ；５ｅｎｓｉｂｌｅな熱が提供 される。これら最終段階において起こる熱の現実的な消費は小さく、事実最終的 な再結晶は幾分発熱的であることが見出されている。

そこで、本発明の目的は、上記反応温度分析を考慮した全体的な熱交換システム を提供することにある。

発明の開示 アルミナ水和物を複数の熱交換段階において焼成温度に近い実質的にかなり高い 温度にまで段階的に加熱し、最終的にアルミナに変換するために焼成機に供給し 、この焼成されｒこアルミナを複数の熱交換段階において冷却し、焼成されたア ルミナ冷却段階から加熱必要かつ／まｆこは熱消費される段階における加熱段階 の温度よりもほんの僅かに高い各段階の温度のアルミナ水和物加熱段階に熱を移 送させることにさせる全体的な熱交換システムを使用することによって、焼成シ ステムの効率か非常に向上することが見出された。本発明の関連する焼成プロセ スにおいては、湿潤（湿った）アルミナ三水和物と最終的な焼成アルミナ生成物 との間において実施されなければならない、次の４つの基本的な加熱段階がある 。

ｌ　初期乾燥 これは予備乾燥上程て、湿潤アルミナ三水和物から非結合の水分を除去するため に行なわれる。典型的には、約１００°Ｃまたはそれ以下の温度であって、鵡エ ネルギーのかなりの部分を消費する。

２　結合水の除去 ここでは乾燥アルミナ三水和物は化学的な結合水を除去するために適当な温度に 加熱される。この結合水は通常５００℃以下で完全に除去され、３００℃の温度 において十分に除去される場合もある。

この段階では熱エネルギーの主要な消費が行なわれる。

３　中間結晶形態 化学的結合水が除去されｆ二後は、アルミナを一連の中間結晶形態まには相を通 して変化させ、かつ焼成より僅かに下方の温度にまで上昇させるために鵡が供給 される。これらの変化は比較的少量の熱を消費する。

４、焼成 上記中間結晶アルミナを９００℃を越える焼成温度に付し、最終的な無水の、不 活性なアルミナを形成する。この最終的の再結晶段階は幾分発熱的な傾向かある 。

表面的に乾燥し１こアルミナ三水和物から結合水を除去する段階と中間の結晶形 態を通して上記水和物を加熱することを、複数の熱交換段階における段階的な加 熱手法によって行う。これはカスケード式流動化床加熱ユニット内で行なわれる のが好ましく、約１００°Ｃから約８００〜１０００°Ｃに上記水和物の温度を 上昇させるために約８〜１０カスケード式段階を使用するのか好ましい。

無水の不活性なアルミナは約９００〜１１００℃の温度において焼成機から放出 され、この熱い焼成された生成物は非常に大量のかなりの熱エネルギーを有する 供給源となる。この熱エネルギーを十分に利用するために、上記熱い焼成された アルミナは加熱用カスケード式床に近接する第２のカスケード式流動床において 冷却されるのが好ましい。特に、冷却用カスケード式床は加熱用カスケード式床 の直接下方に、加熱用カスケードの最高温度部分が冷却用カスケードの最高温度 部分の上方にあり、かつ加熱用カスケードの最低温度部分が冷却用カスケードの 最低温度部分の直接上方にくるように反対方向の流れをもって位置させるのか好 ましへこのような構成によると、熱交換手段は２つのカスケード弐区分の隣接す る部分の間に配置される。言い替えれば、各カスケード式システムの最高温度部 分は熱交換ユニットによって接続され、もう１つの熱交換ユニットが２つのカス ケード式システムの最低温度部分の下流に隣接する一対の各部分間に備えられる 。隣接する加熱用カスケード用区分と冷却用カスケード区分との間において有効 な熱交換を行うために、各加熱用区分は熱交換のために接続される隣接する冷却 用カスケード区分よりも約１００〜１５０℃またはそれ以上の高い温度にするへ きである。上記隣接するカスケード区分の熱交換ユニットは公知の装置から選択 することができる。必要な温度操作が可能なすべての標準的熱交換システムか使 用することができるが、隣接する区分間の栄形式配置されるヒートパイプまたは サーマルサイホンを使用するのが特に有利であることが見出されている。このよ うなヒートパイプの詳細はＤｕｎｎ　＆　Ｒｅａｙ著１ヒートパイプ、’　Ｐ　 ｅｒｇａｍｏｎ　Ｐ　ｒｅｓｓ社発行、１９７６年に記載されている。システム 終端における比較的低温における熱交換のために、作用流体として水を用いるス チレンススチールのパイプか使用することかできる。１０００℃に近い比較的高 温においては、作用流体としてソノラムを有するハステロイパイプか使用するの か好ましい。

本発明にかかる熱交換システムを用いることによって、中間結晶形態まｆ二は相 を通して９００〜１０００℃の温度まで上記アルミナの温度を上昇させるに必要 なかなりの鵡量か冷却用カスケードからの熱交換によって全体として供給するこ とかできる。比較的低温において化学的に結合した水を除去するために必要な熱 的エネルギーの一部は冷却用カスケードから熱交換機によって供給することもて きる。しかしなから、化学的結合水の除去はこのシステムにおける熱的エネルギ ーの主要な消費であるから、この段階では幾分外部熱エネルギーが必要であり、 上記流動床の加熱用カスケードの適当な段階において埋められたコイルによりこ れを供給するのが便利である。このコイルにはスチームまには池の熱交換媒体か 循環されることになる。このスチームはプラントスチーム系統からまたは水蒸気 発電機からのスチームとして得ることかできる。この加熱コイルは、例えば連続 して低圧スチームコイル、中間加圧スチームコイルおよび高圧スチームコイルを 提供するように上記システムの低温側に沿って数個の地点において利用すること ができる。

スチームか水蒸気発電機からコイルに供給されるときは、高圧のスチームを発生 させ、これを使用してスチームタービンを駆動させるのが好ましい。スーチーム はその後各加熱用コイルにおいて望まれる温度に必要な圧力と比例のとれた異な った圧力において上記タービンから取り出される。安価な純粋でない燃料が上記 タービンを駆動する高圧スチームを発生させるために使用することができる。

加熱用および冷却用カスケードか流動床であるから、そのカスケードを通って流 動化空気が流通し、この空気が熱を捕捉する。この加熱されたカスケードからの 空気は非結合水を除去するためにアルミナ三水和物の初期部分的または完全な乾 燥のために予備ドライヤーにおいて使用されるのが便利である。

本発明において使用される焼成機ユニットは、小さな流動床炉であるのか便利で ある。流動化燃焼空気はノープルな燃料、例えば天然ガスまたは低灰分燃料オイ ルとともに焼成炉内に供給される。この燃料を炉内で燃焼させて、加熱用カスケ ードから放出されるアルミナの温度を焼成範囲まで上昇すせるに必要な熱量増加 を与える。

この焼成機からは非常に熱い排気ガスか放出され、これらは熱エネルギーのもう １つの供給源となる。したかって、焼成機のこの熱い排気ガスと焼成機に流入す る流動化燃焼空気との間で熱交換を行うのか好ましい０例えば、１０００℃のオ ーダーの温度で焼成機から上２己排気ガスか放出され、これは公知の熱交換シス テムを使用して上記焼成機に流入する流動化および燃焼空気を約８５０℃まで加 熱するために使用することができる。本発明のシステムによって達成することが できる利点および利益は多数ある。第一に、追加の燃料がほんの少しだけ上記ア ルミナの焼成温度を焼成に上昇させるために必要だけである。さらに、流入する 水和物粒子の温度を、既存の装置において使用されるような非常に大きな温度上 昇というよりも多くの小さな段階で増加させるから、上記粒子に与える熱的衝撃 は非常に減少する。このような熱的衝撃は揮発させられる液状内包物が爆発的に 解放されることによって引き起こされる粒子の破壊の原因となる。また、既存の システムと比較すると、本発明のシステムはこのシステムにおける粒子摩耗を減 少さけるガス速度を非常に減退させる。

本発明のシステムの他の利点は、焼成機からの排気ガスか焼成機に添加される燃 料から生成される非常に少量の水分のみを含むことにある。また、この時点で添 加される燃料は少量であるから、排気ガスか含むイオウは非常に少量になる。こ れによって、回収システムにおける腐食効果を減少させ、かつ焼成機につつく熱 交換システムの腐食効果を減少させる。水和物の予備乾燥における腐食しまｆ二 、減少される。何故ならば、上記流動化空気か水分を含むθ・、イオウ化合物を 含まないからである。

図面の簡単な説明 本発明をよく理解するために、その好ましい具体例をここに添付図面を参照しつ つ説明することにする。

第１図はアルミナ生成用ブラットの鵡回収システムの概要図である。

発明を実施するｒ二めの最適形態 第１図において、上記システムは湿分を含んだ水和物を乾燥するための予備乾燥 機１０と、加熱用カスケードＩＩと、焼成機１２と、ガス／軌交換機１３と、冷 却用カスケード１４を含む。

湿気を含んｆコ水和物は約５０°Ｃの温度で乾燥ユニットｌＯに供給され、そこ で少なくともｌＯＯｏＣの温度を有する空気流１６と接触する。この空気は予備 加熱機１０から出口ライン３６を介して約７０°Ｃの温度で放出される。

アルミナ三水和物の形態の乾燥された水和物は出口ライン３７から放出され、カ スケード式流動化床ユニット１１の上端に至る。このユニットは粒子材料を加熱 又は冷却するための公知の形式であって、流動化空気か通過する空気透過底構造 ４０を宵する複数のカスケード式区分を含んでいる。この流動化空気は入口ライ ン１７を通って供給され、出口ライン１６を通って排出される。熱伝達ユニット １８によって熱は冷却用カスケードＩ４から加熱用カスケード１１に伝達される 。

これら熱伝達ユニット＋８は上述した形式の加熱用チューブの群であって、ユニ ット１１および１４の隣接するカスケード区分間に全体として垂直をなして位置 している。簡略化のために、たつｆ二２本のヒートＩくイブ１８が示されている が、特に、この具体例では、９本の熱伝達ユニットは、各々はヒートパイプの群 からなり、９個の加熱用カスケード区分を９個の冷却用カスケード区分と接続し ている。

さらに熱は上記加熱用カスケード区分１１の低温度側に埋設された加熱コイル２ ０．２０ａおよび２０ｂによって供給することかできる。コイル２０は最も低温 度端にあって、低圧スチームを供給する。

他方、コイル２０ａは中程度の圧力のスチームを供給し、コイル２０ｂは高圧ス チームを供給する。

上記カスケード式流動化床Ｉｆを通って通過している間に、上記アルミナ三水和 物はまずその化学的結合水を失い、その後、一連の中間結晶形態を通る。こ９つ アルミナは約９００〜１０００°Ｃの温度て、排出ライン２１を通ってカスケー ド式流動化床１１の下方端から焼成機ユニットＩ２内に排出される。この焼成機 ユニット内において、液体燃料２２および燃焼空気２３によってさらに熱が与え られ、温度約９５０〜１１００℃まで上昇させる。この燃焼空気は人口３２を通 って引き出され、熱交換機１３を予熱する。

この無水の、不活性なアルミナ生成物（焼成機内で生成される）は出口ライン２ ４を通って排出され、サイクロンセパレータ２５内に入る。そして、微粒子はラ イン２８およびサイクロン２９を通して取り出される。サイクＣン２９内におい て、微粒子は排気ガスと分離され、該Ｗｊ粒子はライン３０を介して上記焼成機 の入口におよび／ま１層よ焼成機の放出側に循環される。上記排気ガスはライン ３１を介して熱交換機１３を通して運ばれ、出口ライン３３を通して排出される 。この排気ガスは上記熱交換機Ｉ３内の導入空気３２を予熱する役目を果たす。

サイクロンセパレータ２５の底部からのアルミナ生成物はその−部がライン２６ を介して焼成機Ｉ２に循環されてもよく、その残りの部分はライン２７を介して 冷却用カスケード１４の上端に運ばれる。このユニットは加鵡用カスケードＩＩ の様式の複数のカスケード部分を含み、流動化空気はライン３４を通して供給さ れ、上記生成物はライン３５を通して排出される。上記生成物は約９５０〜１１ ００℃で冷却用カスケード１４に入り、約１５０°Ｃで存在する。

上記説明において、本発明は特定の好ましい具体例との関係をもって記載された が、かつ多くは例示の目的で詳述されたが、当業者にとっては、本発明は他の具 体例に適用可能で、かつここに記載された詳細のある部分は本発明の基本的な原 則を離れず、かなり変更することかできる。

補正書の躬訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 平成４年５月２７臼い

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．アルミナ製造工程が水分を含むアルミナ三水和物を生成する工程と、このア ルミナ三水和物を乾燥してその非結合水分を減少させ、該乾燥されたアルミナ三 水和物を加熱し、それによって一連の中間結晶形態を適して最終の無水でかつ不 活性なアルミナ形態に到達する工程からなり、 上記アルミナ水和物が複数の熱交換段階において段階的に加熱されて焼成温度に 近い比較的高温度に加熱され、その後、アルミナに最終的に変換するための焼成 機に供給され、そして、焼成されたアルミナは複数の熱交換段階において冷却さ れ、該焼成されたアルミナ冷却段階から上記アルミナ水和物の加熱段階に熱が消 費される各段階における加熱工程の温度よりも僅かに高い各工程の温度において 、熱を伝達することを特徴とするアルミナ製造方法。
2. ２．上記加熱段階および冷却段階がカスケード式流動化床熱交換機の形態である 請求項１記載の方法。
3. ３．冷却用カスケードの段階からその冷却用段階の温度より少し低い温度を有す る加熱用カスケードの段階に熱を伝達する請求項２記載の方法。
4. ４．上記加熱用カスケードが上記冷却用カスケードの上方に位置し、加熱用カス ケードの各段階が上記冷却用カスケードの各段階に熱交換手段をもって接続され ている請求項３記載の方法。
5. ５．各冷却用カスケードの段階が熱交換のために接続される加熱用カスケードの 段階の温度よりも約１００〜１５０℃高い温度である請求項４記載の方法。
6. ６．各熱交換手段がヒートパイプまたはサーモサイホンの群からなる請求項５記 載の方法。
7. ７．埋設された熱交換コイルによってさらに熱を加熱用カスケードの低温側段階 に供給する請求項４記載の方法。
8. ８．上記スチームが水蒸気発電機からの排気スチームとして上記埋設された熱交 換コイルに供給される請求項７記載の方法。
9. ９．上記スチームが安価な純粋でない燃料の燃焼によって発生される請求項８記 載の方法。
10. １０．上記水分を含んだアルミナ三水和物を上記冷却および加熱用カスケードか ら排出されるあったかい流動化空気によって乾燥させる請求項４記載の方法。
11. １１．上記焼成機からのあったかい排気ガスを上記焼成機に供給される燃焼およ び流動化用空気の予熱のために使用する請求項１０記載の方法。
12. １２．表面的に乾燥されたアルミナ三水和物を加熱し、それによってアルミナ三 水和物が一連の中間結晶形態を通して焼成温度に到達する装置であって、上記装 置が上記アルミナ三水和物を加熱するための複数のカスケード式段階を有する第 １のカスケード式流動化床と熱い焼成されたアルミナを冷却するための複数のカ スケード式段階を有する第２のカスケード式流動化床と、各冷却用カスケード段 階とある同様の温度の加熱用カスケード段階とを独立して接続するための複数の 熱交換したを有することを特徴とするアルミナ生成装置。
13. １３．上記加熱用カスケードが冷却用カスケードの上方に位置し、加熱用カスケ ードの冷却端が冷却用カスケードの冷却端上方に位置し、加熱用カスケードの加 熱側端が冷却用カスケードの加熱用端上方に位置し、対応する加熱用カスケード 段階と冷却用カスケードとを接続するヒートパイプを有する請求項１２記載の装 置。
14. １４．少なくとも上記加熱用カスケード段階の幾つかに埋設された熱交換コイル と、該コイルにスチーム動力の発電機からの排気スチームを供給する手段を含む 請求項１２記載の装置。