NO125487B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for kontinuerlig opp-

slutning av bauksitt ved hjelp av en vandig

løsning av kaustisk soda og natriumaluminat.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte for kontinuerlig oppslutning av bauksitt ved hjelp av en vandig losning av kaustisk soda og natriumaluminat i en rekke oppslutningsautoklaver med okende temperatur og trykk, hvor mineralsuspensjonen under oppslutningen strommer fra trinn til trinn.

Anlegg for kontinuerlig oppslutning av bauksitt med kaustisk soda er stort sett like i alle industriland og de er samtlige basert på samme prinsipp, til tross for visse modifikasjoner som hovedsakelig skyldes arten av den bauksitt som behandles, da graden av letthet med hvilken bauksitt kan oppsluttes. kan variere betraktelig i avhengighet av den type malm som bearbeides.

Det generelle skjema for et slikt.vanlig anvendt anlegg er vist i fig. 1..

Bauksitten, vanlig finknust,, suspenderes i det nodvendige volum

av kaustisk soda og natriumaluminatlosning som danner oppslutningsvæsken. Denne tykke losning omrores i lagringstanken 1 og deretter sendes den ved hjelp av en pumpe 2 inn i en rekke oppslutningsautoklaver 3j 5 og 6, hvor den utsettes for en temperatur som oker fra et trinn til det folgende trinn, og den eller de siste oppslutningsautoklaver 7 oppvarmes med frisk damp. Suspensjonen når der sin maksimale temperatur og forblir der i

den tid som er nodvendig for å fullfore oppslutningen, dvs. oppløsningen av aluminiumoksydinnholdet i bauksitten i den kaustiske soda. En uloselig rest kjent - som "rodslam" forblir da i suspensjon og denne rest skilles senere fra aluminatlosningen.

Denne suspensjon, som forlater den siste oppslutningsautoklav ved hoy temperatur og under hoyt trykk, passerer inn i en rekke ekspansjonsbeholdere 8, 9, 10 og 11 hvor den fordampes delvis.

Den frigitte damp i hver ekspansjonsbeholder anvendes for oppvarming av de ovennevnte oppslutningsautoklaver henholdsvis 6,5,

■+ og 3.

Etter å ha kommet ut fra den siste ekspansjonsbeholder 11 for-tynnes suspensjonen og sendes til et anlegg for utskillelse av rodslammet. Den fraskilte klare væske passerer etter avkjoling til et spaltingsanl-egg hvor den underkastes en hydrolyse som gir aluminiumtrihydrat og kaustisk soda regenereres.

Denne fremgangsmåte er felles for alle eksisterende anlegg for kontinuerlig oppslutning. De hyppigste modifikasjoner angår:.

De temperaturer og trykk som brukes og som må være hoyere når bauksitten ér vanskeligere å oppslutte.

Antallet trinn, som varierer fra fabrikk til fabrikk, idet et kompromiss må finnes mellom driftsokonomien, som krever et hb y-t antall trinn, og de omkostninger for investering og vedlikehold som dette medforer.

For-oppvarmerne, som mottar den damp som frigis i ekspansjons-beholderne, danner enkelte ganger sammen med oppslutnings-autoklavene et eget apparat som består av et rorknippe inne-sluttet i en motstandsdyktig metallkappe.

Generelt sirkulerer dampen inne i rorknippet og bauksittsuspensjonen sirkulerer i kappen, som også inneholder et rorverk for å oke varmeutvekslingskoeffisienten, slik som vist i fig. 2. Den mot-satte anordning kan også tilpasses, som vist i fig. 3j men generelt er dette system begrenset til det apparat som tjener til foroppvarming av den klare oppslutningsvæske for den blandes med bauksitten, se fig. 1+, da faren for tilstopping av rorene i rorknippet gjor denne fremgangsmåte vanskelig å anvende med bauksittsuspensjoner.

Hittil er bauksittsuspensjonene, som kommer fra et trinn, alltid blitt gjenoppvarmet med damp i det folgende trinn, gjennom veggene i rbrsettet.

Denne fremgangsmåte har to vesentlige mangler:

En ganske liten varmeutvekslingskoeffisient som nodvendiggjbr

betraktelig varmeutvekslingsflater,

En avleiring av inkrusterende salter på varmeutvekslings-flaten i for-oppvarmeren.

I hvert trinn går i realiteten en del av aluminiumoksydet i bauksitten i opplosning i den alkaliske væske og samtidig dannes ulbselige salter som hovedsakelig -består av natriumsilisium-aluminater og av titanater. Disse salter dannes delvis på den varme veggen av varmeveksleren hvor de setter seg fast. Etter hvert som laget blir tykkere, nedsetter disse inkrusteringer av

salter gradvis varmeutvekslingskoeffisienten for rorknippet.

Det er folgelig nodvendig. å gjennomfdre periodisk rensing av varmeflåtene, et arbeide som er tidskrevende og desto mer kostbart da det medfbrer en langvarig stans av anlegget.

Den foreliggende oppfinnelse gjor det mulig å unngå disse mangler ved fundamentalt å modifisere systemet for varmeutveksling mellom ekspansjons-dampen og den alkaliske suspensjon, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at i hvert trinn oppvarmes suspensjonen fra det foregående trinn til en temperatur nær koketemperaturen ved direkte kontakt med damp i et forvarme-blandeapparat hvor dampen injiseres direkte inn i suspensjonen som deretter samles opp i et mottager-reservoar som utgjor en del av trinnet, at en del av suspensjonen i mottager-reservoaret ved hjelp av en sirkulasjonspumpe sendes til toppen av en ekspansjons-varmeveksler med loddrett rorknippe og der danner en fallende film på de innvendige vegger i rorene og delvis overfores i damp som som nevnt tilfores forvarme-blandeapparatet, mens resten av suspensjonen ved hjelp av tyngdekraften renner tilbake til mottager-reservoaret, idet rorknippene i ekspansjonsvarmeveksleren utvendig bestrykes med damp som tilfores fra en av ekspansjonsseparatorene i en rekke av ekspansjonsseparatorer som gjennornstrommes av den ferdige oppslutningslosning som kommer fra det siste trinn i anlegget.

Oppfinnelsen angår også et apparat for å utfore den nevnte fremgangsmåte, omfattende et flertrinns anlegg med et kretslop for mineralsuspensjonen hvor denne i hvert trinn oppvarmes til hoyere trykk og temperatur, og et motsatt kretslop hvor den erholdte suspensjon sendes tilbake gjennom trinnene for å

utnytte varmeinnholdet for forvarming i hvert trinn og det særegne ved apparatet i henhold til oppfinnelsen er at hvert trinn omfatter en transportpumpe anordnet mellom et mottager-reservoar i et foregående trinn og et forvarme-blandeapparat i det neste trinn, samt en sirkulasjonspumpe som er anordnet mellom mottager-reservoaret og toppen av en ekspansjons-varmeveksler i samme.trinn

idet denne ekspansjons-varmeveksler er anbragt over mottager-reservoaret for dette trinn, slik at den del av suspensjonen som ikke fordampes i ekspansjonsvarmeveksleren ved hjelp av tyngdekraften kan renne tilbake til reservoaret og slik at den damp som frembringes i ekspansjonsvarmeveksleren fores til forvarme-blandeapparatet for kondensering urtda' forvarming avcfen suspensjon sem tilfores ved hjelp av transportpumpen.

Andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Skjemaet for et slikt anlegg er vist i fig. Her utfores oppvarmingen av suspensjonen som kommer fra et tidligere trinn ikke lenger ved varmeveksling gjennom veggene i en vanlig varme-utvekslerinnretning, men ved direkte innforing av damp som kommer fra en ekspansjonsvarmeutveksler inn i en forvarme-blandeinnretning h.

Deretter sendes suspensjonen som på denne måte er foroppvarmet til sitt kokepunkt inn i et mottagerreservoar 5 som om onskes kan være utstyrt med et hvilket som helst kjent rdresystem.

Suspensjonen forblir der i en gjennomsnittlig tid som er tilstrekkelig til at det oppnås likevekt tilsvarende den nye temperatur, nemlig opplosning av aluminiumoksyd og utfelling av de komplekse salter av silisium, titan,' etc. Denne tid er kortere enn 1 time og er fortrinnsvis mellom 1 og 10 minutter. Da suspensjonen ved dette varmevekslingssystem ikke lenger er i beroring med vegger som er varmere enn den selv, foregår ut-fellingen av saltene bare i selve lbsningen og ikke på veggene i den anvendte type av varmeutveksler.

Da operasjonen utfores kontinuerlig, opprettholdes konstant nivå

3 i mottagerreservoaret 5 ved hjelp av en transportpumpe 6 som sender til det folgende trinn en mengde suspensjon som er lik den som kommer fra det foregående trinn, og utover dette sender en sirkuleringspumpe 7 samtidig inn i en til den tilhorende ekspansjonsvarmeutveksler 2 en viss andel av den videreoppvarmede væske som trekkes ut fra mottagerreservoaret 5.

Ekspansjonsvarmeutveksleren 2, som mottar ekspandert damp på utsiden av rorene i rorknippet når det dreier seg om et mellom-liggende trinn, eller frisk damp når det dreier seg om et slutt-trinn, er i virkeligheten en evaporator hvor det inne i rorene fordampes en del av vannet i den sirkulerte suspensjon. Det foretrekkes å anvende et loddrett apparat med fallende film som kombinert evaporator og ekspansjons-varmeveksler. Den damp som dannes i rorknippet river med hoy hastighet med seg den væske som sildrer nedover langs de indre vegger i rorene i rorknippet og fordampes derved delvis. Den således frembragte damp bringes i direkte beroring, i forvarme-blandeinnretningen med den suspensjon som kommer fra det foregående trinn.

Den således videreoppvarmede blanding, og også den del av suspensjon som ikke er fordampet i ekspansjons-varmeveksleren 2 returnerer til mottagerreservoaret 5-

Det frembringes praktisk talt ingen inkrustering i ekspansjons-varmeveksleren 2, på grunn av at de ulbselige salter allerede vil være utfelt inne i den videre oppvarmede suspensjon som har opp-holdt seg i mottager-reservoaret

Fra et kalorimetrisk synspunkt er en slik apparatsammenstilling ekvivalent med et konvensjonelt trinn. Ved imidlertid å unngå

den direkte beroring mellom suspensjonen som skal videreoppvarmes og oppvarmingsrorknippet, idet det .anordnes et mottager-

reservoar hvor den videreoppvarmede suspensjon får tid til å nå

sin loselighetslikevekt, unngås nesten fullstendig inkrusteringer i varmeutvekslingsrorknippet.

På den annen side er varmeoverforingskoeffisienten for en evaporator av typen med fallende film meget hoy. Med slike apparater oppnås det koeffisienter på to til tre termiske enheter pr. m p, pr. time og pr. °C, mens det med tidligere anvendte videreoppvarmere bare oppnås koeffisienter som ikke overstiger 0,8 til 1 termisk enhet.

Mineralsuspensjonen i oppslutningsvæsken strommer således fra

trinn til trinn og i hvert trinn blir den mindre' varrue suspansjon

som kommer fra det foregående trinn varmet opp til en temperatur nær kokepunktet■ved direkte innblanding av vanndamp som er frembragt ved delvis fordamping av suspensjonen i det selvsamme trinn i en varmeutveksler som tilfores damp som er frembragt ved ekspansjon av den suspensjon som kommer fra det neste, varmere trinn og tilsvarende helt til den natriumaluminat-losning som fremkommer ved oppslutningen av bauksitten i det siste trinn i apparatet.

Ved å fore en supplerende mengde frisk damp inn i ekspansjons-varmeveksleren 2 kan det i angjeldende trinn frembringes en mengde damp som er storre enn den som er nodvendig for videreoppvarming av den suspensjon som kommer fra det foregående trinn. Ved å lede bort dette dampoverskudd, oppnås det i angjeldende trinn en konsentrering .av den opplosning som er under oppslutning. Den damp som fjernes kan sendes til ekspansjons-varmeveksleren

i det foregående trinn som et tilskudd. På denne måte virker hele anlegget som en flertrinnsevaporator hvor konsentrasjonen av oppløsningene oker fra det ene trinn til det neste.

Den forste damptilforsel skjer i form av frisk damp i et av de siste trinn og den tilsvarende mengde damp trekkes ut fra et av de forste trinn.

Denne fremgangsmåte, som kan anvendes for samtlige trinn i anlegget eller bare for en del av trinnene kan ikke utfores i hittil anvendte anlegg.

Okningen i konsentrasjon av de kaustiske opplbsninger under oppslutning gjor det mulig å oke virkningsgraden for anlegget sterkt.

Omdannelsen av aluminiumoksydet til aluminat er en likevekts-reaksjon som foregår desto hurtigere og mer fullstendig jo hoyere konsentrasjonen av fri kaustisk soda og temperaturen er. I et kretslop uten fordampning, avtar den kaustiske sodakonsentrasjon fra et trinn til det neste. Av denne grunn foregår omsetningen, som skjer hurtig til å begynne med, mer langsomt tross heving av temperaturen, i samme forhold som konsentrasjonen av fri kaustisk soda nedsettes. På grunn av den delvise fordampning av opplosningen■som muliggjores ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen blir imidlertid omsetningen påskyndet i de områder hvor den hittil gjerne har hatt en tendens til å bli langsommere.

Den foreliggende prosess gir mange fordeler:

- Forskyvning av likevekten mot en mer fullstendig oppslutning

av bauksitten, noe som vises ved et bedre utbytte,

- Reduksjon av reaksjonsvolumet, dvs. av storrelsen på det nodvendige utstyr,

- Reduksjon i volumet av utstrommende væsker og således også av

de varmetap som folger denne væskeutstromning.

Ved tilstrekkelig okning av fordampningen under oppslutningen

er det endog mulig fullstendig å utelate det separate for-dampnings anlegg som brukes i aluminiumoksydfabrikker.

Det er også mulig å redusere begynnelseskonsentrasjonen for de alkaliske væsker og å oke konsentrasjonen ved hjelp av fordampningen under oppslutningen.

Det prinsippskjerna som er vist i fig. 5 kan gjores til gjenstand for tallrike modifikasjoner.

De to pumper 6 og 7 som skal sorge for transport og/eller sirkulasjonen av væske i hver av de to kretser, kan erstattes av en enkelt pumpe.

Et industrielt anlegg etter det samme prinsipp er vist i fig. 6. Den vannrette reservoarsylinder 1, hvor sirkulasjonen av væske bremses ved en loddrett delevegg 2 som er åpen ved 3 for passering av væske og ved k- for passering av damp, danner mottagerreservoaret med et volum som er tilstrekkelig til at opplbsningslikevekt blir oppnådd for suspensjonen ved hjelp av sirkulasjonspumpen 6' fores til knippet i ekspansjons-varmeveksleren 7> hvis oppvarming sikres ved hjelp av damp som dannes ved at kondensert damp fra et etterfølgende trinns ekspansjons-separator (8 -10) ekspanderer i angjeldende trinn. Den damp som frembringes i ekspansjons-varmeveksleren 7 anvendes for videreoppvarming i forvarme-blandeinnretningen 5 av den væske som kommer fra det foregående trinn. En transportpumpe 6 er anordnet mellom mottager-reservoaret og forvarmeblandeapparatet 5 i elet neste trinn.

Selve ekspansjonsseparatoren er innkorporert i den vannrette sylinder idet væskene skilles ved hjelp av deleveggen 8. Denne delevegg omfatter en åpning 9 overst hvorved den derved dannede avdeling bringes i trykklikevekt med væsken i reservoarsylinderen 1. Denne avdeling omfatter en oppstående rorstuss 10 og ekspansjonsseparatoren er innrettet for innforing av væsken og for utskilling av den frembragte damp.

Dette arrangement er fordelaktig på grunn av at det forenkler forbindelsesrorsystemet og tillater en drift som tilsvarer driften av en flertrinns evaporator.

Det er også mulig å kombinere flere etterfolgende trinn i en enkelt sylinder som er delt innvendig ved hjelp av tette delevegger og dette forenkler ytterligere rorledningssystemet og reduserer varmetapene.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er også egnet der hvor den klare opplosning av kaustisk soda og natriumaluminat for-oppvarmes ved begynnelsen av oppslutningen og bauksitten settes til denne opplosning på vilkårlig måte i et av de forste trinn av oppslutningen.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig oppslutning av bauksitt ved hjelp av en vandig losning av kaustisk soda og natriumaluminat i en rekke oppslutningsautoklaver med okende temperatur og trykk, hvor mineralsuspensjonen under oppslutningen strijmmer fra trinn til trinn, karakterisert ved at i hvert trinn (E) oppvarmes suspensjonen fra det foregående trinn (E-I) til en temperatur nær koketemperaturen ved direkte kontakt med damp i et forvarme-blandeapparat hvor dampen injiseres direkte inn i suspensjonen som deretter samles opp i et mottager-reservoar som utgjor en del av trinnet (E), at en del av suspensjonen i mottager-reservoaret ved hjelp av en sirkulasjonspumpe sendes til toppen av en ekspansjons-varmeveksler med loddrett rorknippe og der danner en fallende film på de innvendige vegger i rorene og delvis overfores i damp som som nevnt tilfores forvarme-blandeapparatet, mens resten av suspensjonen ved hjelp av tyngdekraften renner tilbake til mottager-reservoaret, idet rorknippene i ekspansjonsvarmeveksleren utvendig bestrykes med damp som tilfores fra en av ekspansjonsseparatorene i en rekke av ekspansjonsseparatorer som gjennomstrømmes av dai ferdige oppslutningslosning som kommer fra det siste trinn i anlegget.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det til ekspansjons-varmeveksleren (2) i et av de varmere trinn fores en tilskudds-mengde frisk damp slik at en ytterligere del av det vann som inneholdes i den suspensjon som kommer inn i dette trinn vil fordampe, idet en del av den damp som erholdes i dette trinn da fores inn som tilskudd i ekspansjonsvarmeveksleren (2) i det foregående trinn og tilsvarende gjennom rekken av ekspansjons-varmevekslere (2) inntil det forste trinn, hvor damp trekkes ut, slik at anlegget virker som en flertrinns fordamper som trinn-vis konsentrerer den suspensjon som fores gjennom anlegget.

3. Apparat for utforelse av den fremgangsmåte som er angitt i krav 1, og vist i fig. 5 r omfattende et flertrinns anlegg med et kretslop for mineralsuspensjonen hvor denne i hvert trinn oppvarmes til hoyere trykk og temperatur, og et motsatt kretslop hvor den erholdte suspensjon sendes- tilbake gjennom trinnene for å utnytte varmeinnholdet for forvarming i hvert trinn, karakterisert ved at hvert trinn (E) omfatter en transportpumpe (6) anordnet mellom et mottager-reservoar (5) i et foregående trinn (E - 1) og et forvarme-blandeapparat ( h) i det neste trinn (E), samt en sirkulasjonspumpe (7) som er anordnet mellom mottager-reservoaret (5) og toppen av en ekspansjons-varmeveksler (2) i samme trinn idet denne ekspansjons-varmeveksler (2) er anbragt over mottager-reservoaret (5) for dette trinn, slik at den del av suspensjonen som ikke fordampes i ekspans jonsvarmeveksleren (2) ved hjelp av tyngdekraften kan renne tilbake til reservoaret (5) og slik at den damp som frembringes i ekspans jonsvarmeveksleren (2) fores til forvarme-blandeapparatet ( h) for kondensering under forvarming av den suspensjon som tilfores ved hjelp av transportpumpen (6). k.

Apparat som angitt i krav 3 og vist i fig.6, karakterisert ved at ekspansjons-varmeveksleren (7) for hvert trinn er sammenbygget med en liggende sylinder (.1) som tjener som oppsamlingsreservoar, som igjen er sammenbygget med forvarme-blandeapparatet (5)? idet sylinderen (1) også rommer en ekspansjonsseparator (8, 95 10) og gjennom forbindelses-ledninger står i forbindelse med transportpumpen (6) og sirkulasjonspumpen (6'), idet sylindren har vannrett akse og inneholder delevegger (2, 8) hvorav deleveggen (2) innsnevrer åpningen mellom mottagerreservoaret og sirkulasjonspumpen (6<1>) og den annen delvegg (8) skiller væsken i reservoarbeholderen fra væsken som forlater ekspansjonsseparatoren (8 - 10), idet deleveggene også tillater gjennomlbp (ved k-, 9) for damp i den ovre del av sylinderen (1).

5. Apparat som angitt i krav h, karakterisert ved at flere trinn som folger etter hverandre er skilt fra hverandre ved hjelp av tette dåe-vegger for fullstendig å skille de respektive trinn fra hverandre.