201498. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés és eljárás bauxit feltárására csőreaktorban
HU 201498 A A bejelentés tárgy kapcsolási elrendezés és eljárás bauxit feltárására csőreaktorban, a berendezés futófelületein a lerakódások képződésének és a csőfal korróziójának visszaszorítására és ezzel a timföldgyártás gazdaságosságának fokozására. A Bayer-rendszerű timföldgyártás egyik legfontosabb technológiai művelete a feltárás, melynek során az alapanyagként használt bauxitot nátronlúggal összekeverik, a kapott ún. zagyot szakaszosan, vagy folyamatos üzemben felfűtik, hőntartják, majd fokozatosan lehűtik annak érdekében, hogy a bauxit alumíniumoxid tartalmát kioldják az egyéb alkotó elemek közül. A feltárás megvalósításához közel ötven éven keresztül általánosan hőcserélőket, autoklávokat és expanziós tartályokat használtak. A technika fejlődésével eljutottunk az autoklávokat helyettesítő - jelenleg legmodernebbnek számító - csőreaktorhoz, melynek lényegét a 4.145.393. lajstromszámú amerikai, vagy a 157.057. lajstromszámú magyar szabadalom leírásából ismerhetjük meg. A csőreaktor vagy másnéven a csőfeltárás alkalmazása jelentős előrelépést jelentett a kémiai technológiai területén, mivel turbulens áramlás feltételei reakciókinetikai szempontból intenzifikálták a feltárás műveletét, így már lényegesen kevesebb reakcióidő elegendő a fázisátalakulásokhoz. A berendezés fő előnye azonban hőtechnikai területen jelentkezik, ugyanis a turbulens áramlásnak köszönhető hatékony hőátbocsátásnak, a könnyen kialakítható ellenáramnak és a sok lépcsős hőhasznosításnak következtében a művelet hőenergia igénye lényegesen kisebb, mint az autoklávoké. Ez utóbbi előnyök azonban csak elvi lehetőséggé válnak akkor, amikor a hőátadó felületek a különféle szerkezetű lerakódások miatt az induló állapothoz képest nagyságrenddel kisebb hőátbocsátás biztosításra lesznek képesek. A csőfeltárás sarkalatos pontja a hőátadó felületeken képződő lerakódások folyamatos eltávolítása, vagy a lerakódásképződés visszaszorítása. A hőátbocsátási tényező javítását több találmány is célul tűzte ki, így ezzel foglalkoznak a 177.161. számú és a 196.934. számú magyar szabadalmak leírásai. Az említett találmányok a két áramú feltárás alkalmazását javasolják, vagyis, hogy a feltáró csövekben időszakosan váltsák a feltáró lúgot és a zagyot. A lerakódásképződést a csőreaktor teljes hosszán a kétáramú feltárással tökéletesen visszaszorítani nem lehet, ezért 15-20 napos ciklusidővel szükség van a berendezés leállítás utáni tisztítására. Ennél nagyobb hátrányt pedig az jelent, hogy a lerakódásképződés intenzitása a hőmérséklet tartománytól függően nagyon széles határok közt mozog. Léteznek olyan felületek, melyeken gyakorlatilag semmi lerakódás nem képződik, s itt a tisztító lúgáram erős korróziós igénybevételt jelent. A kétáramú feltárás esetén a lúgkorrózió kiküszöbölésére a 196.934. számú szabadalom szerint alkalmazott megoldások csak csökkentették az intenzív csőelhasználódás mértékét, de a karbantartási költségek így is kétségessé tették a csőfeltárás használhatóságát. A lúgkorróziónak ellenálló nikkel ötvözetű csövek használata esetén pedig a magas beruházási költségek miatt veszíteni el versenyképességét a 1 csőfeltárás az autoklávos megoldással szemben. A találmány célja az volt, hogy olyan eljárástechnikai módszert dolgozzunk ki, amelynek segítségével legalább 60 napon keresztül lehessen - lúgkorróziós károsodás nélkül - biztosítani azt a hőátadási tényezőt, amely a rendszer hőtechnikai egyensúlyát fenntartja. A csőfeltáró rendszer vizsgálata során megállapítottuk, hogy a bauxit egyes alkotórészei és a feltárólúg közti reakciók időbeli lefolyása egészen eltérő a stacioner laboratóriumi, de még az autoklávokra jellemző kvázi folytonos rendszerektől is. Alapvető különbség az, hogy a nagyobb reakcióidő igényű szilárd-folyadék reakciók nem a stacioner körülmények közt arra a reakciótermékre jellemző hőmérsékleten jelennek meg, hanem attól magasabb hőmérséklet intervallumban, a jelenségből arra lehetett következtetni, hogy a nagy reakcióidő és a nagy áramlási sebesség következtében fellépő rövid tartózkodási idő eredője a látszólagos magasabb egyensúlyi hőmérséklet. A másik lényeges megfigyelés pedig az, hogy a szilárd alkotórészek oldódásai, majd a reakció termékek kiválásai, stacioner körülmények közt szimultán reakcióknak tűnnek, míg a csőfeltárás viszonyai között egyértelműen mutatják konszekutív jellegüket, vagyis térben is időben határozottan elkülönülnek. A fűtőfelületekre kiváló szilárd kérgek a bauxit összetételétől és az esetleges adalékanyagoktól függnek. A karszt és laterit barnátokra két különböző lerakódás típus jellemző: a nátrolitos és titanátos. Ezek az elnevezések kémiai összetétel és kristályszerkezet tekintetében nagyon széles határok közt változó vegyületcsoportot jelentenek, de csőfeltárási körülmények közti képződésük ill. eltávolításuk szempontjából az ilyen viszonylag durva megkülönböztetés elegendő. A kétfajta lerakódás részletes vizsgálatát, valamint kezelésének módját az alábbiakban taglaljuk. A nátrolitos lerakódások alatt a bauxit szilíciumdioxid tartalmából képződő nátrium-alumíniumhidroszilikát vegyületcsoportot értjük, melynek összetétele a képződés hőmérsékletétől, az oldat telítettségétől, a reakció körülményeitől és egyéb szennyezők jelenlététől függ. Az irodalomból közismert és a gyakorlati tapasztalatok alátámasztják, hogy ún. előkovasavtalanítással a reakciók a feltárás előtt lejátszhatók, így a feltáró berendezés fűtőfelületein kisebb mértékű nátrolitos lerakódás képződésre kell számítani. A módszernek több hátránya is van: egyik viszonylag hosszú, több órás tartózkodási időt kell 100 °C feletti hőmérsékleten biztosítani, ami nagy beruházási költségek mellett jelentős hőenergia igényt jelent, a másik pedig az, hogy az ilyen gondosan irányított előkovasavtalanítás is csak 80-90%-os átalakulást eredményez, míg a reakciók teljes lejátszódása ezután a feltárás körülményei közt a fűtőfelületek bizonyos mértékű elszennyezése közben történik. A fűtőfelületeket szennyező másik fajta lerakódások alatt a nártium-kalcium-titanátokat és esetenként az ezekkel együtt megjelenő kalcium-foszfát kiválásokat értjük. Ezek rideg, nagy keménységű kiválások, melyek csak a legagresszívebb savkeverékekkel oldhatók fel. A reakciókinetikai vizsgála2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
