182807. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumínium tartalmú nyersanyagok alumínium tartalmának bayer technológia szerinti folyamatos feltárására és tovább feldolgozására
1 182 807 2 Meglepő módon azt találtuk, hogy az anyagáramot, illetve anyagáramokat statikus keverőelemeken átvezetve intenzív keveredés érhető el, ami azzal a meglepő hatással jár, hogy a melegítés hatására kiváló anyagok nem a hőátadó felületre válnak le, hanem az anyagára- 5 mokkái haladnak tovább. A zagyszemcsék ütközése, továbbá az intenzív keveredés, illetve ütközés következtében, valamint a lerakódás hiányában megnövekszik és időben állandó marad a falon keresztüli hőátadás, valamint javul a feltárás. Nem várt módon a csövekben vagy 10 autoklávokban, stb. haladó zagy feltárandó szilárd anyag koncentrációja jelentősen megnövelhető, közel megduplázható. A statikus keverőelemek hatására bekövetkező helyi szilárdanyag feldúsulás elősegíti a szemcsék ütközösét és az ütközések mechanikai energiájának hatására a 15 szemcséken aktív helyek alakulnak ki, melyek növelik a kívánt kémiai reakció lefolyását. Meglepő módon szabályozható a statikus keverőelemek útján a szilikátok, stb. kiválásának helye és mennyisége is. A találmány szerinti eljárás az anyagáramokba elren- 20 dezett statikus keverőelemek útján gyorsítja a szemcsék felületi diffúziójával gátolt folyamatot. A szemcsék részben a csőfallal, illetve egymással való ütközési energiájuk következtében nő a rendszer diszperzitási foka és a fázisok közötti érintkezési felület, ami fokozza a feltárási 25 sebességet. A szokásosnál gyorsabb felmelegedés és a nagyobb véghőmérséklet elérése, továbbá az a tény, hogy a kioldás során a szilárd szemcsekoncentráció nem a hőközlő falon válik ki, hanem kényszerítve van a zagyban való maradásra, lehetővé teszi az egyáltalán nem 30 vagy csak igen kis mértékben feltáródó egyéb alumínium-, például bőhmites alumínium ásványok jelentős mértékű, 80-90 %-os kioldását. A találmány szerinti feltárás során a szilikátos ásványi alkotó részek oldatba vitele és újból való kiválása a tech- 35 nológia által kívánt helyre irányítottan valósítható meg. A találmány szerinti eljárás előnye, hogy elmaradnak a mechanikus keverők, a recirkuláció révén a keverés jobb, az autoklávban elmaradhat a hőközlés és ezáltal a falakon történő kiválás. Végezetül előnyt jelent az is, 40 hogy ugyanolyan kiszolgáló készüléksor mellett növelhető az üzem termelékenysége, ami a gyakorlatban 2—4 %-kal nagyobb kihozatalt eredményez. A találmány szerinti eljárásnál az anyagáramok mozgatásának energia szükséglete a statikus keverők alkal- 45 mazásával nő. Ezt az energiatöbbletet azonban bőven fedezi az ismert csőfeltárási eljárásoknál a nagyobb termelési kihozatal és a csökkent bemházási költségek, továbbá a hagyományos eljárásnál elkerülhetetlen, rövid időközökben végrehajtandó, a tisztítást szolgáló leállási 50 veszteségek kiküszöbölése. A találmányt részletesen kiviteli példákon ismertetjük. A bauxit őrleményt és az ún. retúrként visszavezetett aluminátlúg anyagáramait egyszer vagy többször statikus keverőelemekkel ellátott, expanziós gőzzel fűtött cső- 60 rendszeren vezetjük át. A zagy az áthaladás során pl. 81—85 °C-ról 195-200 °C-ra melegszik fel. A mért 3000—3500 kcal/m2h°C hőátbocsátási tényező következtében a melegítés igen intenzív, a szükséges fűtőfelület gazdaságosan kicsi. A zagy erőteljes belső keveredése 65 miatt tartós (5—6 hét időtartamú) üzemelés során sem tapasztalható kiválásból eredő kérgesedés sem a belső csőfalon, sem a statikus keverőelemeken. Ez utóbbi betétek nélküli csőben a kezdeti hőátbocsátási tényező mindössze 700—800 kcal/m2h °C értékű és a folyamatos kéreg lerakódása miatt 20 nap alatt 500 kcal/m2h°C értékre csökkent. Ez az alacsony hőátbocsátási tényező már nem biztosította a technológiai hőforgalomhoz szükséges 195—200 °C hőmérsékletet, ezért a folyamattal le kellett állni és a berendezést a lerakódások kitisztításához szét kellett bontani. A tisztításhoz tartozó savazás 2—3 napos üzemszünettel és az ezzel járó termelés kieséssel az üzemvitelt gazdaságtalanná teszi. 2. példa Az 1. példa szerinti rekuperációs hőcserélők után a bauxit feltárása statikus keverőelemekkel ellátott, éles gőzzel fűtött csőreaktorban perces nagyságrendű időtartam alatt 240—250 °C véghőmérséklet mellett megy végbe. A statikus keverőelemek okozta intenzív belső örvénylés és a zagyban levő kristályos és amorf szemcsék egymáshoz és a keverőelemekhez való súrlódása és ütközése miatt a feltárás hőmérsékletére való felmelegítést nagy, 3300-3500 kcal/m2h°C hőátbocsátási tényező jellemzi, ugyanakkor a feltárás során keletkező üledék, ill. a bauxit lúgban nem oldódó szilárd komponensei lebegésben maradnak. A reakció során — meglepő módon — megnő a feltáródás 2-4 %-kal. Ez utóbbi jelenség a nátrium-aluminát képződés kinetikai és egyensúlyi viszonyai alapján a következőkkel magyarázható: — Az intenzív hőátvitel miatt megnő némileg a feltárás hőmérséklete. Ez egyrészt növeli a feltárás sebességét, másrészt mivel a nagyobb hőmérsékletű oldat meszszebb van az egyensúlytól, több A1203 tud oldódni. Ezenkívül a nagyobb hőmérséklet nemcsak a hidrargillit feltárásának kedvez, hanem a lényegesen roszszabbul oldódó bőhmit és diaszpor feltáródásának is. — A kioldás különbözősége az egyes ásványoknál a kristályrács energia különbségével kapcsolatos. Az az ásvány fajta oldódik tehát nehezebben, amelynek a rács szétzúzása több energiát igényel. A feltáró szakaszban az anyagrészecskék keverve-ütköződése mechanikailag is elősegíti a nehezebben oldódó bőhmit feltáródását. — A szemcsék ütközése diszpergálódással is jár. A nagyobb diszperzitás fokú rendszernek nagyobb az oldási felülete, ami ugyancsak megnöveli a feltárás sebességét. — Egyéb alkotók — az alacsonyabb hőmérsékleten, kb. 120°C-on oldódó kovasav, bizonyos szerves komponensek — az alumínium-hidroxid részecskéken bevonatot, burkot alkothatnak, ami fizikailag gátolja a nátronlúg odakerülését a kioldásra kerülő Al2 03 felületéhez. A szemcsék ütköződése e burkok felszakadását, felrepedését idézi elő, ezáltal javul a feltárás. — Az áramlási ellenállások miatt végül előnyös a hidraulikus nyomás csökkenése 2,3—2,5 bar-ral a feltárócső hossza mentén, mert emiatt csökken a bauxit Si02 tartalmából képződő nátrolit leválása és így a nátrolittal megkötött A1203 veszteség is. Ismert ugyanis, hogy a nátrolit molekula térfogata kisebb, mint az alkotórészek molekula térfogatának összege, tehát a nyomás fokozódása, ami a Bayer-eljárás autoklávos 3
