196934. lajstromszámú szabadalom • Eljárás bauxitból és nátriumhidroxid-oldatból álló zagy alumínium-oxid-tartalmának Bayer-technológia szerinti feltárására
1 196 í34 2 Az alumíniumoxid tartalmű érce! tói — elsősorban bauxitból — a timföld kinyerése ti. >bnyire az un. Bayer-féle timföldgyártási körfolyama ban történik. A körfolyamat első lépése a feltárás, ■< tűkor az aprított ércet nátriumhidroxid vizes oldal aval, ún, feltárólúggal öszekeverik és az atmoszferil is nyomás feletti nyomáson, és magasabb hőmérsékleten az érc alumíniumoxid tartalmát kioldják. A legtöbb timföldgyártó üzemben sorbakötött autoklávokban történik a feltárás művelete. Ezek a berendezések 240—250 °C hőmérsékletig használhatók. A feltárási hőmérséklet növelésével azonban fokozni lehet a feltárási reakció sebességét, nő a feltárási kihozatal is. A feltárási hőmérséklet növelése lehetővé teszi a gyengébb minőségű bauxitok feldolgozását is. Ismeretesek már olyan feltáró berendezések is, melyekben autoklávok helyett egy vagy több fűtőcsővel ellátott csőreaktorokat alkalmaznak. Ezek több sorba kötött csőreaktorból állnak. A belső ún. fűtőcsövekbe nagy nyomással táplálják be a feltárandó bauxit és nátronlűg keverékét tartalmazó zagyot, míg a külső köpenycsőbe a fűtőközeget. Megfelelő hoszszúságű csőreaktorsor és megfelelő fűtőközeg alkalmazása esetén a berendezésben elérhető a 250 °C feletti feltárási hőmérséklet. Ilyen berendezéseket ismertet az 1.546.418. lajstromszámú francia és a 157.057. lajstromszámú magyar szabadalmi leírás. A 157.057. lajstromszámú magyar szabadalmi leírásban példaként egy három fűtőcsöves csőreaktorokból álló berendezést ismertetnek, mely 100—120 mVó zagymennyiség feltárására alkalmas. A csőfeltáró berendezéseknél fűtőközegként feltárt zagy expanziójából származó gőzöket, illetve friss gőzt, kémiai oldatokat, vagy ezek kombinációját alkalmazzák, A feltárási folyamat során azonban a bauxitból az alumíniumoxidon kívül egyéb alkotók is oldatba kerülnek, melyek bonyolult vegyületeket alkotnak és a reaktorok fűtőcsöveinek belső felületén lerakódásokat okoznak. Ezek a lerakódások rossz hővezetőképességgel rendelkeznek és fokozatosan vastagodva lényegesen lerontják a hőátadási tényezőt és az eljárás gazdaságosságát. A lerakódások eltávolítására több megoldás született. Ezek közül a legkézenfekvőbb a mechanikus eltávolítás, pl. fúrással, de ez magas munkaigényessége miatt többnyire nem jöhet számításba. Gyorsabb megolást ismertet az i.949.287. lajstromszámú DE szabadalmi leírás, amely különböző savkeverékeket, elsősorban sósav és folysav, majd ezt követően magasnyomású vízsugár alkalmazását javasolja. Az eljárás nagy hátránya, hogy a csőreaktorban keletkező lerakódás nem egyenletes vastagságú ezért az alkalmazott sav keverék óhatatlanul megtámadja a fűtőcsöveket is, helyi elvékonyodást, csőlyukadást okoz. A 177.161. lajstromszámú magyar szabadalmi leírás szerint a feltárandó zagyhoz csak a feltárólúg egy részét keverik hozzá, a feltárólúg más része a tisztító folyadék szerepét tölti be. Az eljárás szerint a feltárólúgot a csőreaktorban a fűtőcsövek egyrészében a zaggyal párhuzamosan áramoltatják és a zagyos és feltárólúgos fűtőcsöveket az üzemeltetés során meghatározott időközönként „ciklikusan” váltják. A találmányt arra a feltevésre alapították, hogy a lerakódások mennyiségét tekintve meghatározók a sziltkátok, melyek a képződési hőmérsékleten visszaoldhatók. A találmány üzemszerű alkalmazása során azonban bebizonyosodott, hogy a i űtőcsövek egyrészéről a lúg nem távolította el a kiválásokat, ugyanakkor a 200 ”C feletti hőmérsékleti zónában a lúgozás káros hatással volt a fűtőcsövekre, kioldotta az acélcső ötvözött. Az a felismerés vezetett minket, hogy más összetételű lerakódások keletkeznek 195 °C-jg, mint az e feletti hőmérséklettartományban. Elemzéssel kimutattuk, hogy 195 “C-ig nátroht vázú lerakódás keletkezik, mely zárványszerűen magába foglal vörösis;ap, illetve bauxit szemcséket is. A195 °C feletti bőit ésékleten káiciumtitanát vázú lerakódás képződik, mely ugyancsak vörösiszap és feltáratlan bauxit $: emcséket tartalmaz. Azt is kimutatták, bogy a nátrolii típusú lerakódások nátronlúggal 150 °C alatt és 180 "C felelt eltávolíthatók, de 160—180 ‘C között a kiválás teljesen nem oldható fel. Kimutatták azt is, hogy a kalcramtitanát típusú lerakódások lúgban teljesen feloldódnak, azonban az üzemvitel biztonsága és a fűtőcsövek épségben tartása megkívánja, hogy ezen a hőfokon 0,05— 1 mm vastag lerakódás réteg állandóan maradjon a fűtőcsövekben. Különös jelentőségű az a felismerés, hogy ha a bauxitzagyban alacsonyabb koncentrációjú Na2Q oldatot alkalmazunk, akkor a lerakódás képződés mértéke kisebb, viszont magasabb koncentrációjú NazO oldatban a képződött lerakódások intenzív ebben oldhatók fel A felsorolt felismerések alapján tehát a következő technológiát dolgoztuk ki: A csőfeltáró reaktorsorba betáplált anyagáramot két részre osztuttuk 70—12,0 g/í Nt^O tartalmú oldattal előállított bauxitzagyra és 190—210 g/1 NazO tartalmú szddamentesített feltárólúgra. A sorbakötött folyamatos feltáró csőreaktorsort szelepeléssel a különböző Ierakódástípusok képződési hőmérséklettartományának megfelelő szakaszokra osztottuk, mely szakaszokban egymástól függetlenül, a hőátadási tényező változásának függvényében különböző áramlási sebességek hozhatók létre, és az egyes szakaszokban egymástól ugyancsak függetlenül más és más rendszerű és periódusú ciklikus lúgozás alkalmazható. A feltáró berendezésből kikerülő anyag hőtartalmát expanziós tartálysorban szabadítjuk fel, és a felszabaduló hőmennyiséget a következő periódusban résztvevő feltárásra kerülő anyagok felmelegítésére hasznosítjuk. Az ismert megoldások szerint a csőreaktorok egyedi fűtőközeg betáplálást kaptak egy gerincvezetékről, és vegyesáramú hőcserét alkalmaztak. Az azonos hőlépcsőhöz tartozó reaktorokat gőz és kondenzvfe oldalon is sorba kötöttük és így lehetőség nyílt tiszta ellenáramú hőcsere megvalósítására, lényegesen jobb hatásfokú hőhasznosítás és alacsonyabb beruházási költség mellett. Az ismert csőfeltáró berendezések somyomásszabályozását automatikusan működő záróelem segítségével végezték. A nagy nyomás, a nagy anyagáramlási sebesség és a bauxitzagy agresszív koptató hatása következtében a záróelem rövid idő alatt tönkrement és a teljes feltáró berendezés üzemképtelenné vált. A 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
