CN116940527A - 氧化铝生产用铝土矿的加工方法 - Google Patents
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Abstract
所提出的方法涉及有色冶金领域。加工铝土矿以生产氧化铝的方法，所述方法包括：将铝土矿消解后获得的氧化铝工艺浆料过滤，其中所述浆料在浸出、稀释或增稠后在至少95℃的温度下过滤以获得代表过滤后的绿液的滤液和赤泥的固相，在过滤设备上洗涤所述赤泥的固相，其中所述洗涤用热水进行，优选在低于98℃的温度下进行，以达到绿液和赤泥液相的特定浓度，其中将滤液引导至安全过滤和/或沉淀，并且将洗涤赤泥后的水供给用于稀释铝土矿消解后的浆料和/或稀释所述滤液以获得绿液的特定浓度，其中所得滤饼是废物。该方法提高了沉淀时的液体生产率并减少了苏打的消耗，因此，由于节约了苏打、热量和能源而提高了氧化铝生产的效率，并增加了冶炼级氧化铝的产量。
Description
技术领域
本发明涉及有色冶金，特别是，涉及通过拜耳法或拜耳烧结法生产氧化铝，即，涉及通过有效分离和洗涤泥浆来提高液体生产率的方法。
背景技术
沉淀时的高液体生产率能够保持绿液的低比流量，从而确保氧化铝生产的主要燃料和能源的低消耗。目前实现的液体生产率受到在罐和容器中对赤泥进行增稠和洗涤的传统技术的限制。该技术不允许在不增加处置赤泥液相的碱损失的情况下增加绿液的浓度，从而增加其生产率。另外，赤泥的沉淀和洗涤需要大量的液体，这导致固相和液相的长期接触和自动沉淀(赤泥氧化铝的损失)。
通过许多技术方案解决了泥浆的有效分离和洗涤以及提高液体生产率的问题。
相关技术公开了一种用于过滤氧化铝生产过程尾部(末端)的泥浆的方法(Abhijeet Bandi,Kausikisaran Misra,N.Nagesh,Uttam Kumar Giri和Rama ChandraNahak,Improvement of Mud Circuit Efficiency while Processing East CoastBauxite of India，第38届国际ICSOBA会议论文集，2020年11月16日至18日)，该方法包括过滤废泥浆，以便将其干燥储存在铝土矿残渣处置区。
该方法的缺点包括以下：
-无法将赤泥增稠和洗涤区排除在生产过程之外；
-缺乏对液体生产率的影响；
-在氧化铝生产中缺乏对资源和能源消耗的显著节约。
相关技术公开了一种过滤氧化铝生产过程尾部(末端)的泥浆的方法(SedatArslan,Kürsat Demir,Bekir/>和Meral Baygül,Implementation andOptimization of Filter Press in Red Mud Washing Process at Eti Aluminum，第36届国际ICSOBA会议论文集，贝伦，巴西，2018年10月29日至11月1日)，该方法包括过滤废泥浆，以便将其干燥储存在铝土矿残渣处置区。
该方法的缺点包括与第一个例子中相同的问题。
相关技术公开了一种提高铝酸盐液体生产率的方法(Lu Zijian,Zhaoqun,Xieyanli,Bi shiwen,Yang Yihong,The application of additives in the precipitationof Bayer sodium aluminate liquors,Light Metals,TMS The Minerals,2004)。该方法提出了通过在过程中引入各种添加剂来提高沉淀过程效率的方案。添加剂不仅影响生产率，还影响氢氧化铝的尺寸和质量。
该方法的缺点包括以下：
-采用该方法，不可能将赤泥增稠和洗涤区排除在生产过程之外；
-添加剂的使用会导致溶液受到有机或无机杂质的额外污染，这些杂质需要溶液来去除；
-缺乏对苏打和絮凝剂消耗的节约；
-需要使用昂贵的试剂。
与所要求保护的方法最接近的方法是将低质量铝土矿加工成氧化铝的方法(专利KZ第13802号，公开日期：2003年12月15日)。在该方法中，赤泥在增稠后分几个阶段直接进行过滤。将每个阶段的过滤泥浆用后续过滤阶段的滤液再浆化(re-slurried)，将再浆化的泥浆加热至不超过95℃的温度，并以确保在第一阶段以苛性碱(Na2O苛性碱)计赤泥浆料浓度不高于135g/L的量向最后阶段供给热水，并且在苛性碱与氧化铝比率不低于与平衡绿液相对应的苛性碱与氧化铝比率的情况下进行过滤。过滤阶段的数量由最后阶段的过滤赤泥液相中的残留碱含量决定。该方法能够减少赤泥洗涤用热水的特定消耗，氢氧化铝和碱的损失，以及絮凝剂的消耗。它还允许减少泥浆回路中所需的生产空间。
该方法的缺点包括以下：
-该工艺预计有几个阶段的过滤，使实施该工艺所需的设备的量增加数倍；
-用后续阶段的滤液洗涤泥浆的程度低，这降低了工艺的效率并增加了碱的损失；
-在生产工艺中仍存在增稠，这不允许完全消除由于自动沉淀引起的固相的氧化铝损失，以及完全放弃使用絮凝剂；
-以Na2O苛性碱计液体浓度不能超过135g/L，这不是实现最大液体生产率的最佳参数；
-低于95℃的相对较低的过滤温度，这由于自动沉淀和布料的低阻力而导致氧化铝从液体中额外损失。
发明内容
本发明的目的是开发一种通过提高其浓度和降低苛性碱与氧化铝比率来提高从铝土矿生产氧化铝中的液体生产率的具有成本效益的方法。通过在过滤设备上用赤泥的过滤和洗涤代替赤泥的增稠和洗涤，从而减少泥浆洗涤用热水的特定消耗，实现了浓度的增加和苛性碱与氧化铝比率的降低。将所获得的浓度较高、苛性碱与氧化铝比率较低的绿液按照现有的氧化铝生产过程进行加工。另外，所述方法显著减少了泥浆液相中可溶性氧化铝和碱的损失。
技术效果在于提高沉淀的生产率，减少苏打的消耗，从而由于节约苏打、热量和能源而提高氧化铝生产的效率，并增加冶炼级氧化铝的产量。
所述技术效果是通过加工铝土矿以生产氧化铝的方法实现的，所述方法包括泥浆(铝土矿消解(digestion)后的泥浆、稀释的泥浆或增稠的泥浆)的过滤，该过滤使用过滤设备进行以实现固相和液相的高速分离。代表绿液的滤液随后被供给至安全过滤单元以去除剩余的固相，而一部分滤液在达到固体颗粒含量方面的规定质量(specified quality)时可以直接被送至沉淀。在安全过滤后，将液体引导至沉淀以提取氢氧化铝。将来自泥浆过滤的所得滤饼在过滤器上在挤压层中用温度优选不超过98℃的热水洗涤，以通过洗涤将泥浆的固相与液体分离。将来自泥饼洗涤的洗涤水引导用于稀释铝土矿消解后的浆料以达到绿液的特定浓度。滤饼是适合通过干式、半干式或湿式方法储存在泥浆处置区中的废物。
所提出的所谓“直接过滤”泥浆的方法将能够通过避免增稠-洗涤***中绿液的自动沉淀来减少氧化铝损失，减少洗涤用热水的消耗，这在高泥浆洗涤系数的情况下，将增加绿液的浓度，降低苛性碱与氧化铝比率并提高液体生产率。提高液体生产率将降低每吨氧化铝生产的液体的比流量，这将提高氧化铝生产的产量并降低关键性能指标方面的成本。
引入所提出的方法将具有许多优点，即，其将能够实现以下：
-将现有罐和容器中赤泥的增稠和洗涤两项操作替换为一项操作即过滤设备上的过滤和洗涤，这将减少自动沉淀造成的氧化铝损失；
-通过减少处置泥浆中的水分量并将从滤饼洗涤中获得的滤液返回至氧化铝生产，使处置泥浆液相中可溶性碱和氧化铝的损失比当前水平减少60-75％；
-通过增加绿液的浓度来减少废液蒸发的热量消耗，通过增加拜耳回路(对于拜耳烧结联合工艺)的份额来减少烧结区的燃料消耗，并且通过消除絮凝剂用于增稠和洗涤来减少或完全消除絮凝剂的消耗；
-通过减少沉淀和蒸发区中液体的比流量，减少烧结回路(作为通过拜耳烧结法生产氧化铝的特殊情况)的份额并用压滤机替换增稠-洗涤区中的罐和泵送设备来减少电力和压缩空气的消耗。
该方法由其实施方式补充。
在本发明的具体实施方式中，将铝土矿消解后获得的浆料用作过滤用浆料。将滤液送至搅拌收集罐以与来自泥浆洗涤的洗涤水混合，将混合的液体进一步送至液体安全过滤，其中一部分强滤液在达到固体颗粒含量方面的规定质量后，可以在用水稀释后直接提供至沉淀。将滤饼在挤压层中用热水洗涤。将来自滤饼洗涤的洗涤水引导至搅拌罐以稀释滤液。将洗涤的滤饼用水再浆化并泵送到泥浆处置区，或通过干式或半干式方法以滤饼的形式储存。
在本发明的具体实施方式中，将对稀释的浆料进行增稠后获得的增稠浆料用作过滤用浆料。将增稠剂溢流送去进行液体安全过滤。将滤液送至搅拌收集罐，然后送至液体安全过滤，其中一部分强滤液在达到固体颗粒含量方面的规定质量后，可以直接提供至沉淀。将滤饼在挤压层中用热水洗涤。将来自滤饼洗涤的洗涤水供给至搅拌器(稀释搅拌器)以获得稀释的浆料。将洗涤的滤饼用水再浆化并泵送到泥浆处置区，或通过干式或半干式方法以滤饼的形式储存。
附图说明
图1、2和3示出了用于加工铝土矿以生产氧化铝的工艺流程图的替代布置。
替代布置之间的区别在于过滤浆料的性质。
图1示出了稀释浆料的过滤和洗涤的工艺流程图。
供给至过滤的稀释浆料由消解原料浆料(raw slurry)而获得。将通过消解原料浆料获得的铝土矿消解后的浆料用由用水洗涤滤饼提供的洗涤水稀释。将浆料供给至过滤以分离和洗涤固相。供给至压滤机的初始稀释浆料的温度优选高达110℃，浆料中固体颗粒的含量为约40-110.0kg/m3。
将滤液(绿液)提供至液体安全过滤单元以去除固体颗粒。在达到合适的质量(Fe2O3含量不超过0.016g/dm3)后，一部分滤液可以绕过安全过滤直接供给至沉淀。
将过滤过程中得到的赤泥饼用水洗涤以去除绿液(特定的水消耗不少于2.0m3/t干泥)。热水温度优选不超过98℃。提供在滤饼洗涤阶段获得的洗涤水(来自洗涤的水)以稀释铝土矿消解后的浆料。将水分含量为W 25-30％的洗涤的赤泥用从泥浆处置区返回的水再浆化，然后以浆料的形式或以滤饼的形式泵送到泥浆处置区。
图2示出了铝土矿消解后的浆料的过滤和洗涤的工艺流程图。
用于过滤的初始浆料是通过消解原料浆料而获得的。将在原料浆料的消解过程中获得的浆料从消解供给至过滤以分离和洗涤固相。供给至压滤机的铝土矿消解后的初始浆料的温度高达120℃，浆料中固体颗粒的含量为约50-180.0kg/m3。将滤液(强绿液)送去用洗涤水稀释以获得规定的液体浓度。将所得绿液供给至安全过滤单元以去除固体颗粒。在达到合适的质量(Fe2O3含量不超过0.016g/dm3)后，可以将一部分滤液转移进行稀释以获得规定的浓度，然后绕过安全过滤提供至沉淀。
将过滤过程中得到的赤泥饼用水洗涤以去除绿液(特定的水消耗不少于2.0m3/t干泥)。热水温度优选不超过98℃。将在滤饼洗涤阶段获得的洗涤水送去稀释强绿液。将水分含量为W 25-30％的洗涤的赤泥用从泥浆处置区返回的水再浆化，然后以浆料的形式或以滤饼的形式泵送到泥浆处置区。
图3示出了增稠浆料过滤和洗涤的工艺流程图。
用于过滤的初始增稠浆料是通过消解原料浆料而获得的。将消解原料浆料后得到的浆料用由用水洗涤滤饼得到的洗涤水稀释。稀释的浆料经历增稠。在增稠过程中，得到两种产物：澄清的液体和增稠的浆料。将澄清的液体送至安全过滤单元以去除固体颗粒。将增稠的浆料供给至过滤以分离和洗涤固相。供给至压滤机的初始增稠浆料的温度为约100-105℃，浆料中固体颗粒的含量为400-800kg/m3。
将滤液(绿液)送至液体安全过滤单元以去除固体颗粒。
将过滤过程中得到的赤泥饼用水洗涤以去除绿液(特定的水消耗不少于2.0m3/t干泥)。热水温度优选不超过98℃。将在滤饼洗涤阶段获得的洗涤水送去消解后的浆料稀释。将水分含量为W 25-30％的洗涤的赤泥用从泥浆处置区返回的水再浆化，然后以浆料的形式或以滤饼的形式泵送到泥浆处置区。
具体实施方式
该方法旨在用于从铝土矿加工中生产氧化铝，所述方法包括对从铝土矿消解中获得的氧化铝生产浆料进行高速分离和洗涤。泥浆(铝土矿消解后的浆料、稀释的浆料或增稠的浆料)的过滤使用过滤设备在至少95℃、优选95-120℃的温度下进行。将滤饼在过滤器上在不超过98℃的水温下洗涤，特定的热水消耗至少为2.0m3/t泥浆。
在设备方面的具体实施方式在于使用以下过滤设备：离心机、压滤机、高压过滤器、带式压滤机。
将在浆料过滤阶段获得的滤液提供至额外的纯化操作，即安全过滤，或直接提供至沉淀。将来自洗涤阶段的洗涤水用于稀释初始浆料或稀释滤液以达到绿液的特定浓度。在洗涤阶段之后，将滤饼再浆化并泵送到泥浆处置区，或者以干燥形式输送到泥浆处置区以通过干法储存。
因此，所提出的从铝土矿生产氧化铝的方法提供了浆料的高速分离和洗涤，这允许增加绿液的浓度，减少可溶性氧化铝和碱的损失，从而提高氧化铝生产的效率。
以下实施例说明所提出的方法。
实施例1
将铝土矿消解后的浆料用在过滤器上洗涤泥浆后的洗涤水稀释。用洗涤水稀释浆料以获得以苛性碱计液相浓度为160g/L，而液体的苛性碱与氧化铝摩尔比为1.73(与参考情况相比没有变化)。将所得稀释浆料在8atm的压力和105℃的温度下过滤以获得滤液和滤饼。将滤饼在80℃的温度下用热水洗涤。提供用于洗涤的热水量以达到以Na2O苛性碱计滤液浓度为160g/L。可溶性氧化铝和碱的损失减少了64重量％。滤液(绿液)经历沉淀，并且液体生产率增加了5.0kg/m3。
实施例2
将铝土矿消解后的浆料在8atm的压力和120℃的温度下过滤，其中获得滤液和滤饼。将滤饼在98℃的温度下用热水洗涤。供给用于洗涤的热水量以获得以苛性碱计消解后的浆料滤液和来自滤饼洗涤的洗涤水的混合物中的浓度为160g/L，而液体的苛性碱与氧化铝摩尔比为1.68(与参考情况相比减少0.05个单位)。可溶性氧化铝和碱的损失减少了69重量％。滤液和洗涤水的混合物(绿液)经历沉淀，并且液体生产率增加了15.0kg/m3。
实施例3
将铝土矿消解后的浆料用在挤压层中在过滤器上洗涤泥浆后获得的洗涤水稀释。用洗涤水稀释浆料以获得以苛性碱计液相浓度为160g/L，而液相的苛性碱与氧化铝摩尔比为1.68(与参考情况相比减少0.05个单位)。所得的稀释浆料经历增稠。将澄清的部分与增稠的部分分离。将所得的增稠浆料在8atm的压力和95℃的温度下过滤以获得滤液和滤饼。将滤饼在95℃的温度下用热水洗涤。供给用于洗涤的热水量以获得以Na2O苛性碱计稀释浆料浓度为160g/L。其中液体的苛性碱与氧化铝摩尔比为1.68，这表明不存在由于自动沉淀引起的氧化铝损失。可溶性氧化铝和碱的损失减少了61重量％。将滤液和来自稀释浆料增稠的澄清部分合并并进行沉淀，并且液体生产率增加了12.4kg/m3。
实施例4
将铝土矿消解后的浆料用在过滤器上洗涤泥浆后的洗涤水稀释。用洗涤水稀释浆料以获得以苛性碱计液相浓度为160g/L，而液体的苛性碱与氧化铝比率为1.65。将所得的稀释浆料在6atm的压力和105℃的温度下过滤以获得滤液和滤饼。将滤饼在90℃的温度下用热水洗涤。供给用于洗涤的热水量以获得以Na2O苛性碱计滤液浓度为160g/L。可溶性氧化铝和碱的损失减少了59重量％。滤液(绿液)经历沉淀，并且液体生产率增加了12.0kg/m3。
实施例5
将铝土矿消解后的浆料用在离心机上洗涤泥浆后的洗涤水稀释。稀释浆料以获得以苛性碱计(以Na2O计)液相浓度为160g/L，而液相的苛性碱与氧化铝摩尔比为1.65。所得的稀释浆料在增稠剂中进行增稠，其中澄清的部分与增稠的部分分离。将所得的增稠浆料在95℃的温度下离心以获得离心滤液和滤饼。将滤饼在95℃的温度下用热水洗涤。用于洗涤的热水量是为了获得以Na2O苛性碱计稀释浆料浓度为160g/L。其中，液体的苛性碱与氧化铝摩尔比为1.65，这表明不存在由于自动沉淀引起的氧化铝损失。可溶性氧化铝和碱的损失减少了60重量％。将来自离心机的离心滤液和稀释浆料增稠后的澄清部分合并，在安全过滤单元上过滤，然后所述混合物经历沉淀，并且液体生产率增加了13.5kg/m3。
实施例6
将铝土矿消解后的浆料用在挤压层中在过滤器上洗涤泥浆后的洗涤水稀释。用洗涤水稀释浆料以获得以苛性碱计液相浓度为160g/L，而液相的苛性碱与氧化铝摩尔比为1.64(与参考情况相比减少0.09个单位)。所得的稀释浆料经历增稠。将澄清的部分与增稠的部分分离。将所得的增稠浆料在3atm的压力和95℃的温度下过滤以获得滤液和滤饼。将滤饼在98℃的温度下用热水洗涤。供给用于洗涤的热水量以获得以Na2O苛性碱计稀释浆料浓度为160g/L。其中，液体的苛性碱与氧化铝摩尔比为1.64，这表明不存在由于自动沉淀引起的氧化铝损失。可溶性氧化铝和碱的损失减少了57重量％。在稀释浆料增稠后，将离心滤液和澄清的部分合并，在安全过滤单元上过滤，所述混合物经历沉淀，并且液体生产率增加了14.4kg/m3。
因此，所提出的基于使用过滤和洗涤技术的用于提高液体生产率的方法确保了泥浆中可溶性碱和氧化铝的有效洗涤，并且还通过增加其浓度和降低苛性碱与氧化铝比率来提高液体生产率。因此，实现的液体生产率比通过常规方法获得的液体生产率高5-15kg/m3。
作为一般实例，该方法包括用蒸发的废液研磨铝土矿，对其进行消解，稀释来自铝土矿消解的浆料，对绿液进行脱硅，对赤泥浆料进行增稠和/或过滤和洗涤，从绿液中提取氢氧化铝，然后从废液中分离氢氧化铝，进一步洗涤和煅烧氢氧化铝，用苏打和石灰石烧结赤泥和/或铝土矿，对所得烧结物进行消解，对消解的烧结浆料进行增稠和/或过滤和洗涤以获得绿液，并对绿液进行进一步的脱硅和分解，其中赤泥和消解的烧结浆料的过滤在增稠之前或之后立即进行。将过滤的泥浆直接在过滤设备上用热水洗涤，所述水的添加量规定绿液和滤饼液相的所需浓度，滤饼是废物，其中过滤在不低于平衡绿液的苛性碱与氧化铝比率的苛性碱与氧化铝比率下进行。该方法允许增加液体生产率，减少液体蒸发的热量消耗、赤泥中氢氧化铝和碱的损失，以及减少絮凝剂、压缩空气和电力的消耗。所提出的方法提供了同时进行两种技术过程，即使用相同的设备进行浆料过滤和洗涤。在氧化铝的生产中，依次产生几种浆料：第一种是铝土矿消解后的浆料，该浆料用洗涤水稀释以获得稀释的浆料。所述稀释的浆料经历增稠以获得增稠的浆料。根据浆料的类型使用所提出的氧化铝生产过程。在每个氧化铝精炼厂中，绿液的浓度不同并且取决于在沉淀区达到的最大生产率。例如，对于乌拉尔氧化铝精炼厂的液体，以Na2O苛性碱计，该值在160-170g/L的范围内。
Claims (8)
1.一种加工铝土矿以生产氧化铝的方法，所述方法包括：
-将铝土矿消解后获得的氧化铝工艺浆料过滤，其中所述浆料在浸出、稀释或增稠后在至少95℃的温度下过滤以获得代表过滤后的绿液的滤液和赤泥的固相，
-在过滤设备上洗涤所述赤泥的固相，其中所述洗涤用热水进行，优选在低于98℃的温度下进行，以达到绿液和赤泥液相的特定浓度，其中将滤液引导至安全过滤和/或沉淀，并且将洗涤赤泥后的水供给用于稀释铝土矿消解后的浆料和/或稀释所述滤液以获得绿液的特定浓度，其中所得滤饼是废物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在铝土矿消解后，对所述浆料进行过滤，并且将所得滤饼用热水洗涤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在来自铝土矿消解的浆料稀释后，对所述浆料进行过滤，并且将所得滤饼用热水洗涤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在稀释的浆料增稠后，对增稠的浆料进行过滤，并且将所得滤饼用热水洗涤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过滤优选在95-120℃的温度下进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述赤泥在至少2.0m3/t泥浆的热水的特定消耗下洗涤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，压滤机、离心机、带式压滤机和高压过滤器可选地用于泥浆的过滤和洗涤。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述滤液绕过安全过滤直接供给至沉淀。
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