Обработка сырья для усовершенствования процесса производства оксида алюминия
Формула / Реферат
1. Способ обработки сырья для процесса Байера перед подачей обработанного сырья в процесс Байера, предназначенный для экстрагирования очищенного оксида алюминия из обработанного сырья, включающий следующие стадии:
(a) нагревание сырья для процесса Байера до температуры 400-650шС в результате прямого контакта с газообразными продуктами сгорания и
(b) охлаждение нагретого сырья до температуры, обеспечивающей возможность совершения с ним ручных манипуляций и подачи в процесс Байера,
причем такой способ отличается тем, что осуществляют регулирование времени контакта сырья, подаваемого на обработку, при температурах в вышеуказанных пределах для стадии (а), с целью обеспечения разложения присутствующих в сырье тригидрата оксида алюминия и моногидрата оксида алюминия путем их дегидратации, в то время как
(i) не происходит существенного образования моногидрата оксида алюминия из тригидрата оксида алюминия, или
(ii) не происходит снижения остаточного количества связанной воды до такой степени, что начинает проявляться вредное воздействие на процесс экстрагирования, или
(iii) не отводится достаточного времени для контакта с парами воды, при котором начинает проявляться медленная потеря способности к экстрагированию, зависящая от наличия паров воды.
2. Способ обработки по п.1, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 5 мин.
3. Способ обработки по п.1, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 1 мин.
4. Способ обработки по п.1, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 10 с.
5. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором средний размер частиц сырья, подаваемого на стадию (а), относительно мал для того, чтобы не происходило перегрева оболочек частиц водяным паром или исключалось какое-либо иное влияние на них паров воды.
6. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором частицы сырья, подаваемые на стадию (а), имеют узкое распределение по размеру, вследствие чего очень мелкие частицы не перегреваются парами воды или не испытывают какого-либо их иного воздействия, в то время как завершается термообработка сердцевинных частей более крупнозернистых частиц.
7. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, включающий измельчение сырья перед его подачей на стадию (а).
8. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 5 мм.
9. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 2 мм.
10. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 1 мм.
11. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 30 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм.
12. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на обработку, содержит не более 20 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм.
13. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на обработку, содержит не более 10 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм.
14. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, который включает предварительное нагревание сырья перед его подачей на стадию (а).
15. Способ обработки по любому из предшествующих пунктов, включающий деление сырья, подаваемого на обработку, по признакам его чувствительности к изменению температуры или действию паров воды и селективный ввод потоков разделенного сырья на стадию (а) в соответствии с указанной чувствительностью или чувствительностями.
16. Способ обработки по п.15, включающий ввод фракции сырья, содержащей тригидрат оксида алюминия, на стадию (а), где газообразные продукты сгорания достаточно охлаждены, так что понижается вероятность потери экстрагируемости из-за использования более горячих газов, способствующих разложению тригидрата оксида алюминия, содержащегося в такой фракции.
17. Способ обработки по п.15, включающий введение мелкозернистой фракции частиц сырья на стадию (а), где газообразные продукты сгорания достаточно охлаждены, так что понижается вероятность потери экстрагируемости из-за применения более горячих газов, способствующих разложению пылевидной части такой фракции.
18. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, включающий генерацию газообразных продуктов сгорания, используемых на стадии (а), в избытке воздуха и подачу на стадию (а) газообразных продуктов сгорания и воздуха.
19. Способ обработки по любому из пп.1-17, в котором стадия (а) включает нагревание сырья, подаваемого на обработку, до температуры 400-650шС в результате непосредственного контакта с газообразными продуктами сгорания и воздухом.
20. Процесс Байера, предназначенный для экстрагирования очищенного оксида алюминия из сырья, подаваемого на обработку способом Байера, причем такой процесс Байера включает способ обработки, предназначенный для очистки сырья перед экстрагированием очищенного оксида алюминия из обработанного сырья, включающий следующие стадии:
(a) нагревание сырья для процесса Байера до температуры 400-650шС в результате непосредственного контакта с газообразными продуктами сгорания и
(b) охлаждение нагретого сырья до температуры, обеспечивающей возможность совершения с ним ручных манипуляций и подачи в процесс Байера,
причем такой способ отличается тем, что осуществляют регулирование времени контакта сырья, подаваемого на обработку, при температурах в вышеуказанных пределах для стадии (а), с целью обеспечения разложения присутствующих в сырье тригидрата оксида алюминия и моногидрата оксида алюминия путем их дегидратации, в то время как
(i) не происходит значительного образования моногидрата оксида алюминия из тригидрата оксида алюминия, или
(ii) не происходит снижения остаточного количества связанной воды до такой степени, что начинает проявляться вредное воздействие на процесс экстрагирования, или
(iii) не отводится достаточного времени для контакта с парами воды, при котором начинает проявляться медленная потеря способности к экстрагированию, зависящая от наличия паров воды.
21. Процесс Байера по п.20, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 5 мин.
22. Процесс Байера по п.20, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 1 мин.
23. Процесс Байера по п.20, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 10 с.
24. Процесс Байера по любому из пп.20-23, в котором средний размер частиц сырья, подаваемого на стадию (а), относительно мал для того, чтобы не происходило перегрева оболочек частиц водяным паром или исключалось какое-либо иное нежелательное влияние на них паров воды.
25. Процесс Байера по любому из пп.20-24, в котором частицы сырья, подаваемые на стадию (а), имеют узкое распределение по размеру, вследствие чего очень мелкие частицы не перегреваются парами воды или не испытывают какого-либо их иного нежелательного воздействия, в то время как завершается термообработка сердцевинных частей более крупнозернистых частиц.
26. Процесс Байера по любому из пп.21-25, в котором способ обработки включает измельчение сырья перед его подачей на стадию (а).
27. Процесс Байера по любому из пп.21-26, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 5 мм.
28. Процесс Байера по любому из пп.21-27, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 2 мм.
29. Процесс Байера по любому из пп.21-28, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на ситх ё отверстиями размером 1 мм.
30. Процесс Байера по любому из пп.21-29, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 30 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм.
31. Процесс Байера по любому из пп.21-30, в котором сырье, подаваемое на обработку, содержит не более 20 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм.
32. Процесс Байера по любому из пп.21-31, в котором сырье, подаваемое на обработку, содержит не более 10 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм.
33. Процесс Байера по любому из пп.21-32, в котором способ обработки включает предварительное нагревание сырья перед его подачей на стадию (а).
34. Процесс Байера по любому из пп.21-33, включающий деление сырья, подаваемого на обработку, по признакам его чувствительности к изменению температуры или действию паров воды и селективный ввод потоков разделенного сырья на стадию (а) в соответствии с указанной чувствительностью или чувствительностями.
35. Процесс Байера по п.34, включающий ввод фракции сырья, содержащей тригидрат оксида алюминия, на стадию (а), где газообразные продукты сгорания достаточно охлаждены, так что понижается вероятность потери экстрагируемости из-за использования более горячих газов, способствующих разложению тригидрата оксида алюминия, содержащегося в такой фракции.
36. Способ обработки по п.34, включающий введение мелкозернистой фракции частиц сырья на стадию (а), где газообразные продукты сгорания достаточно охлаждены, в результате чего имеется низкая вероятность потери экстрагируемости из-за применения более горячих газов, способствующих разложению пылевидной части такой фракции.
37. Процесс Байера по любому из пп.21-36, в котором способ обработки включает генерацию газообразных продуктов сгорания, используемых на стадии (а), в избытке воздуха и подачу на стадию (а) газообразных продуктов сгорания и воздуха.
38. Процесс Байера по любому из пп.21-37, в котором стадия (а) включает нагревание сырья до температуры 400-650шС в результате непосредственного контакта с газообразными продуктами сгорания и воздухом.
Текст
1 Настоящее изобретение относится к усовершенствованию минералогического или химического состава природного или синтетического сырья для процесса производства оксида алюминия. Настоящее изобретение особенно полезно для повышения концентрации бемитных бокситов, используемых в производстве оксида алюминия и химикалиев на его основе,главным образом, с помощью процесса Байера. Различные технические решения настоящего изобретения имеют общий отличительный признак, состоящий в нагревании сырья для процесса получения оксида алюминия с целью осуществления термической дегидратации и удалении органического углерода или его конверсии в такую форму, которая не способна экстрагироваться водной фазой с попаданием на стадию автоклавного переваривания сырья для получения оксида алюминия. Как будет описано ниже, в таком варианте процесса могут использоваться дополнительные стадии. Доминирующая технология экстрагирования очищенного оксида алюминия из сырья для процесса получения оксида алюминия, представляет собой процесс Байера. В процессе Байера оксид алюминия экстрагируют из сырья для процесса его производства (чаше всего в виде боксита) путем контактирования измельченного сырья для процесса получения оксида алюминия с горячим раствором соды, обычно под давлением, с целью растворения оксида алюминия. В том случае, когда сырье для процесса получения оксида алюминия, главным образом, содержит гиббсит (минеральная форма тригидрата оксида алюминия), экстрагирование оксида алюминия из боксита можно проводить с помощью раствора каустической соды при температуре обычно в интервале 100-175 С. Если же сырье для процесса получения оксида алюминия содержит, главным образом, бемит, или диаспор(минеральную форму моногидрата алюминия),то обычно требуется использование температур в интервале 200-300 С. В этих случаях требуется более высокая температура обработки, поскольку наличие моногидратных форм вызывает нестабильность растворов каустической соды, содержащих высокие концентрации растворенного оксида алюминия, желательные для последующей переработки, если не реализуется высокая степень устранения таких форм путем автоклавного переваривания при таких температурах, когда указанные жидкости являются стабильными системами. Высокотемпературная обработка перевариванием в автоклаве связана с рядом таких недостатков, как значительные затраты на оборудование, за счет использования более крупных систем для нагревания и однократного испарения жидкостей (например, применение 11 стадий вместо 3), а также более дорогих материалов и спецификаций для конструирования. В случае наличия смешанных форм из тригидрата 2 и моногидрата, как это имеет место для большинства природных бокситов, может применяться процесс двухстадийного переваривания,когда остатки от переваривания на первой низкотемпературной стадии дополнительно перевариваются на второй высокотемпературной стадии. После переваривания в автоклаве смесь из переваренного твердого остатка и обогащенной каустической жидкости приводят к атмосферному давлению путем однократного испарения с целью выкипания воды. Твердый остаток(обычно обозначаемый как красный шлам) отделяют от обогащенного алюминатом каустического щелока, обычно с использованием комбинации стадий осаждения, фильтрации и промывания, причем как обогащенный щелок, так и промывную жидкость осветляют с использованием фильтров, работающих под давлением. Объединенный поток осветленной жидкости подается в цикл осаждения, где происходит его охлаждение и затравка твердыми частицами тригидрата оксида алюминия с целью индуцирования осаждения твердого тригидрата алюминия из жидкости. Полученный в результате поток осажденного шлама разделяют на поток отработанного щелока и потоки твердых частиц,градированные по размеру частиц в результате применения операций осаждения, циклонной обработки или фильтрации, либо комбинации этих процессов. Крупнозернистые твердые вещества представляют собой продукт, и их подвергают промывке и подают на стадию кальцинирования, где подвергают обжигу с получением оксида алюминия. Твердые частицы промежуточного и мелкого размера отделяют и возвращают в цикл осаждения, часто после, по крайней мере, грубого обезвоживания, например, в циклонах и на фильтрах, с целью их агломерации и получения затравки. Обычно мелкозернистую затравку промывают перед рециркуляцией в цикл осаждения, с целью удаления оксалата твердой фазы, осажденного совместно с оксидом алюминия (который может препятствовать внедрению мелкозернистого материала в композитные крупнозернистые частицы в процессе осаждения), или удаления органических соединений, способных оказывать неблагоприятное влияние на активность затравки. Отработанный щелок возвращают на стадию варки, обычно после некоторой реконцентрации путем выпаривания, где его приводят в контакт с дополнительным количеством сырья для процесса производства оксида алюминия. Процесс Байера используется на коммерческой основе уже в течение примерно 100 лет и хорошо известен специалистам в этой области техники. Сырье для процесса получения оксида алюминия, особенно бокситы, включает ряд примесей помимо гидратных форм оксида алю 3 миния. Основные примеси, представляющие собой соединения железа, титана и кремния,оказывают отрицательное влияние на процесс Байера в целом, включая воздействие на расходование таких агентов, как флокулянты, известь и каустическая сода, а также на образование накипи и качество продукта, причем это влияние главным образом сказывается на твердом шламовом остатке. Несмотря на очень низкие концентрации органического углерода в типичном сырье для процесса Байера, способный к экстрагированию органический углерод (0,02-0,35%) представляет собой очень важную примесь. Органические соединения, карбонаты и оксалаты, являющиеся производными органического углерода, содержащегося в сырье, обладают способностью к накоплению в циркулирующих жидкостях, изолируя каустическую соду, которая в противном случае доставляет оксид алюминия со стадии автоклавной варки на осаждение, и тем самым оказывают серьезное отрицательное влияние на производительность процесса. Хотя карбонаты и оксалаты могут выводиться из рабочего цикла в результате каустификации разнообразных промывных жидкостей или осаждения известью, уменьшение уровня содержания других органических производных углерода может быть достигнуто путем окисления под давлением (что сопровождается опасностью взрыва и образованием больших количеств оксалата и карбоната, подлежащих последующему удалению), или спуском каустических растворов на предмет их нейтрализации и удаления (что является основным экономическим расходом за счет стоимости пополнения каустической фазы) или концентрации выпариванием с последующей деструкцией путем сжигания (что сопровождается повышением стоимости энергетических и капитальных затрат). Кроме этого, органические соединения оказывают отрицательное влияние на процесс осаждения (проявляя отравляющее действие за счет адсорбции на активных центрах затравки) и способствуют переносу соды, в качестве примеси, в осажденный продукт. Оксалат, являющийся производным органического углерода, представляет собой относительно нерастворимое вещество и способен соосаждаться в виде оксалата натрия с тригидратом оксида алюминия, оказывая при этом отрицательное влияние на размер частиц продукта, его морфологию и химию, а также снижая сопротивление частиц к истиранию. В свете описанных выше эффектов, возникает необходимость в обеспечении условий, препятствующих осаждению оксалата в тех же отстойниках,где мелкозернистый оксид алюминия подлежит цементированию в композитные частицы под воздействием введенной ранее порции осадителя на основе гидрата оксида алюминия, а в связи с высокой устойчивостью оксалата, его растворимость оказывает сильное отрицательное 4 влияние на крепость щелока и, на большинстве установок по очистке оксида алюминия крепость каустической соды, обеспечивающей перенос оксида алюминия, также ограничена степенью подвода предшественников оксалата и оксалата, производимого за счет окисления других органических соединений. Таким образом, органические соединения,присутствующие в сырье для производства оксида алюминия, в значительной мере ответственны за установление пределов производительности процесса Байера, состоящих в регулировании максимального уровня содержания соды в щелоке, определении степени изолирования соды от выполнения ею полезных функций, состоящих в доставке оксида алюминия, и учете функций органики в качестве яда процесса осаждения. Как отмечалось выше, наличие моногидрата оксида алюминия в сырье для производства оксида алюминия, обусловливает необходимость осуществления высокотемпературной варки в автоклаве. Следует отметить и некоторые другие особенности, связанные с наличием моногидрата оксида алюминия. Варка сырья для производства оксида алюминия при высоких температурах приводит в результате к протеканию побочных реакций (например, образования титановых фаз), снижающих эффективность такой обработки. По этой причине часто проводят добавление извести. Скорость потребления извести для этих целей, а также для каустификации и деструкции оксалата вполне достаточна для того, чтобы стало оправданным конструирование специально предназначенных известково-обжигательных печей на большом числе участков окружающей среды. Кроме этого, температура варки часто ограничена используемым давлением, при котором бойлеры могут работать в безопасном и эффективном режиме, что накладывает более высокие ограничения на значение концентрации оксида алюминия в щелоке для высокотемпературной варки, чем для низкотемпературной варки, и приводит к нестабильности жидкостей с высокими концентрациями оксида алюминия в присутствии твердых остатков, которые все еще содержат дестабилизирующий моногидрат оксида алюминия. Таким образом, автоклавная варка сырья для производства оксида алюминия, содержащего моногидрат оксида алюминия, в действительности менее продуктивна, чем актоклавная варка алюминийоксидного сырья, содержащего небольшое количество моногидрата оксида алюминия или не содержащего его совсем. С целью устранения такого недостатка, на некоторых установках по переработке оксида алюминия осуществляют ввод алюминийоксидного сырья,содержащего небольшое количество или совсем не содержащего моногидрат алюминия, в охлаждающие варочные жидкости резервуаров мгновенного испарения, при таких температу 5 рах и временах контакта, которые препятствуют быстрому разложению щелока под воздействием остатков высокотемпературной варки. Такой процесс называют облагораживанием. Этот процесс значительно усложняет схему обработки, поскольку в таком случае требуется наличие отдельных измельчающих и суспендирующих систем для впрыскивания сырья с низким содержанием моногидрата оксида алюминия. Поскольку важные реакции преобразования диоксида кремния в сырье в твердые алюмосиликаты натрия (с соответствующим их переводом в остатки) не могут быть завершены при температурах и временах контакта системы щелок/твердые вещества, процессы облагораживания вводимого сырья также повышают уровень содержания растворенного оксида кремния в варочных жидкостях, вызывая тем самым повышение количества оксида кремния, осаждаемого далее гидратом оксида алюминия, а также улучшая состояние проблем, связанных с образованием накипи при выпаривании, шламованием сырья для производства оксида алюминия и нагревания шлама. Для предотвращения проблем, связанных с образованием накипи, в технологическую схему, после осаждения гидрата,может быть добавлена стадия десиликатирования с затравкой алюмосиликатом. Кроме этого, высокотемпературная варка в автоклаве обеспечивает конверсию значительного количества кварца, содержащегося в сырье для производства оксида алюминия, в алюмосиликат натрия, который переходит в варочный остаток совместно с алюмосиликатом натрия,образовавшимся из более реакционноспособных форм оксида кремния. В условиях низкотемпературной обработки в автоклаве кварц переваривается в незначительной степени. Сырье для производства оксида алюминия с высоким содержанием моногидрата оксида алюминия, в сравнении с эквивалентным количеством кварца и общим содержанием оксида кремния, будет потреблять большее количество соды, что потребует более высокой степени пополнения таким дорогостоящим химическим агентом. Кроме этого, такое сырье, как правило,получит пользу от указанной обработки за счет удаления высвободившихся кварцевых частиц до подачи в процесс очистки оксида алюминия,при дополнительных затратах и усложнении технологической схемы, и, обычно, при значительном снижении минеральной ценности. Другое влияние высокотемпературной обработки перевариванием в автоклаве заключается в превращении части железа, содержащегося в сырье для производства оксида алюминия, в растворимые и коллоидные формы, способные проходить через осветляющие системы и в значительной мере поступать в осажденный гидрат оксида алюминия. Содержание железа в гидрате оксида алюминия, как и содержание оксида кремния, является решающим фактором, опре 002531 6 деляющим ценность кальцинированного гидрата у заказчиков оборудования для плавки алюминия, поскольку этими факторами определяется качество производимого высокочистого металла. Комбинированное воздействие высокого содержания железа в осветленном щелоке (переносимого моногидратом оксида алюминия в сырье для производства оксида алюминия) и низкого выхода оксида алюминия на стадии осаждения гидрата оксида алюминия (определяемого, как отмечалось выше, содержанием органических примесей и моногидрата оксида алюминия в сырье для производства оксида алюминия) потенциально оказывает очень вредное влияние на качество продукта, особенно в случае осложнений, связанных с наличием оксида кремния в гидрате процесса облагораживания. Как следует из приведенного выше обсуждения процесса очистки оксида алюминия по Байеру, существует два свойства сырья для производства оксида алюминия, оказывающих доминирующее влияние на сложность и производительность процесса Байера, а также существенно отрицательное влияние на конструкционные и эксплуатационные расходы, в особенности на потребительские расходы. Первое из этих свойств относится к содержанию моногидрата оксида алюминия, а второе - к содержанию способного к экстрагированию органического углерода (включая органические предшественники оксалата и яды гидратной затравки). Помимо процессов, в которых используется высокотемпературная реакция алюминийоксидного технологического сырья, в присутствии или отсутствии реагентов при высоких температурах (см. ниже), известные процессы, имеющие частичное отношение к последней из указанных проблем, содержанию экстрагируемого органического углерода, как правило, зависят от обработки побочного потока каустических щелоков в процессе Байера с целью удаления и деструкции соединений, являющихся производными вводимой органики. В соответствии с одним из известных процессов, боковая фракция каустического щелока подвергается выпариванию и смешивается с потоком, несущим пылевидный оксид алюминия и рециркулируемый твердый обожженный материал перед подачей в процесс высокотемпературного обжига, в котором все органические вещества разрушаются в результате протекания процессов пиролиза и сжигания. Твердый кальцинированный продукт, главным образом состоящий из алюмината натрия,разделяют на продукт и рециркулирующие компоненты. Продуктовый компонент рециркулируют в цикл процесса Байера для растворения, в результате чего выделяют оксид алюминия и соду, либо используют для растворения и специального получения продуктов на основе гидрата оксида алюминия. 7 Согласно другому известному способу,промышленный кислород, под давлением, вводят в циркулирующий, высокотемпературный варочный щелок (иногда в виде побочного потока, но также возможно и в виде основного потока) с целью осуществления конверсии органических примесей в окисленные газообразные формы, а также в растворенный карбонат натрия, более простые органические соединения и оксалат натрия. Такой процесс всегда объединяют с процессами с участием бокового потока с целью удаления продуктов реакции окисления под давлением, например, в результате каустификации известью для удаления карбоната, и"испарительного высаливания" бокового потока,когда такой поток подвергают существенному выпариванию с образованием осадка из солей натрия, включающих алюминат, карбонат, оксалат и органические соединения. Такой осадок выбрасывают или подвергают термическому разложению с целью выделения натрия и оксида алюминия. Удаление оксалата из рабочего цикла также проводят в боковом потоке, получая при этом мелкозернистые затравочные промывные жидкости или фракцию твердого оксалата, полученного кристаллизацией из выпаренного бокового потока отработанного щелока. Такой оксалат реагирует с известью с образованием оксалата кальция в виде осадка, который ликвидируют совместно с красным шламом, или, в случае твердого оксалата, подвергают термическому разложению в процессе деструкции других органических соединений, содержащихся в концентрированном щелоке. Удаление карбоната по реакции с известью также проводят в боковом потоке, проводя в этом случае отмывку промывного щелока с твердого остатка. Трудность переработки бокового потока с целью удаления органики и таких ее производных, как карбонат и оксалат, состоит в том, что переработка такого потока может быть эффективной лишь в том случае, когда количество таких примесей достигает значительной величины, обычно существенно неблагоприятной величины, в основном жидкостном контуре,включающем стадии автоклавной варки и осаждения. Эффективность таких процессов в отношении жидкостной очистки имеет ограничения,поскольку такие процессы уже должны иметь постоянные проблемы для того, чтобы эти процессы оказались эффективными в решении более значимых проблем. Способ, включающий термическую обработку сырья с преимущественным содержанием тригидрата оксида алюминия при умеренных температурах, результатом которого является частичное удаление органического углерода путем пиролиза и термического окисления, описан у Rijkeboer совместно с выходом литературного обзора по данной области техники. Со 002531 8 гласно такому способу, тригидрат оксида алюминия подвергают дегидратации и при этом существенно снижается уровень содержания органического материала, экстрагируемого растворами щелочи. В тексте настоящего описания специально ссылаются на патенты Kobayashi иBrown. В каждом из цитированных известных документов указывается, что при надлежащем проведении процессов термические обработки гарантируют отсутствие потерь в процессе экстрагирования оксида алюминия по сравнению с применением оригинальных гиббситных бокситов. Kobayashi указывает, что успех такого процесса заключается в поддержании молярного соотношения между связанной водой и оксидом алюминия (Аl2O3) на значении ниже 0,5. Brown специально оговаривает применение температур в интервале 300-400 С в течение 10-120 мин.Rijkeboer продемонстрировал, что даже в экстракционном тесте, дающем оптимистическое представление о процессе экстрагирования в процессе Байера (в связи с использованием в испытании чистой каустической соды вместо системы, имитирующей отработанный щелок Байера), условия, указанные Брауном, приводят к потерям в экстрагировании, проводимом в реальном оборудовании для термической переработки в результате конверсии тригидрата оксида алюминия в сырье в моногидрат оксида алюминия в форме бемита. Rijkeboer рекомендует конечный температурный интервал 400600 С и удерживание химически связанной воды в количестве ниже предела, рекомендованного Kobayashi. Также указывается, что ограничение условий проведения процесса, в том случае, когда на экстрагируемость не оказывается вредных воздействий, состоит в том, что обработку при наивысшей температуре следует проводить при давлении паров воды менее 2 кПа. Такое ограничение является чрезмерным, с точки зрения промышленной переработки, поскольку большинство промышленных топлив, в условиях горения обеспечивающих достаточное количество тепла для дегидратации при требуемой температуре, дают значения давлений паров воды в газах горения выше 2 кПа. Вследствие этого, единственным средством проведения процесса могла бы стать теплопередача через нагревательные элементы, которые сами должны обогреваться с помощью электроэнергии или посредством сгорания топлива. В случае промышленных процессов, обработка, по крайней мере, сотен из тысяч тонн (наиболее вероятно миллионов тонн) сырья в год, потребует использования такой площади теплопереноса (для нагревательных элементов), которая не может рассматриваться, как экономически привлекательное решение. Кроме этого, давление паров воды, связанное с завершением дегидратации сырья, будет выше 2 кПа, если не проводить очень сильное разбавление воздухом или другими газами, и даже в этом случае нагревание с исполь 9 зованием нагревательных элементов приводит к образованию больших количеств горячих газов,регенерация тепла из которых на стадиях предварительного нагрева и сушки сырья не представляется целесообразной. Следовательно, ни один из предложенных ранее тепловых процессов, способных оказывать влияние на удаление органического материала, сопровождающееся термической деградацией, но незначительно влияющий на экстрагируемость оксида алюминия из технологического сырья, не может эксплуатироваться в реальных промышленных условиях. В литературе имеется ссылка (Russell,1955) на процесс гашения моногидрата алюминия в форме бемита путем нагревания бемита на воздухе с целью снижения содержания воды в гидратированном оксиде алюминия, причем процесс проводят таким образом, что продукт способен растворяться в горячих растворах каустической соды в большей степени, чем исходный моногидрат оксида алюминия. Однако поскольку большинство видов сырья для производства оксида алюминия содержат как моногидратные, так и тригидратные формы, а в указанной ссылке не описываются условия одновременной дегидратации моногидратной и тригидратной форм, не оказывающей влияния на свойства продукта разложения тригидрата, и не предпринимались попытки обеспечения создания значительного давления водяных паров,цитированная ссылка никоим образом не решает проблему чувствительности к парам воды, обозначенную Rijkeboer. В связи с этим, в данной ссылке не указываются реалистичные в промышленном отношении средства улучшения характеристик моногидрата в сырье для производства оксида алюминия, которое, как правило,также содержит тригидрат оксида алюминия или средства удаления органических соединений в таких промышленно реалистичных условиях. В настоящее время неизвестен промышленно реализованный процесс, представляющий решение проблем, связанных с наличием моногидрата оксида алюминия в сырье для производства оксида алюминия, предназначенным для процессов, в которых осуществляют высокотемпературную реакцию сырья для производства оксида алюминия с другими химическими реагентами, включающими соду (или кальцинированную соду) и известь (или известняк). Такие процессы обычно применимы к сырью для производства оксида алюминия с высоким содержанием оксида кремния, способного перевариваться в автоклаве и потреблять соду подобно алюмосиликатам натрия в процессе Байера,осуществляемого без такой дополнительной стадии. В таких процессах вместо алюмосиликатов натрия образуются силикаты кальция (в качестве побочных продуктов) и, по-видимому,весь гидратированный оксид алюминия (как 10 тригидрат, так и моногидрат), содержащийся в сырье, превращается в алюминат натрия. В случае сырья для производства оксида алюминия,содержащего более 10% оксида кремния, как правило, более экономично использовать процесс Байера. Другими словами, использование таких процессов на большинстве видов сырья для производства оксида алюминия сопровождается значительными экономическими потерями, связанными с капитальными затратами и потреблением энергии. Необходимость в разработке реалистичного в промышленном отношении процесса, способного значительно улучшить сырье для производства оксида алюминия, содержащее как органический углерод, так и моногидрат оксида алюминия, а также отрицательные последствия таких характеристик сырья, связанные со сложностью очистки оксида алюминия и капитальными затратами, является в полной мере осознанным фактом в данной области техники. По существу, все технологические процессы, предложенные для удовлетворения указанной потребности, несовершенны в плане неполного разрешения проблем, связанных с трудностью очистки оксида алюминия, или проблем чисто экономического характера, либо проблем, связанных с усложнением технологической схемы в результате введения дополнительной очистки оксида алюминия, или такие процессы не подходят для реального промышленного применения в контексте очистки оксида алюминия. Авторами настоящего изобретения предложен процесс, эффективный в плане удовлетворения указанной потребности, но лишенный указанных выше недостатков. В соответствии с этим, настоящее изобретение предусматривает способ обработки сырья для производства оксида алюминия, с целью одновременного повышения достижимой степени вываривания оксида алюминия в расчете на единицу отработанного щелока, и снижения количества экстрагируемого органического углерода, причем такой способ включает следующие стадии:(a) нагревание сырья для производства оксида алюминия до температуры в интервале 400-650 С в результате непосредственного контакта с газообразными продуктами сгорания, и(b) охлаждение нагретого сырья до температуры, обеспечивающей возможность совершения с ним ручных манипуляций и подачи в процесс получения оксида алюминия, причем такой способ характеризуется тем, что осуществляют регулирование времени пребывания сырья для производства твердого оксида алюминия при температурах, имеющих значение в рамках указанного выше интервала, с целью обеспечения разложения присутствующих в сырье тригидрата оксида алюминия и моногидрата оксида алюминия путем их дегидратации, в то время как(i) не происходит существенного образования моногидрата оксида алюминия из тригидрата оксида алюминия, или(ii) количество остаточной связанной воды не снижается до такой степени, что это приводит к отрицательному воздействию на процесс экстрагирования, или(iii) не обеспечивается достаточное время контакта с парами воды, при котором становится заметной медленная потеря способности к экстрагированию, зависимая от количества паров воды. Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что в результате ограничения времени контакта между горячими газами,несущими пары воды, и сырьем для производства оксида алюминия, поддерживая температуру в указанном выше интервале, можно значительно уменьшить экстрагируемую часть органического углерода, значительно повысить степень гашения моногидрата алюминия и превратить тригидрат оксида алюминия в более легкоэкстрагируемую и растворимую форму. Предпочтительное время контакта составляет величину менее пяти минут. Более предпочтительное время контакта имеет значение менее одной минуты. Наиболее предпочтительное время контакта имеет значение менее 10 с. Было обнаружено, что процесс согласно настоящему изобретению в меньшей степени подвержен влиянию паров воды при снижении времени контакта в рамках указанного выше температурного интервала, и при временах контакта в интервале 1-10 с отсутствует измеримый эффект от влияния повышенного давления паров воды. При более длительных временах контакта эффект влияния давления паров воды усиливается, и при временах контакта более пяти минут пары воды оказывают существенное отрицательное воздействие на экстрагируемость оксида алюминия. Даже при наиболее коротких временах контакта существует возможность достижения почти полного устранения моногидрата и тригидрата оксида алюминия (образующих продукты дегидратации, которые в основном являются аморфными веществами при исследовании методом рентгеновской дифракции) и превращения значительной части органического углерода в формы, которые увлекаются отходящими газами, или не экстрагируются и не образуют оксалаты и карбонаты. В описании также раскрывается тот факт,что при указанных желательных временах контакта полезно регулировать распределение размера частиц сырья для производства оксида алюминия, подвергаемого нагреванию. Частицы более крупного размера, имеющие большую тепловую массу в расчете на единицу площади поверхности, и больший диаметр, должны обладать эффективной теплопроводностью и требуют более длительного воздействия для распро 002531 12 странения эффекта нагревания во внутреннюю часть объекта, причем внешняя оболочка таких частиц подвергается воздействию повышенных температур в течение более длительного времени в контакте с парами воды. В то же время более мелкие частицы будут нагреваться быстрее и, возможно, будут перегреваться, вследствие чего время контакта при заданной температуре для таких частиц, в идеальном случае, должно быть более коротким. Таким образом, предпочтительно, чтобы средний размер частиц сырья для получения оксида алюминия был относительно малым для предотвращения перегрева оболочек частиц или какого-либо другого влияния на них водяного пара. Кроме этого, предпочтительно, чтобы распределение частиц по размеру было достаточно узким, чтобы очень мелкие частицы не перегревались или не претерпевали какого-либо иного негативного воздействия водяного пара по мере завершения термообработки внутренних частей более крупных частиц. Следует избегать чрезмерного измельчения, поскольку такая операция имеет лишь незначительную отдачу, принимая во внимание тот факт, что в процессах очистки оксида алюминия обычно используют технологическое сырье, частицы которого, главным образом, проникают через отверстие в 1 мм, причем способ согласно настоящему изобретению может эксплуатироваться достаточно эффективно с использованием материалов с указанной спецификацией размера. Материалы с более грубой спецификацией обычно нуждаются в повторном измельчении после осуществления настоящего способа и перед подачей в процесс очистки оксида алюминия. Таким образом, наилучшей степенью измельчения служит такая степень, которая в большей мере подходит для желательной размерной спецификации процесса очистки оксида алюминия, осуществляемого таким образом, что не образуется избыточного количества мелких частиц. Предпочтительно, чтобы сырье для производства оксида алюминия измельчалось в такой степени, чтобы оно не содержало более нескольких весовых процентов, более предпочтительно, не более 5 вес.% частиц, удерживаемых на сите с отверстием в 5 мм. Более предпочтительно, чтобы сырье для производства оксида алюминия измельчалось в такой степени, чтобы оно не содержало более нескольких весовых процентов, более предпочтительно, не более 5 вес.% частиц, удерживаемых на сите с отверстием в 2 мм. Наиболее предпочтительно, чтобы сырье для производства оксида алюминия измельчалось в такой степени, чтобы оно не содержало более нескольких весовых процентов, более предпочтительно, не более 5 вес.% частиц,удерживаемых на сите с отверстием в 1 мм. Если не проводить предварительного измельчения до образования частиц с размером, 13 проходящим через сито с диаметром отверстий в 100 мкм, то предпочтительно, чтобы сырье для производства оксида алюминия, подаваемое в процесс согласно настоящему изобретению,содержало не более 30 вес.% материала, который способен проходить через отверстие диаметром в 20 мкм. Если не проводить предварительного размалывания до образования частиц с размером,проходящим через сито с диаметром отверстий в 100 мкм, то наиболее предпочтительно, чтобы сырье для производства оксида алюминия, подаваемое в процесс согласно настоящему изобретению, содержало не более 20 вес.% материала, который способен проходить через отверстие диаметром в 20 мкм. Если не проводить предварительного измельчения до образования частиц с размером,проходящим через сито с диаметром отверстий в 100 мкм, то наиболее предпочтительно, чтобы сырье для производства оксида алюминия, подаваемое в процесс согласно настоящему изобретению, содержало не более 10 вес.% материала, который способен проходить через отверстие диаметром в 20 мкм. Измельчение можно проводить в любом подходящем устройстве. Так, например, оно может осуществляться мокрым или сухим способом в стержневой или шаровой мельнице,полуавтогенно, в валковой дробилке обычного типа или работающей под давлением, в кольцевой или вибромельнице. Хотя желаемый контроль распределения частиц по размеру лучше всего достигается путем дробления в замкнутом цикле с использованием классифицирующего устройства, необходимость в такой операции будет определяться характеристиками разрушения сырья для производства оксида алюминия,т.е. его склонностью к переработке измельчением в мельнице с открытым циклом. Если используют сухой способ, то дробление в замкнутом контуре с успехом может быть осуществлено в таком устройстве с воздушной продувкой, как валковая мельница, или стержневая, шаровая или полуавтогенная мельница с воздушной продувкой. В таком способе горячие газы со стадии нагревания могут использоваться для сушки и транспортировки размолотого продукта при соответствующей экономии капитальных и энергетических затрат. Стадию нагревания/контактирования с газом можно проводить в любом устройстве, пригодном для осуществления контакта между мелкоизмельченным гранулированным материалом и газообразными продуктами сгорания, смешанными с предварительно нагретым воздухом в течение короткого и хорошо контролируемого времени контакта с последующим разделением системы газ-твердые вещества. Стационарные(кипящие и способные к свободному истечению) псевдоожиженные слои подходят для более длительных времен контакта в рамках под 002531 14 ходящего интервала значений, циркулирующие псевдоожиженные слои подходят для промежуточных времен контакта, и способствуют регулированию времени пребывания в соответствии с размером частиц в результате осуществления пневматической классификации перед циркуляцией более крупнозернистых твердых веществ для повторного контакта со свежими газами, а контактные системы вихревого и циклонного типов, включая газосуспензионные обжиговые печи с циклонным теплообменником, подходят для более коротких времен контакта более мелких частиц с более узким распределением по размеру. Кроме этого, в настоящем описании отмечается, что конечному нагреванию твердых веществ и их контакту с газами предшествуют одна или более стадии предварительного нагревания, которые вызывают некоторую термическую дегидратацию, понижающую тепловую нагрузку, давление паров воды и обеспечивают необходимое время контакта на стадиях конечного нагревания и газового контакта. Такие одна или более стадий предварительного нагрева необязательно могут осуществляться в любом из указанных устройств в результате контакта с отходящими газами с конечной стадии контакта с газом или с последней стадии предварительного нагревания. Таким способом может осуществляться противоточный теплообмен, обеспечивающий определенные преимущества для потребления технологического топлива, а технологическое сырье для производства оксида алюминия может быть тщательно кондиционировано, в результате чего имеющие место вариации его свойств будут в меньшей степени влиять на продукт настоящего способа. В этом контексте, никаких существенных практических ограничений не накладывается на время контакта или значение давления паров воды в таких низкотемпературных стадиях нагрева, хотя очень большие времена контакта при низких температурах способствуют образованию моногидрата оксида алюминия (который, несмотря на это, по-прежнему разлагается на конечной стадии контакта с газами). Охлаждение продукта может осуществляться любым способом, целесообразным с практической точки зрения. Нет необходимости проводить охлаждение до температуры окружающей среды, поскольку некоторая доля тепла продукта может использоваться на нагревание жидкости для очистки оксида алюминия, тем самым экономя энергию. Прямое охлаждение до подходящей температуры (возможно 100-200 С) с использованием воздуха, предварительно нагретого для технологического применения (в виде предварительно нагретого воздуха, поступающего в зону горения в качестве теплоносителя с конечной стадии предварительного нагрева, или горячего воздуха, непосредственно добавляемого на стадии предварительного на 15 грева или сушки) может служить наиболее эффективным методом охлаждения продукта, в то время как наружная охлаждающая техника требует теплопередачи вдоль теплообменных элементов, что вносит существенный вклад в усложнение технологического процесса и стоимость оборудования. Однако, если это необходимо, то наружное охлаждение может применяться без каких-либо обязательных недостатков с регенерацией тепла из охлаждающей жидкости или без него. В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, также существует возможность деления технологического сырья для производства алюминия в соответствии с его пригодностью для введения в различные точки процесса, находящиеся в различных условиях. В настоящем изобретении раскрывается тот факт,что из продуктов разложения тригидрата оксида алюминия и моногидрата оксида алюминия именно продукт разложения тригидрата оксида алюминия в технологическом сырье для производства оксида алюминия обладает наибольшей способностью к экстрагированию, и его экстрагируемость наиболее чувствительна к условиям проведения процесса, включая чувствительность к воздействию водяных паров и перегреву. Таким образом, наиболее уязвимым компонентом сырья в плане потери потенциальной способности к экстрагированию является тригидрат оксида алюминия в наиболее мелких фракциях сырья. Кроме этого, тригидрат оксида алюминия способен разлагаться при более мягких условиях в плане температуры и времени контакта, чем моногидрат оксида алюминия, и в таких условиях продукт его разложения менее склонен к потенциальной потере способности к экстрагированию. В способе согласно настоящему изобретению, где осуществляется теплообмен между газами и твердым сырьем, может быть выбран участок такого теплообмена, на котором газы имеют достаточно низкую температуру и обладают значительно меньшим потенциалом в плане потерь экстрагируемости при использовании таких газов для разложения сырья, содержащего мелкий тригидрат оксида алюминия или обогащенного им, причем в то же время производится ввод сырья, содержащего крупнозернистый моногидрат, с целью потребления тепла в процессе разложения на высокотемпературном участке. Таким образом, на стадии прямоточного нагрева, осуществляемой в газосуспензионных или вихревых печах, температурно-чувствительные фракции могут вводиться в виде потока, направленного вниз, в горячие газы, образующиеся в результате введения фракций, требующих использования высоких температур (например,фракций, содержащих крупнозернистый моногидрат), в результате чего температурночувствительные фракции не испытывают воздействия высоких температур. 16 Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, в том случае, если имеется плохое соответствие между коротким временем контакта в системе газ/твердое тело, необходимым для разложения тригидрата или моногидрата оксида алюминия в технологическом сырье для его производства, и временем, требующимся при высоких температурах, для желательного или наиболее эффективного удаления органического материала, существует возможность удерживания твердых веществ в течение более длительного времени при повышенной температуре,перед стадией охлаждения, после отделения продукта с наиболее высокотемпературной стадии процесса от газов, содержащих пары воды,например, в изолированном вращающемся барабане, в бункере для высокотемпературного хранения или в системе с псевдоожиженным слоем. Испытания процесса, раскрытого в настоящем изобретении, показали, что более длительные времена пребывания при повышенных температурах способствуют понижению общего содержания углерода в продукте, но в значительно меньшей степени влияют на содержание углерода, способного экстрагироваться в процессе очистки оксида алюминия, поскольку даже короткие времена пребывания придают соединениям углерода из органического сырья устойчивость к экстрагированию. В связи со сказанным выше, как правило, необходимо или полезно вводить такую поддерживающую стадию в процесс согласно настоящему изобретению. Способ, раскрытый в настоящем изобретении, составляет часть технологического цикла переработки сырья для получения оксида алюминия, охватывающую стадии от добычи до окончательной обработки оксида алюминия. В соответствии с этим, следующий аспект настоящего изобретения предусматривает процесс Байера, в который включен способ, раскрытый в настоящем изобретении. Как должно быть ясно специалисту в области переработки сырья для производства оксида алюминия и очистки оксида алюминия, настоящее изобретение может иметь множество различных модификаций, цель которых состоит в обеспечении соответствия между конкретными характеристиками сырья и инсталлированной технологической базой цикла переработки. Из прочтения описания настоящего способа специалистам в области термической переработки твердых гранулированных материалов или теплопередачи станут ясными другие модификации настоящего способа. Предполагается, что такие модификации охватываются объемом прилагаемой формулы изобретения. Примеры Пример 1. Образец обогащенного, высушенного, измельченного и просеянного (-1,0 мм+0,3 мм) боксита Weipa, имеющего состав, указанный в табл. 1, непрерывно подавали со скоростью 11,5 кг/ч на созданный в лабораторных 17 условиях псевдоожиженный слой диаметром 150 мм с внешним обогревом, который ожижали с помощью подогретого воздуха. Движущийся слой удаляли выпрессовкой, и продукт немедленно собирали в замкнутый сосуд и давали охлаждаться. Таблица 1. Бокситное сырье Weipa, используемое в примере 1% Fe2O3 13,2 Вес твердого материала в псевдоожиженном слое, в расчете на вес сырья, составил 2,5 кг, при среднем времени пребывания твердого материала в псевдоожиженном слое около 11 мин. Псевдоожиженный слой поддерживали при температуре 540 С. Ожижающий воздух вводили при температуре слоя со скоростью,достаточной для обеспечения поверхностной скорости потока вдоль диаметра слоя порядка 0,7 м/с. Проводили два следующих испытания, в одном из которых (тест 2) воду намеренно вводили в подложку псевдоожиженного слоя с целью создания давления паров воды в сжижающих газах порядка 18 кПа, а в другом (тест 1) давление паров воды обеспечивалось естественным путем в результате разложения боксита и за счет влагосодержания oжижающего воздуха(всего примерно 5 кПа). Результаты таких опытов по разложению представлены в нижеследующей табл 2. Взвешенный образец каждого из продуктов вводили в небольшой сосуд для работы под давлением, содержащий 100 мл синтетического отработанного щелока из процесса Байера (крепость раствора каустической соды составляла 280 г/л в расчете на карбонат натрия, крепость раствора карбоната натрия 30 г/л, концентрация оксида алюминия 112 г/л Аl2O3). Таблица 2. Продукты примера 1 Тест 1 Тест 2 Давление паров воды, кПа 5 кПа 18 кПа% Экстрагирования 85,6 81,2 Количество добавленного образца зависит от его химического состава и определяется таким образом, что если все количество оксида алюминия, доступное для переваривания, подвергнуто этому процессу, то конечная концентрация оксида алюминия будет составлять, в г/л,74% от конечной крепости каустической соды (в расчете на карбонат натрия), выраженной в г/л. Затем цилиндрический сосуд для работы под давлением герметизировали и содержимое в 18 течение 30 мин нагревали до температуры 175 С, причем в ходе нагрева сосуд вращали по периферии со скоростью 70 об/мин. После завершения этих операций сосуд охлаждали потоком холодной воды и содержимое сосуда подвергали разделению на твердую и жидкую фазы,твердые вещества промывали, взвешивали и подвергали химическому анализу. На основании проведенного анализа определяли степень экстрагирования оксида алюминия, доступного для экстрагирования. Полученные значения представлены в табл. 2. Анализ щелока на образование органического углерода и оксалата, обратно пропорциональное количеству боксита, показал,что количества органического углерода и оксалата, образующихся из боксита, оказываются ниже пороговой чувствительности метода анализа. Сравнительные значения для исходного боксита составляли 0,20% и 0,9 кг/т боксита. Описанный выше экстракционный тест представляет собой тест на чувствительность к экстрагируемости оксида алюминия в сырье,поскольку испытание проводится при относительно низкой температуре для исходного бемитного (содержащего моногидрат оксида алюминия) боксита, и целевым параметром является высокая концентрация оксида алюминия относительно концентрации каустической соды. При таком испытании исходного боксита, экстрагирование на том же базисе составляет величину ниже 80% от количества имеющегося оксида алюминия. Повышенные значения экстракции для обработанных образцов в некоторой степени увеличиваются в результате увеличения времени варки до двух часов, что не является обязательным для варки сырья для производства оксида алюминия, содержащего моногидрат,причем концентрация оксида алюминия в исходном щелоке не поддерживается с увеличением времени обработки из-за разложения варочного остатка на кристаллы моногидратной затравки. Тригидрат оксида алюминия, моногидрат оксида алюминия или другие кристаллические продукты разложения моногидрата или тригидрата оксида алюминия не были обнаружены методом рентгеновской дифракции ни в продукте переработки, ни в варочных остатках. Аналогичные испытания, проведенные при времени контакта в системе газ/твердые вещества порядка 5 мин, позволили установить очень похожее влияние паров воды при аналогичных экстракционных эффектах. Этот пример демонстрирует эффекты способа согласно настоящему изобретению, связанные с уменьшением подачи органического углерода в процесс очистки оксида алюминия и улучшенной экстрагируемостью при относительно низкой температуре варочной обработки в процессе Байера. Также продемонстрировано,что хотя при указанных временах контакта в системе газ-твердые вещества пары воды не 19 влияют на преимущества процесса, они оказывают существенное отрицательное воздействие. Пример 2. Обогащенный, высушенный и измельченный боксит Weipa, имеющий практически тот же состав, что и в примере 1, и аналитические данные по размеру частиц, представленные в табл. 3, непрерывно подавали со скоростью 40 кг/ч в снабженный внешним подогревом пилотный трубчатый декарбонизатор вихревого типа диаметром 150 мм, где его транспортировали на расстояние 9,8 м с помощью предварительно подогретого воздуха, полученного путем смешивания воздуха с продуктами горения пропана. В четырех точках вдоль вихревой трубки (на расстояниях 1,8, 3,8, 6,0 и 7,1 м) помещали дополнительные пропановые горелки для введения горячих газов сгорания с целью компенсации тепловых потерь в таком мелкомасштабном устройстве. Твердые продукты, которые отделяли от газов, отходящих из вихревого декарбонизатора с помощью циклонного устройства, собирали в барабане емкостью 200 л и давали охлаждаться. Таблица 3. Характеристики боксита Weipa, используемого в примере 2+0,1 мм 72% 0,02 мм 87% Время контакта твердых веществ в такой системе было аналогичным времени пребывания газа, которое, в свою очередь, зависит от средней скорости подачи газа. Боксит Weipa,содержащий как моногидратную, так и тригидратную формы оксида алюминия, пропускали через описанную установку дважды, один раз при пониженной температуре с целью предварительной дегридатации, осуществляющейся в подогревателях сырья, и один раз при повышенной температуре с целью завершения дегидратации с получением желаемого продукта. В каждом проходе использовали среднюю скорость подачи газа порядка 8 м/с. В связи с этим,время контакта в системе газ/твердые вещества для каждого прохода составляло 1-2 с. Температурный профиль для каждого из проходов изображен на чертеже. Проводили испытание, в котором воду принудительно впрыскивали в газы сгорания в вихревой трубке с целью создания давления паров воды во входящих газах порядка 26 кПа. Продукт, полученный за первый проход,удерживал 10,5% LOI, тогда как продукт, полученный за второй проход, удерживал 4,3% LOI. 20 Такой конечный продукт подвергали варочному испытанию по той же методике, что описана в примере 1, с целью экстрагирования 88,7% имеющегося оксида алюминия. Количество способного к экстрагированию углерода в продуктах составило величину ниже 0,01%, а скорость образования оксалата имела значение примерно 0,045 кг/т исходного боксита. Методом рентгенографического анализа не было обнаружено тригидрата оксида алюминия, моногидрата оксида алюминия или других кристаллических продуктов разложения моногидрата или тригидрата оксида алюминия ни в продукте обработки,ни в варочном остатке. Важный вывод, который можно сделать из результатов проведенного испытания в сравнении с испытанием по методике примера 1, состоит в том, что в системах, характеризующихся очень короткими временами контакта газа с твердыми веществами при температурах в интервале 350-700 С, не наблюдается существенного отрицательного влияния давления паров воды на свойства продукта, особенно на его способность к экстрагированию. Очень малые времена контакта эффективны для дегидратации боксита в плане тушения моногидрата оксида алюминия и перевода органики в неэкстрагируемые формы без потери экстрагируемости за счет дезактивации разложившегося тригидрата оксида алюминия. Пример 3. Обогащенный, измельченный и высушенный боксит, аналогичный тому, что использовали в примере 2, обрабатывали при скорости подачи сырья 0,6 т/ч через противоточный газоконтактный аппарат, состоящий из трех вихревых подогревательных трубок, предусматривая разделение в системе газ/твердые вещества в циклонных сепараторах между стадиями обработки, с последующей обработкой в вихревом декарбонизаторе, также снабженном циклоном для разделения системы газ/твердые вещества. Газы из первого вихревого декарбонизатора,после разделения системы газ/твердые вещества, подавались в третью вихревую подогревательную трубку для смешивания с твердыми веществами со второй стадии вихревого подогрева, и затем, после дополнительного разделения системы газ/твердые вещества, поток подавался во вторую вихревую подогревательную трубку для смешивания с твердыми веществами первой стадии вихревого подогрева, и, наконец,после еще одной стадии разделения в системе газ/твердые вещества, газы подавали в первую вихревую подогревательную трубку для смешивания со свежим сырьем. Твердые вещества с более ранних стадий подавались самотеком из запорных вентилей на днище циклонов на следующую стадию вихревого нагревания. Процесс регулировали таким образом,чтобы обеспечить среднюю скорость подачи газа в вихревой декарбонизатор порядка 6 м/с 21 при температуре входящих газов 660 С, температуре газов на выходе из декарбонизатора порядка 585 С, и средней температуре порядка 610 С, и для давления паров воды во входящих газах порядка 20 кПа. Подогретый материал,подаваемый в вихревой декарбонизатор, содержал 7,0% химически связанной воды и имел температуру, примерно, 415 С. Рассчитанное время пребывания газа в вихревом декарбонизаторе составило величину менее 1 с. Свойства полученного продукта существенно не отличались от свойств продуктов обжига, описанных в примере 2, их способность к экстрагированию имела величину более 88%. Условия проведения процесса и свойства полученного продукта сохранялись в течение более 24 ч непрерывного процесса (т.е. в течение примерно 150000 циклов вихревого обжига). На основании проведенных испытаний возможно получение расчетных параметров для масштабирования установки, предназначенной для обработки свыше 1 миллиона тонн бокситного сырья в год. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки сырья для процесса Байера перед подачей обработанного сырья в процесс Байера, предназначенный для экстрагирования очищенного оксида алюминия из обработанного сырья, включающий следующие стадии:(a) нагревание сырья для процесса Байера до температуры 400-650 С в результате прямого контакта с газообразными продуктами сгорания и(b) охлаждение нагретого сырья до температуры, обеспечивающей возможность совершения с ним ручных манипуляций и подачи в процесс Байера,причем такой способ отличается тем, что осуществляют регулирование времени контакта сырья, подаваемого на обработку, при температурах в вышеуказанных пределах для стадии (а),с целью обеспечения разложения присутствующих в сырье тригидрата оксида алюминия и моногидрата оксида алюминия путем их дегидратации, в то время как(i) не происходит существенного образования моногидрата оксида алюминия из тригидрата оксида алюминия, или(ii) не происходит снижения остаточного количества связанной воды до такой степени,что начинает проявляться вредное воздействие на процесс экстрагирования, или(iii) не отводится достаточного времени для контакта с парами воды, при котором начинает проявляться медленная потеря способности к экстрагированию, зависящая от наличия паров воды. 22 2. Способ обработки по п.1, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 5 мин. 3. Способ обработки по п.1, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 1 мин. 4. Способ обработки по п.1, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 10 с. 5. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором средний размер частиц сырья, подаваемого на стадию (а), относительно мал для того, чтобы не происходило перегрева оболочек частиц водяным паром или исключалось какое-либо иное влияние на них паров воды. 6. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором частицы сырья, подаваемые на стадию (а), имеют узкое распределение по размеру, вследствие чего очень мелкие частицы не перегреваются парами воды или не испытывают какого-либо их иного воздействия,в то время как завершается термообработка сердцевинных частей более крупнозернистых частиц. 7. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, включающий измельчение сырья перед его подачей на стадию (а). 8. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 5 мм. 9. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 2 мм. 10. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 1 мм. 11. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 30 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм. 12. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на обработку, содержит не более 20 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм. 13. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, в котором сырье, подаваемое на обработку, содержит не более 10 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм. 14. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, который включает предварительное нагревание сырья перед его подачей на стадию (а). 23 15. Способ обработки по любому из предшествующих пунктов, включающий деление сырья, подаваемого на обработку, по признакам его чувствительности к изменению температуры или действию паров воды и селективный ввод потоков разделенного сырья на стадию (а) в соответствии с указанной чувствительностью или чувствительностями. 16. Способ обработки по п.15, включающий ввод фракции сырья, содержащей тригидрат оксида алюминия, на стадию (а), где газообразные продукты сгорания достаточно охлаждены, так что понижается вероятность потери экстрагируемости из-за использования более горячих газов, способствующих разложению тригидрата оксида алюминия, содержащегося в такой фракции. 17. Способ обработки по п.15, включающий введение мелкозернистой фракции частиц сырья на стадию (а), где газообразные продукты сгорания достаточно охлаждены, так что понижается вероятность потери экстрагируемости из-за применения более горячих газов, способствующих разложению пылевидной части такой фракции. 18. Способ обработки по любому из предыдущих пунктов, включающий генерацию газообразных продуктов сгорания, используемых на стадии (а), в избытке воздуха и подачу на стадию (а) газообразных продуктов сгорания и воздуха. 19. Способ обработки по любому из пп.117, в котором стадия (а) включает нагревание сырья, подаваемого на обработку, до температуры 400-650 С в результате непосредственного контакта с газообразными продуктами сгорания и воздухом. 20. Процесс Байера, предназначенный для экстрагирования очищенного оксида алюминия из сырья, подаваемого на обработку способом Байера, причем такой процесс Байера включает способ обработки, предназначенный для очистки сырья перед экстрагированием очищенного оксида алюминия из обработанного сырья,включающий следующие стадии:(a) нагревание сырья для процесса Байера до температуры 400-650 С в результате непосредственного контакта с газообразными продуктами сгорания и(b) охлаждение нагретого сырья до температуры, обеспечивающей возможность совершения с ним ручных манипуляций и подачи в процесс Байера,причем такой способ отличается тем, что осуществляют регулирование времени контакта сырья, подаваемого на обработку, при температурах в вышеуказанных пределах для стадии (а),с целью обеспечения разложения присутствующих в сырье тригидрата оксида алюминия и моногидрата оксида алюминия путем их дегидратации, в то время как(i) не происходит значительного образования моногидрата оксида алюминия из тригидрата оксида алюминия, или(ii) не происходит снижения остаточного количества связанной воды до такой степени,что начинает проявляться вредное воздействие на процесс экстрагирования, или(iii) не отводится достаточного времени для контакта с парами воды, при котором начинает проявляться медленная потеря способности к экстрагированию, зависящая от наличия паров воды. 21. Процесс Байера по п.20, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 5 мин. 22. Процесс Байера по п.20, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 1 мин. 23. Процесс Байера по п.20, в котором время контакта на стадии (а) имеет значение менее 10 с. 24. Процесс Байера по любому из пп.20-23,в котором средний размер частиц сырья, подаваемого на стадию (а), относительно мал для того, чтобы не происходило перегрева оболочек частиц водяным паром или исключалось какоелибо иное нежелательное влияние на них паров воды. 25. Процесс Байера по любому из пп.20-24,в котором частицы сырья, подаваемые на стадию (а), имеют узкое распределение по размеру,вследствие чего очень мелкие частицы не перегреваются парами воды или не испытывают какого-либо их иного нежелательного воздействия, в то время как завершается термообработка сердцевинных частей более крупнозернистых частиц. 26. Процесс Байера по любому из пп.21-25,в котором способ обработки включает измельчение сырья перед его подачей на стадию (а). 27. Процесс Байера по любому из пп.21-26,в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 5 мм. 28. Процесс Байера по любому из пп.21-27,в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 2 мм. 29. Процесс Байера по любому из пп.21-28,в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 5 вес.% материала, удерживаемого на сите с отверстиями размером 1 мм. 30. Процесс Байера по любому из пп.21-29,в котором сырье, подаваемое на стадию (а), содержит не более 30 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм. 31. Процесс Байера по любому из пп.21-30,в котором сырье, подаваемое на обработку, содержит не более 20 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм. 32. Процесс Байера по любому из пп.21-31,в котором сырье, подаваемое на обработку, содержит не более 10 вес.% материала, способного проходить через сито с отверстиями размером 20 мкм. 33. Процесс Байера по любому из пп.21-32,в котором способ обработки включает предварительное нагревание сырья перед его подачей на стадию (а). 34. Процесс Байера по любому из пп.21-33,включающий деление сырья, подаваемого на обработку, по признакам его чувствительности к изменению температуры или действию паров воды и селективный ввод потоков разделенного сырья на стадию (а) в соответствии с указанной чувствительностью или чувствительностями. 35. Процесс Байера по п.34, включающий ввод фракции сырья, содержащей тригидрат оксида алюминия, на стадию (а), где газообразные продукты сгорания достаточно охлаждены,так что понижается вероятность потери экстрагируемости из-за использования более горячих газов, способствующих разложению тригидрата оксида алюминия, содержащегося в такой фракции. 36. Способ обработки по п.34, включающий введение мелкозернистой фракции частиц сырья на стадию (а), где газообразные продукты 26 сгорания достаточно охлаждены, в результате чего имеется низкая вероятность потери экстрагируемости из-за применения более горячих газов, способствующих разложению пылевидной части такой фракции. 37. Процесс Байера по любому из пп.21-36,в котором способ обработки включает генерацию газообразных продуктов сгорания, используемых на стадии (а), в избытке воздуха и подачу на стадию (а) газообразных продуктов сгорания и воздуха. 38. Процесс Байера по любому из пп.21-37,в котором стадия (а) включает нагревание сырья до температуры 400-650 С в результате непосредственного контакта с газообразными продуктами сгорания и воздухом.
МПК / Метки
МПК: C22B 1/02, F26B 3/06, C01F 7/44
Метки: усовершенствования, алюминия, оксида, обработка, процесса, сырья, производства
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/14-2531-obrabotka-syrya-dlya-usovershenstvovaniya-processa-proizvodstva-oksida-alyuminiya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Обработка сырья для усовершенствования процесса производства оксида алюминия</a>
Предыдущий патент: Гелеобразная фармацевтическая композиция, способ её получения и применение
Следующий патент: Устройство из трубопровода и футерующего его рукава и способ изготовления этого устройства
Случайный патент: Способ выполнения информационных телефонных вызовов