CN1320102A - 用于改进氧化铝工艺特性的进料处理 - Google Patents

Abstract

公开一种用于处理氧化铝工艺原料的方法,在把处理过的原料输送到由处理过的原料提取提炼的氧化铝的氧化铝工艺之前进行处理。处理方法包括:(a)通过与燃烧气体直接接触把氧化铝工艺原料加热到400℃～650℃的温度,和(b)把加热过的原料冷却到它能被处理并送至氧化铝工艺过程所在的温度。处理方法还包括控制氧化铝工艺原料在步骤(a)的温度下的接触时间,以保证三水合氧化铝和一水合氧化铝的分解。本方法还包括:(1)限制气体进入氧化铝工艺原料达到上述400～650℃范围以上温度的工艺阶段的最高温度(以下称为“最高温度段”),和/或(2)在最高温度段的入口气体温度以上的温度下,在燃烧气体进入的前一段或多个段中,通过保证采用与氧化铝工艺原料热脱水有关的主热负荷,而限制最高温度段的热输量。

Description

用于改进氧化铝工艺特性的进料处理

本发明涉及改进天然存在的和合成的氧化铝工艺原料的矿物和化学组成。本发明特别适合于提高用于生产氧化铝和氧化铝化学品的勃姆石型铝土矿，尤其是通过拜耳法。

本发明的实施方案具有加热氧化铝工艺原料的共通特征，使原料热脱水并除去有机碳或者把有机碳转化成在氧化铝工艺原料的水相蒸解时不能提取的形式。按下面的叙述可以使用附加的步骤。

从氧化铝工艺原料提取精制的氧化铝的主要技术是拜耳法。在拜耳法中，从氧化铝工艺原料中提取氧化铝(以铝土矿形式最为频繁)通常是在压力下，通过使研磨的氧化铝工艺原料与热的苛性碱溶液接触，以溶解其中的氧化铝。若氧化铝工艺原料含的主要是三水铝石(三水合氧化铝的一种矿物形式)，通常，在100-175℃的温度范围内，采用苛性碱溶液完成从铝土矿中提取氧化铝。若氧化铝工艺原料主要含勃姆石或水铝石(一水合氧化铝的一种矿物形式)时，一般需要以200-300℃程度的更高的温度。在这些情况下，需要更高的温度的蒸解，因为一水合物的形式能起到引起高含量溶解氧化铝的苛性碱溶液的不稳定的作用，而溶解的氧化铝是后续步骤所要求的，除非在这种液体的稳定温度下，通过蒸解而最大程度地消除这些矿物形式。以多得多的液体加热和闪蒸系统(例如，11段与3段之比)，并采用适于构建用的更贵的材料和规格，这都使高温蒸解造成生产设备费用显著增大的缺点。对于三水合物和一水合物混合的形式来说，当在许多天然存在的铝土矿的情况下，可以采用双重蒸解工艺，其中从低温第一段蒸解产生的残渣，可在高温第二阶段蒸解中进一步蒸解。

蒸解之后，使蒸解固体残渣/富集苛性碱液的混合物，借助于闪蒸恢复至大气压而蒸发掉水分。从富集液、含铝酸盐的苛性碱溶液中，通常是通过沉降或过滤和洗涤的组合，而经压滤机得到澄清的富集液和洗涤液，并把固体残渣(通常称为红泥)分离出来。澄清后合并的液体，送至沉淀环路中，在那里被冷却并用固体颗粒状的三水合氧化铝接种，以诱发固体三水合氧化铝从液体中沉淀。通过沉降、旋风分离或过滤或这些工艺的组合，而把所得到的沉淀浆料分成废液流和按粒径分级而成为固体流。粗固体代表产品，洗涤后被转移至焙烧段，在那里灼烧以产生氧化铝。中间的和细的固体，分别返回到沉淀环路，经常在至少经粗脱液后，例如，用旋风器或过滤器，以便聚集而产生晶种。

细晶一般在循环返回沉淀前要经过洗涤，或为了除去与氧化铝一起沉淀的固相草酸盐(它将在沉淀过程中干扰细物料进入复合粗颗粒中)，或者除去会使晶种失活的有机化合物。

废液返回蒸解步骤，通常通过蒸发而有些再浓缩后，再与进一步研磨的氧化铝工艺原料接触。

工业上使用拜耳法约有100年，且已为本领域内的技术人员所深入了解。

氧化铝工艺原料，特别是铝土矿，除了含有水合形式的氧化铝以外，还含有许多杂质。主要的杂质是铁、二氧化钛和二氧化硅的化合物，尽管在拜耳法中有着各种各样的缺陷，包括消耗品，如絮凝剂、石灰和苛性苏打，还有污垢的形成与产品质量、突出的是输送固体红泥残渣。

在代表性的拜耳法原料中，尽管可提取的有机碳仅以低含量(0.02％～0.35％)存在，但其仍为最主要的杂质。由原料中的有机碳产生的有机化合物、碳酸盐和草酸盐具有在循环液中聚集的能力、螯合苛性苏打、这些可使氧化铝从蒸解成为沉淀，因此，严重地冲击了该方法的生产能力。尽管碳酸盐和草酸盐能通过各种洗涤液的苛化或用石灰沉淀而从环路中除去，但是，实现其它有机碳衍生物含量的降低，则或通过压力氧化(它使危害急剧增长并且产生以后必须除去的大量草酸盐和碳酸盐)，或放掉苛性碱溶液，以用于中和或废弃(苛性碱补充费用是主要的经济负担)，或用于通过蒸发浓缩随后再通过燃烧破坏(高能量和投资成本)。有机化合物还干扰沉淀过程(通过吸附在晶种的活性部位上，具有晶种中毒的作用)，并且携带苏打作为污染物进入沉淀的产物中。由有机碳产生的草酸盐相对来说是不溶的，而且能与三水合氧化铝一起作为草酸钠沉淀，干扰产品的大小、形态和化学，并降低颗粒研磨的阻力。由于这些作用导致必须保证草酸盐不在同一沉淀槽内沉淀，在该沉淀槽中在沉淀氧化铝水合物的早期区段，细氧化铝粘接成为复合粒子，并由于草酸盐的稳定性高于其溶解度，有强烈逆转碱液浓度的作用，对于输送氧化铝有效的苛性浓度，在大多数的氧化铝提炼厂内，都要因草酸盐前体的输入和由其它有机物氧化所产生的草酸盐而受到限制。

也就是说，通过设定苛性碱液体中苏打的最高含量，确定苏打偏离其运送氧化铝的有用目的而被螯合的程度，以及对沉淀过程起中毒作用，氧化铝工艺原料中的有机物，对于拜耳法的生产能力形成的限制负有主要的责任。

为了推动高温蒸解的需求，早已提到在氧化铝工艺原料中一水合氧化铝的影响。还提到了一水合氧化铝的其它一些影响。在高蒸解温度下蒸解氧化铝工艺原料会产生副反应(如二氧化钛相的产生)，从而降低了蒸解的效率。为此，经常加入石灰。为此目的和为苛化以及破坏草酸盐，石灰的消耗速度足够证明在许多场合中可建设专用石灰窑。另外，蒸解温度经常要受到锅炉安全并有效操作时的压力的限制，从而导致用于高温蒸解比低温蒸解时对碱液中的氧化铝浓度有更大的限制，使含有不稳定的一水合氧化铝的固体残渣存在下的高氧化铝浓度的碱液具有不稳定性。因此，含有一水合氧化铝的氧化铝工艺原料的蒸解，生产性自然低于几乎不含一水合氧化铝的含氧化铝原料的蒸解。为了弥补运一不足，某些氧化铝加工厂，把少含或不含一水合氧化铝的含氧化铝原料，在适于使高温蒸解残渣中的一水合氧化铝不会很快地引起液体分解的温度和接触时间下，投向闪蒸容器内的冷却的蒸解液中。这一工艺称为脱硫。该工艺显著地增加了处理的复杂性，还要求独立的研磨和制浆系统，以用于投入低含量的一水合氧化铝的原料。由于导致原料中的二氧化硅形成固体硅铝酸钠(移送至残渣处)的重要反应，不能在投入原料的液体/固体接触的时间和温度下完成，所以，该反应提高了蒸解液中溶解的二氧化硅含量，从而提高了后续的与氧化铝水合物沉淀的二氧化硅的含量，并在蒸发、氧化铝工艺原料浆料化和加热苛性碱液体和浆料中出现结垢问题。为了防止结垢，在水合物沉淀后，可把硅铝酸盐接种的脱硅操作添加到流程中。

此外，高温蒸解会导致氧化铝工艺原料中大部分各种形式的石英转变成硅铝酸钠，它与由反应性更强形式的二氧化硅所形成硅铝酸钠一起移送至蒸解残渣中。石英在低温蒸解时蒸解并不明显。具有高含量一水合氧化铝的氧化铝工艺原料，对于等量的石英和总二氧化硅含量来说，消耗更多的苛性苏打，所以，需要大量补充这种昂贵的化学品。此外，尽管需更多的费用和存在着工艺复杂性以及通常对矿物价值可观的损失，但是这样的原料通常是有益的，因为在供应给氧化铝提炼工艺之前，已进行处理除去了游离的石英颗粒。

高温蒸解的另一影响是氧化铝工艺原料中的某些铁转化成可溶性和胶体形式，这种形式能流经澄清系统并主要移送至沉淀的氧化铝水合物中。氧化铝水合物中的铁含量，与二氧化硅含量一起，对于铝冶炼厂用户来说，是焙烧水合物评估的重要决定因素，因为它影响所生产的高纯金属的质量。澄清液中的高铁(由氧化铝工艺原料中的一水合氧化铝所产生的)与氧化铝水合物沉淀中的低氧化铝产率(如上所述由氧化铝工艺原料中的有机杂质和氧化铝工艺原料中的一水合氧化铝所产生的)结合，尤其是与脱硫法的水合物型的二氧化硅相结合时，对于产品的质量有潜在的、巨大的损害。

由拜耳法氧化铝提炼工艺的讨论，很明显氧化铝工艺原料有着两种性质，该性质对将其加入的拜耳法的复杂性和生产能力有着重要影响，并对水合产物质量有显著的负面影响和对构建和操作费用有更多的负面影响尤其是消耗品的费用。首先是一水合氧化铝的含量，其次是可提取的有机碳的含量(包括草酸盐前体的有机物和水合物晶种毒物)。

除了包含氧化铝工艺原料在高温下与或不与试剂进行的高温反应的工艺外(见下)，现有技术的工艺涉及部分这些后述的问题，即有关可提取的有机碳，普遍依赖于对在拜耳法中的苛性碱液的侧流进行处理以去除和破坏来自有机给料生成的化合物。在一种现有技术的方法中，将苛性碱液体的侧流在进入高温焙烧工艺之前，进行蒸发，再与含氧化铝的灰混合和循环的固体焙烧物料混合，在该高温焙烧工艺中通过热解和燃烧过程所有的有机物质都被破坏。基本上由铝酸钠组成的固体焙烧的产物，被分成产物和再循环部分。产物部分或循环进入拜耳溶解工艺过程，由此回收氧化铝和苏打成分，或用于溶解生产专用的氧化铝水合产物。

在另一个现有技术的方法中，加压工业氧被注入循环高温蒸解苛性碱液中(可能作为侧流，但也有可能作为主流)，以便有效地将有机杂质转化成为氧化的气体物质，并且使碳酸钠、较简单的有机化合物和草酸钠进行溶解。这种方法往往与去除加压氧化产物，如通过用石灰苛化去除碳酸盐的侧流工艺，以及与侧流“盐析蒸发”法配合，其中侧流基本上蒸发成钠盐饼，包括铝酸盐、碳酸盐、草酸盐和有机化合物。这种饼或清除掉，或经热分解以回收钠和氧化铝的有效成分。

由环路中去除草酸盐也是在侧流中进行，通过由蒸发废液的侧流所结晶而制取的细晶种洗涤液，或固体草酸盐流。草酸盐与石灰反应产生草酸钙沉淀，它可与红泥一起清除掉，或者，在固体草酸盐的情况下，可进行热分解，通常是采用破坏含于浓缩液体内的其它有机物的方法。

通过与石灰反应的碳酸盐的除去也可以在侧流进行，在这种情况下由洗涤固体残渣产生的洗涤液进行洗涤。

采用侧流处理去除有机物及其衍生物如碳酸盐和草酸盐的困难在于，侧流的处理，在经蒸解和沉淀的主液环路中，所述杂质已达到很高浓度时才有效，但通常此时已产生许多的麻烦事。这些净化苛性碱液的方法的有效性是有限的，因为，为使这些有效降低的方法的持久困难肯定早已存在，这就是为什么是个大问题的原因。

牵涉到在足够的温度下热处理主要的三水合氧化铝的工艺原料，导致有机碳通过热解和热氧化作用而部分消除，运与现有技术的文献评论一起，为Rijkeboer所叙述。在这种方法中，三水合氧化铝脱水并且在苛性碱溶液中可提取的有机物的含量显著降低。特别有关的是Kobayashi和Brown的专利。每份所述现有技术文件的文献都公开了这种热处理，假若使用得当，对比原先的三水铝石型的铝土矿，其氧化铝可提取能力没有损失。Kobayashi指出成功在于保持结合水与氧化铝(Al₂O₃)的摩尔比在0.5以下。Brown特别要求温度要保持在300～400℃的范围内持续10～120分钟。Rijkeboer证实即使进行提取试验，在拜耳法进行最有利的提取方案(因为它以纯苛性苏打液开始代替模拟的废拜耳液)，并采用为Brown指明的条件，在实际的热处理装置中通过原料中的三水合氧化铝转化成勃姆石型的一水合氧化铝，最终也会产生提取的损失。Rijkeboer推荐400～600℃的最终温度范围并保留化学水低于Kobayashi的限度。他也指出假若可提取性不是受有害的影响，对该方法的限制就在于最高温度处理应在水蒸汽压低于2kPa下进行。这一限度从工业处理的观点来看是有极限的，因为大多数的工业燃料都是在预定的温度下，通过燃烧引入脱水足够的热量，在燃烧气体内产生水蒸汽的含量超过2kPa。因此，进行该方法的唯一装置是通过加热元件进行热转移，元件本身或用电加热，或经燃料的燃烧加热。对于每年至少处理几十万吨(最有可能的是百万吨)原：料的工业方法来说，要求的热转移面积(加热元件的)将不会产生经济上有吸引力的结局。此外，与原料完全脱水有关的水蒸汽压力将高于2kPa，除非用空气或某些其它的气体高度稀释，即使使用加热元件进行加热，最终也会产生大量的热气体，以预热和干燥原料的形式从这些热气体中回收热量将不是实际的。结果，在现有技术中没有提出一种热处理的方法，伴随着热脱水具有去除有机物的作用，同时在工业实际条件下，从氧化铝工艺原料中氧化铝的提取能力没有受到显著影响。

还有有关的现有技术文献(Russell,1955)，即，借助于在空气内加热勃姆石而消除勃姆石型的一水合氧化铝，以成为水含量较低的水合氧化铝，它是以这样的方式进行，对比原来的一水合氧化铝产物能在更大程度上溶解于热苛性碱溶液中。然而，由于大多数的氧化铝工艺原料都含有一水合物和三水合物，而这篇现有技术并未包括一水合物和三水合物同时脱水的条件，它并不影响三水合物分解产物的性质，并且该项现有技术也没有试图保证使足够的水蒸汽压力存在，公开的内容没有以任何的方式克服由Rijkeboer发现的水蒸汽敏感性的问题。因此，这公开的内容没有指明在氧化铝工艺原料中处理一水合物的工业的实际方法，或者在这样的工业实际条件下去除有机化合物的工业实际方法。

目前还没有工业上可行的现有技术的方法，以解决氧化铝工艺原料中因一水合氧化铝引起的问题，除了与包括苏打(或苏打灰)和石灰(或石灰石)在内的其它化学试剂在高温下反应的方法以外。这些方法通常在没有另外步骤的拜耳法中，用于具有高含量二氧化硅的氧化铝工艺原料，二氧化硅被蒸解而作为硅铝酸钠消耗苏打。这些方法产生硅酸钙(作为副产品)代替硅铝酸钠，实际上原料中的全部水合氧化铝(三水合物和一水合物)都转化成了铝酸钠。就含有高达约10％二氧化硅的氧化铝工艺原料来说，应用拜耳法通常是更经济。也就是说，对于大多数的氧化铝工艺原料，这些方法在投资成本和能量消耗上，具有显著经济的代价。

要求工业上的实用方法已在现有技术中清楚地认识，该方法能显著改进含有有机碳和一水合氧化铝的氧化铝工艺原料，致使许多有关氧化铝提炼的复杂性和投资成本一类特性的负面问题也得到了显著地改进。实际上所有已提出的能满足这一需求的方法都有不足，或没有完全解决氧化铝提炼的困难，或要带来经济的负担，或要增加纯氧化铝提炼的复杂性，或者使在氧化铝提炼范围内的现有工业设施没有实用价值。

满足这一需求的有效方法已被发现，而且没有上述任何的缺陷。意外地发现了这一方法在特定的条件范围内应用最有效。这些条件通常限制已确定方法的热效率只是在能源消耗和设备的费用有大的经济不利。

由此，本发明提供了对一种处理氧化铝工艺原料方法的改进，能同时提高单位废液的可达到的氧化铝蒸解和降低可提取的有机碳，所述改进优化了方法的有效性或者降低了热效率的损失而无须兼顾方法的有效性。

应用本改选的方法包括下列步骤：

(a)通过直接与燃烧气体接触而使氧化铝工艺原料加热到400～650℃的温度，和

(b)把加热过的原料冷却至它能被处理并送入氧化铝工艺过程的温度。

所述方法还包括控制氧化铝工艺原料在上述范围的温度下的停留时间，以便保证通过脱水而使所存在的三水合氧化铝和一水合氧化铝分解，而同时：

(1)不由三水合氧化铝显著地形成一水合氧化铝，或

(2)不使减少的剩余结合水达到对提取有害影响的程度，或

(3)不允许与水蒸汽接触足够的时间，以使与可提取性受损失有关的水蒸汽的减少。

改进包括：

(1)限制气体进入到其中氧化铝工艺原料达到上述400～650℃温度范围内的工艺阶段的最高温度(以下称作“最高温度段”)，和/或

(2)在温度高于最高温度段进口气体的温度下，在燃烧气体进入的前一段或多个段中通过保证采用与氧化铝工艺原料热脱水有关的主热负荷，而限制进入工艺过程最高温度段的热输入量。

本发明者们意外地发现，通过限制氧化铝工艺原料所接触的最高气体温度，以便规定最高温度段的出口温度，同时观察出口温度和固体暴露于热的、含水蒸汽的气体的时间的其它必要的限制，这不仅使有机碳的可提取部分显著地减少，一水合氧化铝大量的消除和三水合氧化铝转化成更易提取和可溶的形式，而且还保证了在氧化铝提炼工艺中，这样处理过的氧化铝工艺原料的最佳的可提取性。

优选方案是，在本方法的最高温度段中，与固体接触的最高气体温度低于750℃。

更优选方案是，在本方法的最高温度段中，与固体接触时的最高气体温度低于700℃。

最佳方案是，在本方法的最高温度段中，与固体接触时的最高气体温度低于680℃。

现已公开，当最高气体温度由工艺过程的最高温度段降至接近出口温度时，本发明方法很少受细粒固体过热和氧化铝工艺原料中水蒸汽对细粒固体部分的影响，直到由于最高气体温度与约660℃的固体接触时，几乎测不出提高的水蒸汽压力或过热对细固体部分的影响为止。在与固体接触的较高最高气体温度时，较细部分中氧化铝的可提取性降低，直到温度高于约750℃以上时，对较细部分中氧化铝的可提取性的显著有害作用降低可提取性以接近原来的原料。此外，即使在最高气体温度低到510℃时，也有可能几乎实现一水合和三水合氧化铝的完全消失(形成基本上是X-射线衍射为无定形的脱水产品)并且使大部分的有机碳转化或进入废气，或成为不可提取的形式但不会形成草酸盐和碳酸盐，在最高温度段下的足够短的接触时间范围内(通常是低于5分钟)，以保证水蒸汽不会显著降低工艺过程的有效性，

为了与水蒸汽接触达到预定短的时间，而没有与固体接触的最高气体温度，有利于控制经过加热的氧化铝工艺原料的粒径分布。对于指定的接触时间来说，单位表面积具有较大热质的较大粒径和超过有效传导必要的较大直径，将需要用于加热更高的气体温度以实施穿透到芯，从而使粒子的外壳在与水蒸汽接触时能暴露于更高的温度下。同时，较细的粒子能很快地被加热，还可能过热，致使与这些粒子接触时的最高气体温度理想的是要降低。这样，供应给步骤(a)的氧化铝工艺原料的平均粒径应比较细，以保证颗粒外壳不过热或另外不受水蒸汽的影响。此外，供给步骤(a)的氧化铝工艺原料的粒径分布将是狭窄的，致使非常细的粒子不过热，或者另外不受水蒸汽的影响，同时完成较粗粒子的芯的热处理。应当避免过度研磨，因为稍有曲折即将花费，所以指定氧化铝提炼法一般能够加工处理的原料应该是大部分能通过1mm孔径的原料，并且，本发明的方法对具有这种粒径规格的物料能很快有效地处理。具有较粗规格的物料，按本发明的方法，在加到氧化铝提炼工艺过程之前，通常需要进行再次研磨。最好的研磨程度在于刚好适合氧化铝提炼工艺过程所要求的尺寸规格，以不产生过量的细物料的这样的方式进行完成。

优选方案是，研磨氧化铝工艺原料要使它滞留在5mm孔径筛子上面的颗粒不大于几个％(重量)，更好的是不大于5wt.％。

更好的方案是，研磨氧化铝工艺原料要使它滞留在2mm孔径筛子上面的颗粒不大于几个％(重量)，更好的是不大于5wt.％。

最好的方案是，研磨氧化铝工艺原料要使它滞留在1mm孔径筛子上面的颗粒不大于几个％(重量)，更好的是不大于5wt.％。

优选方案是，除非大部分研磨到能通过100微米的孔径，则用于本方法的氧化铝工艺原料，才能含有不大于约30％(重量)物料能通过20微米孔径的物料。

更好的方案是，除非大部分研磨到能通过100微米的孔径，被用于本方法的氧化铝工艺原料，才能含有不大于约20％(重量)物料能通过20微米孔径的物料。

最好的方案是，除非大部分研磨到能通过100微米的孔径，被用于本方法的氧化铝工艺原料，才能含有不大于约10％(重量)的物料能通过20微米孔径的物料。

研磨可在任何合适的设备内进行，例如，可以是湿式的，也可以是干式的，用棒磨机或球蘑机，半自动的，用冲击式破碎机如锤磨机，用多辊或压力式多辊破碎机，用滚压机或振动研磨机。通过在安装有分级装置的密闭环路中进行研磨，最好能达到预定控制的粒径分布，但这需要取决于氧化铝工艺原料的破碎特性，即，涉及在开放环路研磨时具有过度研磨倾向的程度。

假若以干式进行，那么密闭环路研磨用气吹式装置，如滚压磨机、锤磨机或棒、球或半自动的气吹式磨机将是有利的。按这种方式，可以使用来自加热段的热气体以干燥和研磨产品的输送，运与装置和能源费用的经济学有关。

加热/气体接触段可以在任何一种设备内完成，只要该设备适于细粒物料与混有预热空气的燃烧气体接触短时间并能良好地控制接触时间，接着进行气体与固体的分离。固定式(起泡和喷射)流化床，适于在合适的范围内较长的接触时间和较低的最高平均气体温度，循环流化床适于中等的接触时间和较低的最高平均气体温度，并且有助于通过再次与新鲜气体接触的粗固体循环之前，允许气动分级，而按照粒径控制停留时间，而闪蒸和旋风的接触系统，包括装有旋风预热器的气体悬浮煅烧炉，适于较细和更窄分布粒径的较短接触时间和较高的最高平均气体温度。

此外，在严格的温度范围内，最终加热和固体接触的气体能优选通过自身产生的某些热脱水作用的一个或一个以上的预热段而进行，从而降低了热负荷、水蒸汽压力和在随后的加热和气体接触段(a)的必要接触时间。所述这些预热段或多个预热段，必要时可通过与来自最终气体接触段或来自最后预热段的出口气体接触，而在上述任何的设备中实施。以这种方式可进行逆流热交换，具有工艺燃料耗尽的优点，并且氧化铝工艺原料能被仔细地加以控制，以便以其性能中天然存在的变化很少影响工艺的产品。在上述范围内，在这些较低温度的加热段中，对于接触时间和水蒸汽压力不存在显著的有实效的制约，尽管在低温下很长的时间，也能产生一些一水合氧化铝(尽管如此，仍会在最终气体接触段中分解)。

限制与固体接触的最高气体温度的经济上的显著影响，在于当最高气体温度更接近达到工艺过程最高温度段所要求的出口温度时，对给定转移至最高温度段中固体的热量而言，提高了向所述工艺过程添加的热气体量，导致能量消耗超过从预热段回收的能量，并且还导致增加处理更大体积气体的投资成本。

在本发明中公开的是，通过限制在本方法最高温度段中完成的脱水作用的数量，而在采用多段逆流工艺中能显著减轻这种影响，从而可完成而不因在预热段中进行较大比例的所要求脱水而受的损失。已意外地发现，对于在预热段新进入工艺过程的热气体的最高温度比进入最高温度段的最高气体温度的制约要少得多，假若这些新进入的热气体被最高温度段出口的气体稀释(如在逆流工艺中)，并且在那里这些气体通过更高的速度和该温度下出现的脱水程度以及在预热段脱水不完全的固体，能很快被冷却。当然，在新鲜的气体与从750℃最高温度段进来的气体混合的最高平均温度范围内，没有限制。从实用的观点来看，通常这时对新进入的气体温度，也将不予限制在低于约1500℃。由此，通过引入新的热气体，一般为空气稀释的燃烧气体，在温度高于气体被引入最高温度段所在的温度时，成为进入最后预热段的气体，在这一段由于总热效率较大，能实现更多的热脱水，因为进入工艺过程的热气体的总体积减少，在本说明书中公开的是，在最高温度段产生的较低程度的脱水作用并不在上述所制约的，具有局部过热或诱发氧化铝工艺原料中较细级分的可提取性损失的水蒸汽方面的一些问题的范围内，还公开了在较低温度预热段中产生的较高程度的脱水作用，并不以任何方式影响总产品的可提取性，即使物料在预热段中被加热到的温度和水蒸汽压力，能预先使三水合氧化铝转化成一水合氧化铝。事实上，当工艺以这样的方式进行时，没有证据认为有更多的三水合氧化铝转化成一水合氧化铝，因为目的实际上在于改进工艺的经济问题。

在本说明中还公开的是，本方法中，最高温度段中固体暴露于气体而不损害的最高温度，取决于氧化铝工艺原料在预热段中预先脱水的程度，如果预先脱水程度较高，则在高温段的最高气体温度必须稍有降低。这样，预热到灼烧失重7％时，在高温度所要求最高气体温度低于约685℃，而预热到灼烧失重达11％时，则允许最高达750℃的相应最高气体温度。这样对于一水合氧化铝含量高的原料来说，通过使用来自最终段的出口气体进行预热而脱水限制较多，对于使用通过燃烧气体的引入预热段的供热的燃料消耗量的优点限制也多。

产品的冷却可以以任何实用的方式进行。当把产品中的一些热量用于加热氧化铝提炼液体时，则没有必要冷却至室温，这样可以节约一些能量。为了工艺的应用(或作为预热的燃烧空气，作为从最终段出来进入预热段的热载体，或作为直接添加的热空气送入预热段或干燥段)，使用预热过的空气直接冷却至合适的温度(可能为100～200℃)，将是产品冷却的最有效的方式，作为间接冷却技术，需要并联交换元件的热转换，这显著增加了工艺的复杂性和设备的费用。然而，可以使用间接冷却而没有任何其它不可避免的缺陷，如有必要，则从冷却液体中回收热量，或不回收热量。

在本发明的另一方面中，还有可能按氧化铝工艺原料的适应性进行区分以在具有不同条件的不同点上引入工艺过程的氧化铝工艺方法。在三水合氧化铝和一水合氧化铝的分解产品中，是氧化铝加工处理原料中的三水合氧化铝的分解产品，它有着最高的可提取性，且其可提取性对工艺条件是最敏感的。包括水蒸汽敏感性和过热敏感性。因此，对潜在可提取性损失来说原料最易损坏性成分是原料较细部分中的三水合氧化铝。此外，三水合氧化铝在较温和的温度和接触时间条件下，对比一水合氧化铝更适于分解，在这种条件下，其分解产品对于潜在可提取性损失的损坏性较低。

在本方法中，由于在热气体和与原料固体之间存在着热交换，所以，有可能在工艺过程中选择这种热交换的位置，在热交换中气体要足够的冷，致使通过使用这些气体以分解含有细的三水合氧化铝或三水合氧化铝富集原料而大大降低可提取性损失的潜在能力，而同时，引入含有粗的一水合氧化铝的原料，以消耗在高温部位分解工艺过程中的热量。这样，在顺流加热步骤中，如采用气体悬浮液或闪燃焙烧装置，温度敏感部分从要求引入高温部分(例如，含粗的一水和物)向下游引入，以便温度敏感部分没有暴露于最高温度条件下的点。

本发明还有一方面，在为分解氧化铝工艺原料中三水合或一水合氧化铝所必须的短的气体/固体接触时间和为要求的或更有效的去除有机物的高温下所需要的时间之间，存在着失调，所以，在工艺过程最高温度段的产品与含水蒸汽的气体分离后，冷却前，有可能允许固体在提高的温度下再停留一段时间，例如，在保温的转鼓中，在高温贮藏筒仓或在流化床中。采用本发明公开的氧化铝提炼方法，以现在公开的方法的经验在于在提高温度下的较长时间，具有降低产品总碳含量的作用，而且对氧化铝提炼过程中可提取的碳含量的影响少得多，因为即使很短的停留时间也具有使任何残留的由原料中阻碍提取有机物衍生的碳化合物的作用。因此，不是通常有必要或有利地向本方法引入这样的一种保留步骤。

在本说明书中进一步公开的是，本文描述的方法和方法的改进，能通过对氧化铝工艺原料源的适宜处理而进一步改进。例如，对于一水合氧化铝对三水合氧化铝具有不同比例的原料源，本方法将得利于原料源的混合程度，致使一水合氧化铝含量不超过常规选择的限度。因为原料中的三水合氧化铝可以在比一水合氧化铝更低的温度下脱水，所以，这样的混合物能提高在指定的最后温度的预热中所达到的脱水相对程度，由此提高了引入预热段的热燃烧气体的量。以这种方式，通过利用减少离开本工艺过程热气体的总体积的机会，总的减少能量的消耗，如上所述，倘若引入含有高含量的一水合氧化铝的原料而不混合含三水合氧化铝的原料时，运一减少就达不到同一程度。

本公开的方法构成了包括选矿直到成品氧化铝的处理氧化铝工艺原料链的一部分。由此，本发明另一方面是提供一种包括本公开方法的拜耳法。本发明可以进行许多的改进，以适合原料的特殊性能和采用本加工处理链的装配技术基础，这些根据本发明的说明书，对于氧化铝原料加工处理和氧化铝提炼领域内的一般技术人员是清楚的，对于其它的改进，由本方法的描述对来自热处理固体颗粒物料或热转移领域内的一般技术人员也是显然的。对这种改进都将落入所附权利要求书的范围内。

实施例

实施例1

具有表1列出组分的Weipa铝土矿的选矿、干燥、研磨和过筛(-1.0mm+0.3mm)的样品，以每小时11.5kg连续加到外部加热的150mm直径的实验室用流化床中，该流化床用预热空气流化。流化床通过溢流卸料，且产品立即收集在密闭的容器内，使其冷却。

           表1：实施例1中的Weipa铝土矿原料

％Al2O3	56.0
		％SiO2	2.8
％LOI	24.7
		％Fe2O3	13.2

流化床中固体的重量，以原料为基础表示，测定为2.5kg，流化床内平均固体停留时间约为5分钟。流化床保温在恒定的温度下。在床温度下，流化空气以足以提供横跨床直径的每秒0.7米的表面速度的速率引入。把水仔细地射入流化床的底部，以产生10kPa流化气体的水蒸汽压力。

在511、540、570和598℃的温度下完成试验。分解试验产物的性能记录在表2中。

              表2：实施例1中的产品

	试验1	试验2	试验3	试验4
					气体温度℃	511	540	570	598
Al2O3,％	71.3	72.3	72.1	72.6
					SiO2,％	3.5	3.6	3.7	3.7
LOI,％	4.4	3.5	3.1	2.4
					Fe2O3,％	16.6	16.9	16.8	16.8
提取率,％	84.0	83.5	79.0	79.8

把每种产品的称重样品放入盛有100ml合成废拜耳液(以碳酸钠表示，苛性碱浓度为280gpL，碳酸钠浓度为30gpL，氧化铝浓度为112gpL Al₂O₃)的小压力容器内。所加样品的量依据其化学分析，并且以这样的方式测定，假如所有蒸解有效的氧化铝进行蒸解，最终氧化铝的浓度以最终苛性碱浓度gpL计，为gpL74％。然后，密封圆柱压力容器并再加热至175℃的内含物温度30分钟，在此期间以70rpm沿圆周旋转。结束时，容器以冷水流骤冷，并且使内含物经过固/液分离，固体进行洗涤，称重并化学分析。根据分析，测定提取有效的氧化铝的提取度。该值记录在表2中。通过X-射线衍射法，在处理过的产物或蒸解残渣中，检测不出三水合氧化铝、一水合氧化铝或一水合氧化铝或三水合氧化铝的其它结晶分解产物。

这样品证明了处理温度对氧化铝提取性的作用。就温度540℃而言，其提取与511℃时的试验结果一样。然而，对于570和598℃的处理温度的提取就急剧地下降。使用于这些试验的研磨原料过筛，以除去所有的在0.3mm以下的物料。也就是说，温度最敏感的物料均已被除去。

实施例2

把具有基本与实施例1中的组成相同的Weipa铝土矿经过选矿、干燥和研磨的样品，其粒径分析列于表3中，以每小时40kg连续加到外部加热的150mm直径的实验性闪燃管式焙烧炉，该焙烧炉中输入由通过空气与丙烷燃烧产物混合产生的预热空气，其输送距离为9.8米。沿着闪燃管的长度上的四个点(在1.8m、3.8m、6.0m和7.1m)，使用另外的丙烷燃烧器，以引入热的燃烧气以补偿在这种小规模的装置中的热损失。通过旋风器将从闪燃焙烧炉排放的气体中分离的产物固体，收集在200L的鼓里并使其冷却。

            表3：实施例2中的Weipa铝土矿原料

Al2O3,％	56.0
		SiO2,％	2.8
LOI,％(结合水)	24.7
		Fe2O3,％	13.2
	立方米％，留下的
		+1mm	2％
+0.5mm	33％
		+0.1mm	72％
+0.02mm	87％

在该系统中，固体的接触时间与气体的停留时间相同，其本身取决于平均气体流速。Weipa铝土矿，含有一水合和三水合形式的氧化铝，两次流经这一装置，一次，在原料预热器中，在较低的温度下进行初步脱水，而另一次是在较高的温度下以完全脱水而产生所要求的产物。在每次通过时，使用每秒8米的平均气体流速。每次通过的气/固接触时间为1～2秒。

在第一次通过时，气体温度不超过700℃，而第二次通过，气体进入748℃的闪燃管，排出在601℃。在两次通过中，慎重地将水注入闪燃管的燃烧气体中，以产生在引入气体中26kPa的水蒸汽压力。

第一次通过的产物残留10.5％LOI，而第二次通过的产物残留3.8％LOI。最终产物以与实施例1所述相同的方法进行蒸解试验，提取88.8％的有效氧化铝。在处理过的产品或蒸解残渣中，通过X-射线衍射法，均未检测出三水合氧化铝、一水合氧化铝或一水合或三水合氧化铝的其它结晶分解产物。

在类似的条件下重复这次试验，其中第一次通过闪燃管(脱水至10.5％LOI)，而第二次通过时，入口气体温度提高到771℃。而出口温度相对未加改变仍为602℃。第二次通过的产物具有4.0％LOI并按早已描述的蒸解试验测定有效的氧化铝浸提84.0％。

在重复试验时，在处理过的产物或蒸解残渣中，通过X-射线衍射法，同样检测不出三水合氧化铝、一水合氧化铝或一水合或三水合氧化铝的其它结晶分解产物。

当与实施例1中的试验对比时，根据该试验得出的重要结论是，在温度高达750℃时，在具有非常短的气体/固体接触时间的体系内，对于产品的性能，尤其是可提取性，没有显著的有害作用，这是由于固体暴露于最高温度下。非常短的接触时间，对比较长的接触时间(分计)允许使用更高的最高气体温度，而对氧化铝的可提取性无害。然而，正如本例所述，对于771℃的入口气体温度来说，对比748℃的运行，其提取下降。因此，即使在很短的气体/固体接触时间内，对于固体所暴露的温度仍然有上限，但对可提取性没有破坏性的作用。这一最高温度是气体/固体接触时间和与最热气体接触的铝土矿脱水程度的函数。

实施例3

按实施例2所用同样选矿、研磨和干燥的铝土矿加以处理，按每小时0.6吨的加料速度，经过由三个闪燃管组成的逆流气体接触装置，通过旋风器，接着用闪燃焙烧炉，也装有适于气体/固体分离的旋风器，在段之间进行气体/固体分离。在气体/固体分离后，把来自闪燃焙烧炉的气体引入第三闪燃预热管，以与来自第二闪燃加热段的固体混合，然后，在进一步气体/固体分离后引入第二闪燃预热管，以与来自第一闪燃加热段的固体混合，最后，在另一气体/固体分离段后，引入第一闪燃预热管，以与新鲜的原料混合。将来自前一些段的固体，借助于旋风器底部闭合阀的重力送料输入到下一个闪燃加热段。

控制工艺过程以在闪燃焙烧炉内提供每秒6米的平均气体流速使进气温度为685℃，焙烧炉出口温度为630℃，和平均温度为646℃左右，并且在引入气体中的水蒸汽压力为20KPa。被送入闪燃焙烧炉的预热物料含有11.9％的化学结合水，并且在大约316℃的温度下。气体在闪燃焙烧炉内的停留时间按低于1秒计。产物基本上没有不同于来自实施例2中所述焙烧产物，且具有85％以上的可提取性。对于产物的各种大小的部分的提取示于图1中(见试验1标明的数据)。注释：细颗粒对比中等尺寸的颗粒，由于细粒过热，所以提取得较少。粗颗粒提取得也较少，运可能是由于横跨粒径分布的矿物学的差异或与闪焙烧炉内停留时间差异有关的粒径。

                     平均粒径(μm)

                图1-实施例3的提取与粒径

重复试验，但这次使用674℃的较低入口气体温度和闪燃焙烧炉更高的脱水进料(9.4％LOI)。图1表示提取对用于这次运行(试验2)的产物粒径作图。进入闪燃焙烧炉的较低LOI物料是通过提高最终预热旋风器的气体温度而获得的。这次在预热旋风器中的附加脱水是通过在最终预热旋风器的入口处提高混有闪燃焙烧炉出口气体的新鲜燃烧气体的量而实现的。

这一实施例证实，有可能改进物料细粒部分的可提取性而通过降低引入闪燃焙烧炉的气体温度而对于粗粒部分没有破坏作用，即，在闪燃焙烧炉中的结束阶段中，降低固体所暴露的最高温度。

Claims (27)

1．一种处理氧化铝工艺原料的方法，它是在把处理过的原料送到用于从处理过的原料中提取提炼氧化铝的氧化铝工艺过程以前，进行处理，该处理方法包括下列步骤：

(a)通过直接与燃烧气体接触而使氧化铝工艺原料加热到400～650℃的温度，和

(b)冷却加热过的原料到它能被处理并送入氧化铝工艺过程的温度：

该方法进一步包括在步骤(a)中的上述范围内的温度下，控制氧化铝工艺原料的接触时间，以保证通过脱水使存在的三水合氧化铝和一水合氧化铝分解，而：

(1)不从三水合氧化铝显著地形成一水合氧化铝，或

(2)不使减少剩余结合水达到对提取有负影响的程度，或

(3)不允许有足够的时间与水蒸汽接触，以使与可提取性受损失有关的水蒸汽减少；

且该方法进一步包括限制气体进到工艺段的最高温度，在该工艺段中氧化铝工艺原料达到上述400～650℃温度范围(以下称为“最高温度段”)。

2．一种处理氧化铝工艺原料的方法，在把处理过的原料送至用于从处理过的原料提取提炼氧化铝的氧化铝工艺过程之前，进行处理，该处理方法包括下列步骤：

(a)通过直接与燃烧气体接触而把氧化铝工艺过程原料加热到400～650℃的温度，和

(b)把加热过的原料冷却到它能被处理并送至氧化铝工艺过程的温度；

所述方法进一步包括控制氧化铝工艺原料在上述步骤(a)的范围内的温度下的接触时间，以保证所存在的三水合氧化铝和一水合氧化铝通过脱水而分解，而：

(1)不由三水合氧化铝明显地形成一水合氧化铝，或

(2)不使减少剩余结合水达到对提取有负影响的程度，或

(3)不允许有足够的时间与水蒸汽接触，以使与可提取性受损失的有关的水蒸汽减少；

该方法进一步包括在温度高于最高温度段进口气体的温度下，在进入燃烧气体的前一段或多个段中，通过保证采用与氧化铝工艺原料热脱水有关的主热负荷，而限制进入工艺过程最高温度段的热输入量。

3．按权利要求1所述的处理方法，进一步包括在温度高于最高温度段进口气体的温度下，在燃烧气体进入的前一段或多个段中通过保证采用与氧化铝工艺原料热脱水有关的主热负荷，而限制进入工艺过程最高温度段的热输送量。

4．按权利要求1所述的处理方法，包括在原料供应步骤(a)之前，预热氧化铝工艺原料。

5．按权利要求2或权利要求3所述的处理方法，其中限制进入工艺过程最高温度段的热输入量的步骤包括在前一段或多个段中预热氧化铝工艺原料。

6．按权利要求4或权利要求5所述的处理方法，包括用燃烧气预热氧化铝工艺原料到低于400℃的温度，并且至少引起原料的部分热脱水，由此减少热负荷、水蒸汽压力和步骤(a)中所要求的接触时间。

7．按权利要求6所述的处理方法，包括用来自最高温度段的出口气体稀释燃烧气体并用所得到的气体混合物预热氧化铝工艺原料。

8．按权利要求7所述的处理方法，其中燃烧气体和来自最高温度段的出口气体的混合物是在低于750℃的温度下。

9．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中步骤(a)包括通过与燃烧气体和空气直接接触而把氧化铝工艺原料加热到400℃～650℃的温度。

10．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，包括生产以过量空气的燃烧气体并把燃烧气体和空气供应给步骤(a)。

11．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中在工艺过程的最高温度段中与固体接触的最高气体温度低于750℃。

12．按权利要求11所述的处理方法，其中在工艺过程的最高温度段中与固体接触的最高气体温度低于700℃。

13．按权利要求12所述的处理方法，其中在工艺过程的最高温度段中与固体接触的最高气体温度低于680℃。

14．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中供应给步骤(a)的氧化铝工艺原料的平均粒径比较细，以保证颗粒外壳不过热或另外不受水蒸汽的影响。

15．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中供应给步骤(a)的氧化铝工艺原料的粒径分布是狭窄的，以便非常细的颗粒不过热或另外不受水蒸汽的影响并同时完成粗颗粒芯的热处理。

16．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，包括在把原料供应给步骤(a)之前先研磨氧化铝工艺原料。

17．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中供应给步骤(a)的氧化铝工艺原料含有滞留在5mm孔径的物料不大于5％(重量)。

18．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中供应给步骤(a)的氧化铝工艺原料含有滞留在2mm孔径的物料不大于5％(重量)。

19．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中供应给步骤(a)的氧化铝工艺原料含有滞留在1mm孔径的物料不大于5％(重量)。

20．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中供应给步骤(a)的氧化铝工艺原料含有通过20微米孔径的物料不大于30％(重量)。

21．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中氧化铝工艺原料含有通过20微米孔径的物料不大于20％(重量)。

22．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，其中氧化铝工艺原料含有通过20微米孔径的物料不大于10％(重量)。

23．按前述权利要求中任何一项所述的处理方法，包括以温度敏感性或水蒸汽敏感性为基础划分氧化铝工艺原料并选择性地把划分的原料流引入与一种敏感性或多种敏感性有关的步骤(a)。

24．按权利要求18所述的处理方法，包括把氧化铝工艺原料的三水合氧化铝部分引入燃烧气体充分冷却的步骤(a)，致使由于使用较热气体分解该部分中的三水合氧化铝而导致可提取性损失的潜力降低。

25．按权利要求23所述的处理方法，包括把氧化铝工艺原料的细粒部分引入燃烧气体充分冷却的步骤(a)，致使由于使用较热气体分解该部分中的细粒而导致可提取性损失的潜力降低。

26．基本上按本发明所述的拜耳法，引入按前述权利要求中任何一项所述的处理方法。

27．由权利要求1-25中任何一项所述的方法生产处理过的氧化铝工艺原料。