[发明专利]应用拜尔法从含一水合物的铝土矿连续生产氧化铝的工艺

说明书

本发明涉及应用拜尔法、在管式反应器内对铝土矿进行碱蚀，连续生产氧化铝的工艺，该铝土矿主要由一水氧化铝组成，并且还含有呈硅酸铝（例如高岭土）状态的硅。

在专题文献中广泛叙述的拜尔法，构成了生产氧化铝最重要的方法，通过熔融电解作用，将氧化铝转变成铝。

按照这个方法，使用适当浓度的氢氧化钠水溶液，在热条件下处理铝土矿石，于是使氧化铝溶液化，并形成铝酸钠的过饱和溶液。

将不可化学侵蚀的矿渣（红泥）固相分离后，用三氢氧化铝（aluminiumtrihydroxide）颗粒引晶过饱和铝酸钠溶液，以便使三氢氧化铝沉淀。在浓缩和补充氢氧化铝以后，将减少了氧化铝含量的铝酸钠溶液再循环到化学侵蚀段，以便恢复适于化学侵蚀铝土矿的操作浓度。

对于精通本行技术的人员来说十分清楚，进行处理的条件，一方面必须适合于氧化铝的水合作用程度和矿物结构，另一方面必须适合于铝土矿中存在的杂质（尤其是氧化硅、氧化铁和氧化钛）种类和比例。

因而，包含一水合物的铝土矿要求在较高温度（高于200℃）下进行化学侵蚀处理，以便快速和大量地溶解含有呈一水软铝石、一水硬铝石或者可能被替代的针铁矿形态的一水氧化铝。

一般通过热交换器和湍流反应器进行侵蚀处理，该热交换器使变成苛性钠溶液悬浮物的铝土矿，升高到所需要的化学侵蚀温度;在该湍流反应器内，在铝土矿包含的大多数一水氧化铝溶液化所需要的时间周期内，将铝土矿悬浮物保持在该侵蚀温度。

热交换器通常是装在管组的搅动蒸压器，该管组供给炽热蒸汽或化学侵蚀处理后铝土矿悬浮物膨胀而产生的蒸汽，或者是由一根或几根管道（铝土矿悬浮物在其内流动）组成的单管或多管型热交换器，在管形外壳中供有热交换流体（炽热蒸汽或膨胀蒸汽、熔融盐、有机液体或化学侵蚀处理后仍是炽热的悬浮物）。湍流反应器通常是可能装有或可能不装有加热管组的搅动蒸压器，或者是，在关系到管内悬浮物流速的化学侵蚀温度时，一根长度足够提供所需停留时间的管道。

在单管或多管型热交换器内，或者在生产供给热交换器的蒸汽的膨胀装置中，通过连续膨胀步骤，或是通过媒质与需要加热的初始铝土矿悬浮物直接交换，将侵蚀后的悬浮物冷却直到大气压力。

先有技术存在的问题如下：在使铝土矿与苛性钠溶液开始接触时刻和铝土矿从处于侵蚀温度的管式反应器流出时刻之间，发生了不同的重要化学反应。

首先，如果铝土矿包含一定比例的三氢氧化铝（三水铝石），在达到最高侵蚀温度以前（通常在温度达到160℃以前），铝土矿就全部被溶液化了。

其次，硅酸铝（通常呈高岭土Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O形态）被溶解，然后通常在低于180℃温度时，再以硅-铝酸钠（高岭石）形态沉淀。

后者反应对于热交换器的正常运行是麻烦的事情，因为特别是在热交换器的内部热交换表面上（铝土矿悬浮物一侧上），发生硅铝酸钠沉淀，随着热不良导体结垢沉积物的形成，从而将导致交换器效率的下降。

当结垢沉积物达到一定厚度时，将损失热量，并且悬浮物流动变得困难，以致装置必须停止运行，并使用化学方法（酸溶解）、机械方法（通过敲打装置破碎结垢）或水压方法（高压射流）去除结垢。

先有技术叙述如下：

制备用于限制结垢现象的各种溶液。

一九六七年五月六日提交的德国专利申请（DE-A-1592194）（与FR-B-1546418相同）提出，通过使铝土矿悬浮物在一根或几根管道内高速（最好在2米/秒和5米/秒之间）循环，是可以在单管或多管交换器内限制形成结垢的速率的。

用同样的方法，一九六零年十一月十四日提交的匈牙利专利No.457（与GB939619和DE1202258相同）规定1.2到1.5米/秒的高循环速度，并且表明在铝土矿悬浮物进入热交换器以前，在脱硅处理中显示出结垢形成的减少。脱硅处理包括：在搅拌条件下，使铝土矿悬浮物在6到8小时时间内保持在70到100℃温度。在不加热但设置一系列蒸压器的反应器内，在高于120℃温度进行脱硅处理时，该专利也指出了相似的改进。

然而，申请者们发现，无论单独还是结合使用，上述溶液没有一种是令人满意的。