CN1324328A - 提高氧化铝工艺性能的进料处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理氧化铝工艺原料的方法,处理之后,将处理过的原料转移至氧化铝工艺以从中萃取精制的氧化铝。所述的处理方法包括以下步骤:(a)通过与燃气直接接触,将氧化铝工艺原料加热至400－650℃;和(b)将加热过的原料冷却至其可以处理并进料给氧化铝工艺的温度。该处理方法的特征在于,控制固态的氧化铝工艺原料的接触时间在上述步骤(a)的温度范围内不超过5分钟。

Description

提高氧化铝工艺性能的进料处理方法

本发明涉及天然和合成氧化铝工艺原料的矿物质与化学品的组合物的改进。本发明尤其适于一水软铝石型铝土矿(boehmitic bauxite)的改进，所述的一水软铝石型铝土矿用于氧化铝和氧化铝化学品的制备中，特别是用于通过拜尔法的制备中。

本发明的实施方案具有的一般特点是，加热氧化铝工艺原料使之发生热脱水和有机碳脱除，或使有机碳转化成在氧化铝工艺原料的水相溶出中不可萃取的形式。可能采用如下所述的附加步骤。

拜尔法是从氧化铝工艺原料中萃取(提取)精制氧化铝的主要技术。在拜尔法中，氧化铝是这样从氧化铝工艺原料(多数情况下为铝土矿(铁矾土)的形式)中萃取出来的，即令磨碎的氧化铝工艺原料与热的苛性碱溶液接触，一般是在压力下进行，以溶解其中的氧化铝。当氧化铝工艺原料主要包含的是三水铝矿(gibbsite)(氧化铝三水合物的矿物形式)时，一般可以用100-175℃的苛性碱溶液从铁矾土中萃取氧化铝；如果氧化铝工艺原料主要包含的是一水软铝石或一水硬铝石(diaspore)(氧化铝一水合物的矿物形式)，那么就需要较高的温度，通常为200-300℃。这些情况下，需要高温溶出(digestion)，因为一水合物的形式造成需要后续处理的含高水平溶解氧化铝的苛性碱溶液不稳定，除非在这种液体稳定的温度下，通过溶出而大幅度地消除这些一水合物的形式。高温溶出具有设备费用大的缺点，如很大的液体加热与闪蒸系统(例如11级与3级比较)和更昂贵的建筑材料和建筑规格。对于混合的三水合物与一水合物的形式，很多天然的铁矾土均是这种情况，可以使用双溶出法，其中来自温度较低的一级溶出的残余物在温度较高的二级溶出中进一步溶出。

溶出之后，溶出的固体残余物/萃取了溶质的苛性液体混合物(富集液体混合物)恢复到大气压下，并通过闪蒸而脱水。所述的固体残余物(通常称为红泥)，一般通过沉淀或过滤和洗涤的组合而与富集苛性铝酸盐液体分离，同时通过压滤使富集液和洗涤液澄清。澄清的混合液进料给沉淀循环，在沉淀循环中，澄清的混合液冷却并用氧化铝三水合物的固体颗粒播下晶种，以诱导氧化铝三水合物从液体中沉淀。所得到的沉淀浆，通过沉降、旋流分离或过滤或这些方法的组合，而分离成废弃液流和按颗粒大小分级的固体流。粗粒固体相当于产品，它们经洗涤而转移至煅烧阶段，经煅烧而生成氧化铝。中等和细小的固体通常于至少粗略脱液之后，如在旋风干燥器或过滤器中脱液之后，才独立地返回沉淀循环中凝聚并提供晶种。

一般地，细小的晶种经洗涤之后再返回沉淀循环，以便除去与氧化铝形成沉淀的固相草酸盐(它会妨碍沉淀过程中细小晶种混入复合的粗颗粒中)，或除去会致使晶种活性降低的有机化合物。

废弃液一般在通过蒸发而进行某种程度的再浓缩之后返回溶出步骤，并进一步与磨碎的氧化铝工艺原料接触。

工业上使用拜尔法(Bayer process)已经约100年了，而且拜尔法对本领域的技术人员也是熟知的。

除水合形式的氧化铝之外，氧化铝工艺原料，尤其是铁矾土，还包括一定范围的杂质。主要的杂质是铁化合物、二氧化钛和二氧化硅，这些杂质主要被排除至固态泥残余物，同时在拜尔法中具有各种有毒的影响，包括对如凝聚剂、石灰和苛性钠等消耗品的影响，和对结垢与产品质量的影响。

尽管在典型的拜尔法进料中只以低含量出现，但是可萃取的有机碳(0.02-0.35％)还是具有重大影响的杂质。原料中，衍生于有机碳的有机化合物、碳酸盐和草酸盐，可以在循环的液体中累积，同时与苛性钠螯合，否则苛性钠可以从溶出过程传递氧化铝至沉淀过程，因此严重地影响该方法的产率。虽然碳酸盐和草酸盐可以通过各种洗涤液体的苛化作用或与石灰形成沉淀物而除去，但是，其它有机碳衍生物的含量的降低只能通过两种办法来实现，或者是加压氧化(伴随爆炸的危险同时产生大量的必须除去的草酸盐和碳酸盐)；或者是排出苛性碱溶液，进行中和处理(苛性碱的成本是主要的经济负担)或通过蒸发来浓缩然后再通过燃烧来破坏(高能量和资金成本)。有机化合物还妨碍沉淀过程(通过吸附于品种的活性位置上，使晶种中毒的作用)并携带作为杂质的苛性碱进入沉淀的产品。源于有机碳的草酸盐相对难溶，并且可以以草酸钠的形式与三水合氧化铝一起沉淀，妨碍产品颗粒的大小、表面形态和化学性质，同时降低了颗粒耐磨性。由于这些影响导致需要确保草酸盐不在同一沉淀池沉淀[在该沉淀池中，细粒的氧化铝粘附于正在沉淀的氧化铝水合物的早期部分所形成的复合颗粒上]；而且由于在其溶解度之上草酸盐的稳定性实为液体强度的反函数，在很多氧化铝厂，携带氧化铝的苛性碱的强度也受限于草酸盐前体和其它有机物氧化所生成的草酸盐的输入量。

换句话说，氧化铝工艺原料中的有机物是造成对拜尔法产率限制的主要原因，通过调整苛性碱在液体中的最大含量，来确定该苛性碱失去其输送氧化铝用途而成为沉淀过程的有毒物的含量范围。

已经提到，氧化铝工艺原料中的一水合氧化铝的影响，带来对高温溶出的需要。还应提及一水合氧化铝的一些其它影响。高溶出温度下氧化铝工艺原料的溶出导致一些降低溶出效率的副反应(如二氧化钛相的产生)。正是由于这种原因，加入石灰是经常的。很多情况下，为此以及为苛化作用和草酸盐的破坏而消耗石灰的速度足以证明，建立专门的石灰窑是正确的。另外，溶出温度经常受限于锅炉可以安全有效地工作时的压力，这导致高温溶出较低温溶出对液体氧化铝浓度更大的限制，考虑到高氧化铝浓度的液体在还包含不稳定化的一水合氧化铝出现时的不稳定性。因此，含有一水合氧化铝的氧化铝工艺原料的溶出产量，自然较含有很少或不合一水合氧化铝的原料的溶出产量低。为了弥补这一缺点，一些氧化铝加工厂将含有很少或不含一水合氧化铝的氧化铝原料注入闪蒸容器的冷却溶出母液中，并在此温度下接触一段时间，因为高温溶出的残余物中的一水合氧化铝不会很快地造成液体分解。这一过程称作精选(sweetening)。该方法极大地增加了处理的复杂性，需要单独的研磨和调浆系统，用于注入的一水合氧化铝含量低的物料。由于导致原料中的二氧化硅形成固体铝硅酸钠(因而被移送至残余物)的重要反应，不能在注入原料的液/固接触时间和温度下完成，所以精选过程也提高了溶出母液中二氧化硅的含量，造成随后与氧化铝水合物一起沉淀的二氧化硅的含量升高，并造成蒸发、氧化铝工艺原料的浆化以及母液与浆料的加热中的结垢问题。为了防止结垢问题，工艺流程中可以在水合物沉淀之后加入铝硅酸盐种晶的脱硅操作。

此外，高温溶出还导致氧化铝工艺原料中的大部分任何种类的石英转化成铝硅酸钠，它与由更活泼的二氧化硅形式所形成的铝硅酸钠一起，被移送至溶出残余物。石英在低温溶出中并不大量溶出。对于等当量的石英和总二氧化硅含量，高一水合氧化铝含量的氧化铝工艺原料，消耗更多的苛性钠，需要补充更多这种昂贵的化学品。另外，这种原料通常会因此受益于这样的处理，即在供给氧化铝精炼过程之前去除析出的石英颗粒，但成本更高处理更复杂，通常认为失去了矿物价值。

高温溶出的另一种影响是，氧化铝工艺原料中的一些铁转化成可溶的和胶状的形式，这种形式的铁可以通过澄清系统并大量地进入沉淀的氧化铝水合物。对于炼铝厂的消费者而言，氧化铝水合物的铁含量以及二氧化硅含量，是决定煅烧水合物价值的重要因素，因为铁含量可以影响由此制备的高纯金属的质量。澄清母液中的高铁(受氧化铝工艺原料中的一水合氧化铝支配)与氧化铝水合物沉淀中的低氧化铝回收率(如前面指出的那样，受氧化铝工艺原料中的有机杂质以及一水合氧化铝支配)的结合，特别是与精制过程的水合物中共生(隐含)的二氧化硅结合时，对产品的质量有非常的潜在破坏性。

从上面有关拜尔法氧化铝精炼工艺的讨论中可以明白，存在两种氧化铝工艺原料的性质，这两种性质对氧化铝工艺原料进料于其中的拜尔法的复杂性和生产率具有主要影响，也对水合产品的质量有重大的负面影响，而且对建筑和运行成本、特别是消耗品的成本的有进一步的负面影响。第一种性质是一水合氧化铝的含量，第二种性质是可萃取的有机碳的含量(包括草酸盐前体的有机物和水合的晶种有毒物)。

除了包括氧化铝工艺原料与反应物或不与反应物高温下反应的方法之外(见下面)，各种用于部分地处理这两个问题中后者即可萃取的有机碳的现有技术方法，普遍地取决于对苛性碱液体的支流的处理，所述的苛性碱液体在拜尔法中用于除去和破坏源于有机给料的化合物。在一现有技术的方法中，苛性碱液体的支流在供料至高温煅烧步骤之前，先蒸发并与含有氧化铝的粉尘和再循环的经煅烧固体材料的物流混合，所有的有机物在高温煅烧中通过热解和燃烧处理而破坏。煅烧过的固体产品，主要由铝酸钠组成，被分成产品和再循环组分。所述的产品组分，既再循环至拜尔法中溶解以回收氧化铝和苛性碱组分，又用于生产专用氧化铝水合物产品的溶解。

在另一现有技术的方法中，加压的工业氧气注入到循环的高温溶出母液中(可以作为支流，但也可以作为主流)，具有将有机杂质转化成氧化的气态物质、溶解的碳酸钠、简单的有机化合物和草酸钠的作用。这种方法经常与支流法结合在一起，用以除去加压氧化的产物，如用石灰除去碳酸盐的苛化作用和支流的“盐析蒸发”，其中支流基本上被蒸发成钠盐饼，其包括铝酸盐、碳酸盐、草酸盐和有机化合物。这个钠盐饼或者处理掉，或者经热分解回收钠和氧化铝。

用碳除去草酸盐也可在支流中进行，或者是细小晶种洗涤液，或者是通过结晶作用由蒸发过的废弃液支流产生的固体草酸盐流。该草酸盐与石灰反应生成草酸钙沉淀，所述的草酸钙沉淀与红泥一起处理掉，或者在为固体草酸盐的情况下，也可以热分解，通常是在破坏浓缩液中所包含的其它有机物的过程中进行。

用碳除去碳酸盐也可在支流中进行，这种情况下，洗涤液来自固体残余物的洗涤。

用支流法除去有机物及其衍生物如碳酸盐和草酸盐的困难在于，只有这些杂质在溶出和沉淀的主液体循环中达到很高的含量、通常是已具有相当危害的值时，支流法才是有效的。这些方法在净化液体中的有效性是有限的，因为对于这些方法来说，持久的问题必须已经存在，才能有效降地低，否则就是一个较大的问题。

连同现有技术文献评述，Rijkeboer描述了一种方法，所述的方法包括在足够的温度下热处理主要为三水合物的氧化铝工艺原料，以通过热分解和热氧化作用消除部分有机碳。在该方法中，三水合氧化铝脱水，而且苛性碱溶液中可萃取的有机物含量也大大地降低。具体涉及的是Kobayashi和Brown的专利。这些现有技术文件均揭示了，与原始三水合铝土矿相比，只要使用适当，这种热处理不会导致氧化铝可萃性的损失。Kobayashi指出：成功在于保持结合水与氧化铝(Al₂O₃)的摩尔比低于0.5。Brown具体地要求将温度在300-400℃范围保持10-120分钟。Rijkeboer证实：即使采用对于拜尔法中(因为它以纯苛性钠液体而不是仿制的废弃拜尔液开始)萃取为乐观看法的萃取试验，Brown提出的条件会导致萃取损失，因为在实际热处理设备中，原料中的三水合氧化铝转化成勃姆石型的一水合氧化铝。Rijkeboer推荐400-600℃的最终温度范围和保留的结合水低于Kobayashi限度的结合水。他还指出，如果可萃性不相反地受到影响，那么对此方法的限制是，最高温度的处理应在低于2千帕的水蒸气压力下进行。从工业处理观点来看，这种限制是偏激的，因为大部分工业燃料在燃烧气体中会产生压力超过2千帕的水蒸气水平，并通过燃烧引入足够的热量以在规定的温度下脱水。因此，实施该方法的唯一手段是通过加热元件而进行热交换，这些加热元件是通过电或燃料燃烧而自加热的。对于每年至少处理成百上千吨(多数情况下大概数百万吨)原料的工业方法，所需的热交换面积(加热元件的)不会带来经济上有吸引力成果。此外，与完成原料脱水相关的水蒸气压力将会高于2千帕，除非存在用空气或其它气体稀释的高度稀释物，但这种稀释物即使用加热元件加热也会产生大量的热气体，而且从热气体中回收热量用于原料的预热和干燥也是不实际的。因此，在现有技术提出的热处理方法中，没有一种可以在实际工业条件下操作。所述的现有技术对通过热脱水脱除伴随的有机物有影响，同时又不太影响氧化铝工艺原料中氧化铝的可萃性。

另外，还存在现有技术(Russell,1955)涉及通过在空气中加热勃姆石来消除勃姆石型的一水合氧化铝以降低水合氧化铝形式的水含量，所述的现有技术是以如此方式进行的，以致于产品可以较原来一水合氧化铝更大的程度溶解于热的苛性碱溶液。但是，由于多数氧化铝工艺原料既包含一水合形式又包含三水合形式的氧化铝，而该现有技术不包括一水合形式和三水合形式的氧化铝同时脱水又不影响三水合物分解产物性质的条件，而且没有试图肯定存在很大的水蒸气压力，所公开的内容没有以任何方式克服了Rijkeboer确认的水蒸气敏感性问题。因此，本公开既没有指明工业上改进氧化铝工艺原料中一水合物(所述的氧化铝工艺原料还包含三水合氧化铝)性能的实际方法，也没有指明在这样的工业实际条件下脱除有机化合物的方法。

工业上，实际不存在任何已知的现有技术方法，其提出因氧化铝工艺原料中一水合氧化铝所造成的问题的解决方案，只是提出了氧化铝工艺原料与其它化学试剂包括苛性碱(或苏打灰)和石灰(或石灰石)在高温下的反应方法。这些方法一般适用于高二氧化硅含量的氧化铝工艺原料，在无须这一额外的操作步骤的拜尔法中，所述的二氧化硅将溶解并消耗苛性碱而成为铝硅酸钠。这些方法产生硅酸钙(作为副产品)代替铝硅酸钠，而且，实际上原料中所有的水合氧化铝(三水合物和一水合物)均转化成铝酸钠。一般地，对于含有相当于约10％二氧化硅的氧化铝工艺原料，使用拜尔法更经济。也就是说，对于多数氧化铝工艺原料，这些方法在资金成本和能量消耗方面带来巨大的经济代价。

在现有技术中，已经清楚地认识到，需要一种工业上实用的方法，其可以极大地改善包含有机碳和一水合氧化铝的氧化铝工艺原料，以便为氧化铝厂解决这些特征的很多负面牵连、复杂性和资金成本问题。事实上，已提出的符合这种需要的所有方法都是不完善的，不是没有彻底解决氧化铝精炼的难题，就是带来净经济代价，或者净增加了氧化铝精炼的复杂性，或者对有关氧化铝精炼的实际工业应用不切实际。

如今，本发明人提出一种切实符合上述需求而无任何上述缺陷的方法。

因此，本发明提供了一种处理氧化铝工艺原料方法，以提高单位废弃液中可得到的氧化铝，同时降低可萃取的有机碳，所述的方法包括下列步骤：

(a)通过与燃气(combustion gases)直接接触，将氧化铝工艺原料加热至400-650℃；和

(b)将加热过的原料冷却至其可以处理并进料给氧化铝工艺的温度，

该方法的特征在于，控制固态的氧化铝工艺原料在上述温度范围内的滞留时间，以确保三水合氧化铝和一水合氧化铝通过脱水而分解，同时不会出现以下情况：

(ⅰ)由三水合氧化铝大量形成一水合氧化铝，或

(ⅱ)降低残余物结合水至萃取受到相反影响的程度，或

(ⅲ)允许与水蒸气接触足够的时间，以减缓取决于水蒸气的可萃性

的损失。

本发明人出人意料地发现，通过限制含水蒸气的热气体与氧化铝工艺原料之间的接触时间，同时注意到上述的温度限制，有机碳的可萃取部分可以极大地降低，一水合氧化铝可以在很大程度上得到压制，而三水合氧化铝可以转化成更容易萃取和可溶的形式。

优选的接触时间低于5分钟。

更优选的接触时间低于1分钟。

最优选的接触时间低于10秒钟。

已经发现，本发明的方法几乎不受水蒸气的影响，因为在所指出的温度范围的接触时间降低了，直到在1-10秒的接触时间范围，也测量不到水蒸气压力增加了的影响。在更长的接触时间，水蒸气压力具有增加的影响，直到接触时间超过约5分钟时，水蒸气才对氧化铝的可萃性具有相当有害的影响。即使在最短的接触时间，也可以实现几乎全部的一水合和三水合氧化铝(形成脱水产品，其基本上为X-射线衍射无定形的)的消除，并实现大部分有机碳转化成废气的形式或不可萃取的形式，而且不形成草酸盐或碳酸盐。

本发明还发现，对于这些令人满意的短接触时间，控制受到加热的氧化铝工艺原料的粒度分布是有益的。较大的粒度具有较大的每单位表面积的热质量和较大的直径，要越过直径的热传导有效，就要通过更长的时间以使加热作用渗透到颗粒的核，就要使颗粒的外壳暴露于更高的温度并与水蒸气接触更长的时间。但是，较细的颗粒会很快地被加热并且可能过热，因此，对于这些颗粒来说，接触时间应该比较短。这样，优选的氧化铝工艺原料的平均粒度相对较细，以保证颗粒的壳不过热，否则就会受到水蒸气的影响。此外，优选窄的粒度分布，以便特别细的颗粒不过热，否则在较粗颗粒的核完成热处理时，特别细的颗粒会受到水蒸气的影响。要避免研磨过度，因为得不偿失，考虑到氧化铝精炼法通常可以处理主要地通过1毫米孔径的原料，而本发明的方法对具有这种尺寸规格的材料可以非常有效地工作。具有较粗规格的材料在进入氧化铝精炼工艺之前，一般需要在本发明的方法之后重新研磨。因此，最佳的研磨程度是，正好适于氧化铝精炼法所需的尺寸规格，并以不产生过量的细粒材料的方式进行研磨。

优选氧化铝工艺原料这样研磨，以便其不包含超过几个重量百分数、更优选不超过5重量％的保留在5毫米孔径上面的颗粒。

更优选氧化铝工艺原料这样研磨，以便其不包含超过几个重量百分数、更优选不超过5重量％的保留在2毫米孔径上面的颗粒。

最优选氧化铝工艺原料这样研磨，以便其不包含超过几个重量百分数、更优选不超过5重量％的保留在1毫米孔径上面的颗粒。

优选地，除非大部分研磨过的颗粒通过100微米的孔径，否则加于本方法的氧化铝工艺原料不包含超过30重量％的会通过20微米孔径的材料。

更优选地，除非大部分研磨过的颗粒通过100微米的孔径，否则加于本方法的氧化铝工艺原料不包含超过20重量％的会通过20微米孔径的材料。

最优选地，除非大部分研磨过的颗粒通过100微米的孔径，否则加于本方法的氧化铝工艺原料不包含超过10重量％的会通过20微米孔径的材料。

研磨可以在任何适宜的设备上进行。例如，可以用在棒磨机或球磨机、用多辊破碎机或压辊破碎机、用辊磨机或振动磨半自动地进行湿法或干法研磨。当所需粒度分布的控制，用分级设备通过闭路研磨而很好地实现时，对粒度分布的要求将取决于氧化铝工艺原料的断口特征(fracturecharacteristic)，即其在开路研磨中倾向于研磨过度的程度。

如果进行的是干法研磨，那么在如辊磨机或棒、球磨机或半自动风扫磨等风扫设备中进行闭路研磨将是有利的。在这种方式中，可以用来自加热步骤的热气体干燥和传输研磨的产品，节约设备和能量成本。

加热/气体接触的步骤(a)可以在任何设备中进行，所述的设备适于细颗粒材料与混有预热空气的燃气接触，接触时间短而且受到很好的控制，然后是气体固体分离。固定的流态化床(冒泡和喷射)适于在适当范围内长时间接触；循环流态化床适于中等的接触时间，并参与滞留时间的控制，依据粒度，通过在较粗颗粒固体的循环之前进行风力分级，再与新鲜气体接触；而闪蒸和旋风接触系统，包括带有旋风预热器的气体悬浮液煅烧炉则适于更细、粒度分布更窄且接触时间更短的情况。

本发明还公开了，严格温度范围内固体最终的加热和固体与气体的接触可以通过一个或多个预热步骤来进行，这些预热步骤造成某种程度的热脱水，并降低了最终加热和气体接触步骤中的热载荷、水蒸气压力和所需的接触时间。有一个或多个预热步骤可以任选地在上述任何设备中进行，办法是与来自最终气体接触步骤或来自预热阶段后期的废气接触。在这种方式中，可以进行逆流热交换，有利于工艺燃料的消耗，而且可以仔细地调节氧化铝工艺原料，以便其天然存在的性质变异很少影响本方法的产品。上文中，对温度较低加热步骤中的接触时间或水蒸气压力没有重大的限制，虽然低温时很长的时间可能产生一些一水合氧化铝(不过，该一水合氧化铝将在最终的气体接触步骤中分解)。

可以按任何实用的方式进行产品冷却。不必冷却至环境温度，因为产品中的一些热量可用于氧化铝精炼液体的加热，以节约一些能量。用空气直接冷却至适当的温度(大约100-200℃)是特别有效的产品冷却方式，所述的空气被预热而用于工艺中(作为预热的燃烧空气、从最终阶段到预热阶段的热量载体，或作为被直接加热的热空气而进入预热或干燥阶段)，因为间接冷却技术需要通过热交换元件的热传递，大大地增加了方法的复杂性和设备成本。但是如果需要，也可以使用或不使用冷却液的余热进行间接加热，而没有任何其他必然的缺点。

在本发明的另一方面，还可以根据于不同条件的不同地点引入氧化铝工艺原料至本方法的适宜性，来划分氧化铝工艺原料。本发明所公开的是，在三水合氧化铝和一水合氧化铝的分解产物中，氧化铝工艺原料中三水合氧化铝的分解产物具有最大的可萃性，而且其可萃性对工艺条件最敏感，包括水蒸气敏感性和过热敏感性。因此，原料中最容易造成潜在可萃性损失的组分是原料中三水合氧化铝较细的部分。此外，与一水合氧化铝相比，三水合氧化铝可以在较温和的温度和接触时间条件下适当地分解，在这样的条件下，其分解产物不易造成潜在可萃性的损失。

在本方法中，存在热气体和原料固体之间的热交换，在这种热交换过程中，可以选择一个位置，在该位置气体充分地冷却，以致于用这些气体分解含细粒三水合氧化铝或富含三水合氧化铝的原料时，大大降低了可萃性损失的可能性，同时在温度较高的位置引入含有粗粒一水合物的原料，以消耗分解过程中的热量。因此，在并流加热步骤中，如在气体悬浮液或闪蒸煅烧设备中，对温度敏感的部分可以引入至热气体中的下游，远离需要高温的部分(例如含粗粒一水合物的原料)的引进，以便对温度敏感的部分无处接触温度最高的环境。

在本发明的又一方面，若在分解氧化铝工艺原料中三水合或一水合氧化铝所需的短的气/固接触时间和高温下除去有机物最有效的或所需的时间之间，存在失配(mismatch)，可以让固体在工艺最高温阶段的产物与含有水蒸气的气体分离之后于升高的温度下额外保留一段时间，例如在绝热的转鼓中、在高温贮料仓中或在流态化床中，然后冷却。本发明所公开的方法的经验是，于升高的温度下的保留时间较长，具有降低产品的总碳含量的作用，但是对氧化铝精炼工艺中可萃取的碳含量影响很小，因为即使短的滞留时间，也会造成源于原料中有机物的任何碳化合物残余物抵抗萃取。因此，在本发明的方法中加入保温步骤(holding step)，一般并非必须的或有益的。

目前公开的方法形成氧化铝工艺原料的处理链部分，包括从采矿到最终的氧化铝产品。因此，在另一方面，本发明提供了一种包括本发明方法的拜尔工艺。对本发明可以做出很多修改，以适应原料的具体特征和装备于该处理链中的技术基础。依据本发明的说明书，这对于氧化铝原料处理和氧化铝精炼技术领域的技术人员来说是清楚的。依据本发明的说明书，其他的修改对于固体颗粒材料的热处理或传热技术领域的技术人员来说是清楚的。上述这些修改被认为是落入所附权利要求书的范围之内。

实施例

实施例1

一精选、干燥、磨碎和筛选(-1.0毫米+0.3毫米)过的Weipa铁矾土样品(其组成成分见表1)，按每小时15千克，将该样品连续进料给外加热、直径为150毫米的实验室流态化床(用预热的空气进行流态化)。流态化床通过溢流来卸载，并立即将产品收集于密闭的容器中，然后冷却。

                    表1：实施例1的Weipa铁矾土原料

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

以原料为基础，测定流态化床中固体的重量为2.5千克，在流态化床中平均固体滞留时间约为11分钟。将流态化床保持在540℃。以一定的速率引入流态化空气，该速率足以提供在床温下每秒跨越0.7米床径的表面速度。

进行两个这种试验，一个(试验2)是其中将水故意注入到流态化床的底部，以在流态化气体中产生18千帕的水蒸气压力；另一个(试验1)是其中的水蒸气压力仅由铁矾土分解产生的水蒸气和流态化气体中含有的水分组成(总共约5千帕)。

分解试验的产品见表2。

将每种产品的称过重量的样品加到小压力容器中，该容器中有100毫升合成的废弃拜尔液(苛性碱强度为280克/升(gpL)，按碳酸钠来表示，碳酸钠强度为30克/升，氧化铝浓度为112克Al₂O₃/升)。

                      表2：实施例1的产品

	试验1	试验2
			水蒸气压力，千帕	5千帕	18千帕
Al2O3％	71.7	71.8
			SiO2％	3.6	3.5
LOI％	3.7	3.8
			Fe2O3％	16.7	16.9
萃取物％	85.6	81.2

所加样品的数量取决于它的化学分析结果，并以这样的方式来确定，即如果可溶出的氧化铝全部溶出，那么最终的氧化铝浓度按克/升计将为按克/升计的最终苛性碱强度(以碳酸钠表示)的74％。然后密封并加热圆筒状的压力容器30分钟至内容物温度为170℃，期间以70转/分使容器作圆周旋转。这一过程结束时，将容器在冷水流中急冷，并将内容物进行气/固分离，同时将所得到的固体洗涤、称重并进行化学分析。由分析结果确定可萃取的氧化铝的萃取程度。这个值见表2。有机碳和草酸盐生成物的液体分析，反过来与铁矾土相关，表明源于处理过铁矾土的有机碳和草酸盐生成物低于所用分析方法的检测限。最初铁矾土的比较值分别为0.20％和每吨铁矾土0.9千克。

上述萃取试验是原料中氧化铝可萃性的敏感性试验，因为它是在较低温度下对初始的勃姆石型(含一水合氧化铝)铁矾土进行的，并且以比苛性碱浓度高的氧化铝浓度为目标。在这种用于最初铁矾土试验中，按同样的基数计，萃取量低于可萃取氧化铝的80％。通过延长至2小时的溶出，对处理过的样品的萃取量稍微有些提高，在含一水合物的氧化铝工艺原料的萃取中没有观察到这种行为，因为初始的液体氧化铝浓度不随时间的增加而保持不变，原因是溶出残余物中一水合物晶种的分解。在加工的产品或溶出残余物中，通过X-射线衍射没有检测到三水合氧化铝、一水合氧化铝，也没有检测到一水合氧化铝或三水合氧化铝的其他结晶的分解产物。

气/固接触时间为5分钟的类似试验，对水蒸气产生非常相似的影响，从而得到非常相似的萃取效果。

这一实施例证实了本发明方法的效果，即降低了进入氧化铝精炼工艺的有机碳，提高了拜尔法中温度较低溶出过程的可萃性。它还证实，即使在这样的气固接触时间下，水蒸气也不消除本发明方法的优点，但它确实具有一种相当有害作用。

实施例2

一精选、干燥和磨碎过Weipa铁矾土样品，其组成成分基本上与实施例1的组成成分相同，其粒度分析见表3。按每小时40千克，将该样品连续进料给外加热、直径为150毫米的试验性闪蒸管状煅烧炉，在该煅烧炉中用预热的空气将样品传送9.8米的距离，所述的预热空气是通过将空气与丙烷的燃烧制品混合而制备的。此外，在沿闪蒸管状煅烧炉长度方向的四个点上(位于1.8米、3.8米、6.0米和7.1米)，再用丙烷燃烧器引入热的燃气，以补偿这个小规模设备中的热损失。通过旋风分离而从闪蒸煅烧炉所排出的气体中分离出的固体产品，收集于200升的转鼓中，然后冷却。

                    表3：实施例2的Weipa铁矾土原料

Al2O3％	56.0
		SiO2％	2.8
LOI％(结合水)	24.7
		Fe2O3％	13.2
	保留的Cum％
		+1毫米	2％
+0.5毫米	33％
		+0.1毫米	72％
+0.02毫米	87％

在这个系统中，固体的接触时间与气体的滞留时间相似，其本身取决于气体的平均速度。Weipa铁矾土，其包含一水合和三水合型氧化铝，通过这种装置两次，一次是在较低温度下的初步脱水，就象在原料预热器中发生的一样，一次是在较高温度下的完全脱水，以产生所需要的产品。在每次通过中，所使用的平均气体速度均为8米/秒。因此，每次通过的气/固接触时间为1至2秒。两次通过的温度曲线图见附图1。

进行一次试验，其中故意将水注入到闪蒸管闪蒸的燃气中，以在引入的气体中产生26千帕的水蒸气压力。

第一次通过的产品保留10.5％的LOI(结合水)，而第二次通过的产品保留4.3％的LOI。这种最终产品按与实施例1相同的方式进行溶出试验，可萃取氧化铝的萃取量为88.7％。产品中可萃取的有机碳不超过0.1％，而且草酸盐的生成率接近每吨(tonne)最初铁矾土0.045千克。在加工的产品或溶出残余物中，通过X-射线衍射没有检测到三水合氧化铝、一水合氧化铝，也没有检测到一水合氧化铝或三水合氧化铝的其他结晶的分解产物。

与实施例1的试验相比，由本试验得出的重要结论是，在气/固接触时间很短、温度为350-700℃范围的系统中，水蒸气压力对产品的性质、特别是可萃性没有明显有害的影响。非常短的接触时间在铁矾土的脱水中是有效的，通过已分解的三水合氧化铝的失活作用，消除一水合氧化铝并使有机物转化成不可萃取的形式而不损失氧化铝的可萃性。

实施例3

如实施例2中使用的一样，将同样精选、磨碎和干燥过铁矾土，按每小时0.6公吨的进料速度，通过逆流气体接触装置，所述的装置由三段快速(闪蒸)预热管组成，各段之间通过旋风进行气/固分离，紧跟着是快速煅烧炉，还装备一旋风分离器以进行气/固分离。来自快速煅烧炉的气体在气/固分离之后导入第三段快速预热管，与来自第二快速加热段的固体混合，然后，在气/固再分离之后再导入第二段快速预热管，与来自第一快速加热段的固体混合，最后，紧跟着另一气/固分离步骤，再导入第一段快速加热管，与新鲜原料混合。早期阶段的固体靠重力传导，来自旋风分离器底部锁紧阀(locking valve)的原料通过重力传导至下一个快速加热段。

该过程是受控的，以使得快速煅烧炉中平均气体速度为6米/秒，即将生成的气体温度为660℃、煅烧炉排出的气体温度为585℃、平均温度为610℃，而且在引入的气体中水蒸气压力为20千帕。加到快速煅烧炉中的预热过的材料含有7.0％的化学结合水，温度为415℃。通过计算，气体在快速煅烧炉中的滞留时间低于1秒。所得到的产品具有88％以上的可萃性，在性质上与实施例2的产品基本上没有差异。

将工艺条件和产品性质保持连续运行24小时以上(即进行约150000快速煅烧循环)。

通过此试验，可以得到按比例放大至每年处理超过一百万吨铁矾土原料的设备的设计参数。

Claims (22)

1．一种氧化铝工艺原料的处理方法，处理之后，将经处理的原料转移至氧化铝工艺，以从处理的原料中萃取精制的氧化铝，该处理方法包括下列步骤：

(a)通过与燃气直接接触，将氧化铝工艺原料加热至400-650℃，和

(b)将加热过的原料冷却至其可以处理并进料给氧化铝工艺的温度，

而且该处理方法的特征在于，控制所述原料在上述步骤(a)温度范围内的接触时间，以确保其中存在的三水合氧化铝和一水合氧化铝通过脱水而分解，同时：

(ⅰ)基本上不由三水合氧化铝形成一水合氧化铝，或

(ⅱ)不降低残余物的结合水至萃取受到相反影响的程度，或

(ⅲ)不允许与水蒸气接触足够的时间，以减缓取决于水蒸气的可萃

性的损失。

2．权利要求1的处理方法，其中所述步骤(a)中的接触时间低于5分钟。

3．权利要求1的处理方法，其中所述步骤(a)中的接触时间低于1分钟。

4．权利要求1的处理方法，其中所述步骤(a)中的接触时间低于10秒钟。

5．前述权利要求任一项的处理方法，其中供给步骤(a)的氧化铝工艺原料的平均粒度比较细，以确保颗粒壳不过热，否则就会受水蒸气影响。

6．前述权利要求任一项的处理方法，其中供给步骤(a)的氧化铝工艺原料的粒度分布是窄的，以便在较粗颗粒的核的热处理完成时，非常细的颗粒不过热，要不然就会受水蒸气影响。

7．前述权利要求任一项的处理方法，其中包括在原料供给步骤(a)之前将氧化铝工艺原料磨碎。

8．前述权利要求任一项的处理方法，其中供给步骤(a)的氧化铝工艺原料包含按重量计不超过5％的保留在5毫米孔径上面的材料。

9．前述权利要求任一项的处理方法，其中供给步骤(a)的氧化铝工艺原料包含按重量计不超过5％的保留在2毫米孔径上面的材料。

10．前述权利要求任一项的处理方法，其中供给步骤(a)的氧化铝工艺原料包含按重量计不超过5％的保留在1毫米孔径上面的材料。

11．前述权利要求任一项的处理方法，其中供给步骤(a)的氧化铝工艺原料包含按重量计不超过30％的通过20微米孔径的材料。

12．前述权利要求任一项的处理方法，其中供给步骤(a)的氧化铝工艺原料包含按重量计不超过20％的通过20微米孔径的材料。

13．前述权利要求任一项的处理方法，其中供给步骤(a)的氧化铝工艺原料包含按重量计不超过10％的通过20微米孔径的材料。

14．前述权利要求任一项的处理方法，其中包括在氧化铝工艺原料供给步骤(a)之前将原料预热。

15．前述权利要求任一项的处理方法，其中包括按温度敏感性或水蒸气敏感性将氧化铝工艺原料分离，并选择性地将分离的原料流引入步骤(a)同时考虑到上述一种或两种敏感性。

16．权利要求15的处理方法，其中包括将氧化铝工艺氧化铝工艺原料的三水合氧化铝部分引入燃气足够冷的步骤(a)中，而不是用较热的气体分解这部分三水合氧化铝，以便降低可萃性损失的潜在性。

17．权利要求15的处理方法，其中包括将氧化铝工艺原料的细粒部分引入燃气足够冷的步骤(a)中，而不是用较热的气体分解这部分细粒，以便降低可萃性损失的潜在性。

18．前述权利要求任一项的处理方法，其中包括在过量的空气中制备用于步骤(a)中燃气，并将燃气和空气提供给步骤(a)。

19．权利要求1-17任一项的处理方法，其中的步骤(a)包括通过与燃气和空气直接接触将氧化铝工艺原料加热至400-650℃的温度。

20．一种基本上如本发明所述的拜耳法，包括前述权利要求任一项的处理方法。

21．根据前述权利要求1-17任一项方法得到的经处理的氧化铝工艺原料。

22．一种氧化铝工艺原料的处理方法，处理之后，将经处理的原料转移至氧化铝工艺，以从处理的原料中萃取精制的氧化铝，该处理方法包括下列步骤：

(a)通过与燃气直接接触，将氧化铝工艺原料加热至400-650℃，和

(b)将加热过的原料冷却至其可以处理并进料给氧化铝工艺的温度，

而且该处理方法的特征在于，控制所述固体氧化铝工艺原料在上述步骤(a)温度范围内的接触时间小于5分钟。