用于滗析矿物浆料的沉降器及用于将所矿物浆料的澄清液和浓浆分离的方法

用于滗析矿物浆料的沉降器及用于将所矿物浆料的澄清液和浓浆分离的方法
【专利摘要】一种用于滗析矿浆的沉降器(201)，其包括罐(203)，所述罐具有侧壁(205)、底部(207)和顶部(209)；位于罐底部用于浓浆的出口(211)；用于抽取澄清液的溢流料流的第一溢流口(213)；用于将新鲜浆料引入罐中的浆料输入装置(215)，所述浆料输入装置(215)具有浆料口(261)，通过所述浆料口将新鲜浆料加入罐中的浆料体中；以及具有垂直轴线(239)的搅拌器(217)，搅拌器围绕该垂直轴线转动或作往复运动，在所述沉降器中，浆料口(261)相对于所述搅拌器的垂直轴线横向偏移，并且所述浆料输入装置(215)包括混合装置(251)。一种包括上述沉降器的分离装置及一种用于将矿浆的澄清液和浓浆分离的方法。
【专利说明】
用于滗析矿物浆料的沉降器及用于将所矿物浆料的澄清液和 浓浆分离的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及在工业工艺中使用的矿浆沉降器。更具体而言，本发明涉及用于滗析 或稠化矿物或矿物尾矿，例如，在通过拜耳碱性消化或溶蚀工艺从铝土矿中提取氧化铝的 过程中产生的赤泥的浆料的沉降器。有时，这种沉降器称为重力沉降器、压力沉降器、澄清 器、分离器、稠化器、深度稠化器等。在下文中，所述沉降器可还称为重力沉降器。
[0002] 本发明还涉及包括这种沉降器的分离装置，以及将矿浆的澄清液与浓浆分离的方 法。
[0003] 本发明下文的描述集中在拜耳法浆料的沉降上。然而，应当强调的是本发明具有 比这更广泛的应用，并且本发明通常涉及任何类型的工艺浆料的沉降。
【背景技术】
[0004] 许多工业工艺使用罐或池，在罐或池中，通常借助絮凝剂或其他化学助剂使矿物 或尾矿浆料沉降和稠化，以产生下层的浓浆和上层的澄清液。由于各种原因可能需要稠化 工艺，但稠化工艺通常用于产生稠泥浆或塑性固体，所述稠泥浆或塑性固体比稀浆料可更 容易地且经济地处理或运输。然后，所述澄清液可再循环至相同的工业工艺或直接处理掉。
[0005] 例如，通过铝土矿的碱性消化而产生氢氧化铝的方法一一已知为拜耳法一一具有 处理由铝土矿的消化而得到的浆料的分离装置，以使富集的铝酸钠溶液与称为赤泥的不溶 性残余物分离。分离装置通常被连接到用于处理富集的铝酸钠溶液的沉淀装置上，以析出 氢氧化铝。分离装置通常包括用于将絮凝剂加入浆料中的预处理装置和连接至所述预处理 装置的用于产生澄清液的沉降器。预处理装置通常通过在沉降器外产生具有低固体颗粒浓 度的澄清液的溢流料流来改善沉降器的性能。
[0006] 在已知的拜耳法中，分离装置通常包括过滤装置，其用于从澄清液中除去至少部 分的不溶性残余物的剩余颗粒。在沉降器之后使用过滤确保待输送至沉淀装置的过饱和溶 液是高纯度的。工业上一直在寻找并仍在寻找改善拜耳法性能的分离装置，特别是沉降器， 以简化过滤步骤的实施和操作，并降低相关成本。
[0007] 已知用于处理矿浆(例如，赤泥）的沉降器通常包括罐，该罐用于容纳或滗析浆料 体以形成下层的浓浆和上层的澄清液，所述罐具有侧壁、底部和顶部、罐底部浓浆的出口以 及用于抽取澄清液的溢流料流的溢流口。通过给料井将待滗析的浆料引入罐中，所述给料 井通常是由具有上端开口的圆筒形侧壁构成的直立圆筒，且所述给料井被部分浸没在罐内 浆料的上表面以下。沉降过程通常通过垂直旋转的以耙或类似的在罐中心布置的搅拌器来 辅助。
[0008] 美国专利第6,936，178号记载了一种用于矿浆(例如，拜耳法的赤泥）的沉降器，其 使由不想要的固体沉积物引起的问题最小化，所述固体沉积物由包含在所述浆料中的大比 例的粗颗粒引起。在以上专利中描述的沉降器具有浆料输入装置，所述浆料输入装置具有 浆料口，通过所述浆料口将新鲜浆料加入罐内的浆料体中且所述浆料口被设置成避免所述 新鲜浆料中的固体积聚在紧靠该浆料口的上游处。另外，所述浆料口相对于搅拌器的大体 垂直的轴线横向偏移，搅拌器围绕该垂直轴线转动或作往复运动。
[0009] 需要提供一种用于滗析矿浆(例如，赤泥）的沉降器，其可以稳定地产生具有低固 体颗粒浓度的澄清液的溢流料流，同时将浓浆的密度保持在可接受的水平。

【发明内容】

[0010] 本发明的目的是改进沉降器设计以适合含有粗颗粒的浆料，例如，赤泥，并且稳定 地产生具有低固体颗粒浓度的澄清液的溢流料流，同时将浓浆的密度保持在可接受的水 平。
[0011] 本发明的另一个目的是优化絮凝剂的性能，从而限制加入的絮凝剂的量。
[0012] 根据本发明，提供了用于滗析矿浆的沉降器，其包括
[0013] -罐，用于容纳和滗析浆料体以形成下层的浓浆和上层的澄清液，该罐具有侧壁、 底部和顶部，
[0014] -位于罐底部用于浓浆的出口，
[0015] -第一溢流口，用于抽取澄清液的溢流料流，
[0016] -靠近罐顶部处将新鲜浆料引入罐中的浆料输入装置，该浆料输入装置具有浆料 口，通过该浆料口将新鲜浆料加入罐中的浆料体中，以及
[0017] -搅拌器，具有大体垂直的轴线，所述搅拌器围绕该垂直的轴线转动或作往复运 动，
[0018] 所述沉降器的特征在于，所述浆料口相对于搅拌器的所述大体垂直的轴线横向偏 移，并且所述浆料输入装置包括混合装置。
[0019] 优选地，浆料输入装置限定了包括混合装置的流通面积。更优选地，所述浆料输入 装置限定了包括用于将絮凝剂与新鲜浆料混合，同时稀释罐中容纳的浆料体中的所述絮凝 剂的混合装置的流通面积。优选地，所述混合装置是无底的，也就是说其不具有固体可在其 上积聚的任何机械部件。这种构造防止固体积聚在紧靠浆料输入装置的浆料口上方。这种 构造还促进浆料输入装置中用浆料体的浆料稀释絮凝剂，同时促进所述絮凝剂与新鲜浆料 混合。
[0020] 因为搅拌器可为耙的形式，所以所述搅拌器可称为耙，所述耙具有与垂直轴线对 齐的可旋转或可往复运动的中心垂直杆。
[0021] 术语"横向偏移"是指搅拌器(或其向上延伸部分)的垂直轴线不穿过浆料口，因为 该开口相对于轴线是水平侧向偏移的。通常浆料口基本向下开口，因此对着罐的底部。
[0022] 浆料输入装置可称为给料井。更确切地说，所述浆料输入装置为竖直取向的给料 井，在给料井的底部设有浆料口以形成流入罐内浆料体中的浆料流。插入装置的位置相对 于搅拌器的大体垂直的轴线表明其可称为偏心给料井。
[0023] 给料井相对沉降器的位置防止固体颗粒的积聚和底流稠化物质的阻塞。另外，这 种与所述偏心给料井中的混合装置结合使用的偏心给料井使得能够分别在给料井和沉降 器中进行不同的混合条件。
[0024] 所述搅拌器的垂直轴线优选与浓浆的出口同心对准，使得轴线和出口都位于罐中 心。那么，浆料口中心与罐中心的优选距离为罐中心与罐侧壁之间距离的至少5 %，且更优 选至少10%。实际上，浆料口可位于罐中心与罐侧壁之间距离的50%或更远处，甚至可位于 紧邻罐的侧壁处。
[0025]本发明的沉降器可设有一个以上的浆料输入装置，所有的浆料输入装置均具有相 对于搅拌器的垂直轴线横向偏移的浆料口。
[0026] 优选地，混合装置的操作独立于搅拌器。
[0027] 当给料井的混合装置包括一个或多个安装在相同旋转轴上的旋转式搅拌器时，给 料井的偏心构造使得能够设置搅拌器的转速，使之与沉降器中搅拌器的速度不同。通常，给 料井搅拌器的转速大于沉降器中一个搅拌器的转速。
[0028] 优选地，将浆料输入装置构造成避免新鲜浆料中的固体积聚在紧靠浆料口的上游 处。
[0029] 浆料输入装置在紧靠浆料口上游处具有横向于浆料流的横截面，并且有利地，浆 料口的横截面积与紧靠浆料口上游处给料井横截面积的至少80 % -样大。理想地，所述浆 料口的尺寸(面积)与紧靠浆料口上游处的浆料输入装置的横截面相同，或不会明显更小。 由于新鲜浆料在给料井中不会过于静止，这避免或防止了给料井中新鲜浆料中的固体大量 积聚在紧靠浆料口上游处。
[0030] 可通过使新鲜浆料流保持适当高速率流过整个浆料输入装置和浆料口以防止固 体沉淀来避免新鲜浆料中的固体积聚在紧靠浆料输入装置开口的上游处。
[0031] 优选地，浆料输入装置的混合装置包括至少一个旋转式搅拌器。至少一个、优选所 有的旋转式搅拌器可为叶片式搅拌器。
[0032] 优选地，浆料输入装置包括直立的圆柱形壁，所述浆料输入装置的混合装置在圆 形区域中操作，所述圆形区域的直径为所述直立的圆柱形壁直径的0.4至0.8倍，例如0.6 倍。这能够优化浆料输入装置中的絮凝剂与固体材料之间的接触。
[0033]优选地，浆料输入装置包括浆料给料管，所述浆料给料管以这样的方式设置:浆料 被切向地供入浆料输入装置中。这样使得沿浆料输入装置侧壁滗析絮凝浆料的速度更缓 慢，从而减小固体物质集料的损耗。
[0034]优选地，浆料输入装置的混合装置包括两个旋转式搅拌器，其被设置在相对于浆 料给料管的更低处和更高处。使用两个旋转式搅拌器确保了浆料输入装置的大部分的内部 体积受到搅拌。该两个旋转式搅拌器分别相对于浆料给料管更低处和更高处的设置，确保 了将絮凝浆料供入浆料输入装置的搅拌区域中。
[0035]优选地，浆料口被设置在浆料输入装置的底部。这确保被供入浆料输入装置中的 絮凝浆料中的固体颗粒不会积聚在所述浆料输入装置的底部。这避免了任何的清洁或除垢 操作。
[0036] 根据优选的实施方案，本发明的沉降器包括第二溢流口，当代表澄清液中固体颗 粒浓度的测量值大于预定阈值时，第二溢流口用于抽取澄清液的不合格溢流料流；当所述 测量值小于预定阈值时，从第一溢流口抽取澄清液的溢流料流。
[0037] 在拜耳法的情况中，具有两个分离的溢流口的沉降器表明存在两条分离管线，一 条连接至沉淀步骤，另一条连接至预处理步骤。
[0038] 优选地，第二溢流口位于比第一溢流口的更高水平处。由于这样的构造，在澄清液 的不合格溢流料流流出第二溢流口之前有延迟。这种延迟在作用于操作分离装置之前给出 一些时间去反应。该延迟与两个溢流口之间垂直距离相关。由于这种构造，在与第二溢流口 连接的管线中不需要阀门。由于不存在阀门，因此剥落对于阀门操作、更具体而言对阀门开 启不存在不利影响。
[0039] 根据本发明，提供了用于将矿浆的澄清液和浓浆分离的分离装置，该分离装置包 括用于下述的预处理装置:将絮凝剂加入新鲜浆料中并混合所述新鲜浆料与所述絮凝剂， 并得到絮凝浆料，其特征在于，所述分离装置还包括上述沉降器，所述沉降器被连接到所述 预处理装置上，用于滗析所述絮凝浆料且用于产生澄清液。
[0040] 本发明还涉及将矿浆的澄清液和浓浆分离的方法，该方法包括在沉降器中沉淀新 鲜浆料，其包括
[0041] -将所述新鲜浆料引入罐中的浆料体中以形成下层的浓浆和上层的澄清液，所述 罐设有围绕大体上垂直的轴线旋转或往复运动的搅拌器，所述新鲜浆料通过开口引入至浆 料输入装置中，
[0042]-从罐底部的出口移除浓浆，以及
[0043] -从第一溢流口移除靠近罐顶部的澄清液，
[0044] 所述方法的特征在于，所述新鲜浆料使用所述浆料输入装置中的混合装置进行混 合，并通过位于与所述搅拌器大体垂直的轴线横向隔开位置处的所述开口引入到罐中。
[0045] 优选地，浆料输入装置限定了包括混合装置的流通面积。
[0046] 优选地，所述方法包括在预处理步骤中通过以下步骤预处理新鲜浆料:将絮凝剂 加入至所述新鲜浆料中，并混合絮凝剂与浆料以得到絮凝浆料。
[0047]预处理步骤的总体目标是促进浆料中固体物质集料的形成，从而促进得到的絮凝 浆料中固体物质的沉降。在预处理步骤中将絮凝剂与浆料混合的一个目的是提高浆料中絮 凝剂与固体物质之间接触的可能性。将絮凝剂与浆料混合的另一目的是保持固体物质的分 散性(优选均匀分散性），并且将在预处理步骤所用装置中的固体物质的沉降最小化，所述 固体物质包括在浆料中形成的任何固体物质的集料。将絮凝剂与浆料混合的另一目的是使 集料生长成适于促进固体物质(包括固体物质的集料)和沉降槽中的溶液分离的尺寸。 [0048]优选地，预处理步骤包括浆料与至少部分絮凝剂的初始混合步骤、浆料与絮凝剂 在浆料输入装置中的最终混合步骤，并且选取初始混合步骤中的混合速率高于最终混合步 骤中的混合速率。
[0049] 混合速率意指表示施加于絮凝浆料（即絮凝剂）、浆料中的固体颗粒及固体物质上 的剪切强度，所述固体物质已经借助所述絮凝剂形成固体颗粒的集料。固体颗粒的集料也 称为絮凝物。混合速率可通过测定搅拌的速度，例如通过测定旋转式搅拌器最终的速度来 确定。
[0050] 已发现施加至不同混合步骤中的混合速率不仅对固体颗粒与絮凝剂之间的接触 有影响，而且对固体物质集料的破裂有影响。换言之，有待于发现混合的最优速率。更确切 地说，将一系列不同的混合速率施加于浆料，以优化固体颗粒与絮凝剂之间的接触或/和防 止固体物质的集料的破裂。若混合速率过低，则固体颗粒和絮凝剂之间的接触不充分。若混 合速率过高，则已凝聚的固体颗粒趋向于破裂。通过选择初始步骤的混合速率高于最终混 合步骤的混合速率，出人意料地发现在沉降器中接下来的沉降步骤的性能被显著改善。
[0051] 预处理步骤还可包括在该步骤过程中改变絮凝剂剂量率。预处理步骤可包括在该 步骤的早期阶段选择比在该步骤的晚期阶段更高的剂量率。
[0052] 不囿于任何理论，可以看出上述混合速率的选择和剂量率的改变进一步提高预处 理步骤的早期阶段中固体颗粒与絮凝剂的接触，并且进一步促进了集料形成同时保持絮凝 浆料中固体物质(包括可形成的任何集料)的分散。
[0053]已发现预处理步骤可显著地改善分离步骤的性能，该分离步骤包括以高混合速率 将絮凝剂加入到至少一个上游罐，以及以低混合速率将絮凝剂加入到下游罐或重力沉降器 的浆料输入装置中。
[0054] 这种絮凝剂添加方案的影响可通过考虑以下来评估:一方面，在絮凝浆料的沉降 步骤过程中产生的澄清液的澄清度或其不溶性残余物的浓度，另一方面，在所述分离步骤 过程中絮凝浆料的沉降速度。
[0055] 对于澄清液的澄清度而言，在重力沉降器的表面得到的澄清液的不溶性残余物的 浓度大约l〇mg/L的数量级，这比当使用常规的絮凝预处理步骤要小的多。
[0056] 对于絮凝浆料的沉降速度而言，这的确是要考虑的重要参数，因为所述沉降速度 与在分离步骤中使用的沉降器的效率有关。本发明的方法显然旨在用于工业规模的工厂， 因此絮凝预处理需要以使沉降速度最大化的方式进行。特别地，本发明的方法需要与在固/ 液分离步骤中使用高速率滗析相兼容。
[0057] 因此，所得的澄清液的固体颗粒的量明显减少，因此，在拜耳法的情况中，不再需 要任何过滤，且可将澄清液直接供入沉淀步骤中。
[0058]优选地，初始混合步骤包括使浆料流过第一和第二混合装置。构成初始混合装置 的混合装置可为串联混合器或优选为搅拌槽。
[0059] 优选地，浆料输入装置的混合装置包括至少一个旋转式搅拌器。可将搅拌器尖端 处的速度调节为〇. 3至0.7m/s。
[0060] 优选地，沉降器的浆料输入装置具有浆料口，通过所述浆料口将絮凝浆料引入沉 降器中，引入沉降器中的絮凝浆料的速度保持为100至150m/h。
[0061] 引入沉降器中的絮凝浆料的速度可通过所述浆料的流量除以给料井浆料口的横 截面积来确定。将引入沉降器中的絮凝浆料的速度保持在上述范围内确保了该速度对于将 絮凝浆料的固体物质分散在沉降器的大部分内体积中不是太低，并且该速度对于防止固体 物质集料损耗和夹带澄清液不是太高。
[0062]根据本发明的一个优选方面，所述方法包括
[0063] -当代表澄清液中固体颗粒浓度的测量值小于预定阈值时，从第一溢流口抽取澄 清液的溢流料流，
[0064] -当测量值大于预定阈值时，停止从第一溢流口抽取溢流料流，以及
[0065] -当测量值大于所述预定阈值时，从第二溢流口抽取澄清液的不合格溢流料流。
[0066] 在拜耳法的情况中，在第一溢流口与沉淀步骤之间的管线上安有阀门。仅当操作 是不正常时，也就是说当测量值大于预定阈值时，所述阀门保持关闭。由于阀门关闭的持续 时间应当是有限的，因此剥落没有时间发生，并且阀门的开启不会被剥落阻止。
[0067]在拜耳法的情况中，当本发明的方法用于处理由铝土矿的碱性消化得到的浆料以 从不溶性残余物中分离富集的铝酸钠溶液，所述方法提供了基本上由重力沉降器进行的显 著简化的分离步骤，并且不需要使用过滤步骤。在该上下文中，本发明的方法防止产生具有 不可接受纯度的氧化铝和/或在分离步骤之后的氧化铝回收步骤的操作中出现事故。
【附图说明】
[0068] 下图描述了本发明，说明了本发明的沉降器、分离装置和方法的一个实施方案，而 没有限制。
[0069] 图1是说明使用本发明的沉降器的拜耳法的实例的示意图。
[0070] 图2表示在拜耳法的情况中本发明的分离方法的实例。
[0071] 图3表示在拜耳法的情况中使用一种控制方案的包括本发明的沉降器的分离装 置。
[0072] 图4表示在拜耳法的情况中使用另一种控制方案的包括本发明的沉降器的分离装 置。
[0073] 图5表示示出了本发明的沉降器实例的垂直剖视图。
【具体实施方式】
[0074]图1中示例性示出的方法代表了已知的拜耳法中由铝土矿生产氢氧化铝的主要方 法步骤。
[0075]参照图1，通常在铝酸钠溶液的存在下，将铝土矿10供入研磨步骤12中，以粉碎矿 石。将得到的浆料14供入脱硅步骤16中。脱硅之后，将脱硅液18和铝土矿的浆料在预加热步 骤20中预热，且将其与铝酸钠溶液接触，所述铝酸钠溶液由未示出的新鲜的铝酸钠液流和 铝酸钠溶液循环料流22提供。铝酸钠溶液和铝土矿的预加热浆料24供入消化链中的消化步 骤26,在消化链中，消化步骤在压力和高温下进行。消化链通常由一系列的高压釜组成，其 中浆料在所述高压釜中循环。在消化过程中，获得含有富集的铝酸钠溶液和不溶性残余物 的浆料。在消化过程中，浆料流过未示出的热交换器，热交换器将热量回收至预加热步骤20 中。接着由消化得到的浆料28在步骤30中进行减压。然后，将仍包含富集的铝酸钠溶液和不 溶性残余物的减压浆料32输送至分离步骤，以使富集的铝酸钠溶液与不溶性残余物分离。 通常，分离步骤包括在重力沉降器中的滗析或沉降步骤70,在重力沉降器中不溶性残余物 通过重力与富集的铝酸钠溶液分离。沉降罐通常处于压力下。不溶性残余物以赤泥36的形 式从沉降罐的底部移除，同时富集的铝酸钠溶液(通常称为澄清液）以所述沉降罐的溢流料 流38的形式与赤泥分离。然后赤泥在逆流洗涤器42中用水40洗涤，以回收铝酸钠。具有极高 含量铝酸钠的第一洗涤器的溢流44流过辅助过滤步骤66,然后将所述过滤步骤过程中得到 的滤液料流67输送至下文所述的沉淀步骤52。将经洗涤的赤泥46输送至处理区。将与不溶 性残余物分离的富集的铝酸钠溶液料流50输送至用于将氧化铝回收为冶炼级氧化铝的其 他步骤。这些步骤包括沉淀步骤和煅烧步骤。通常，在进行沉淀之前，过饱和的铝酸钠溶液 料流50被进一步冷却以增加溶解的铝酸钠的过饱和度。在包括一系列沉淀器52的分解链中 进行沉淀，其中将滤液50逐步冷却以析出氢氧化铝。通常，沉淀还包括在分级线路54中进行 的分级步骤。向分级线路中供入离开沉淀线路52的氢氧化铝的浆料53。细氢氧化铝料流56 在分级线路54中被分离并循环返回至沉淀线路52中作为晶种。一旦离开分级线路54,废液 58通过蒸发60进行浓缩，将所得的浓缩液通过循环料流22送回至消化步骤，同时将产生的 氢氧化铝62供入煅烧步骤64中。
[0076]在已知的拜耳法中，在沉降步骤之后，分离步骤通常需要其他的过滤步骤，用于从 澄清液中除去至少部分的不溶性残余物的剩余颗粒。剩余颗粒通常非常细，过滤助剂，例如 石灰或铝酸三钙需要施用到滤布上，以防止堵塞和提高过滤速度。这同样适用于需要铝酸 三钙68的辅助过滤步骤66。铝酸三钙通常由作为原料的石灰得到，但还消耗铝酸钠，因此降 低了拜耳法的转化率。因此，过滤步骤的设备和操作相当复杂，并导致高的资金成本和操作 成本。
[0077]图1中所示方法的分离步骤70基本上通过在本发明的重力沉降器中沉降浆料来进 行，并且在沉淀步骤52、54之前不需要使用过滤步骤。由于重力沉降器及其给料井(将在下 文进行详细描述)的特别设计，在重力沉降器的表面上得到的澄清液的不溶性残余物的浓 度大约为l〇mg/L的数量级。与基于连续测定澄清液的池度的特定控制方案结合的重力沉降 器的特别设计，使得可以向沉淀步骤直接供入所述澄清液的料流50,同时保持产生的氧化 铝的纯度和随后氧化铝回收处理步骤的可靠性。
[0078] 参见图2,分离步骤70包括：
[0079]-预处理浆料，在预处理步骤81中，通过向所述浆料中加入絮凝剂并混合絮凝剂与 浆料以得到絮凝浆料，
[0080]-在重力沉降器中沉降83所述絮凝浆料以产生澄清液和不溶性残余物的浓浆，
[0081 ]-在测量步骤85中，确定代表澄清液中固体颗粒浓度的测量值，以及 [0082]-比较87测量值与预定阈值。
[0083]当测量值小于所述预定阈值时，分离步骤70包括：
[0084]-从重力沉降器的第一溢流口抽取89澄清液的溢流料流，以及 [0085]-将所述澄清液直接供入91沉淀步骤52中。
[0086]当测量值大于所述预定阈值时，分离步骤70包括：
[0087]-停止93从第一溢流口抽取溢流料流，
[0088]-从所述重力沉降器的第二溢流口抽取95澄清液的不合格溢流料流，以及 [0089]-将所述澄清液重定向（redirect)至预处理步骤81。
[0090] 图3和图4示出了分离装置，在使用两种不同类型的控制方案的拜耳法的情况中， 所述分离装置包括本发明的沉降器。所示过程集中在拜耳法的分离步骤上，更准确地说集 中在拜耳法的减压步骤至沉淀步骤。
[0091] 参见图3和图4,将来自消化步骤的浆料料流101在一系列闪蒸罐中闪蒸冷却至环 境温度和环境压力下。为了简化图示，仅示出了减压步骤中最后的闪蒸罐103及其蒸汽出口 105。使用栗109将减压浆料107栗送到预处理步骤，其中通过加入絮凝剂并混合絮凝剂和所 述浆料进行处理，所述减压浆料107包含溶解氧化铝的富集铝酸钠溶液和由不溶的铝土矿 颗粒形成的不溶性残余物。
[0092] 预处理步骤包括使用第一部分絮凝剂的初始混合步骤，所述初始混合步骤包括使 浆料流过第一搅拌槽111和第二搅拌槽113。通过第一絮凝剂给料管115将第一部分絮凝剂 加入栗109与第一搅拌槽111之间的管线中，并通过第二絮凝剂给料管117将其加入到所述 第一搅拌槽111与第二搅拌槽113之间的管线中。所述絮凝剂可为任何合适的絮凝剂，例如， 聚丙烯酸酯或异羟肟酸盐。根据方法需要，所述布置使得可以改变絮凝剂的剂量率。第一搅 拌槽111与第二搅拌槽113都分别配有旋转式搅拌器121、123。根据方法需要，旋转式搅拌器 12U123可具有变速驱动器，使得可在每个罐中以不同的速率转动搅拌器。预处理步骤的第 一搅拌槽111和第二搅拌槽113串联布置，具有位于所述罐上部的处理浆料入口和位于所述 罐下部的处理溶液出口。浆料串联地流过搅拌槽111、113，使得100%的浆料流经每个罐。
[0093]进行预处理步骤，以得到絮凝浆料，所述絮凝浆料之后被引入到重力沉降器125 中，浆料的絮凝使得在重力沉降器中具有更好的沉降性能。
[0094] 所述预处理步骤还包括额外的混合步骤(在下文中称为最终混合步骤），用于混合 浆料和絮凝剂，所述最终混合步骤在重力沉降器125的浆料输入装置(通常称为给料井127) 中进行。通过另一絮凝剂给料管129将第二部分絮凝剂加入第二搅拌槽113与给料井127之 间的管线中。同样，可以根据方法需要改变通过管线129加入的絮凝剂的剂量率。
[0095]给料井通常用于将得到的絮凝浆料引入所述重力沉降器中。根据本发明的一个方 面，给料井127用于进一步混合絮凝剂和浆料，因此给料井127包括混合装置，例如旋转式搅 拌器。更确切地说，给料井127的混合装置包括安装在相同轴线上的两个旋转式搅拌器131， 以确保所述给料井的大部分内部体积被搅拌。旋转式搅拌器131可具有变速驱动器。两个旋 转式搅拌器131分别被设置在相对浆料给料管133的更低处和更高处，以确保絮凝浆料被供 入给料井的搅拌区域中。
[0096]已发现恰好在沉降步骤之前，在沉降器125中混合絮凝剂和浆料显著地改善分离 步骤的性能。当第一搅拌槽111和第二搅拌槽113的混合速率高于给料井127的混合速率时， 分离步骤的性能甚至被进一步改善。换言之，降低最终混合步骤中的混合速率，且恰好在所 得絮凝浆料进行沉降步骤之前具有最终混合步骤，使得在浆料中获得具有减少的固体颗粒 量，例如，小于l〇mg/L的澄清液。
[0097]将旋转式搅拌器131尖端处的速度调节至0.3至0.7m/s。给料井127具有浆料口 135,通过所述浆料口将絮凝浆料引入重力沉降器中。浆料口 135设置在给料井127的底部， 以防止在所述给料井的底部积聚。被引入到重力沉降器中的絮凝浆料的速度保持在100至 150m/h，以将固体物质分布在重力沉降器125的大部分的内部体积中并防止聚集的固体物 质损耗。
[0098] 给料井包括直立的圆柱形壁137、在圆形区域中操作的旋转式搅拌器，所述圆形区 域的直径约为所述直立的圆柱形壁直径的0.6倍。浆料给料管133以这样的方式布置:将浆 料切向供入浆料输入装置中。重力沉降器125具有耙141、相对耙的主轴线横向偏移的浆料 口 135。这种构造意味着给料井127中搅拌器131的轴线与耙141的轴线不同，使得给料井搅 拌器131的转速与耙141的转速不同。
[0099] 絮凝浆料的固体组分和液体组分在重力沉降器125中分离，以在所述容器的顶部 产生澄清液并在所述容器的底部产生浓浆。
[0100] 重力沉降器设有第一溢流口 151，所述第一溢流口 151通过管线155连接到沉淀装 置153上。浊度探针157设置在管线155上，用于确定澄清液的第二料流159的浊度测量值。管 线155还配有隔离阀161。隔离阀161通过过程控制装置163在功能上与浊度探针连接，所述 过程控制装置163包括用于比较测量值与预定阈值的装置，所述预定阈值优选对应于10mg/ L的澄清液的固体物质含量。
[0101] 对于浊度测量而言，可以通过抽取澄清液的第二料流并连续测量所述澄清液第二 料流的浊度来进行。浊度的测量通常通过测量光穿过澄清液的样品柱时的衰减来完成。用 于量化池度的单位通常为Nephelometric Turbidity Units或相应的缩写NTU。通常需要预 校准由所测量的浊度值来确定澄清液中固体颗粒的浓度。例如通过加入可降低剥落的苛性 碱或任何其他类型的添加剂，可处理澄清液的第二料流以防止管线中的剥落。还可以提高 管线的温度以防止氧化铝在管线中沉淀。澄清液的第二料流或其上装有浊度探针的任何管 线均可被跟踪以提高澄清液的温度，以防止氧化铝在管线中沉淀。
[0102] 重力沉降器还设有连接预处理步骤的第二溢流口 171。第二溢流口 171通过重定向 管线173直接与缓冲罐175连通。通过直接连通，这意味着没有装置可以停止所述管线中的 流动。第二溢流口 171位于比第一溢流口 151更高水平处。
[0103] 在正常操作中，即当浊度的测量值小于预定阈值时，从第一溢流口 151抽取澄清液 的溢流料流并通过管线155将其直接供入沉淀装置153中。当测量者小于预定阈值时，过程 控制装置163保持隔离阀161开启。
[0104] 在异常操作中，即当测量值大于预定阈值时，隔离阀161通过处理控制装置163被 致动在关闭位置，从而停止从第一溢流口 151中抽取溢流料流。然后通过第二溢流口 171和 在所述第二溢流口 171与缓冲罐175之间的重定向管173,澄清液自然地重定向至预处理步 骤。
[0105] 由于第二溢流口 171位于比第一溢流口 151更高处，因此重定向管线173上不需要 阀门。这防止可能在阀门上形成的任何剥落，该剥落将对阀门开启操作特别有害。对于隔离 阀161而言，其仅在异常操作中保持关闭。由于隔离阀161保持关闭的持续时间通常有限，因 此剥落应当没有时间发生，并且隔离阀161的开启不应被剥落的存在而阻止。
[0106] 在分别由图3和图4表示的实施方案中，当测量值大于预定阈值时，澄清液重定向 至预处理步骤通过缓冲罐175来进行。重定向的澄清液可称为不合格澄清液。在缓冲罐中的 停留时间为作用于分离步骤且更特别地是所述分离步骤的预处理步骤的操作提供了更多 时间。在两种情况下，将澄清液引入缓冲罐175的下部，以防止不合格澄清液的冷却，所述不 合格澄清液的冷却会导致氧化铝在所述缓冲罐中有害沉淀。在两种情况下，通过配有栗183 的管线181或通过减压步骤的闪蒸罐103的底部，可将不合格澄清液从缓冲罐175的底部重 定向至预处理步骤。
[0107] 在图3的分离装置中，通过蒸汽喷射器185将蒸汽注入缓冲罐中，以稳定溶液并防 止氧化铝在所述缓冲罐中沉淀。
[0108] 在图4的分离装置中，在缓冲罐中保持最少量的苛性钠187,用于稳定溶液并防止 氧化铝在所述缓冲罐中沉淀。确定苛性钠的最少量，从而使得氧化铝与苛性钠的重量比减 少了预定的值，例如0.60。
[0109] 现参照图5,在拜耳法的情况之外，现将更详细地描述可在分离装置中使用的的重 力沉降器的上述特征。实际上，所示的重力沉降器可用于滗析或稠化任何类型的矿浆。
[0110] 重力沉降器201包括用于容纳和滗析浆料体以形成下层的浓浆和上层的澄清液的 容器或罐203，所述罐具有侧壁205、底部207和顶部209、罐底部出用于浓浆的出口 211、靠近 罐的顶部用于澄清液层的第一溢流口213,以及靠近罐的顶部用于将新鲜浆料引入罐中的 浆料输入装置(也称为给料井215)。所述重力沉降器包括由马达219驱动的转动耙217形式 的中心搅拌器，所述耙217具有大体上垂直的轴线，搅拌器围绕该轴线转动或作往复运动。 耙由垂直的中心立轴221组成，所述中心轴221带有若干个向上倾斜的径向延伸臂223,所述 径向延伸臂223形成牢固连接在中心轴上的耙齿。
[0111] 通常通过加入絮凝剂来预处理剂浆料，并且将罐内得到的絮凝浆料收集到靠近罐 顶部209的上表面231上。泥状絮凝物沉降，形成下层的稠化泥233和上层的澄清液235。当绕 中心的垂直轴线239转动时，耙217在絮凝固体(活性泥浆）中形成通道，所述通道能够使得 水流至表面，从而促进泥浆稠化。将稠化泥浆从底流出口211取出。在正常操作中将第一溢 流口 213设计成可操作的，也就是说同时澄清液的澄清度在目标规格之内。通常将隔离阀设 在与第一溢流口213连接的管线上。在异常操作中，也就是说当澄清液的澄清度在目标规格 之外时，所述隔离阀被致动在关闭位置。
[0112] 重力沉降器201包括位于比第一溢流口 213更高水平处的第二溢流口 241。当澄清 液的澄清度在目标规格之外时，第二溢流口 241被设计成用于抽取澄清液的不合格溢流料 流。通常将第二溢流口 241连接至使用重力沉降器的工艺的上游部分，例如用于将絮凝剂加 入至待处理的浆料中并混合所述絮凝剂和所述新鲜浆料的预处理步骤。由于第二溢流口 241位于比第一溢流口213更高水平处，因此在与第二溢流口连接的管线上不需要阀门，并 且第二溢流口可直接与工艺的上游部分连通，其中不合格澄清液在所述工艺的上游部分中 再循环。由于没有阀门，因此不存在剥落对于阀门操作、更特别是对阀门开启的不利影响。
[0113] 给料井215设有混合装置一一被安装在相同轴线253上的两个旋转叶片式搅拌器。 使用两个或多个旋转式搅拌器确保了浆料输入装置的大部分内部体积被搅拌。给料井215 具有直立的圆柱形壁255。旋转式搅拌器251在圆形区域操作，圆形区域的直径为直立的圆 柱形壁255直径的0.4至0.8倍，例如0.6倍。这种构造使得絮凝剂与固体物质在浆料输入装 置中的接触最优。
[0114] 给料井215具有以下述方式设置的浆料给料管257:浆料被切向地供入浆料输入装 置中。这引起浆料围绕给料井的内侧旋转，并使得絮凝浆料沿着浆料输入装置的侧壁滗析 的速度更加逐渐缓慢，从而限制固体物质的集料的损耗。这还使罐205中的水流最小且在浆 料进入罐之前促进给料井中浆料和絮凝剂的混合。将两个旋转式搅拌器251分别设置在相 对于浆料给料管的更低处和更高处，以确保将絮凝浆料供入给料井215的搅拌区域中。
[0115] 给料井215具有浆料口 261，通过所述浆料口将絮凝浆料引入重力沉降罐中，所述 浆料口被设置在所述给料井的底部。这确保了絮凝浆料的固体颗粒不在给料井的底部积 聚。
[0116] 给料井215限定了其中设置混合装置251的流通面积。混合装置251是无底的，或更 确切地说不包括固体可在其上积聚的任何机械部件。
[0117] 给料井215的浆料口 261 (通过所述浆料口 216将絮凝浆料引入重力沉降器205中） 使得将来自罐容纳的浆料体的一些浆料引入给料井中。这通常是由罐容纳的浆料体中的对 流导致的。给料井215位于沉降罐的顶部，被引入给料井中的来自浆料体的浆料含有非常少 的固体且基本上由溶液或上层清液组成。因此，在给料井215中，与新鲜浆料混合的絮凝剂 同时被来自沉降罐的上层清液稀释，从而促进稀释作用并优化絮凝过程。
[0118] 另外，由于通过混合装置251的混合不受限制，但适用于给料井215的大部分内体 积或给料井215的整个内体积，因此上述稀释作用以非常可控的方式完全地应用于新鲜浆 料与絮凝剂的混合物。因此，稀释是均匀的，这产生甚至更有效的絮凝过程。
[0119] 浆料口 261相对于耙217的主轴221横向偏移。因此，给料井相对于中心垂直轴线和 耙齿221横向偏移。换言之，给料井不位于紧靠中心耙齿221的附近处。由此得到的优势是， 降低粗颗粒在耙217底部的底流出口 211周围区域积聚的倾向。关于重力沉降器的给料井的 这种构造还防止固体颗粒的积聚和底流稠化物质的阻塞。另外，与所述偏心给料井中的混 合装置结合使用的这种偏心给料井使得能够分别在给料井和沉降器中进行不同的混合条 件操作。例如，当给料井的混合装置包括一个或多个安装在相同旋转轴上的旋转式搅拌器 时，给料井的偏心构造使得能够设定与重力沉降器中耙的速度不同的搅拌器的转速。通常， 给料井搅拌器的转速大于重力沉降器中一个耙的转速。
[0120] 在拜耳法的情况中，因省略过滤步骤，本发明的沉降器和分离装置能够简化分离 步骤。在正常操作中，直接供入沉淀步骤的澄清液中的不溶性残余物的固态颗粒的浓度具 有高水平的纯度，所述纯度可随时间稳定地保持，从而使得分离步骤后的氧化铝回收步骤 的操作干扰非常有限。
[0121] 实施例1
[0122] 当用新的分离步骤70代替现有技术的分离步骤时，进行两系列试验，以测量和比 较对氧化铝质量的影响，所述现有技术的分离步骤包括随后进行过滤步骤的沉降步骤，所 述新的分离步骤70包括发明优选实施方案的沉降(83)和预处理步骤(81)。
[0123] 进行第一系列试验，以再现现有技术拜耳法的操作条件。研磨的铝土矿和废弃的 铝酸钠溶液均从工业氧化铝精炼厂采样。
[0124] 在第一系列试验的第一次循环中，将采样的铝土矿和溶液均与石灰混合在一起， 所加石灰的量等于铝土矿重量的〇. 1%。然后在80°C下将所得的浆料转移至搅拌的加压容 器中保持6小时，以再现预脱硅步骤条件。接着将得到的预脱硅浆料转移到另一加压容器中 并在145°C下保持45分钟。然后将得到的消化浆料在置于具有絮凝剂的气缸前在恒温浴中 冷却，从而再现澄清步骤。然后，将从所述浆料中回收的澄清液在真空过滤器中过滤得到滤 液之前，与铝酸三钙混合。将氢氧化铝晶种加入滤液中，并将得到的混合物引入旋转浴中保 持20小时，其中将温度控制在60°C用于再现沉淀步骤。然后通过过滤回收氢氧化铝，并将得 到的废弃铝酸钠溶液用于第二次循环。
[0125] 在第一系列试验的接下来的三次循环中，进行与第一次循环相同的实验操作，具 有下述的初始步骤:将前述循环中回收的废弃铝酸钠溶液和另一研磨的铝土矿样品和相同 量的石灰进行混合。
[0126] 对于第二系列的试验，再现上述操作，不同之处在于预处理消化浆料和省略过滤。 消化浆料的预处理通过以下步骤进行:将所述消化浆料转移至具有絮凝剂的搅拌容器中并 混合絮凝剂和消化浆料以得到絮凝浆料。在将所述消化浆料冷却之后并将所述消化浆料置 于恒温浴中的气缸之前，完成消化浆料的预处理。
[0127] 分析每个循环结束时回收的氢氧化铝样品的杂质，结果示于表1中。此外，采集沉 淀步骤之前和沉淀步骤之后，每个循环周期结束时废弃的铝酸钠溶液的样品（即滤液），以 分析总的有机物含量。这些结果示于表2中。
[0128]
[0129]表1-试验过程中产生的氢氧化铝中的杂质
[0131]表2-溶液中总的有机物含量(g/Ι)
[0132] 当用新的分离步骤代替现有技术的分离步骤时，结果表明在统计学上对氧化铝质 量和有机物含量没有显著影响，所述现有技术的沉淀步骤包括随后进行过滤步骤的沉降步 骤，所述新的沉淀步骤包括本发明优选实施方案的沉降和预处理步骤。然而，在石灰和其他 原料、设备及人力方面显著地节省了成本。
[0133] 实施例2
[0134] 为了测试分离步骤70的预处理装置和重力沉降器，在工业精炼厂旁构建了分离试 验装置。所述分离试验装置包括串联连接的第一搅拌槽和第二搅拌槽，每个搅拌槽均具有 絮凝剂引入管线。第二搅拌槽的出口连接搅拌的重力沉降器的偏心给料井上。从精炼厂的 减压步骤30中抽取浆料流并将其供入分离试验装置中。
[0135] 在第一试验中，在给料井不进行任何搅拌的情况下，仅将异羟肟酸盐类絮凝剂加 入重力沉降器的给料井中。加入供入分离试验装置中的浆料中的絮凝剂的量为l〇〇g/t固体 物质。从重力沉降器中抽取溢流料流，且测得所述溢流的平均澄清度为43mg/l。
[0136] 在第二试验中，将相同的絮凝剂以70g/t固体物质的剂量加入第一搅拌槽中、以 42g/t固体物质的剂量加入第二搅拌槽中，以及以28g/t固体物质的剂量加入重力沉降器的 给料井中。转动第一搅拌槽中的搅拌器，使得所述搅拌器尖端处的速度保持在1.9m/h。转动 第二搅拌槽中的搅拌器，使得所述搅拌器尖端处的速度保持在〇.9m/h。旋转给料井中的搅 拌器，使得所述搅拌器尖端处的速度保持在〇.3m/h。测得从重力沉降器中抽取的溢流料流 的澄清度为〇.8mg/l。如此低的澄清度值使得可以将从重力沉降器中抽取的溢流料流直接 供入沉淀步骤，而无需任何进一步的过滤。
【主权项】
1. 一种用于滗析矿浆的沉降器（125; 201)，其包括 -罐（203)，用于容纳和滗析浆料体以形成下层的浓浆（233)和上层的澄清液(235)，所 述罐具有侧壁(205)、底部(207)和顶部(209)， -位于罐底部用于浓浆的出口（211)， -第一溢流口（ 151; 213)，用于抽取澄清液的溢流料流， -靠近罐顶部处将新鲜浆料引入罐中的浆料输入装置（127 ;215)，所述浆料输入装置 (127; 215)具有浆料口（ 135; 261 )，通过所述浆料口将新鲜浆料加入罐中的浆料体中，以及 -搅拌器（141 ;217)，具有大体上垂直的轴线（239)，所述搅拌器围绕该垂直轴线转动或 作往复运动， 其特征在于，所述浆料口（ 135; 261)相对于搅拌器所述大体上垂直的轴线横向偏移，并 且所述浆料输入装置(127; 215)包括混合装置(131; 251)。2. 根据权利要求1所述的沉降器，其特征在于，所述浆料输入装置（127;215)限定了包 括混合装置的流通面积。3. 根据权利要求1或2所述的沉降器，其特征在于，混合装置（131 ;251)的操作独立于搅 拌器（141;217)。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的沉降器，其特征在于，所述浆料输入装置（127; 215)被构造成避免新鲜浆料中的固体积聚在紧靠浆料口的上游处。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的沉降器，其特征在于，浆料输入装置（127;215)的 混合装置(131; 251)包括至少一个旋转式搅拌器。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的沉降器，其特征在于浆料输入装置（127;215)包 括直立的圆柱形壁（137;255)，所述浆料输入装置的混合装置在圆形区域中操作，圆形区域 的直径为所述直立的圆柱形壁直径的0.4至0.8倍。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的沉降器，其特征在于，浆料输入装置（127;215)包 括浆料给料管（133; 257 )，所述浆料给料管以浆料被切向地供入浆料输入装置的方式设置。8. 根据权利要求7所述的沉降器，其特征在于，浆料输入装置（127; 215)的混合装置 (131; 251)包括两个旋转式搅拌器（251)，所述两个旋转式搅拌器以相对于浆料给料管 (133; 257)的更低处和更高处而设置。9. 根据权利要求1至8中任一项所述的沉降器，其特征在于，浆料口（135;261)被设置在 浆料输入装置的底部。10. 根据权利要求1至9中任一项所述的沉降器，其特征在于，所述沉降器包括第二溢流 口（ 171; 241 )，当代表所述澄清液中固体颗粒浓度的测量值大于预定阈值时，所述第二溢流 口用于抽取澄清液的不合格溢流料流，当所述测量值小于预定阈值时从第一溢流口抽取澄 清液的溢流料流。11. 根据权利要求10所述的沉降器，其特征在于，第二溢流口（171 ;241)位于比第一溢 流口（151)更高水平处。12. -种用于将矿浆的澄清液和浓浆分离的分离装置，其包括用于预处理装置（111， 113，127):所述预处理装置用于将絮凝剂（115,117,129)加入新鲜浆料中并混合所述新鲜 浆料与所述絮凝剂，并获得絮凝浆料，其特征在于，所述分离装置还包括权利要求1至11中 任一项的沉降器，所述沉降器被连接至所述预处理装置上，用于滗析所述絮凝浆料和用于 产生澄清液。13. -种用于将矿浆的澄清液和浓浆分离的方法，所述方法包括在沉降器（125;201)中 沉降(83)新鲜浆料，其包括 -将所述新鲜浆料引入罐中的浆料体中以形成下层的浓浆和上层的澄清液，所述罐设 有围绕大体上垂直的轴线(239)旋转或往复运动的搅拌器（141 ;217)，所述新鲜浆料通过浆 料输入装置(127; 215)的开口引入至所述浆料体中， -从罐底部的出口移除浓浆，以及 -从第一溢流口（ 151; 213)移除靠近罐顶部的澄清液， 其特征在于，所述新鲜浆料使用所述浆料输入装置(127; 215)中的混合装置（131; 251) 进行混合，并通过位于与搅拌器所述基本上垂直的轴线（239)横向隔开位置处的所述开口 引入到罐中。14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，浆料输入装置（127;215)限定了包括混 合装置的流通面积。15. 根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述方法包括在预处理步骤(81)中 通过以下步骤来预处理新鲜浆料:将絮凝剂（115,117,129)加入所述新鲜浆料中，并且混合 絮凝剂与浆料以得到絮凝浆料。16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，预处理步骤(81)包括： -浆料和至少部分絮凝剂的初始混合步骤， -浆料和絮凝剂在浆料输入装置(127; 215)中的最终混合步骤，以及 -选择比最终混合步骤中的混合速率更高的初始混合步骤中的混合速率。17. 根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括 -当代表澄清液中固体颗粒浓度的测量值小于预定阈值时，从第一溢流口（151 ;213)抽 取(89)澄清液的溢流料流， -当测量值大于预定阈值时，停止(95)从第一溢流口（ 151; 213)抽取溢流料流，以及 -当测量值大于所述预定阈值时，从第二溢流口（171 ;241)抽取(93)澄清液的不合格溢 流料流。
【文档编号】B01D21/24GK105828902SQ201480068749
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年11月28日
【发明人】M·雷德, G·裴洛坤, M·圣-劳伦特, P·拉辛
【申请人】力拓艾尔坎国际有限公司