专利名称：用于分离浆料的絮凝剂添加率及混合速率的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分离加工衆料(process slurry)、特别是在制备氧化招的装置中以湿法冶金法例如拜耳法(Bayer process )制备的加工浆料的固体和液体组分的方法
及装置。更具体而言，本发明涉及一种用于将絮凝剂添加到加工浆料、特别是一种湿法冶金法的加工浆料(例如拜耳法浆料)中以促进浆料的固体/液体分离的方法及装置。本发明特别且非排他性地涉及一种用于将絮凝剂添加到拜耳法装置的溶出单元中制备的加工浆料中以促进浆料的固体/液体分离的方法及装置。本发明的以下描述侧重于拜耳法浆料。然而，需强调的是，本发明具有比其更宽泛的应用且通常涉及湿法冶金法的加工浆料。
背景技术：
拜耳法包括以下主要方法步骤。(a)将铝土在溶出单元中溶出到苛性钠中并形成一种以下形式的高温和高压的加工浆料(i)溶液中包含铝酸钠的液体和(ii)固体物质，主要为液体中带有的惰性铁氧化物和钛氧化物以及二氧化硅化合物的颗粒。(b)分离加工浆料中的固体和液体组分。(C)从液体中沉淀出三水合氧化铝。(d)煅烧沉淀的三水合氧化铝并形成氧化铝。在溶出单元中制备的高温和高压的加工浆料由所述单元排放出并在递降压力下运行的串联的罐中快速冷却至大气压力。将在闪蒸罐中产生的闪蒸蒸汽有益地用于拜耳法中，通常用于预热溶出罐中使用的苛性钠。固体/液体分离步骤(b)包括使用沉淀罐以分离加工浆料中的固体和液体组分。通常将絮凝剂例如淀粉或合成聚合物添加到罐中的加工液体中以促进罐中固体的沉淀。重要的是，在固体/液体分离的步骤(b)中从加工浆料分离的液体是高纯度的，这是因为随液体进入到氧化铝回收过程的后续步骤——即沉淀和煅烧步骤——中的杂质降低所得氧化铝的纯度和/或使后续回收步骤的操作更加困难。例如，液体中的无机悬浮固体的存在可能导致氧化铝受例如铁的污染，而溶解的有机物质例如腐殖酸酯的存在可能影响回收过程中的沉淀。以上讨论的内容在澳大利亚或其它地区内不应被当做对公知常识的承认。美国专利US4，678，585描述了一种用于从拜耳法氧化铝回收回路中絮凝化赤泥的方法，包括将具有不同组成的絮凝剂以在后续步骤中减少的剂量添加到所述回路的第一步和后续步骤中。
发明内容
申请人:已进行了与固体/液体分离步骤(b)相关的研究与开发工作。
申请人在该研究与开发工作中发现，在使絮凝剂和浆料混合一通常为剧烈混合一的条件下，将絮凝剂一通常为少量的絮凝剂一添加至拜耳法的溶出步骤中制备的加工浆料里以促进加工浆料中固体物质聚集体的形成将改善后续沉降罐中固体/液体的分离。更具体而言，申请人发现，在不同阶段以及不同程度的混合下添加絮凝剂甚至进一步改善了随后沉降罐中的固体/液体分离。本发明提供了 一种分离湿法冶金法制备的加工浆料中的固体和液体的方法，所述加工浆料包含液体中带有的固体物质，所述方法包括:(a)预处理步骤:将絮凝剂添加到加工浆料中，并通过在所述步骤的早期阶段中选择比所述步骤后期阶段更高程度的混合来混合絮凝剂和浆料，以及(b)固体/液体分离步骤:使浆料的固体物质——包括固体物质的聚集体——与液体进行分离以制备出澄清液体和带有一些夹带的液体的固体物质的方法产品。预处理步骤(a)的总体目的是促进浆料中固体物质聚集体的形成，从而促进步骤
(b)中固体物质和液体的分离。在预处理步骤中将絮凝剂和加工浆料混合的目的是:(i)提高浆料中絮凝剂和固体物质之间接触的几率以及(ii)保持固体物质——包括形成的固体物质的任何聚集体——在浆料中的分散(优选均匀分散)，并且以此使在预处理步骤中使用的装置里的固体物质沉淀最小化，以及(iii)使聚集体增长到适于促进沉降罐中的固体物质——包括固体物质的聚集体——与液体分离的大小。选择混合程度的目的是(i)在预处理步骤的早期阶段中增加固体物质和絮凝剂接触的几率，以及(ii)促进聚集体的形成同时保持固体物质——包括可能形成的任何聚集体——在加工浆料中的分散。预处理步骤(a)可以包括在该步骤过程中改变絮凝剂的剂量率。预处理步骤(a)可以包括在该步骤的早期阶段中选择比该步骤的后期阶段中更高的剂量率。对混合程度和剂量率进行以上选择的原因是:(i)进一步提高固体物质和絮凝剂在预处理步骤的早期阶段中接触的几率，以及(ii)进一步促进聚集体的形成，同时保持固体物质——包括可能形成的聚集体——在加工浆料中的分散。加工浆料可以是来自拜耳法的加工浆料。该浆料可以是来自拜耳法溶出步骤的加工浆料。该加工浆料可以包含⑴溶液中含有铝酸钠的液体和(ii)固体物质。絮凝剂可以为任何合适的絮凝剂。预处理步骤(a)可包括将少量的絮凝剂添加到加工浆料中。在预处理步骤中絮凝剂的添加可以是持续的。在预处理步骤(a)中，添加到加工浆料中的絮凝剂的总量可以低于300g絮凝剂/t加工浆料中的固体物质。絮凝剂的总量可以低于200g/t固体物质。絮凝剂的总量可以低于100g/t固体物质。预处理步骤(a)可以包括将絮凝剂添加到单独的罐中并在所述罐中将加工浆料与絮凝剂混合。预处理步骤(a)可以包括在该步骤过程中的上述单独的罐中改变混合程度，并且更具体而言，在该步骤的早期阶段中选择比该步骤的后期阶段中更高的混合程度。预处理步骤(a)可包括在该步骤过程中改变絮凝剂加入上述单独的罐中的剂量率，更具体而言，在步骤的早期阶段中选择比步骤的后期阶段中更高的剂量率。对混合的程度和剂量率进行以上选择的原因是:(i)提高固体物质和絮凝剂在罐中的预处理步骤早期阶段中接触的几率，以及(ii)促进罐中聚集体的形成同时保持固体物质——包括可能在罐中形成的任何聚集体——在罐中的加工浆料中的分散。预处理步骤(a)可包括通过搅拌器或其它适合于罐中的机械搅拌器将加工浆料和絮凝剂在te中混合。预处理步骤(a)可以包括将加工浆料连续地通过一系列罐中的每个罐并将絮凝剂添加到至少两个罐或罐的上游，并将加工浆料和絮凝剂在罐中混合。预处理步骤(a)可以包括通过搅拌器或其它罐中合适的机械搅拌器将加工浆料和絮凝剂在te中混合。预处理步骤(a)可以包括在所述一系列的罐的第一个罐中选择比该系列的罐的最后一个罐中更高的混合程度。当存在至少3个罐并且通过至少在第一个和第三个罐中安装于转轴上的搅拌器进行混合时，混合速率可以为使任何罐中的搅拌器端处的速度在0.5和5m/s之间，优选在
0.5 和 2.5m/s 之间。预处理步骤(a)可以包括在该步骤的过程中，改变所述系列的罐的至少一个罐中的混合程度。预处理步骤(a)可以包括在所述系列的罐的第一个罐中选择比该系列的罐的最后一个罐中更高的絮凝剂剂量率。预处理步骤(a)可以包括在该步骤的过程中，在所述系列的罐的至少一个罐中改变絮凝剂剂量率。预处理步骤(a)可以包括选择添加到所述系列的罐的第一个罐中的絮凝剂的用量比添加到该系列的罐的每个后续罐中的絮凝剂的用量更大。当存在3个罐并且将絮凝剂添加到每个罐时，可以将絮凝剂总量的25-70%添加到第一个罐中，将絮凝剂的15-35%添加到位于第一个罐的下游的第二个罐中，以及将絮凝剂的10-60%添加到位于第二个罐的下游的第三个罐中。预处理步骤(a)可以包括选择浆料在一个或多个罐中的停留时间为1-5分钟。预处理步骤(a)可以包括将加工浆料通过一个在线混合器并将絮凝剂添加到该在线混合器中的加工浆料中。预处理步骤(a)可以包括将絮凝剂在沿着所述在线混合器长度的多个位置添加到加工浆料中。预处理步骤(a)可以包括在该步骤过程中在多个位置添加不同剂量率的絮凝剂。预处理步骤(a)可以包括在该步骤过程中多个位置的每个位置改变絮凝剂的剂
曰.里牟。在线混合器可以是管道的形式，其具有加工浆料的入口以及加工浆料和絮凝剂混合物的出口，以及具有将絮凝剂供给到流经管道的加工浆料中的多个位置。所述多个位置可包含入口和至少两个沿着管道长度的位置。
在线混合器可还包括沿着管道长度位于管道内部的折流板，以使沿着管道侧壁的层流最小化。预处理步骤(a)可以包括将加工浆料和絮凝剂的混合物从在线混合器的出口转移到一个罐中并将浆料/絮凝剂在罐中混合。由申请人实施的试验工作显示出，在某些情况下，在(i)在线混合器和(ii)罐中混合的结合产生了最佳结果。本发明还提供了一种将絮凝剂添加到湿法冶金法的加工浆料一其包含液体中带有的固体物质——中的方法，该方法包括将絮凝剂添加到加工浆料中并将絮凝剂和加工浆料混合以促进加工浆料中的固态物质聚集体的形成，以及保持固体物质——包括形成的固体物质的任何聚集体——在加工浆料中的分散以使固体物质在用于此方法中的装置中的沉淀最小化。本发明还提供了一种用于分离以湿法冶金方法制备的加工浆料中的固体和液体组分的装置，所述加工浆料包含液体中带有的固体物质，所述装置包括:(a)预处理装置，用于将絮凝剂添加到加工浆料中并将絮凝剂和浆料一起混合以促进加工浆料的固体聚集体的形成，并保持固体物质——包括固体物质的聚集体——在浆料中的分散以及使固体物质在装置中的沉淀最小化，以及(b)固体/液体分离装置，用于将加工浆料的固体物质——包括形成的固体物质的任何聚集体——与液体进行分离以制备出(i)澄清的液体和(ii)带有一些液体的固体。预处理装置可以包括一个具有絮凝剂添加系统的罐和加工浆料的入口以及加工浆料和絮凝剂混合物的出口，以及用于在罐中提供搅拌的系统。预处理装置可以包括一系列的互相连接的罐，并且每个罐包括絮凝剂添加系统和加工浆料的入口和加工浆料和絮凝剂混合物的出口，以及具有连接到该系列的后续罐入口的该系列中第一个罐的出口，从而在使用中加工浆料连续流经罐以及在罐中提供搅拌的系统。或者，预处理装置可以包括在线混合器，所述在线混合器具有絮凝剂添加系统和加工浆料的入口以及加工浆料和絮凝剂混合物的出口。在线混合器可以是管道的形式，其具有加工浆料的入口以及加工浆料和絮凝剂混合物的出口，以及具有用于将絮凝剂供给至流经该管道的加工浆料的多个位置。所述多个位置可以包括入口和至少两个沿着管道长度的位置。在线混合器还可以包括沿着管道长度的折流板以使沿着管道侧壁的层流最小化。固体/液体的分离装置可以是以沉淀罐的形式，其具有加工浆料和絮凝剂混合物的入口和澄清液体的一个溢流出口以及被分离的固体物质以及任何所带有的液体的出口。加工浆料可以是拜耳法加工浆料。
本发明还通过参考附图进一步进行示例描述，其中:图1示出了本发明一个实施方案的拜耳法的一部分；和图2示出了本发明另一个实施方案的拜耳法的一部分。
具体实施方式
附图示出了本发明方法和装置的两个实施方案，其用于对拜耳法制备的加工浆料的固体和液体组分进行分离。以下对本发明的实施方案进行描述，其中加工浆料在用于制备氧化铝的拜耳法装置的溶出单元中进行制备。如上所示，本发明不限制于拜耳法加工浆料。所述加工浆料包含(i)溶液中含有铝酸钠的液体和(ii)通常为细微粒物质形式的固体物质。本发明的实施方案是基于在一个或多于一个罐(例如滗析器)上游的预处理步骤中、在搅拌条件下添加少量的絮凝剂以使加工浆料的固体和液体分离。所述实施方案是本发明方法和装置中大量可能的实施方案中的两个实施方案。参见图1，将来自溶出单元3的加工浆料在一系列的闪蒸罐5中迅速冷却至环境温度和压力，之后将加工浆料通过泵7泵入预处理装置(通常标记为数字9 )。当加工浆料流经预处理装置9时，将絮凝剂经絮凝剂添加系统添加到加工浆料中。通常，加工浆料在预处理装置9中的停留时间是I至5分钟。絮凝剂可以是任何适用的絮凝剂。对于拜耳法浆料，絮凝剂可以是聚丙烯酸酯或异羟肟酸酯。将所得的加工浆料和絮凝剂的混合物经管线21转移至滗析器23中。混合物的固体和液体组分在滗析器23中分离以产生(i)澄清的液体和(ii)带有一些液体的固体。预处理装置9包含三个串联排列的预处理罐，其具有在罐上部的加工浆料入口和罐下部的加工液体出口。加工浆料连续流经罐以使100%的加工浆料流经每个罐11。罐11配有具有可变驱动的搅拌器13，使得可以根据加工需要在每个罐中以不同速率以及在一个罐内以不同速率旋转搅拌器。将絮凝剂从絮凝剂制备站15经管线17泵入到每个罐11中。这样安排使得可以根据加工需要来改变絮凝剂向每个罐11以及在一个罐内的剂量率。在一个由申请人测试的操作设置中，第一个罐11 (即滗析器23 —个最上游的罐)获取60%的絮凝剂，第二个罐11获取30%的絮凝剂，以及第三个罐11获取10%的絮凝剂。需要强调的是，本发明不囿于以上的量，此外，本发明扩展到在加工期间改变每个罐11中所述絮凝剂的量，例如以提供加工浆料特性的改变。总体而言，将絮凝剂总量的25-70%添加到第一个罐11中，将絮凝剂的15-35%添加到第二个罐11中，以及将絮凝剂的10-60%添加到第三个罐11中。第一个罐11比其它罐11具有更高程度的搅拌。第二和第三个罐11与第一个罐11相比具有递减程度的搅拌。此外，本发明扩展到在加工期间改变每个罐11中的搅拌量。本发明选择剂量率和混合速率的总体目的是实现絮凝剂和固态物质在加工浆料中高程度地接触以及保持固体物质——包括形成的固体物质的任何聚集体——在加工浆料中的分散(优选均匀分散)以使罐11中的固体物质的沉淀最小化并且使聚集体增长到适于促进固体物质从滗析器23中的液体中分离的大小。在与图1实施方案相关的实验工作期间，申请人观察到(a)具有罐11这种设置以及所述对罐11混合速率和剂量率的选择时的良好絮凝，以及(b)与常规设置一不包括在滗析器23上游对加工液体的预处理且依赖于在滗析器23中添加絮凝剂一相比，溢流液
的澄清度显著提高。图2中所示的方法流程图基本上与图1相同，并且使用相同的附图标记来描述两个图中的相同特征。两个实施方案之间的主要区别是絮凝剂添加以及被混合到加工浆料中的方法。
具体而言，图2实施方案中的预处理装置9是在线混合器27的形式，其具有絮凝剂添加系统(下文进行了描述)。在线混合器27是管道35的形式，其具有加工浆料的入口 29以及加工浆料和絮凝剂的混合物的出口 31。此外，管道35具有多个注入点39以向流经管道35的加工浆料供给絮凝剂。图2中所示的多个注入点39包括入口 29和至少三个沿管道35长度空间等距的位置。需要强调的是，本发明不限制于这种设置并且扩展到任何合适数量和位置的管道35中的注入点39。所述多个注入点39与絮凝剂制备站15和分布管线17共同形成絮凝剂添加系统的一部分。在一个由申请人测试的操作设置中，将絮凝剂以沿管道长度从入口 29至出口 31递减的剂量率供应到管道35中。在线混合器27还包含一系列的沿管道35长度的折流板(未示出)以使沿管道侧壁的层流最小化。在与图2实施方案相关的实验工作期间，申请人观察到了: (a)良好的絮凝和(b)与常规设置——不包括在滗析器23上游对加工液体的预处理且依赖在滗析器23中添加絮凝剂——相比，溢流液的澄清度显著提高。如上所示，申请人已经实施了在图1和图2中所示设置以及常规设置中的实验工作，所述常规设置不包括在滗析器23上游对加工液体的预处理且只依赖于在滗析器23中添加絮凝剂。两个实施方案中，实验工作均产生了来自于滗析器23的具有低于IOppm的澄清度的溢流液。这与来自常规设置的滗析器23的100-250ppm并且有时高达500ppm澄清度的溢流液相比是明显的改善。值得注意的是，通过将已知体积(通常为IOOmL)的溢出浆料在0.45微米的微孔过滤器上过滤来测定澄清度。过滤器洗涤并在烘箱中干燥过夜。使用在纸上的固体残留物的重量计算固体的ppm。在不背离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明的上述实施方案进行许多修饰。
权利要求
1.一种用于对加工浆料的固体和液体组分进行分离的方法，所述加工浆料包含液体中带有的固体物质，所述方法包括: (a)预处理步骤:将絮凝剂添加到加工浆料中，并通过在所述步骤的早期阶段中选择比所述步骤的后期阶段更高程度的混合来混合絮凝剂和浆料，以及 (b)固体/液体分离步骤:使所述加工浆料的固体物质——包括固体物质的聚集体一与液体进行分离以制备出澄清液体和带有一些液体的固体物质的方法产品。
2.权利要求1的方法，其中预处理步骤(a)包括在步骤过程中改变絮凝剂剂量率。
3.权利要求2的方法，其中预处理步骤(a)包括在所述步骤的早期阶段中选择比所述步骤的后期阶段更高的剂量率。
4.权利要求1至3任一项的方法，其中预处理步骤(a)包括将絮凝剂添加到单独的罐中并混合所述罐中的加工浆料和絮凝剂。
5.权利要求1至3任一项的方法，其中预处理步骤(a)包括将加工浆料连续地通过一系列的罐中的每个罐并将絮凝剂添加到至少两个罐中或罐的上游，并通过在该系列的罐的弟IvSii中选择比该系列的的最后更闻程度的混合来将加工衆料和絮凝剂在te中混合。
6.权利要求5的方法，其中预处理步骤(a)包括将加工浆料连续地通过一系列至少3个罐中的每个罐，并通过在至少第一个和第三个罐中安装于转轴上的搅拌器进行混合。
7.权利要求6的方法，其中在任何罐中的混合速率为搅拌器端处的速度在0.5和5m/s之间。
8.权利要求6和7任一项的方 法，其中将絮凝剂添加到每个罐中，将絮凝剂总量的25-70%添加到第一个罐中，将絮凝剂的15-35%添加到位于第一个罐的下游的第二个罐中，以及将絮凝剂的10-60%添加到位于第二个罐的下游的第三个罐中。
9.权利要求4至8任一项的方法，其中预处理步骤(a)包括选择浆料在一个或多个罐中的停留时间为1-5分钟。
10.权利要求1至3任一项的方法，其中预处理步骤(a)包括将加工浆料通过在线混合器并将絮凝剂添加到在线混合器中的加工浆料中。
11.权利要求10的方法，其中预处理步骤(a)包括将絮凝剂在沿着在线混合器长度的多个位置添加到加工浆料中。
12.权利要求10和11任一项的方法，其中在线混合器是管道的形式，其具有加工浆料的入口以及混合的加工浆料和絮凝剂的出口，以及具有用于将絮凝剂添加到流经管道的加工浆料中的多个位置。
13.权利要求12的方法，其中所述多个位置包括所述入口和沿着管道长度的至少两个位置。
14.权利要求12和13任一项的方法，其中在线混合器还包括沿着管道长度的管道内部的折流板，以使沿着管道侧壁的层流最小化。
15.权利要求12和14任一项的方法，其中预处理步骤(a)包括将加工浆料和絮凝剂的混合物从在线混合器的出口转移至一个罐中并在该罐中混合浆料/絮凝剂。
16.絮凝剂添加到加工浆料的方法，所述加工浆料包含液体中带有的固体物质，所述方法包括将絮凝剂添加到加工浆料中，并通过在早期阶段中选择比后期阶段更高程度的混合来混合絮凝剂和加工浆料。
17.离加工浆料中固体和液体组分的装置，所述加工浆料包含液体中带有的固体物质，所述装置包括: (a)预处理装置:用于将絮凝剂添加到加工浆料中，并将絮凝剂和浆料通过在预处理早期阶段中选择比所述预处理后期阶段更高程度的混合来混合絮凝剂和浆料，和 (b)固体/液体分离装置:用于将加工浆料的固体物质——包括形成的固体物质的任何聚集体——与液体进行分离以制备出(i)澄清的液体和(ii)带有一些液体的固体。
18.权利要求17的装置，其中预处理装置包括具有絮凝剂添加系统和加工浆料的入口以及加工浆料和絮凝剂混合物的出口的一个罐，以及在罐中提供搅拌的系统。
19.权利要求17的装置，其中预处理装置包括一系列的互相连接的罐，并且每个罐包括絮凝剂添加系统和加工浆料的入口以及加工浆料和絮凝剂混合物的出口，该系列的罐中第一个罐的出口连接到该系列的罐中下一个罐的入口，从而在使用中加工浆料连续流经各罐以及在罐中提供搅拌的系统。
20.权利要求17的装置，其中预处理装置包括具有絮凝剂添加系统、加工浆料的入口以及加工浆料和絮凝剂混合物的出口的在线混合器。
21.权利要求20的装置，其中在线混合器是管道的形式，其具有加工浆料的入口以及加工浆料和絮凝剂混合物的出口，以及具有用于将絮凝剂供给到流经管道的加工浆料中的多个位置。
22.权利要求20的装置，其中所述多个位置包含所述入口和沿着管道长度的位置的至少两个位置。
23.权利要求21和22任一项的装置，其中在线混合器还包括沿着管道长度的折流板，以使沿着管道侧壁的层流最小化。
24.权利要求17至23任一项的装置，其中固体/液体分离装置为沉淀罐的形式，其具有加工浆料和絮凝剂混合物的入口和澄清液体的溢流出口以及分离的固体物质和任何夹带的液体的出口。
全文摘要
本发明涉及一种用于分离加工浆料中固体和液体组分的方法，所述加工浆料包含液体中带有的固体物质，所述方法包括(a)预处理步骤将絮凝剂添加到加工浆料中，并通过在所述步骤的早期阶段中选择比所述步骤的后期阶段更高程度的混合程度来混合絮凝剂和浆料，以及(b)固体/液体分离步骤使浆料的固体物质——包括固体物质的聚集体——与液体进行分离以制备出澄清液体和带有一些液体的固体物质的方法产品。本发明还涉及一种用于将絮凝剂添加到加工浆料中的方法和装置。
文档编号B01F5/10GK103096990SQ201180043654
公开日2013年5月8日 申请日期2011年7月7日 优先权日2010年7月9日
发明者尼古拉斯-亚历山大·布查德, G·裴洛坤, R·杜福尔 申请人:力拓艾尔坎国际有限公司