СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
METHOD OF IMPROVING GRINDING IN ALUMINIUM OXIDE EXTRACTION PROCESS

Область техники
Данное изобретение относится к способу улучшения измельчения в процессе извлечения оксида алюминия.
Уровень техники
Производители оксида алюминия стремятся к тому, чтобы сделать более экономичным процесс извлечения оксида алюминия из боксита и иметь возможность производить как можно больше оксида алюминия при минимальных эксплуатационных расходах. Одним из факторов процесса извлечения оксида алюминия, который непосредственно влияет на экономику, является динамика стадии измельчения.
2
3
Процесс Байера представляет собой наиболее распространенный процесс, применяемый для получения оксида алюминия (AlO) из бокситовой руды. В типичном цикле измельчения установки Байера бокситовую руду (руды) соединяют с оборотным щелочным раствором с получением суспензии, содержащей от 25 до 55% твердого вещества.
Применяемый способ измельчения зависит от типа и физических характеристик боксита (например, минерального состава, размера частиц, твердости и ударной прочности). Как правило, суспензию боксита подвергают мокрому измельчению в устройстве для измельчения или комплекте устройств для измельчения, включающих стержневую мельницу, шаровую мельницу или молотковую дробилку. Сначала можно применять стержневые мельницы, чтобы раздробить большие по размеру и более твердые частицы до размера от 5 до 2 мм в диаметре. Для специальной сортировки по крупности зерна на выходе из стержневой мельницы могут быть расположены различные типы сит или можно применять барабанный грохот, расположенный отдельно, ниже по потоку. Отсеянные частицы большого размера затем возвращают на вход стержневой мельницы, в то время как прошедший через сито материал проходит в зону выщелачивания.
Снова в зависимости от природы применяемого на установке боксита (бокситов) суспензию можно измельчать дополнительно, чтобы она удовлетворяла конкретным требованиям по размеру частиц. Обычно это делают, чтобы гарантировать эффективное удаление силикатов далее по ходу потока (если это необходимо), но в конченом счете для эффективного извлечения оксида алюминия в секции выщелачивания установки. Таким образом, за стержневой мельницей можно применять ряд сит или циклонов, с целью разделения измельченной суспензии для последующего возврата и измельчения или для удаления самых мелких частиц таким образом, чтобы их можно было непосредственно перенести в промежуточный резервуар для суспензии. Затем осуществляют измельчение оставшейся суспензии в шаровой мельнице, чтобы получить частицы боксита с размером менее 0,5-0,1 мм. В идеале соотношение боксита и отработанного щелока, который добавляют на стадии измельчения, определяется исключительно содержанием оксида алюминия в боксите и требуемой производительностью по щелоку. Если суспензия после измельчения имеет вязкость выше приемлемой, то производительность цикла измельчения можно ограничить, чтобы осуществить отвечающее требованиям измельчение боксита.
На производительность цикла по бокситу влияют несколько рабочих факторов. Они включают тип и размер применяемой мельницы, конкретную загрузку среды и применяемую ниже по потоку сортировку частиц по размерам. Плохая эффективность измельчения может быть вызвана избыточным для данного размера мельницы потоком боксита, очень высокой вязкостью суспензии, большим, чем это желательно, исходным размером частиц боксита и недостаточной загрузкой среды. Это может привести к более высокому количеству рецикла в мельнице и к увеличению потребления энергии. В некоторых случаях могут применять две мельницы там, где первоначальный проект требовал только одной мельницы.
Кроме того, в открытых циклах измельчения, где сортировка по размерам ограничена, плохая эффективность измельчения может приводить к возникновению проблем с поддержанием адекватной суспензии частиц слишком большого размера в емкостях для хранения, расположенных ниже по потоку. Это может привести к повышенной потребности в перемешивании в секциях промежуточного хранения суспензии и удаления силикатов. В таких циклах средством решения проблемы часто является отключение поступления боксита в цикл, а это может снизить производительность установки для производства оксида алюминия.
Чрезмерное измельчение боксита также может происходить из-за ряда факторов, а именно более низких, чем запланировано, расходов текучей среды, высоких загрузок твердого боксита, высоких загрузок среды, или в результате избыточного рециркулирования в пределах цикла измельчения, например, из-за избыточного образования отложений или в ситах на выходе мельницы, или при сортировке по размерам ниже по потоку. Чрезмерное измельчение приводит к непроизводительному расходу энергии и увеличивает площадь поверхности частиц и объемную вязкость суспензии боксита. Это может непосредственно влиять на способность перекачки суспензии ниже по потоку. Кроме того, что характерно для некоторых бокситов, высокая вязкость суспензии увеличивает «липкость» суспензии, что может отрицательно влиять на скорости образования отложений на ситах и в емкостях и мешалках секции предварительного извлечения силикатов.
Данное изобретение направлено на повышение эффективности измельчения в процессе извлечения оксида алюминия.
Сущность изобретения
Данное изобретение обеспечивает способ улучшения измельчения суспензии, содержащей боксит, на стадии измельчения процесса извлечения оксида алюминия, включающий добавление в эффективном количестве одного или более неионных поверхностно-активных веществ, полигликолей, полигликолевых эфиров, анионных поверхностно-активных веществ, анионных полимеров или их сочетания к указанной содержащей боксит суспензии на стадии измельчения процесса извлечения оксида алюминия.
Подробное описание изобретения
Существует много различных типов технологических установок, например установки Байера, которые предназначены для извлечения оксида алюминия из боксита. Данное изобретение охватывает все типы технологических установок.
В одном из воплощений измельчение осуществляют по меньшей мере в одном из следующих устройств для измельчения: шаровой мельнице, стержневой мельнице и молотковой дробилке.
Для улучшения измельчения содержащей боксит суспензии можно применять различные типы химических веществ. В общем, для повышения эффективности измельчения можно применять неионные поверхностно-активные вещества, полигликоли, полигликолевые эфиры, анионные поверхностно-активные вещества и их сочетания. Эти химические вещества можно добавлять по отдельности или в сочетании друг с другом.
Для улучшения измельчения содержащей боксит суспензии в процессе извлечения оксида алюминия можно применять неионные поверхностно-активные вещества. Существует много различных типов неионных поверхностно-активных веществ, известных специалистам.
В одном из воплощений неионные поверхностно-активные вещества выбирают из группы, состоящей из оксиалкилированных спиртов; этоксилированных спиртов; пропоксилированных спиртов; полиэфирполиола; пропоксилированного глицерина/сахарозы; блок-сополимера этиленоксида и пропиленоксида; этоксилированных алкилфенолов; этоксилированных октилфенолов; этоксилированных нонилфенолов; этоксилированных нонилфенолов/жирной кислоты таллового масла; этоксилата спирта жирного ряда; алкилфенолэтоксилата; этоксилата жирной кислоты; этоксилата амида жирной кислоты; этоксилата амина жирного ряда; алкилглюкозида; алканоата сорбита; этоксилированного алканоата сорбита и их сочетаний.
Этоксилированные спирты включают Tergitol 15-S-15, Tergitol 15-S-12 и Tergitol 15-S-9, выпускаемые The Dow Chemical Company, Мидланд, Мичиган.
Полиэфирполиоли включают Voranol-446, выпускаемый The Dow Chemical Company. Voranol 446 содержит пропоксилированный глицерин и сахарозу.
Блок-сополимеры этиленоксида и пропиленоксида включают PLURONIC и PLURONICR, выпускаемые BASF Corporation.
Этоксилированные нонилфенолы выпускаются Nalco Company, Напервиль, Иллинойс.
Для улучшения измельчения содержащих бокситы суспензий в процессе извлечения оксида алюминия можно применять полигликоли. Существует много различных типов полигликолей, известных специалистам. Полигликоли включают DOWFROTH 250, выпускаемые The Dow Chemical Company. DOWFROTH 250 содержит смесь полигликолей и полигликолевых эфиров.
В одном из воплощений полигликоли представляют собой полипропиленгликоли. Полипропиленгликоли выпускаются Nalco Company, Напервиль, Иллинойс.
В другом воплощении полигликоли имеют среднечисленную молекулярную массу примерно от 200 до 1200 дальтонов.
В другом воплощении полигликоли имеют величину среднечисленную молекулярную массу примерно от 400 до 800 дальтонов.
Для улучшения измельчения содержащей боксит суспензии в процессе извлечения оксида алюминия можно применять анионные поверхностно-активные вещества. Существует много различных типов анионных поверхностно-активных веществ, известных специалистам. Анионные поверхностно-активные вещества выпускаются Nalco Company, Напервиль, Иллинойс.
В одном из воплощений анионные поверхностно-активные вещества выбирают из группы, состоящей из алкилсульфата; алкилэфиркарбоксилата, алкилбензолсульфоната; диалкилсульфосукцината; алкилфосфата; алкилэфирфосфата; жирной кислоты таллового масла/этоксилированного нонилфенола; диоктилсульфосукцината и их сочетаний.
Для улучшения измельчения содержащей бокситы суспензии в процессе извлечения оксида алюминия можно применять анионные полимеры.
В одном из воплощений анионные полимеры представляют собой тройные сополимеры.
В другом воплощении анионные полимеры представляют собой тройные сополимеры акрилата, акриламида и акрилсульфоната.
В другом воплощении анионные полимеры представляют собой полимеры, содержащие акриловую кислоту.
В другом воплощении анионные полимеры являются сульфированными.
В другом воплощении анионные полимеры представляют собой сополимеры акриловой кислоты и метакрилата.
К суспензии можно различными способами добавлять различные типы химических веществ. Химические вещества можно смешивать со щелоком (например, отработанным или выпаренным концентратом), который добавляют в устройство для измельчения или в содержащую боксит суспензию, которую подают в устройство для измельчения. Специалисту очевидны и другие режимы и способы добавления.
Содержащая боксит суспензия может обладать различными физическими и химическими свойствами.
В одном из воплощений содержащая боксит суспензия представляет собой щелочную суспензию.
В другом воплощении содержащая боксит суспензия находится при повышенной температуре ниже примерно 110°C.
В другом воплощении содержащая боксит суспензия находится при повышенной температуре примерно от 65 до 100°C.
В другом воплощении химические вещества находятся в жидкой форме, при температуре и давлении окружающей среды.
Специалист может определить количество химических веществ, которое следует добавить к содержащей боксит суспензии, чтобы получить улучшение измельчения содержащей боксит суспензии. Такие факторы, как химические вещества, компоненты суспензии и вязкость суспензии, являются важными для определения количества химических веществ, которое следует добавить к содержащей боксит суспензии. Концентрации, приведенные в данной патентной заявке, приведены в расчете на чистый раствор химического вещества или на полученное сочетание, если применяют более чем одно вещество.
Предпочтительно эффективное количество химических веществ составляет примерно от 10 до 1000 частей на млн. В одном из воплощений эффективное количество химических веществ составляет более примерно 10 частей на млн.
В другом воплощении эффективное количество химических веществ составляет примерно от 150 до 500 частей на млн.
Приведенный ниже пример не является ограничивающим.
Пример
Эффективность измельчения выражают показателем измельчения, который здесь определяют как отношение изменения фракции размера частиц к максимально достижимому снижению для фракции с конкретным размером (например, 500 мкм или 150 мкм), как это показано в нижеприведенном уравнении:
нач.
P представляет собой исходную долю образца, которая проходит через сито (например, фракция 150 мкм /фракция 500 мкм).
кон.
P представляет собой долю образца после измельчения, которая проходит через сито (например, фракция 150 мкм/фракция 500 мкм).
В основном методе проведения испытаний используют маленькую лабораторную бутыль для измельчения емкостью 1 л. Все бокситы, используемые в этой работе, были с Ямайки, и предварительно они были доведены до размера «грубой» фракции от -3,36 до +1,7 мм, с применением сита ASTM-E11#6 (номинальный размер отверстий 3350 мкм) и сита ASTM-Е11#12 (номинальный размер отверстий 1700 мкм). Каждая мельница емкостью 1 л состояла из пластиковой бутыли (с внутренними перегородками) и в нее загружали 1,00 кг измельчающей среды из оксида циркония (9,5×9,5 мм) (3/8”×3/8”) - и то, и другое выпускаемое Coleparmer. В каждую бутыль для испытаний загружали подходящее количество влажного боксита, а затем было добавлено определенное количество отработанного щелока (предварительно нагретого до 90°C), чтобы обеспечить в суспензии боксита требуемое содержание твердого вещества, например 30, 35 или 40% твердого вещества. Затем с использованием микрошприца в бутыль добавляли необходимое количество реагента, чтобы обеспечить требуемую дозировку, например примерно от 150 до 900 частей на млн.
Бутыль герметично закрывали и затем вращали в горизонтальном положении в печи при 80°C, в течение определенного периода времени, обычно 30 или 40 минут, при постоянной скорости 14 оборотов в минуту (об/мин). Таким образом, для каждого испытания - с обработкой или без - продолжительность и скорость (об/мин) измельчения, температура, щелочь, процентное содержание твердого вещества и загрузка среды были постоянными. При завершении каждого испытания суспензию переносили в металлический тигель и измеряли статический предел текучести с использованием реометра для измерения текучести (изготовитель Brookfield Engineering). После этого суспензию подвергали влажному рассеву через набор сит, например через сито 500 мкм, а затем через сито 150 мкм. После этого остатки на сите сушили в печи, и массу использовали для расчета Показателя измельчения для фракций 500 мкм и 150 мкм. Результаты, полученные для двух химических составов продукта: A (DVS4M006, этоксилированный спирт, выпускаемый Nalco Company) и В (ТХ12772, низкомолекулярный диспергирующий агент - тройной сополимер акрилата, акриламида и акрилосульфоната, выпускаемый Nalco Company), приведены в Таблицах I и II, соответственно.
Как и предполагали, показатель измельчения («ПИ») возрастает со временем помола и снижается по мере увеличения содержания твердого вещества. Таким образом, при постоянной загрузке измельчающей среды на эффективность измельчения влияют продолжительность помола и количество твердого вещества. Однако при добавлении примерно от 150 до 900 частей на млн диспергирующего агента показатель измельчения существенно увеличивается, примерно на 0,01-0,025, в то время как вязкость суспензии снижается, как было отмечено по существенному снижению статического предела текучести для обработанной суспензии по отношению к необработанной суспензии.
Таблица IРезультаты лабораторных испытаний на измельчение образца A (поверхностно-активное вещество - этоксилат спирта)
% твердого вещества
Время помола, мин
Дозировка, частей на млн
ПИ (500 мкм)
ПИ (150 мкм)
Предел текучести, Па
35
25
0
0,900
0,757
н/опр.
237
0,924
0,789
н/опр.
35
30
0
0,920
0,800
3,6
243
0,949
0,815
2,0
35
40
0
0,930
0,870
11,1
436
0,940
0,890
6,8
40
30
0
0,870
0,700
8,0
156
0,880
0,715
4,1
Все испытания проведены при температуре измельчения 80°C и скорости 14 об/мин.
н/опр. - не определено; Па - паскали.
Таблица IIРезультаты лабораторных испытаний на измельчение в случае образца B (диспергирующий агент - анионный тройной сополимер)
% твердого вещества
Время помола, мин
Дозировка, частей на млн
ПИ (500 мкм)
ПИ (150 мкм)
Предел текучести, Па
30
45
0
0,918
0,944
н/опр.
232
0,937
0,955
н/опр.
35
40
0
0,931
0,878
11,1
871
0,946
0,889
1,0
40
35
0
0,943
0,751
12,1
405
0,960
0,770
9,3
Все испытания проведены при температуре измельчения 80°C и скорости 14 об/мин.
н/опр. - не определено; Па - паскали.