HU186395B

HU186395B - Process for flocculating red mud

Info

Publication number: HU186395B
Application number: HU812156A
Authority: HU
Inventors: Neville J Brownrigg
Original assignee: American Cyanamid Co
Priority date: 1980-07-23
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1985-07-29
Also published as: IE51418B1; BR8104729A; CA1176031A; ES504178A0; JPS5751117A; DE3129019A1; IT1195978B; GB2080272A; IT8148957A0; JPH024532B2; GR81418B; FR2487325B1; DE3129019C2; ES8204397A1; AU7319781A; YU181281A; FR2487325A1; YU43029B; IE811647L; GB2080272B

Description

A találmány tárgya eljárás a Bayer-féle timföldgyártás lúgos feltárási körfolyamatában a vörösiszap flokkulálására.

Timföld előállítására szinte mindenütt a Bayer-féle eljárást alkalmazzák. Nagy általánosságban elmondhatjuk, hogy ezt az eljárást szinte kizárólagosan vizes oldatokban hajtják végre oly módon, hogy bauxitot gőzzel fűtött autoklávokban erős bázissal — például nátronlúggal vagy mésszel — reagáltatják, ezáltal az alumínium-oxid oldható alumináttá alakul át. Ebben a műveleti lépésben jelentős mennyiségű oldhatatlan szenynyezőanyag képződik, illetve szabadul fel a bauxitból, és ezt a salakanyagot el kell távolítani a kinyerhető alumínium-oxid komponenstől. Ezeket a vas-oxidokat, nátrium-szilikátot, titán-oxidot és egyéb anyagokat tartalmazó maradékok általánosan a vörösiszap általában nagyon finom szemcsékből áll, amelyeket igen nehéz elkülöníteni. Viszont annak érdekében, hogy ez az elkülönítési lépés gazdaságos legyen, a vörösiszapot — amely általában az érc 10—50 súlyszázalékát alkotja — gyorsan és tisztán kell elkülöníteni az aluminát lúgtól. Ha az elkülönítés lassan történik, a kihozatal lényegesen csökken és az eljárás összhatékonysága romlik. Hasonlóképpen, ha az elválasztás nem tiszta, az aluminát formájában kapott timföld meglehetősen nyers és számos területen felhasználásra alkalmatlan lesz. A timföldben jelenlevő, a gyártási eljárásban végig megmaradó szenynyeződések nehézségeket okozhatnak számos olyan esetben, amikor valamilyen közeget, például vizes oldatot az alumináttal kezelünk, minthogy ilyenkor a szennyeződések idegen inaktív anyagként bekerülnek az illető közegbe. Például ha víz kezelésére viszonylag nagy mennyiségű szennyezőiszapot tartalmazó, alacsony tisztasági fokú aluminátot használunk, akkor a jelenlevő oldhatatlan szennyeződések közvetlenül zagy keletkezését eredményezik, mely zagy hajlamos a berendezések járatainak eltömítésére. Ugyanígy, ha a nyers nátrium-aluminát jelentős mennyiségű szennyeződést tartalmaz, az oldási problémákat meglehetősen nehéz leküzdeni, ha az aluminátot szilárd anyag formájában tápláljuk be.

A fenti hátrányok kiküszöbölésére, továbbá a vöiösiszapnak a tömföldtől való elkülönítésének lényeges felgyorsítására és az alkotórészek tökéletesebb elválasztására a 3 390 959. sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetnek egy eljárást. Eszerint a vörösiszap flokkulálószereként akrilsav és akrilátok olyan homo- és kopolimerjeit használják, amelyek 20%-nál kisebb mennyiségben tartalmaznak más, etilénesen telítetlen, polimerizálható, poláris monomereket. Ezáltal a Bayer-féle eljárás összhatásfokának javulását érik el.

A fenti szabadalmi leírásban ismertetik akrilsavnak vagy akrilátoknak etilénesen telítetlen monomerekkel alkotott kopolimerjeinek felhasználását a vörösiszap flokkulálására, de azt is megemlítik, hogy 5 mólszázaléknál nagyobb mennyiségű etilénesen telítetlen monomer már lényegesen lerontja az elválasztás hatékonyságát, továbbá 20 mólszázaléknál nagyobb mennyiségű ilyen monomer jelenlétében az elválasztás már lényegében nem végezhető el. Habár ez a kitanítás igaz a feldolgozási körfolyamat kezdeti szakaszára, meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy ez az eljárás nem alkalmazható a kinyerési folyamat későbbi, hígabb oldatokkal dolgozó szakaszaiban.

A találmány tárgya új eljárás a timföldnek bauxitból, a Bayer-féle eljárással történő kinyerésénél melléktermékként keletkező vörösiszap flokkulálására. A találmány értelmében a feldolgozási folyamat első szakaszában egy hagyományos vörösiszap-flokkulálószert használunk, majd valamely későbbi szakaszban flokkulálószerként egy 35—75 mólszázalék akrilsavat vagy akrilátot és 65—25 mólszázalék akrilamidot tartalmazó kopolimer flokkulálószert használunk.

Az első szakaszban alkalmazandó hagyományos flokkulálószerek a következők lehetnek: keményítő; akrilsav vagy akrilát homopolimerjei; akritsav vagy akrilát kopolimerjei, amelyekben a kopolimer legalább 80 mólszázalék akrilsav vagy akrilát monomert tartalmaz; hidrolizált akrilamid monomerek; és ezek kombinációi. Az akrilátokon akrilsavsókat, így alkálifémsókat vagy aminóniumsókat értünk. Akrilsav vagy akrilát kopolimerek alkalmazásakor számos komonomer is alkalmazható, 20 mólszázalékig terjedő mennyiségben. A leggyakrabban használt monomerek közül a következőket említjük meg: akrilamid, metakrilamid, akrilonitril, akrilsav és metakrilsav rövidszénláncú alkilcsoportokkal alkotott észterei, vinil-metil-éter, metakrilsavsók, maleinsavanhidrid és sói, izcpropenil-acetát, itakonsav, vinil-acetát, alfa-metil-sztirol, fumársav, akonitsav, citrakonsav, az eddig felsorolt savak amidjai, alkálifémsói (például nátrium-, kálium- és lítiumsók) és ammóniumsói, továbbá különböző polikarbonsavak részleges alkilészter-amidjai és sói, vinil-toluol, klór-sztirol, vinil-formiát, etilén, propilén és izobutilén. A fenti komonomerek közül különösen azok az előnyösek, amelyek az etilénesen telítetlen szénliidrogéncsoport oldalláncán hidrofil csoportot hordoznak. Azok a monomerek, amelyek nem tartalmaznak ilyen hidrofil, oldódást elősegítő csoportot, kisebb mennyiségekben — a jelenlevő monomer teljes súlyára vonatkoztatva 1—5 súlyszázalék mennyiségben — alkalmazandók.

Az akrilsawal vagy akrilsavsókkal együtt felhasználható egyéb monomerek közül megemlítjük még a következőket: szulfoetil-akrilát, karboxietil-akrilát, dietil-vinil-foszfonát, krotonsav és sói, vinil-szulfonát és sói, vinilalkohol és oldhatóságot elősegítő csoportokat, így szulfonátokat tartalmazó vinil-aril-szénhidrogének.

A fentiekben felsorolt típusú homopolimerek vagy kopolimerek közül azok az előnyösek, amelyek molekulasúlya nagyobb 50 000-nél, még előnyösebben nagyobb 100 000-nél. A legkiválóbb additív polimerek molekulasúlya eléri a 10 milliót.

A találmány szerinti eljárásban felhasználható keményítők közül a következőket említjük meg: burgonyakeményítő, kukoricakeményítő, tápiókakeményítő, amilóz, cirokkeményítő és más könnyen hozzáférhető keményítők.

A lúgos feltárási körfolyamat első szakaszában használt hagyományos flokkulálószer megfelelő mennyisége a feldolgozás alatt levő bauxit specifikus összetételétől, az adott feldolgozási szakasz paramétereitől — például hőmérséklettől, pH-tól és szilárdanyag-tartalomtól —, valamint az alkalmazott vörösiszap-flokkulálószer(ek)től függ. Általában, ha keményítőt vagy keményítőtartalmú keverékeket használunk, a megfelelő hatást biztosító flokkulálószer mennyiség a száraz iszapmaradék 0,05—2,0 súly százalék a. Ha szintetikus polimereket vagy kopolimereket használunk, azok mennyisége álta3

-2186395

Iában mintegy 0,0045—0,9 kg/tonna száraz iszapmaradék.

A lúgos feltárási folyamat későbbi szakaszaiban hozzáadott kopolimer pontosan meghatározva egy olyan kopolimer, amely 35—75 mólszázalék akrilsavat vagy akrilátot — az akrilát pontos jelentését a fentiekben már megadtuk — és 65—25 mólszázalék akrilamidot tartalmaz. Habár ebben a kopolimerben az akrilamid mellett általában hatékonyan felhasználhatunk etilénesen telítetlen monomereket, gazdasági, hozzáférhetőségi és kivitelezési meggondolásokból a találmány szerinti eljárásban előnyösen akrilamid komonomert használunk. Ezeknek a később hozzáadott kopolimereknek olyan molekulasúllyal kell rendelkezniük, hogy a polimer 0,15%-os oldatának Brookfield-féle viszkozitása 1 molos nátrium-klorid-oldatban, és 60 fordulat/perc sebességű UL adapter és 8-as pH-érték mellett legalább 2,0, előnyösen legalább 3,0 centipoise legyen.

Ezeknek a később hozzáadott kopolimereknek menynyisége szintén a feldolgozás alatt álló bauxit specifikus összetételétől és az adott feldolgozási szakasz paramétereitől függ. Mindazonáltal a megfelelő hatást biztosító kopolimer mennyisége a száraz vörösiszap 1 tonnájára vonatkoztatva mintegy 0,0045—0,45, előnyösen 0,0225—0,225 kilogramm.

Az, hogy a lúgos feltárási körfolyamat kezdeti szakaszát követően melyik konkrét szakaszban végezhetjük el a 35—75 mólszázalék akrilsavat vagy akrilátot vagy akrilátot és 65—25 mólszázalék akrilamidot tartalmazó kopolimer hozzáadagolását a rendszerhez, a feldolgozási rendszer számos változójától függ. Fontos szerepet játszanak ebben az adott feldolgozási művelet paraméterei, így a hőmérséklet, a pH-érték, a lúg töménysége, valamint a vörösiszap-tartalom. A hatékony feltárást befolyásolja még természetesen az adott bauxitérc típusa is. Mindaddig, amíg nem ismeretes a vörösiszap és a flokkulálószer közötti kölcsönhatás pontos mechanizmusa, nem tudjuk abszolút biztonsággal előre megmondani, hogy a feldolgozási folyamat melyik szakaszában mely változók fogják meghatározni a kopolimer hatékonyságát. Általában azt tapasztaltuk, hogy a kopolimer hozzáadása nagy hatékonysággal végezhető el a feldolgozási folyamat negyedik vagy azt követő szakaszaiban, amikor a NaOH+Na₂CO₃ oldat egy literjének iszaptartalma kisebb 100 g-nál. Minthogy ez a szám csak megközelítő érték és néha inkább véletlen egybeesésen alapulhat, semmint a változók szabályozásán, annak eldöntése végett, hogy a feldolgozási folyamat melyik szakaszában adjuk a rendszerhez a kopolimert, ajánlatos az alább ismertetett vizsgálatot elvégezni.

A vizsgálatban „n-edik szakasznak” fogjuk nevezni a vizsgálandó és a kezdeti vagy „fej” szakasznak a nem megegyező feldolgozási szakaszt. Az (n—l)-edik szakasz mosótartályának alsó elfolyását 1: 4 arányban felhígítjuk az n-edik szakasz mosótartályának felső túlfolyásával, így előállítjuk az n-edik szakasz mosótartályát „szimulált” betáplálását. Ez a magas hígítási szint ahhoz szükséges, hogy a vizsgálati hengerben — amely előnyösen egy 500—1000 ml-es mérőhenger — reprodukálható, szabad ülepedést biztosítsunk.

Ehhez, az n-edik lépés mosótartályának szimulált betáplálásához 0,05 súlyszázalékos oldatban hozzáadjuk a vizsgálandó flokkulálószert. Az oldat vízzel vagy hígított retúrlúggal (NaOH) készülhet. A flokkuláló4 szer vizsgált dózisát fecskendővel adjuk hozzá a mosótartály szimulált betáplálásához, majd egy perforált búvárdugattyúval (ún. „plungerrel”) végzett 5 lökettel összekeverjük. A folyadék/szilárd anyag határfelület süllyedésének sebességét (méter/óra) egységben mérjük, így meghatározzuk a vizsgált szakaszban a flokkulálószer alkalmazhatóságát.

Az alábbiakban példákkal mutatjuk be a találmány szerinti eljárást anélkül, hogy az oltalmi kört ezekre korlátoznánk, továbbá módszereket mutatunk be a találmány szerinti eljárás kiértékelésére. Egyéb jelzés híján a százalékértékek súlyszázalékot jelentenek.

1. példa

A fentiekben ismertetett vizsgálati eljárást követve egy 60 súlyszázalék nátrium-akrilátot és 40 súlyszázalék akrilamidot tartalmazó, 5 és 10 millió közötti molekulasúlyú kopolimert vizsgáltunk. A kopolimert hozzáadtuk egy ausztráliai vörösiszap feldolgozási folyamat mosótartályának szimulált betáplálásához. A feldolgozási folyamat kezdeti lépésében a vörösiszapot egy 95 súlyszázalék nátrium-akrilátot és 5 súlyszázalék akrilamidot tartalmazó kopolirnerrel kezeltük. Az alkalmazott dózisokat és az egyes szakaszokban kapott ülepedési sebességeket az I. táblázatban foglaltuk össze.

A) Összehasonlító példa

Az 1. példa szerinti eljárást követtük azzal a különbséggel, hogy a vizsgálati szakaszban a vörösiszap flokkulálására egy 95 súlyszázalék nátrium-akrilátot és 5 súlyszázalék akrilamidot tartalmazó kopolimert használtunk. A kapott eredményeket az I. táblázatban foglaltuk össze.

B) Összehasonlító példa

Mindenben az 1. példa szerinti eljárást követtük, de az 1. példa szerinti flokkulálószer mellett még az A) összehasonlító példa szerinti flokkulálószert is alkalmaztuk. A kapott eredményeket az I. táblázatban foglaltuk össze.

C) Összehasonlító példa

Mindenben az 1. példa szerinti eljárást követtük azzal a kivétellel, hogy vörösiszap flokkulálószereként egy 5—10 millió molekulasúlyú nátrium-akrilát emulziót használtunk. A kapott eredményeket az I. táblázatban foglaltuk össze.

I. táblázat

Szimulált betáplálás az n-edik mosótartályba [n]	A vörösiszap szárazanyagtartalma fe/ii	Flokkulálószer [példa]	Dózis fe/t]	Ülepedési sebesség [m/óra]
2.	70	I.	36	hatás- talan
		A) össz. példa A) össz. példa	18 36	11,1 24,8

-3186395

Szimulált betáplálás az n-edik mosótartályba [nj	A vörösiszap szárazanyagtartalma fg/1]	Flokkulálószer [példái	Dózis fe/t]	Ülepedést sebesség lm/óra]
		B) össz. példa	18	4,9
		(1. példa szerinti)
		18 — A) össz. példa szerint
3.	100	A) össz. példa	13	1.0
		C) össz. példa	30	0,4
		1.	13	5,2
4.	100	1.	13	8,3
		A) össz. példa	13	0,8
		C) össz. példa	30	0,5
5.	100	1.	13	4,5
		A) össz. példa	13	1,8
		C) össz. példa	30	0,6

2. példa

Jamaikai vörösiszap feldolgozási folyamatból mintákat vettünk a mosótartály alsó elfolyásából, majd a 5 vizsgálati eljárásnak megfelelően hígítottuk. A mintához 0,05 súlyszázalékos nátrium-hidroxidos oldat formájában hozzáadtuk a flokkulálószert. Flokkulálószerként 5—10 millió molekulasúlyú, nátrium-akrilátot és akrilamidot a II. táblázatban megadott arányban tarló talmazó kopolimert használtunk. Mindenben az általános vizsgálat eljárást követtük, így a II. táblázatban összefoglalt eredményeket kaptuk.

Amint ez a fenti adatokból könnyen kiolvasható, nátrium-akrilátot és akrilamidot tartalmazó kopolime15 rek alkalmazása erősen növeli a flokkuláció sebességét a feldolgozási folyamat későbbi szakaszaiban. Habár a vizsgálat első szakaszaiban a 40 súlyszázalék nátriumII. táblázat

Szimulált betáplálás az n-edik mosótartályba [n]	A vőrösiszap szárazanyagtartalma fe/1]	Nátrium-akrilát flokkulálószer [S°/ol	Akrilamid [s%l	Dózis Ikg/t]	Ülepedési sebesség [m/óra]
1.	38	95	5	0,9	1,9
1.	38	70	30	0,9	hatástalan
1.	38	60	40	0,9	hatástalan
1.	38	50	50	0,9	hatástalan
3.	27	95	5	0,9	2,3
3.	27	70	30	0,9	9,1
3.	27	60	40	0,9	1,6
3.	27	50	50	0,9	0,9
3.	27	40	60	0,9	hatástalan
6.	34	95	5	0,9	1,3
6.	34	70	30	0,9	4,3
6.	34	60	40	0,9	4,9
6.	34	50	50	0,9	2,5
6.	34	40	60	0,9	1,1
7.	34	95	5	0,45	3,1
7.	34	60	40	0,45	5,2
7.	34	50	50	0,45	22,8
7.	34	40	60	0,45	22,8

-akrilátot és 60 súlyszázalék akrilamidot tartalmazó kopolimer nem mutat észrevehető hatást, ugyanez a kopolimer meglepően kiváló eredményeket biztosít, ami így kihangsúlyozza az egyes szakaszok és az alkalmazott kopolimerek egymáshoz viszonyított megfelelősége kiértékelésének fontosságát.

Claims

1. Eljárás a Bayer-féle timföldgyártás lúgos feltárási körfolyamatában, amelynek első szakaszában a száraz íszapmaradék egy tonnájára vonatkoztatva 0,0045—

0,9 kg flokkulálószert — előnyösen keményítőt, akril- 65 sav vagy akrilátok homopolimerjeit, akrilsav vagy akrilátok legalább 80 mólszázalék akrilsav vagy akrilát monomert tartalmazó kopolímerjeit, előnyösen olyan kopolimert, amely legalább 90 mőlszázalék akrilsav 55 vagy akrilát monomert és legfeljebb 10 mólszázalék akrilamid monomert tartalmaz — vagy ezek keverékeit használunk, a vörösiszap flokkulálására, azzal jellemezve, hogy a feltárási folyamat elsőt követő valamelyik szakaszában vagy szakaszaiban — mely szakaszban 60 vagy szakaszokban egy liter NaOH+Na₂CO₃ oldat iszapmaradék-tartalma kisebb 100 g-nál — flokkulálószerként egy kopolimert, amely 35—15 mólszázalék akrilsav vagy akrilát monomert és 65—25 rnólszázalék akrilamid monomert tartalmaz, továbbá molekulasúly 5—10 millió, a száraz iszapmaradék egy tonnájára

-4186395 vonatkoztatva 0,0045—0,45 kg mennyiségben alkalmazunk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a feltárási folyamat elsőt követő szakaszában vagy szakaszaiban flokkulálószerként olyan kopolimert használunk, amely 50—70 mólszázalék akriisav vagy akrilát monomert és 50—30 mólszázalék akrilamid monomert tarialmaz.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a később hozzáadott flokkulálószert a feltárási 5 folyamat negyedik vagy azt követő szakaszaiban adjuk a rendszerhez.