[发明专利]用于生产氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于煅烧氢氧化铝的方法。更具体地，本发明涉及一种利用水蒸汽煅烧氢氧化铝的方法。

背景技术

拜耳法(Bayer process)被广泛用于从含铝矿石，如铝土矿制备氧化铝。该方法包括：在通常称为煮解的工序中，使含氧化铝的矿石与再循环的苛性铝酸盐溶液在高温下接触。

在将溶液冷却后，加入氢氧化铝作为晶种，以促使从其中沉淀更多的氢氧化铝。将沉淀的氢氧化铝，也称为水合物或三水铝石，从苛性铝酸盐溶液中分离，其中将一部分氢氧化铝再循环以用作晶种，而将剩余物作为产物回收。将剩余的苛性铝酸盐溶液再循环，以另外煮解含氧化铝的矿石。根据用于将氢氧化铝与铝酸盐溶液分离的方法，回收的氢氧化铝可能不是完全干燥的，并且可能含有未结合的和物理结合的水。在本说明书的上下文中，术语未结合水是指可以在三氧化铝的表面上的水，而术语物理结合的水是指可以容纳在例如三氧化铝的隙间孔内的水。

在称为煅烧的工序中，将回收的氢氧化铝加热以制备氧化铝。除了移除夹带的水以外，当氢氧化铝根据下列反应生成也称为氧化铝的三氧化铝(Al₂O₃)时，水还是煅烧反应的副产物：

2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O

煅烧反应可以制备各种不同并且可测量的含铝土结构。这些包括三氧化铝结构形态和羟基氧化铝结构形态。冶炼级氧化铝的优选组成主要含所谓的γ型，但是也含大量其它的氧化铝相(例如，α、κ、χ等)。

在本说明书的上下文中，术语氧化铝应当被理解为包括三氧化铝的所有结构形态或相，包括γ氧化铝。在本发明的上下文中，术语羟基氧化铝应当被理解为包括羟基氧化铝的所有结构形态或相，包括勃姆石。

在本说明书的上下文中，术语煅烧应当被理解为包括完全或部分移除与氢氧化铝进料一起进入煅烧炉中的物理和化学结合的水以及未结合的水。

煅烧的连续阶段是：

干燥，以移除未结合的水和物理结合的水；

在炉中加热，以移除化学结合的水；和

产物冷却。

煅烧是能源密集型方法。在煅烧的过程中从氢氧化铝以水蒸汽形式释放的水(～0.53t水/tA)通过烟道与其潜热能(～1.2GJ/tA)一起损失到大气中。另外的水也以来自与氢氧化铝进料一起进入煅烧炉的未结合的水和来自燃烧的产物的水蒸汽的形式被释放到大气中。

在现有技术系统中，大量的燃料被用于蒸发未结合的水和加热干燥的氢氧化铝，由此其在到达最终的所需氧化铝形态之前经过一系列中间晶形。

用于将氢氧化铝干燥和分解以形成氧化铝产物和水蒸汽的直接传热设备和方法包括使用静态煅烧炉、窑式煅烧炉、电阻加热、热油或盐浴，通过电感、激光、等离子体、微波辐射和燃料的燃烧加热。

在闪蒸(flash)和窑式煅烧方法中，来自煅烧炉的炉部的燃烧气体与被煅烧的水合物质直接混合。在煅烧后，例如通过用于捕获粉尘的旋风分离器和静电沉淀器将气体分离。烟道气是燃烧的产物和水蒸汽的混合物。

US5336480教导了通过在加压容器中间接加热氢氧化铝而煅烧氢氧化铝，并且收集释放的水蒸汽。该说明书教导了在加热时由于通过分解从氢氧化铝释放水蒸汽，氢氧化铝的床表现出自流化性。

根据US5336480，通过在分解器中加热氢氧化铝以将未结合的水、物理结合的水和某些化学结合的水从氢氧化铝驱散，产生用于供给到拜耳法的浸煮器和蒸发器部分的水蒸汽。更具体地，在管中通过热废气间接加热氢氧化铝。在管中以气态放出的水向上流动，并且据称使管中的颗粒床流化。由于流化气来自颗粒本身，所以这被称为自流化。在启动过程中，来自辅助水蒸汽源的水蒸汽可以用于使管中的颗粒流化，直至实现自流化。

关于US5336480和我们的方法之间的区别，你希望补充什么呢？有利地，本发明允许利用更小的压力容器，而US5336480的方法需要大的压力容器；结果导致相对低的气体侧(gas-side)传热系数。大尺寸对于此装置的其它后果包括调节热膨胀的需要和与均匀地分布固体相关的困难。

本发明背景的前述讨论意在促进对本发明的理解。然而，应当认识到该讨论并非认可或承认在本申请的优先权日，所提到的任何材料都是在澳大利亚的普通常识的一部分。

在整个说明书中，除非上下文另有需要，否则词“包含”或诸如“包括”或“含有”的变化应当被理解为意指包括所述整数(integer)或整数组，但是不排除任何其它整数或整数组。