pretreatment system for goethitic bauxites

7/21/2019 Pretreatment System for Goethitic Bauxites

1/7

United

S t a t e s

P a t e n t

[ 1 9 1

[ 1 1 ] 4 , 1 1 2 , 0 4 7

D o n a l d s o n

[ 4 5 ]

S e p . 5 , 1 9 7 8

[ 5 4 ] PRETREATMENT SYSTEM FOR

A t t o r n e y ,

A g e n t , o r Firm-Paul E . C a l r o w ; Andrew E .

GOETHITIC BAUX ITES B a r l a y

[ 7 5 ]

I n v e n t o r :

D o n a l d

J .

D o n a l d s o n , O r i n d a ,

C a l i f .

[ 5 7 ]

ABSTRACT

[ 7 3 ] A s s i g n e e :

K a i s e r

Aluminum

& h e m i c a l A r e t r e a t m e n t s y s t e m i s p r o v i d e d

f o r

t r a n s f o r m i n g

t h e

C o r p o r a t i o n

O a k l a n d

C a l i f

g o e t h i t e

c o n s t i t u e n t [ F e O ( O H ) ] o f g o e t h i t i c

b a u x i t e s

t o

h e m a t i t e

a n d / o r m a g n e t i t e

a t h i g h

t e m p e r a t u r e s

a n d

[ 2 1 ] A P P I - N04 8 0 4 , 3 4 1

p r e s s u r e s .

The s y s t e m e m p l o y s a n u m b e r o f ? o a t - t y p e ,

- _

l i q u i d

d i s p l a c e m e n t p r e s s u r e

pu mps,

both f o r charging

[ 2 2 ]

F l l e d J u n ' 8

1 9 7 7

c a u s t i c - c o n t a i n i n g

b a u x i t e s l u r r i e s o f h i g h s o l i d s c o n

t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . centration t o t e system

an

or

ls c

argingt e

t r e a t e1 ] In

C12

C01F7/06 '

h

df

d h

h d

[ 5 2 ] US.

C l .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 2 3 / 1 2 3 ;

423/ 1 1 ; s l u r r i e s . The

s y s t e m

o p e r a t e s a t


i n

e x c e s s

4 2 3 / 1 1 9 ; 4 2 3 / 1 2 1 ;

4 2 3 / 1 3 8

o f

2 5 0

C n d u p t o t e m p e r a t u r e s r e q u i r e d

f o r

t h e t o t a l

[ 5 8 ] F i e l d o f S e a r c h . . . . . . . . . . . . . . . .

4 2 3 / 1 1 1 ,

1 1 9 , 1 2 1 , 1 2 3 c o n v e r s i o n o f t h e g o e t h i t e

c o n t e n t

t o

h e m a t i t e

o r m a g

_ n e t i t e w h i c h , i n t u r n , s i g n i ? c a n t l y i n c r e a se s

t h e

y i e l d o f

[ 5 6 ] R e f e r e n c e s cued r e c o v e r a b l e

a l u m i n a .

S i n c e t h e

s l u r r y t o

b e p r e t r e a t e d

i s

US.

PATENT

DOCUMENTS o f h i g h s o l i d s c o n c e n t r a t i o n ,

e . g . ,

i n

e x c e s s o f 3 0 by

3 0 9 5

2 8 0 '

6 / 1 9 6 3

Soudan

e t a l

. . . . . . . . . . . . .

. . 4 2 3 / 1 2 3

we i ght

a n d

P t o abou t 55-60 by weight, t h e

s i z e

of

3:306:216 2/1967

Wannan

' ' ' ' '

417/92 the

p r es s u r e- r es is ta nt equipment s c o n s i d e r a b l y

s m a l l e r

3 , 4 1 3 , 0 8 7 1 1 / 1 9 6 8

R o b e r t s

_ _ _ _ _ _ _

4 2 3 / 1 2 3

than

t h e

s i z e required f o r conventional pretreatment

3 , 4 9 7 , 3 1 7 2 / 1 9 7 0 Tusche . . . . . . 1 , 4 1 3 / 1 2 3

s ys tem operating

a t much

l owe r

s o l i d s

concentrations

3 , 5 8 2 , 2 6 8 6 / 1 9 7 1 S a t o e t

a 1 .

4 2 3 / 6 0 0 a n d d u e t o

t h e

u s e

of

h e ? o a t - t y p e

pu mps,

m a i n t e n a n c e ,

3 , 7 3 7 , 5 1 4

6 /

9 7 3

King . . . . . . . . . . . . 4 2 3 / 1 2 1 e r o s i o n

a n d

o t h e r

mechanical

problems a s s o c i a t e d

with

3 , 3 2 2 , 2 1 3 ; 1 8 4 1 1 2 3 1 - - -

- - - ~ - ~

t h e u s e o f c u s t o m a r i l y

e m p l o y e d

h i g h p r e s s u r e pumps

, ,

oym r . . . . . . .. -

3 , 9 6 6 , 8 7 4

6 / 1 9 7 6 F e a t h e r s o n

e t

a 1 . . . . . . . 4 2 3 / 1 2 1 z? d m iz g g p r e s s u r e c o n t r o l v a l v e s a r e

substamlany

4,026,989 5/1977 Orban

e t

a 1 . . . . . . . . 423/121 '

P r i m a r y

E x a m i n e r - H e r b e r t T .

C a r t e r 7

C l a i m s , 1 D r a w i n g F i g u r e

90/ _

80/ t

_ _ . _

0/ 2

/3 60/

@ H

(N 5 0 /

8 / 5

H l L e j

( j o g / g r

\ \ \

7

6

V; _ / o / _ _ 30/ k ' I 40/ m

4 .

a

V


2/7

4 , 1 1 2 , 0 4 7

e p t . 5 , 1 9 7 8

. S .

P a t e n t

A

1 9 4

@ 0 0 9

G )

5

5

\ O @


3/7

4 , 1

1 2 , 0 4 7

1

PRETREATMENT

SYSTEM FOR GOETHITIC

BAUXITES

BACKGROUND

OF THE

INVENTION

M o s t o f t h e a l u m i n a

u t i l i z e d

f o r

t h e m a k i n g

o f m e t a l

l i c a l u m i n u m i s m a d e by

t h e

B a y e r p r o c e s s w h i c h

i n

v o l v e s

t h e d i g e s t i o n

o f

b a u x i t e

i n

a

c a u s t i c

m e d i u m .

D i g e s t i o n

r e s u l t s

i n

a

c a u s t i c a l u m i n a t e

l i q u o r

f r o m

w h i c h

a l u m i n a h y d r a t e i s r e c o v e r e d

b y

p r e c i p i t a t i o n .

B a u x i t e s u s e d i n

t h e

B a y e r p r o c e s s c o n t a i n , b e s i d e s

a l u m i n a v a l u e s , a s i g n i ? c a n t

q u a n t i t y

o f i r o n

a n d

d e

p e n d i n g

on

t h e s o u r c e o f

b a u x i t e , a

c o n s i d e r a b l e p o r t i o n

o f t h e

i r o n

c o n t e n t c a n be p r e s e n t

i n

t h e

form

o f goe

t h i t e

[ F e O ( O I - I ) ] .

P r o c e s s i n g o f g o e t h i t i c

b a u x i t e s i s

d i f f i c u l t , s i n c e g e n e r a l l y

h i g h

t e m p e r a t u r e s ( i n e x c e s s

o f

a b o u t 2 4 5

C)

a n d / o r a d d i t i v e s , s u c h

a s

l i m e , NaCl o r

N a 2 S O 4 ,

a r e r e q u i r e d t o

c o n v e r t

t h e g o e t h i t e c o n t e n t t o

h e m a t i t e

o r m a g n e t i t e . T h i s c o n v e r s i o n i s d e s i r a b l e f o r

m a n y

r e a s o n s ,

f o r e x a m p l e , i t a l l o w s r e c o v e r y o f a l u

m i n a f r o m t h e b a u x i t e i n i n c r e a s e d

y i e l d ,

f u r t h e r t h e

s e t t l i n g

o f


r e s i d u e ,

t h e

s o - c a l l e d

r e d

m u d , i s s u b s t a n t i a l l y i m p r o v e d .

The p r o b l e m o f g o e t h i t e t o h e m a t i t e a n d / o r magne

t i t e c o n v e r s i o n h a s b e e n k now n f o r m a n y

y e a r s .

For

e x a m p l e ,

H u n g a r i a n

r e s e a r c h e r s i n t h e 1 9 5 0 s h a v e

p u b

l i s h e d s e v e r a l p a p e r s r e l a t i n g t o t h e t r e a t m e n t

o f

goe

t h i t i c

b a u x i t e s .

T h u s ,

f o r

e x a m p l e , i n

a n

a r t i c l e b y

L a n y i

i n t h e

Y e a r b o o k o f The H u n g a r i a n R e s e a r c h I n s t i t u t e

f o r N o n - F e r r o u s M e t a l s , Volume 1 , p p . 5 - 2 8 , 1 9 5 6 ,

c o n v e r s i o n o f t h e

g o e t h i t e c o n t e n t o f H u n g a r i a n b a u x

i t e s t o w e l l - s e t t l i n g

m a g n e t i t e h a s

b e e n a c h i e v e d

b y

t h e

u s e o f a t u b e

d i g e s t e r

o p e r a t i n g a t t e m p e r a t u r e s

a t

a b o u t

3 0 0

C n d

h i g h e r .

C o n v e r s i o n was a s c e r t a i n e d by t h e

b r o w n i s h

c o l o r

o f

t h e m u d p r o d u c e d a n d a l s o

b y

X - r a y

a n a l y s i s .

I n U . S .

P a t .

N o .

3 , 7 3 7 , 5

1 4 ( K i n g ) ,

a

p r o c e s s

h a s

b e e n

d i s c l o s e d f o r t h e t r e a t m e n t o f

g o e t h i t e and t i t a n i u m

c o n t a i n i n g

a l u m i n i f e r o u s o r e s

r e s u l t i n g i n

i n c r e a s e d

alumina

recovery f r o m t h e o r e s .

The

p r o c e s s i n v o l v e s a

t w o - s t a g e d i g e s t i o n me t ho d i n t h e p r e s e n c e o f a c a l c i u m

c o m p o u n d added i n a n a m ou nt a t l e a s t s u f f i c i e n t t o

c o n v e r t s u b s t a n t i a l l y

a l l

o f

t h e

t i t a n i u m c o n t e n t o f

t h e

o r e

t o

c a l c i u m t i t a n a t e . The r s t

s t a g e

o f t h e

d i g e s t i o n

i s

a c c o m p l i s h e d

a t a b o u t 2 8 0 t o 3 5 0 C ,

w h i l e

t h e s e c o n d

s t a g e o f t h e p r o c e s s p r o c e e d s a t a b o u t 2 0 0 t o 2 5 5

C .

I n

German O f f e n l e g u n g s s c h r i f t

N o .

2 , 3 3 5 , 7 3 2

( p u b

l i s h e d J a n . 3 1 , 1 9 7 4 ) ,

a p r o c e s s

i s

d e s c r i b e d

f o r

t h e

con

v e r s i o n o f t h e g o e t h i t e c o n t e n t o f

g i b b s i t i c

b a u x i t e s t o

h e m a t i t e

a n d

m a g n e t i t e

b y

d i g e s t i n g

a

c a u s t i c s l u r r y

o f

t h e

b a u x i t e s

a t t h e

t e m p e r a t u r e s between 2 2 0 2 8 0

C n

t h e p r e s e n c e o f l-6 b y

w e i g h t

C a O

a n d

0 . 5 - l 2 b y

w e i g h t N a C l . The c o m b i n a t i o n o f C a O a n d N a C l , a c

c o r d i n g t o

t h i s

r e f e r e n c e , a l l o w s

c o n v e r s i o n

o f g o e t h i t e

t o

h e m a t i t e a t t h e r e p o r t e d t e m p e r a t u r e s w i t h o u t

u s i n g

a p r e t r e a t m e n t .

G e r m a n

O f f e n l e g u n g s s c h r i f t N o .

2 , 4 3 1 , 8 5 7

( p u b

l i s h e d J a n .

3 0 ,

1 9 7 5 ) d i s c l o s e s t h e

c o n ve r s i o n o f

t h e

g o e t h i t e

c o n t en t o f b o e h m i t i c a n d / o r d i a s p o r i c

b a u x i t e s

t o h e m a t i t e a t

l 8 0 3 0 0

C

n

t h e p r e s e n c e

o f

a c a t a l y t i

c a l l y

a c t i n g

c o m b i n a t i o n

o f

26 b y w e i g h t C aO a n d

a

s m a l l q u a n t i t y o f s u l f a t e i o n , g e n e r a l l y 1 . 0 t o 1 4 g / l i n

t h e d i g e s t i o n m i x t u r e .

I n U . S .

P a t .

N o .

3 , 9 6 6 , 8 7 4 ( F e a t h e r s t o n

e t

a l . ) ,

a

p r o

c e s s i s shown c a p a b l e o f c o n v e r t i n g

t h e

g o e t h i t e

c o n

t e n t

o f b o e h m i t e

a n d / o r

d i a s p o r e c o n t ai n i n g

b a u x i t e s .

The p r o c e s s o f t h i s r e f e r e n c e

e m p l o y s

a t w o - s t a g e

m e t h o d , w h e r e i n i n t h e ? r s t s t a g e , a

c a u s t i c

s l u r r y o f t h e

1 5

2 5

3 0

3 5

40

4 5

5 0

6 0

6 5

2

b a u x i t e i s p r e t r e a t e d

a t

a

t e m p e r a t u r e

a t

l e a s t

2 0 0 C ,

f o l l o w e d

b y

a d d i t i o n o f

a

c a l c i u m

compound

a n d d i g e s

t i o n a t a t e m p e r a t u r e o f a t l e a s t

2 2 5

C , p r e f e r a b l y a t

a b o u t

2 3 0 - 2 5 0 C .

The

e x t e n t

o f

p r i o r

a r t

d e a l i n g

w i t h t h e

s u b j e c t

o f

g o e t h i t e t o

h e m a t i t e

a n d / o r

m a g n e t i t e c o n v e r s i o n

c l e a r l y i n d i c a t e s

t h e

i m p o r t a n c e o f

t h i s

a r e a t o p r o d u c e

B a y e r p r o c e s s a l u m i na .

T h i s

becomes e v e n

mor e

s i g n i ?

c a n t w i t h t h e g r a d u a l

d e c r e a s e i n

t h e

q u a l i t y

o f

a v a i l

b l e b a u x i t e s

e m p l o y e d

f o r t h e

p r o d u c t i o n

o f

a l u m i n a .

More

a n d

more b a u x i t e s o f h i g h

g o e t h i t e a n d

d i a s p o r e

c o n t e n t a r e

b e i n g

u t i l i z e d and

r e c o v e r y

o f

a l u m i n a v a l

u e s from t h e s e

lower g r a d e

o r e s

p o s e

n o t

o n l y

t e c h n i c a l

p r o b l e m s b u t a l s o

d e c r e a s i n g a l u m i n a

y i e l d s d u e t o t h e

i n c r e a s i n g a l u m i n a

c o n t e n t

o c c l u d e d

i n

t h e g o e t h i t i c

a n d / o r

d i a s p o r i c

l a t t i c e o f t h e o r e . The

p r i o r

a r t

p r o

c e s s e s ,

o p e r a t i n g

a t


a t

o r below a b o u t 2 5 0

C

i t h

o r

w i t h o u t

g o e t h i t e t o

h e m a t i t e

e n h a n c i n g a d d i

t i v e s , a r e o n l y c a p a b l e o f c o n v e r t i n g

a f r a c t i o n

o f t h e

t o t a l

g o e t h i t e c o n t e n t o f t h e s e low g r a d e

b a u x i t e s

a n d

c o n s e q u e n t l y t h e

y i e l d

o f a l u m i n a r e c o v e r e d f r o m t h e s e

o r e s i s f a r f r o m t h e v a l u e s d e s i r e d f r o m an e co n o m i c

p o i n t o f v i e w . On t h e o t h e r h a n d , d i g e s t i o n p r o c e s s e s

o p e r a t i n g a t t e m p e r a t u r e s i n e x c e s s o f a b o u t 2 8 0

C

i t h

a c c o m p a n y i n g

h i g h

p r e s s u r e s , s u c h a s 1 0 0 0 4 5 0 0 p s i

( 6 8 - 1 0 2

a t m o s p h e r e s ) c a n

o b t a i n t h e d e s i r e d a l u m i n a

y i e l d f r o m t h e s e l o w g r a d e o r e s , b u t t h e e q u i p m e n t

i n v o l v e d i n t h e

d i g e s t i o n

a t

t h e s e p r o c e s s c o n d i t i o n s ,

p a r t i c u l a r l y when

t h e l a r g e

v o l u m e s e n c o u n t e r e d i n

t h e

B a y e r p r o c e s s a r e c o n s i d e r e d , r e q u i r e c o m p l e x a n d

e x p e n s i v e i n s t a l l a t i o n s . F o r e x a m p l e , t u b e d i g e s t e r s

o f

e x t e n s i v e l e n g t h ( i n e x c e s s o f a bo u t 1 0 0 0

1 1 ) ,

h a v e

b e e n

re comme n d e d f o r

t h i s p u r p o s e where

d i g e s t i o n

o f t h e

b a u x i t e

s l u r r y t a k e s

p l a c e a t

a b o u t

3 0 0 C

n d e r h i g h l y

t u r b u l e n t ?ow.

T u r b u l e n c e

i s a

n e c e s s a r y r e q u i r e m e n t

o f

t h i s

t y p e o f p r o c e s s , o t h e r w i s e d e p o s i t i o n o f

s c l e

t a k e s p l a c e o n t h e

i n n e r w a l l s

o f t h e l o n g

t u b e r e s u l t i n g

i n

b l o c k a g e ,

r e d u c e d f l o w

a n d i n a d e q u a t e h e a t

t r a n s f e r .

The t u r b u l e n t

f l o w i n

t h i s

s y s t e m

r e q u i r e s a n e x c e s

s i v e l y l o n g a n d s t r a i g h t f l o w p a t t e r n . A l s o , t h e h i g h r a t e

o f t u r b u l e n c e e x e r t s

a

s t e a d y

s t r e s s on t h e

t u b e , w h i c h ,

i n c o m b i n a t i o n w i t h t h e h i g h

p r e s s u r e s

u t i l i z e d ,

r e n d e r s

t h e e q u i p m e n t s u b j e c t t o f r e q u e n t m a i n t e n a n c e .

The u s e o f

c o n v e n t i o n a l d i g e s t i o n d e s i g n

a t

t h e s e


a n d p r e s s u r e s

r e q u i r e s n o t o nl y h i g h

i n p u t

o f

h e a t

e n e r g y b u t a l s o a l a r g e n umbe r

o f h i g h

p r e s s u r e

d i g e s t e r v e s s e l s , ? a s h t a n k s a n d l i q u o r

h e a t e r s

c a p a b l e

o f

s a f e l y

w i t h s t a n d i n g t h e p r e s s u r e s g e n e r a t e d . Du e t o

t h e

l a r g e

v o l u m e s t o

b e t r e a t e d u n d e r

t h e s e

c o n d i t i o n s ,

t h e c o n s t r u c t i o n c o s t o f

d i g e s t i o n

v e s s e l s o f

s u i t a b l e

s i z e

becomes p r o h i b i t i v e a n d e c o n o m i c a l l y , a s w e l l a s t e c h

n i c a l l y , u n d e s i r a b l e . C o n s e q u e n t l y , u p u n t i l n o w , t h e

B a y e r p r o c e s s o p e r a t o r h a d t o a c c e p t a

compromise

b e t w e e n

a l u m i n a y i e l d

a n d

p r o c e s s c o n d i t i o n s , r e s u l t i n g

i n l o w e r a l u m i n a r e c o v e r i e s i n t h e e x i s t i n g e q u i p m e n t .

I t

h a s

n o w b e e n

d i s c o v e r e d

t h a t i t i s e c o n o m i c a l l y

p o s s i b l e

a n d

t e c h n i c a l l y f e a s i b l e t o

o b t a i n

maxi mum

a l u m i n a r e c o v e r i e s f r o m g o e t h i t i c b a u x i t e s

a t

h i g h t e m

p e r a t u r e s a n d

p r e s s u r e s , f o r e x a m p l e ,

i n e x c e s s o f a b o u t

2 5 0

C .

T h i s i s a c c o m p l i s h e d i n a

n o v e l

p r e t r e a t m e n t

s y s t e m w h e r e b a u x i t e s l u r r i e s

o f h i g h

s o l i d s

c o n c e n t r a

t i o n s a r e

b r o u g h t

t o t h e g o e t h i t e t o h e m a t i t e a n d / o r

m a g n e t i t e

t r a n s f o r m a t i o n t e m p e r a t u r e w i t h o u t r e q u i r

i n g

c o m p l e x a n d

e x p e n s i v e

e q u i p m e n t

c a p a b l e

o f a c

c o m m o d a t i n g

t h e

l a r g e v o l u m e s u s u a l l y e n c o u n t e r e d

i n

t h e B a y e r

p r o c e s s .

D u e t o t h e t r e a t m e n t i n t h i s

s y s t e m

o f a

h i g h l y

c o n c e n t r a t e d b a u x i t e s l u r r y ,

t h e h e a t

i n p u t

r e q u i r e d f o r t h e

a f o r e m e n t i o n e d

t r a n s f o r m a t i o n

i s

s i g


4/7

4 , 1 1 2 , 0 4 7

3

n i ? c a n t l y l e s s t h a n r e q u i r e d

e i t h e r i n

t h e t u b e

d i g e s t e r s

o r c o n v e n t i o n a l d i g e s t e r s . The n o v e l p r e t r e a t m e n t sys

t e m c o n s i s t s

o f

a t l e a s t o n e f l o a t - t y p e ,

l i q u i d d i s p l a c e

m e n t p r e s s u r e

pu mp e m p l o y e d t o c h a r g e

b a u x i t e

s l u r r y

o f h i g h s o l i d s

c o n t e n t a t

h i g h

p r e s s u r e s

i n t o a h e a t i n g

d e v i c e

w h e r e t h e s l u r r y i s h e a t e d

t o

t h e

g o e t h i t e

t r a n s

f o r m a t i o n t e m p e r a t u r e o r a b o v e . The h e a t e d s l u r r y i s

t h e n c o n t i n u o u s l y c o o l e d w i t h o u t ? a s h i n g w h i l e

s t i l l

u n d e r h i g h

p r e s s u r e , t o t h e c o n v e n t i o n a l

B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t i o n

t e m p e r a t u r e s i n a

s u i t a b l e

c o o l i n g m e a n s . T h i s

high

p r e s s u r e s l u r r y i s

t h e n

charged t o a t

l e a s t one ?oat

t y p e , l i q u i d d i s p l a c e m e n t p ump w h e r e i t s

p r e s s u r e

i s

r e d u c e d

w i t h o u t ? a s h i n g

a n d i s t h e n c h a r g e d b y t h i s

pu mp

t o

t h e c o n v e n t i o n a l B a y e r p r o c e s s - d i g e s t e r . The

u s e

o f

t h e

f l o a t - t y p e

l i q u i d d i s p l a c e m e n t pumps

n

c o m

b i n a t i o n w i t h t h e h e a t i n g a n d ' c o o l i n g m e a n s

o f

t h e

s y s t e m

a l l o w s

h i g h


a n d p r e s s u r e p r e t r e a t

m e n t o f

t h e

b a u x i t e i n

a

s i m p l i ? e d ,

e c o n o m i c a l l y

a d v a n

tageous

manner.

BRIEF

SUMMARY

OF THE INVENTION

I n

t h e

t r e a t m e n t

o f

g o e t h i t e c o n t a i n i n g b a u x i t e s b y

t h e

Bayer p r o c e s s f o r t h e r e c o v e r y o f

t h e

a l u m i n a

con

t e n t

o f

t h e b a u x i t e s i n v o l v i n g a p r e t r e a t m e n t

o f a

c a u s t i c

s l u r r y

o f

b a u x i t e a t

e l e v a t e d


f o l l o w e d

b y

d i g e s t i o n o f t h e p r e t r e a t e d

s l u r r y

u n d e r c o n v e n t i o n a l

B a y e r

p r o c e s s

c o n d i t i o n s , a n i m p r o v e d p r e t r e a t m e n t

s y s t e m i s p r o v i d e d

w h i c h

c o n s i s t s o f a b a u x i t e s l u r r y

c h a r g i n g s t a g e ,

a

h e a t i n g s t a g e ,

a

c o o l i n g

s t a g e a n d

a

s l u r r y

d i s c h a r g e s t a g e . I n

t h e s l u r r y

c h a r g i n g s t a g e , a

s l u r r y o f h i g h

s o l i d s

c o n c e n t r a t i o n ,

e . g . ,

i n

e x c e s s

o f

20

2 5

3 0

about 30

by weight s o l i d s

c o n t e n t i s

i n t r o d u c e d i n t o

a

? o a t - t y p e ,

l i q u i d d i s p l a c e m e n t

p r e s s u r e p u m p

o r a n u m

ber

of

such

s e r i e s - c o n n e c t e d

p u m p s w h e r e t h e p r e s s u r e

o f

t h e

s l u r r y

i s

r a i s e d t o

a p r e s s u r e

c o r r e s p o n d i n g

t o

a t

l e a s t

a b o u t t h e

vapor

p r e s s u r e

of steam a t a t e m p e r a t u r e

i n t h e r a n g e o f a b o u t 2 6 0 C r

h i g h e r ,

t h e p r e s s u r i z e d

s l u r r y i s

t h e n i n t r o d u c e d

t o t h e h e a t i n g

s t a g e w h e r e

t h e


o f

t h e s l u r r y i s r a i s e d t o t h e t e m p e r a t u r e

r e q u i r e d

f o r t h e c o n v e r s i o n o f g o e t h i t e t o

h e m a t i t e o r

m a g n e t i t e , t h e h e a t e d s l u r r y i s t h e n t r a n s f e r r e d t o t h e

c o o l i n g

s t a g e , w h e r e

t h e t e m p e r a t u r e o f t h e

s l u r r y

i s

d e c r e a s e d w i t h o u t ? a s h i n g o f f

s t e a m

t o t h e t e m p e r a t u r e

n o r m a l l y e m p l o y e d f o r B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t i o n ; a n d

t h e n t h e

p r e t r e a t e d s l u r r y i s

c h a r g e d

t o a ? o a t - t y p e ,

l i q u i d

d i s p l a c e m e n t

p r e s s u r e

p u m p

o r

a

n u m b e r

o f s u c h

s e r i e s - c o n n e c t e d pumps

from

where

t h e

p r e t r e a t e d

s l u r r y

i s

c h a r g e d

t o

t h e

c o n v e n t i o n a l

B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t i o n

s y s t e m .

The

h i g h

p r e s s u r e

o f

t h e p r e t r e a t e d

s l u r r y

i n

t h e s l u r r y

d i s c h a r g e

s t a g e

i s

u s e d t o d i s p l a c e

l i q u i d

f r o m t h e

? o a t - t y p e p ump

a t h i g h

p r e s s u r e , t h i s

p r e s s u r i z e d

l i q u i d i s

t h e n

u s e d

i n

a c y c l i c

m a n n e r

t o

c h a r g e

t h r o u g h

t h e ? r s t s t a g e p u m p ( s ) u n t r e a t e d s l u r r y

a t h i g h p r e s s u r e t o t h e

h e a t i n g

s t a g e .

Employment

o f

t h e ? o a t - t y p e pumps i n t h e

c h a r g i n g

a n d d i s c h a r g i n g

s t a g e s , c o u p l e d w i t h c o o l i n g i n

t h e

c o o l i n g s t a g e w i t h

o u t ? a s h - o f f

o f

s t e a m ,

a l l o w s p r e t r e a t m e n t o f

l u r r i e s

o f

h i g h

s o l i d s

c o n t e n t

a t e l e v a t e d p r e s s u r e s .

C o n v e n t i o n a l

p u m p s g e n e r a l l y u t i l i z e d f o r p u m p i n g s l u r r i e s

o f h i g h

s o l i d s

c o n t e n t

a t

e l e v a t e d

p r e s s u r e s

a r e i n c a p a b l e

o f

c o p i n g w i t h t h e ' e r o s i v e a n d c o r r o s i v e e n v i r o n m e n t o f

t h e


a n d w e a r - o u t p r e m a t u r e l y .

BRIEF DESCRIPTION OF THE

FIGURE

The F IG URE c h e m a t i c a l l y r e p r e s e n t s t h e h i g h

t e m

p e r a t u r e

a n d p r e s s u r e

p r e t r e a t m e n t s y s t e m

f o r b a u x i t e

s l u r r i e s

of

hi gh s o l i d s c o n t e n t .

3 5

4 5

5 5

6 0

6 5

4

DETAILED

DESCRIPTION

OF

THE

INVENTION

' T h i s ' i n v e n t i o n

r e l a t e s

t o

a

p r e t r e a t m e n t s y s t e m f o r

g o e t h i t i e b a u x i t e s

c o n t a i n i n g

l a t t i c e - b o u n d

a l u m i n a v a l

u e s . Mo r e p a r t i c u l a r l y , i t concerns a h i g l n t e m p e r a t u r e

a n d p r e s s u r e p r e t r e a t m e n t

s y s t e m

f o r t r a n s f o r m i n g t h e

g o e t h i t e c o n t e n t o f b a u x i t e s t o h e m a t i t e

a n d / o r

m a g n e

t i t e . I n t h e s y s t e m , b a u x i t e s l u r r y

o f

h i g h s o l i d s

c o n c e n

t r a t i o n i s

p r e t r e a t e d

a t t e m p e r a t u r e s i n

e x c e s s o f a b o u t

2 6 0 C

t

c o r r e s p o n d i n g

p r e s s u r e s ,

f o l l o w e d by

d i g e s

t i o n o f t h e

p r e t r e a t e d s l u r r y

u n d e r c o n v e n t i o n a l

B a y e r

p r o c e s s

c o n d i t i o n s .

For

t h e p u r p o s e s

o f

t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n ,

t h e

t e r m


B a y e r p r o c e s s c o n d i t i o n s r e f e r s

t o d i

g e s t i o n

o f

b a u x i t e i n

a

c a u s t i c

m e d i u m o f a b o u t

1 3 0 - 3 1 0

g / l c a u s t i c c o n c e nt r a t i o n e x p r e s s e d a s g / l

N a 2 C O 3 ,

a t

t e m p e r a t u r e s i n t h e t e m p e r a t u r e

r a n g e o f a b o u t

l 7 5 2 5 0 C t

p r e s s u r e s

e s s e n t i a l l y c o r r e s p o n d i n g

t o

t h e

s t e a m

p r e s s u r e s

g e n e r a t e d

by t h e t e m p e r a t u r e s u t i

l i z e d .

The

e x p r e s s i o n s b a u x i t e

s l u r r y

o f h i g h

s o l i d s

c o n

c e n t r a t i o n a n d b a u x i t e

s l u r r y

o f h i g h

s o l i d s

c o n t e n t

f o r t h e

p u r p o s e s o f

t h e i n v e n t i o n

m e a n

b a u x i t e s l u r r i e d

i n a

c a u s t i c

medium,

w h e r e i n

t h e

s l u r r y

c o n t a i n s b a u x i t e

i n

t h e

r a n g e

o f

a b o u t

30-60

by

w e i g h t

a n d

t h e c o n

c e n t r a t i o n o f

c a u s t i c i n

t h i s

s l u r r y

i s

i n

t h e r a n g e o f

abou t 130-320

g r a m s / l i t e r . Y

The n o v e l

p r e t r e a t m e n t s y s t e m o f

t h e p r e s e n t i n v e n

t i o n c o n s i s t s

of a ? r s t

s t a g e

wherein a t l e a s t

on e

or a

n u m b e r o f s e r i e s - c o n n e c t e d , ? o a t - t y p e ,

c y l i n d r i c a l ,

l i q

u i d


t r a n s f e r pu mp

i s e m p l o y e d

i n t o which t h e ba u x i t e

s l u r r y

i s c h a r g e d ,

t h u s

d i s p l a c i n g

t h e

l i q u i d p r e s e n t i n t h e p u m p . Upon l l i n g o f t h e c y l i n

d e r

o f

t h e p ump w i t h t h e b a u x i t e s l u r r y , t h e

s l u r r y

i s

d i s c h a r g e d

a t a h i g h

p r e s s u r e , t h a t

i s ,

a b o v e

t h e p r e s s u r e

c o r r e s p o n d i n g t o t h e

vapor

p r e s s u r e

t o b e

e x p e c t e d a t

t h e


t e m p e r a t u r e , ( w h i c h i s

d u e t o

t h e

p r e s

e n c e

o f c a u s t i c i n t h e s l u r r y ) t o a h e a t i n g

s t a g e wher e

t h e p r e s s u r i z e d s l u r r y i s h e a t e d t o a t e m p e r a t u r e w h e r e

t h e d e s i r e d t r a n s f o r m a t i o n o f g o e t h i t e t o

h e m a t i t e o r

m a g n e t i t e c a n

b e

r e a d i l y a c c o m p l i s h e d . The h e a t e d

a n d

p r e s s u r i z e d s l u r r y

i s t h e n i n t r o d u c e d

t o

a c o o l i n g s t a g e

c o n s i s t i n g o f a

s u i t a b l e

c o o l i n g d e v i c e where t h e tem

p e r a t u r e

o f

t h e

p r e s s u r i z e d s l u r r y i s

r e d u c e d

t o a t e m

p e r a t u r e

g e n e r a l l y e m p l o y e d

i n t h e c o n v e n t i o n a l

B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t i o n

o f b a u x i t e s . C o o l i n g o f t h e h o t , p r e s

s u r i z e d s l u r r y p r o c e e d s w i t h o u t

? a s h i n g .

S u b s e q u e n t l y ,

t h e c o o l e d ,

b u t

s t i l l p r e s s u r i z e d

s l u r r y ,

i s

c h a r g e d

t o

t h e

f o u r t h

s t a g e

o f t h e s y s t e m

c o n s i s t i n g

o f

a t

l e a s t

o n e

? o a t - t y p e , c y l i n d r i c a l ,

l i q u i d


t r a n s f e r p u m p , s u c h a s e m p l o y e d

f o r c h a r g i n g

t h e

s l u r r y

t o

t h e p r e t r e a t m e n t

s y s t e m .

T h i s s t a g e , e q u a l l y t o t h e

? r s t

s t a g e ,

can c o n s i s t o f a

n u m b e r

o f s e r i e s - c o n n e c t e d ,

? o a t - t y p e

p u m p s .

Whe n

t h e f o u r t h

s t a g e s l u r r y d i s

c h a r g e p ump

s v

e s s e n t i a l l y

? l l e d

w i t h

t h e s l u r r y ,

t h e n

t h e s l u r r y

i n l e t

v a l v e s

a r e

c l o s e d

a n d

t h e s l u r r y o u t l e t

v a l v e s a r e o p e n e d

w i t h

t h e

s l u r r y

n o w

s s e n t i a l l y a t

t h e

t e m p e r a t u r e a n d p r e s s u r e

e m p l o y e d

i n


d i g e s t i o n

v e s s e l s , f o r

f u r t h e r

t r e a t m e n t a c c o r d i n g t o

a c c e p t e d

Bayer p r o c e s s t e c h n o l o g y .

T h e ? o a t - t y p e , c y l i n d r i c a l ,

l i q u i d

d i s p l a c e m e n t pump

e m p l o y e d i n t h e i n s t a n t p r e t r e a t m e n t s y s t e m

h a s

b e e n

known

a n d a

d e t a i l e d

d e s c r i p t i o n

o f

i t s

o p e r a t i o n

i s

g i v e n

i n US. P a t . N o . 3 , 3 0 6 , 2 1 6 ( W a r m a n ) ,

t h e

d i s c l o

s u r e

o f w h i c h i s m a d e a r t o f t h e i n s t a n t s p e c i f i c a t i o n by

r e f e r e n c e . C o n s e q u e n t l y , i t s c o n s t r u c t i o n a n d o p e r a t i o n

w i l l o n l y b e g i v e n t o s u c h a n e x t e n t which a l l o w s f u l l


5/7

4 , 1

1 2 , 0 4 7

5

u n d e r s t a n d i n g o f

t h e f u n c t i o n i n g

o f t h e i n s t a n t p r e t r e a t

ment

system

T h e ? o a t - t y p e ,

c y l i n d r i c a l ,

l i q u i d d i s p l a c e m e n t p r e s

s u r e p u m p

s e m i n e n t l y s u i t a b l e f o r

t h e t r a n s f e r

o f l i q

u i d s

c o n t a i n i n g a b r a s i v e

p a r t i c l e s

d i s p e r s e d

t h e r e i n ,

s u c h

a s b a u x i t e s l u r r i e s .

The

pump g e n e r a l l y c o n s i s t s

o f

a

v e r t i c a l c y l i n d e r i n which a ? o a t i s

p o s i t i o n e d

i n s u c h

a

m a n n e r

a s t o

a l l o w

i t s

r i s i n g

and

d e s c e n d i n g

i n

t h e

c y l i n d e r d e p e n d i n g

on

t h e l i q u i d l e v e l m a i n t a i n e d

i n

t h e

pump. The c l e a r a n c e

b e t w e e n

t h e i n n e r w a l l s

o f

t h e

c y l i n d e r

and t h e ? o a t

i s k e p t

t o s u c h a n e x t e n t t h a t

c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n t h e l i q u i d s a b o v e

a n d

b e l o w

t h e

? o a t

i s r e s t r i c t e d t o a minimum, b u t s t i l l a l l o w i n g

t h e f r i c t i o n l e s s mov ement o f t h e ? o a t

i n

t h e c y l i n d e r .

T r a n s f e r

o f l i q u i d s w i t h

t h i s

t y p e o f p u m p i s

accom

p l i s h e d b y i q u i d d i s p l a c e m e n t , w h i c h i s d o n e , f o r e x a m

p l e ,

b y

c h a r g i n g t h e c y l i n d e r e m p t y o f l u r r y b u t f u l l o f

l i q u i d

f r o m t h e b o t t o m

w i t h

t h e

? o a t

b e i n g i n d o w n

p o s i t i o n w i t h a s l u r r y

o r

h e a v i e r

l i q u i d

a n d c o n t i n u i n g

t h e c h a r g i n g

u n t i l

t h e

? o a t r e a c h e s

t h e t o p o f t h e c y l i n

d e r .

A f t e r t h e c h a r g i n g v a l v e i s

c l o s e d ,

a v a l v e p o s i

t i o n e d

a t

t h e t o p

o f

t h e c y l i n d e r

i s

opened and

a

l i q u i d ,

g e n e r a l l y o f

l o w e r

s p e c i ? c w e i g h t , i s p u m p e d

i n t o

t h e

c y l i n d e r t h r o u g h t h i s v a l v e a t t h e d e s i r e d p r e s s u r e . O n

o p e n i n g a

d i s c h a r g e

v a l v e a t t h e b o t t o m

o f

t h e c y l i n d e r ,

t h e s l u r r y f r o m


c a n

b e

d i s p l a c e d

b y t h e

p u m p e d - i n l i q u i d i n t o

a s y s t e m a t

t h e d e s i r e d p r e s s u r e .

S i n c e t h e ? o a t - t y p e

p u m p d e s c r i b e d

a b o v e o p e r a t e s

c y c l i c a l l y , t o

a v o i d

v a r i a t i o n s

i n ?ow

a t e s , p a r t i c u l a r l y

where c o n t i n u o u s

?ow

s

d e s i r e d , m o r e

t h a n

one

p u m p

u n i t c a n

b e c o m b i n e d

i n p a r a l l e l

r e l a t i o n s h i p

t h r o u g h

s u i t a b l e v a l v e d c o n n e c t i o n s ,

t o a c h i e v e t h i s

g o a l .

5

2 0

3 0

Applying

n o w t h e o p e r a t i n g p r i n c i p l e o f t h e ? o a t -

t y p e pump t o t h e i n s t a n t b a u x i t e s l u r r y p r e t r e a t m e n t

s y s t e m , a

b a u x i t e

s l u r r y o f h i g h

s o l i d s

c o n c e n t r a t i o n i s

charged

t o

a t l e a s t

one

p u m p

with

t h e

? o a t

i n

d o w n

p o s i t i o n .

The

s l u r r y c a n b e i n t r o d u c e d

a t

a n y d e s i r e d

p r e s s u r e . High p r e s s u r e s a r e n o t r e q u i r e d

f o r

f i l l i n g o f

t h e

pump c y l i n d e r .

T h u s , c h a r g i n g p r e s s u r e s o f a b o u t

5 0 - 1 0 0 p s i

( 3 . 4 - 6 . 8 a t m . ) a r e

s u f f i c i e n t

t o f i l l t h e c y l i n

d e r .

W h e n

t h e

p u m p

i s

? l l e d w i t h

t h e b a u x i t e

s l u r r y ,

w h i c h , f o r e x a m p l e , c a n b e a t

any

d e s i r e d t e m p e r a t u r e ,

t h e ? o a t r i s e s

t o

t h e t o p o f t h e c y l i n d e r a n d a t

t h i s

p o i n t

c a n a c t u a t e

a

s u i t a b l e

device

w h i c h

w i l l

shut o f f t h e

?ow o f

t h e s l u r r y t h r o u g h

t h e

b o t t o m v a l v e b y c l o s i n g

t h e

v a l v e .

I f mor e

t h a n

o n e ? o a t - t y p e p u m p i s

u s e d

i n

t h e s l u r r y

p r e t r e a t m e n t s y s t e m ,

s i m u l t a n e o u s l y t h e

s i g

n a l

which

s h u t s o f f

t h e c h a r g i n g v a l v e t o t h e ? r s t

p u m p

can open t h e v a l v e

t o a

second

p u m p f o r c h a r g i n g

pur

p o s e s .

I n t h e n e x t s t a g e o f t h e i n s t a n t p r e t r e a t m e n t s y s t e m ,

t h e s l u r r y d i s p l a c e d

f r o m

t h e pu mp i s

c h a r g e d

t o t h e

h e a t i n g

d e v i c e .

T h i s

i s a c c o m p l i s h e d b y p u m p i n g

i n t o

t h e ? o a t - t y p e

p u m p t h r o u g h

a v a l v e l o c a t e d a b o v e t h e

? o a t

i n u p p o s i t i o n a l i q u i d

h a v i n g

a l o w e r s p e c i ? c

w e i g h t t h a n t h e b a u x i t e s l u r r y . I n t h e

i n s t a n t

p r e t r e a t

m e n t s y s t e m , t h e d i s p l a c e m e n t l i q u i d c a n

b e

a

c a u s t i c

s o l u t i o n ,

f o r

e x a m p l e , a q u e o u s c a u s t i c s o l u t i o n ,

s u c h

a s

u s e d

t o e s t a b l i s h

t h e r e q u i r e d

c a u s t i c

c o n c e n t r a t i o n

i n

s l u r r i e s t o b e t r e a t e d

i n

t h e


B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t e r s

a s s o c i a t e d

w i t h


s y s t e m .

O t h e r

c a u s t i c s o l u t i o n s , s u c h

a s

g e n e r a l l y

e n c o u n t e r e d

i n t h e


B a y e r

p r o c e s s ,

c a n a l s o b e u s e d .

T h e s e

i n c l u d e s p e n t l i q u o r

which

r e s u l t s a f t e r

a s u b

s t a n t i a l q u a n t i t y o f a l u m i n a s

r e m o v e d b y

p r e c i p i t a t i o n

f r o m s u p e r s a t u r a t e d s o d i u m a l u m i n a t e

s o l u t i o n s .

The p r e s s u r e

a t

w h i c h t h e d i s p l a c e m e n t l i q u i d i s

c h a r g e d

t o t h e p u m p i s s e l e c t e d t o

b e

a t

l e a s t

e q u a l t o

4 0

45

5 0

5 5

6 0

6 5

6


a t which

t h e b a u x i t e s l u r r y

i s t o

b e d i s

c h a r g e d

f r o m

t h e

p u m p a n d t r a n s f e r r e d t o t h e h e a t i n g

d e v i c e . To

t t a i n

t h e d e s i r e d p r e s s u r e , a n y


p u m p

c a n

b e e m p l o y e d , s u c h

a s

c e n t r i f u g a l p u m p s , i n

t h e m a n n e r

s h o w n , f o r

e x a m p l e , i n t h e

FIGURE,

w h e r e

a _

pu mp

s b e i n g

u s e d

b o t h

t o

d i s p l a c e t h e

s l u r r y

f r o m

t h e ? o a t - t y p e p u m p a n d

t o

i m p a r t i n c r e a s e d p r e s s u r e

t o

t h e s l u r r y b e i n g c h a r g e d t o t h e h e a t i n g

d e v i c e .

The

t o t a l t r a n s f o r m a t i o n

o f t h e g o e t h i t e c o n s t i t u e n t

o f

t h e b a u x i t e u s u a l l y r e q u i r e s t e m p e r a t u r e s i n e x c e s s o f

a b o u t 2 6 0 C .

At

t h i s t e m p e r a t u r e , t h e w a t e r v a p o r

p r e s s u r e i s o n l y a b o u t 6 7 5 p s i ( a b o u t 4 6

a t m . ) .

S i n c e ,

h o w e v e r ,

t h e s l u r r y

c o n t a i n s a s i g n i ? c a n t q u a n t i t y

o f

c a u s t i c , t h i s c a u s e s

a

b o i l i n g p o i n t

e l e v a t i o n

w i t h

c o r r e

s p o n d i n g

r e d u c t i o n

i n

v a p o r

p r e s s u r e .

T h u s ,

t h e

a c t u a l

p r e s s u r e

i n

t h e

s y s t e m

depends

on

t h e

c a u s t i c

concen

t r a t i o n

o f

t h e s l u r r y . The p r e s s u r i z e d b a u x i t e s l u r r y i s


i n t o

t h e s e c o n d s t a g e c o n s i s t i n g o f a

h e a t i n g

d e v i c e where

i t i s

h e a t e d

t o a


i n

e x c e s s

o f a b o u t 2 6 0 C ,

p r e f e r a b l y

t o a


i n

t h e

r a n g e o f a b o u t

2 6 5 t o 3 1 5

C

e q u i r i n g o p e r a t i n g

p r e s s u r e s c o n s i d e r a b l y h i g h e r t h a n 6 7 5 a t m . a t 2 6 0 C .

At t h e s e t e m p e r a t u r e s , r a p i d t r a n s f o r m a t i o n

o f

t h e g o e

t h i t e c o n t e n t o f t h e

b a u x i t e

c a n b e a c h i e v e d a t r e l a t i v e l y

s h o r t r e s i d e n c e t i m e s , s u c h a s

from

a b o u t

a

few m i n u t e s

up

t o

a b o u t 3 h o u r s which a l l o w s

t h e

u s e

o f

r e l a t i v e l y

h i g h s l u r r y ?ow a t e s t h r o u g h t h e p r e t r e a t m e n t s y s t e m .

D u e t o t h e

h i g h ? o w

r a t e s which

c a n

b e u t i l i z e d i n t h e

s y s t e m , t h e s i z e o f t h e

e q u i p m e n t c a n

b e c o r r e s p o n d

i n g l y

r e d u c e d a n d

t h u s

c o n t r i b u t i n g t o t h e

economy

o f

t h e e n t i r e d i g e s t i o n

s y s t e m .

The

h e a t i n g d e v i c e o f

t h i s

s t a g e

o f


s y s t e m

c a n

b e

o f c o n v e n t i o n a l

d e s i g n , p r o v i d e d i t

c a n

r a p i d l y t r a n s f e r h e a t t o t h e

s l u r r y .

T h u s ,

a s

h e a t i n g

d e v i c e

s h e l l

and

t u b e

h e a t e r

m a y

b e u s e d

and

a s

h e a t i n g

m e d i u m , f o r e x a m p l e , m o l t e n s a l t , c a n b e

c i r c u l a t e d

t h r o u g h t h e d e v i c e .

S i n c e

t h e s l u r r y i n t h e h e a t e r

i s

a t


i n

e x c e s s

o f a b o u t 2 6 0

C , t h e p r e s s u r e

i n

t h e s y s t e m i s

c o n s i d e r a b l e .

C o n s e q u e n t l y , t h i s h e a t e r

h a s t o be c o n s t r u c t e d f r o m m a t e r i a l s whi c h

can with

s t a n d

t h e s e h i g h t e m p e r a t u r e s and p r e s s u r e s . I f more

t h a n one ? o a t - t y p e p u m p s u t i l i z e d f o r

t h e

t r a n s f e r o f

b a u x i t e

s l u r r y t o

t h e

h e a t i n g d e v i c e ,

t h e

f l o w

o f

t h e

b a u x i t e s l u r r y i n t h e


s y s t e m c a n b e c o n t i n

u o u s .

I t

i s , h o w e v e r ,

w i t h i n t he c h o i c e o f t h e

o p e r a t o r

t o a c c o m p l i s h t h e p r e t r e a t m e n t i n a c o n t i n u o u s , s e m i

continuous or batchwi se manner.

F r o m

t h e

h e a t i n g d e v i c e ,

t h e b a u x i t e

s l u r r y i s t r a n s

f e r r e d t o t h e

c o o l i n g

s t a g e c o n s i s t i n g

o f a

s u i t a b l e

c o o l

i n g d e v i c e .

S i n c e t h e h e a t i n g

d e v i c e i s n o t

a c l o s e d

s y s t e m ,

t r a n s f e r

o f t h e

s l u r r y

f r o m t h e h e a t e r t o

t h e

c o o l e r o c c u r s

a t

e s s e n t i a l l y t h e same p r e s s u r e s a s

u t i

l i z e d

i n

c h a r g i n g t h e s l u r r y t o t h e h e a t e r .

The p u r p o s e

o f

t h e c o o l i n g

d e v i c e

a t

no p r e s s u r e r e d u c t i o n

i s t o

a v o i d

t h e

p r o b l e m

o f a ? a s h i n g p r e s s u r e r e d u c t i o n o f a n

a b r a s i v e s l u r r y a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s

a n d

p r e s s u r e s .

The

c o o l i n g d e v i c e e m p l o y e d

i n

t h e p r e s e n t p r e t r e a t

m ent s y s t e m

c a n

b e o f

a n y known d e v i c e , p r o v i d e d

u p o n c o o l i n g o f

t h e

h o t a n d p r e s s u r i z e d s l u r r y ,

n o ? a s h

o f f o f s t e a m o c c u r s . A

u i t a b l e

c o o l i n g m e a ns w h ich

a l l o w s t h e c o o l i n g o f t h e s l u r r y t o a t e m p e r a t u r e

which

i s c o n v e n t i o n a l l y u t i l i z e d i n t h e

u s u a l B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t e r

i s

a

s h e l l

a n d

t u b e

c o o l e r .

However,

t h e

s y s t e m

o f t h e i n v e nt i o n i s n o t l i m i t e d t o t h i s

t y p e

o f c o o l e r . Any

o t h e r t y p e

o f

c o o l i n g

d e v i c e c a n

b e

u t i l i z e d

i n

t h i s s t a g e ,

p r o v i d e d n o s i g n i ? c a n t e x p a n s i o n o f t h e s l u r r y

c a n

o c c u r

i n t h e c o o l i n g s t e p .

w


6/7

4 , 1

1 2 , 0 4 7

7

A f t e r t h e

s l u r r y

i s

c o o l e d t o

t h e c o n v e n t i o n a l

B a y e r

p r o c e s s d i g e s t i o n t e m p e r a t u r e s

a n d

w h i l e s t i l l

u n d e r

h i g h

p r e s s u r e , i t i s c h a r g e d t o a t

l e a s t o n e ? o a t - t y p e

l i q u i d d i s p l a c e m e n t p r e s s u r e pump, s u c h a s

u s e d i n

t h e

? r s t s t a g e o f

t h e p r e t r e a t m e n t s y s t e m .

The h i g h

p r e s s u r e

s l u r r y

w h ich i s

i n t r o d u c e d a t

t h e bottom of t h e p u m p

d i s p l a c e s

t h e

l i q u i d i n

t h e p u m p ,

w h i c h , d u e t o

t h e

h i g h

p r e s s u r e

i m p a r t e d

t o

i t , c a n be

u s e d

a s

a d i s p l a c e m e n t

pumping

means f o r t h e ? r s t s t a g e a s

shown

n t h e

F I G

URE, e i t h e r

d i r e c t l y

o r b y i n c r e a s i n g i t s p r e s s u r e

b y

one o r

m o r e i n t e r m e d i a t e

pumps,

f o r e x a m p l e , of

i s t o n

o r

c e n t r i f u g a l d e s i g n .

W h e n t h e

? o a t - t y p e pu mp n

t h i s

s t a g e

i s

? l l e d

a n d

t h e

? o a t

i s

i n up p o s i t i o n , t h e s l u r r y

c a n b e

d i s c h a r g e d f r o m t h e p u m p b y ,

f o r

e x a m p l e ,

d i s

p l a c i n g

i t

w i t h

t h e

l i q u i d

p o s i t i o n e d

a b o v e

t h e ? o a t i n

t h e ? r s t

s t a g e .

I f

c o n t i n u o u s o r s e m i c o n t i n u o u s

o p e r a

t i o n

i s r e q u i r e d

i n

t h i s

l a s t s t a g e o f t h e p r e t r e a t m e n t

s y s t e m , m o r e t h a n one ? o a t - t y p e p u m p can

be

u t i l i z e d .

The p r e s s u r e e m p l o y e d

f o r

t h e d i s p l a c e m e n t o f t h e

p r e t r e a t e d s l u r r y

f r o m t h e

l a s t s t a g e ? o a t - t y p e p u m p ( s )

i s

a b o v e t h e p r e s s u r e

u s u a l l y

employed

i n

t h e conven

t i o n a l

B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t e r s

o n l y

t o t h e e x t e n t r e

q u i r e d t o t r a n s f e r t h e s l u r r y t o t h e d i g e s t e r s .

Com m onl y

d i g e s t e r

v e s s e l s

o p e r a t e b e t w e e n a b o u t 1 6 0

t o 5 8 0

p s i

( 1 l 3 9 . 5

a t m . ) .

F r o m t h e l a s t s t a g e

o f

t h e p r e t r e a t m e n t s y s t e m , t h e

s l u r r y c a n b e d i r e c t l y i n t r o d u c e d i n t o


B a y e r p r o c e s s d i g e s t e r s . ,

where

a f t e r

d i l u t i o n o f

t h e

s l u r r y w i t h

s u f ? c i e n t

q u a n t i t y

o f

c a u s t i c s o l u t i o n t o

o b t a i n

s l u r r i e s o f a b o u t

5-12 by

w e i g h t s o l i d s c o n t e n t ,

e x t r a c t i o n

o f t h e a l u m i n a v a l u e s

f r o m t h e p r e t r e a t e d

b a u x i t e

c a n

p r o c e e d

u n d e r

t h e kn o wn c o n d i t i o n s .

I f d e s i r e d , t h e p r e t r e a t e d s l u r r y c a n be p r e m i x e d

w i t h

t h e c a u s t i c d i l u a n t p r i o r t o i n t r o d u c t i o n i n t h e d i g e s t e r s ,

t h e

u s e

o f

e i t h e r

o f t h e s e r e m a i n s w i t h i n

t h e

c h o i c e o f

t h e

p r a c t i t i o n e r .

The

n s t a n t

p r e t r e a t m e n t s y s t e m i s

f u r t h e r

i l l u s t r a t e d

i n

t h e f o l l o w i n g e x a m p l e .

EXAMPLE

P r e t r e a t m e n t o f a J a m a i c a n b a u x i t e o f h i g h g o e t h i t e

c o n t e n t

i s

a c c o m p l i s h e d i n t h e p r e t r e a t m e n t s y s t e m o f

t h e

i n s t a n t

i n v e n t i o n . The

c o m p o s i t i o n o f t h e

b a u x i t e

t r e a t e d i n t h e p r e s e n t

s y s t e m

i s g i v e n i n t h e T a b l e I

b e l o w .

T a b l e

I

C o m p o s i t i o n o f J a m a i c a n g o e t h i t i c b u x i t e

C o n s t i t u e n t y W e i g h t

A l

0 3

( t o t a l )

4 8 . 0 5

S i 2

1 . 6 0

F e - o x i d e s

( a s

F e q O a ) 1 9 . 6 8

T i O z

2 . 6 3

P 2 0 5 0 . 6 8

The d i s t r i b u t i o n o f

i r o n

m i n e r a l s i n t h i s

b a u x i t e

i s

shown

i n

T a b l e

I I .

T a b l e

I I

D i s t r i b u t i o n

o f

i r o n

m i n e r a l s

i n

J a m a i c a n b a u x i t e

C o n s t i t u e n t y W e i g h t

G o e t h i t e [ F e O ( O I - [ ) 1 8 1

H e m a t i t e ( F e z o ) l 9

M a g n e t i t e

( F e a d o

0

U n d e r

n o r m a l B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t i o n c o n d i t i o n s

w h i c h i n v o l v e

d i g e s t i o n

o f

t h e b a u x i t e s l u r r y o f a b o u t

8-12 by

w e i g h t

s o l i d s c o n c e n t r a t i o n

a t

a b o u t 2 4 3 C

i n a

c a u s t i c s o l u t i o n o f a b o u t 2 2 5 g / l


( e x p r e s s e d a s

Na2CO3)

f o r

a

t i m e

p e r i o d o f a b o u t 3 0 - 4 0

20

2 5

3 0

3 5

40

4 5

6 5

8

m i n u t e s a t

a n a l u m i n a - t o - c a u s t i c

(A/C) r a t i o o f a b o u t

0 . 6 8 , no c o n v e r s i o n o f g o e t h i t e t o h e m a t i t e o c c u r r e d .

X - r a y d i f f r a c t i o n s t u d i e s

o f

t h e b a u x i t e i n d i c a t e d t h a t

t h e g o e t h i t e l a t t i c e

c o n t a i n e d

a b o u t 1 0 . 2 b y w e i g h t

A 1 2 0 3 ,

b a s e d

on

t h e

' w e i g h t

o f

t h e

o r e , w h i c h ,

under t h e

d i g e s t i o n c o n d i t i o n s e m p l o y e d , r e m a i n e d

u n a v a i l a b l e

f o r

e x t r a c t i o n a n d

became l o s t i n


r e s i d u e

( r e d

m u d ) .

The

s a m e

b a u x i t e ,

when

u b j e c t t o

t h e d i g e s

t i o n m e t h o d shown n US.

P a t .

N o . 3 , 9 6 6 , 8 7 4 ( F e a t h e r

s t o n ) ,

which

i n v o l v e s a

p r e h e a t i n g

s t e p a t a b o u t 2 1 0 C

and d i g e s t i o n o f a b o u t

2 4 0

C i t h

l i m e added

t o t h e

d i g e s t i o n

s t e p ,

r e s u l t e d i n

a g o e t h i t e - t o - h e m a t i t e con

v e r s i o n

o f a b o u t 80 , w i t h

a

c o r r e s p o n d i n g i n c r e a s e i n

A 1 2 0 ;

p r o d u c t i o n

a m o u n t i n g t o

a b o u t

a n 86-88

A 1 2 0 3 y i e l d

b a s e d on

t h e o r e . N e v e r t h e l e s s , s i n c e

o n l y a

p o r t i o n

o f t h e g o e t h i t e c o n t e n t o f

t h e

b a u x i t e h a s

b e e n

c o n v e r t e d t o h e m a t i t e , a

s i g n i ? c a n t

p o r t i o n o f t h e t o t a l

A1203 c o n t e n t o f t h e o r e r e m a i n s u n a v a i l a b l e t o e x t r a c

t i o n

a n d becomes l o s t

i n t h e

d i g e s t i o n

r e s i d u e .

Employment

o f

t h e i n s t a n t p r e t r e a t m e n t s y s t e m r e

s u l t s i n c o m p l e t e c o n v e r s i o n

o f

t h e g o e t h i t e c o n t e n t

o f

t h e

same J a m a i c a n

b a u x i t e .

For

t h e d e s c r i p t i o n

o f

t h e

o p e r a t i o n

o f t h e p r e t r e a t m e n t s y s t e m , r e f e r e n c e

i s

b e i n g

m a d e t o

t h e FIGURE. Aqueous b a u x i t e

s l u r r y o f

a b o u t

1 0 0 C e m p e r a t u r e , a b o u t

45 by w e i g h t s o l i d s

con

c e n t r a t i o n

a n d

2 0 0 g / l c a u s t i c c o n t e n t ,

c a l c u l a t e d

a s

N a 2 C O 3 ,

s

i n t r o d u c e d f r o m a

m i x i n g

v e s s e l

( n o t s h o w n )

t h r o u g h v a l v e 2

i n t o

? o a t - t y p e , l i q u i d d i s p l a c e m e n t

p r e s s u r e p u m p 1 a t t h e

r a t e

o f a b o u t 1 2 0 0 gpm a b o u t

4 5 4 0 l / m i n )

w i t h

v a l v e

1 4

o f t h e p u m p b e i n g

o p e n .

W h e n t h e ? o a t o f p u m p 1 r e a c h e s t h e u t m o s t t o p

p o s i

t i o n i n t h e c y l i n d e r ,

a

s u i t a b l e

s e n s i n g

d e v i c e ( n o t

shown)

a c t u a t e s a me an s

f o r

c l o s i n g v a l v e

2

a n d

s i m u l

t a n e o u s l y

o p e n s

v a l v e s 3

a n d

4 . Through v a l v e 3 by

means

o f p u m p 1 0 , a

c a u s t i c

s o l u t i o n o f a b o u t

2 2 0

g / l ,

e x p r e s s e d

a s

N a 2 C O 3 ,

i s

i n t r o d u c e d

i n t o

? o a t - t y p e

p u m p 1 t o d i s p l a c e t h e s l u r r y

f r o m t h e

p u m p a n d t o

d i s c h a r g e

i t

t h r o u g h v a l v e 4

a n d

l i n e 1 0 1 t o h e a t e r

6 .

The

r e s s u r e

u s e d

f o r d i s p l a c e m e n t i s k e p t

a t a b o u t

1 2 0 0

p s i ( a b o u t 8 2 a t m . ) . An a u x i l i a r y p r e s s u r e pu mp 5 i s

employed

t o i n t r o d u c e a c a u s t i c l i q u o r i n t o l i n e

1 0 1

t h r o u g h l i n e

2 0 1

a t a r a t e ,

f o r e x a m p l e , a b o u t 2 0 g p m

( a b o u t 7 6 l / m i n ) , s u c h t h a t w i l l

a s s u r e

t h e s l u r r y e n t e r

i n g i s

a t

t h e d e s i r e d

p r e s s u r e .

I n

t h e s h e l l a n d t u b e h e a t e r

6 o f t h e p r e t r e a t m e n t s y s t e m , t h e


o f t h e

s l u r r y

i s

r a i s e d t o a b o u t

2 8 0 C s i n g m o l t e n s a l t o r

o t h e r s u i t a b l e

a g e n t

a s h e a t - t r a n s f e r medium.

To

o b t a i n

c o m p l e t e g o e t h i t e t o

h e m a t i t e c o n v e r s i o n , t h e

a v e r a g e

r e s i d e n c e t i m e i n t h e

h e a t e r

i s c h o s e n t o b e a b o u t l 0 - 2 0

m i n u t e s

a t

a

s l u r r y

?ow

a t e

of

a b o u t

700-1500

g p m

( a b o u t

2 6 5 0 - 5 7 0 0 l / m i n ) .

A f t e r t h e d e s i r e d

a v e r a g e

r e s i d e n c e t i m e i n t h e s e c o n d s t a g e

o f

t h e


s y s t e m ,

t h e


a n d h e a t e d

s l u r r y

i s i n t r o d u c e d

i n t o t h e t h i r d s t a g e o f t h e s y s t e m


3 0 1 ,

where

i t

i s c o o l e d i n

s h e l l

and

t u b e c o o l e r 7

t o

a b o u t

2 4 3

C i t h o u t ? a s h i n g o f

s t e a m .

The c o o l e d

s l u r r y

i s



4 0 1

i n t o t h e f o u r t h

s t a g e ,

? o a t - t y p e ,

l i q u i d


p r e s s u r e

p ump 8 i n

w h i c h t h e ? o a t i s i n

d own

p o s i t i o n

a n d


a b o v e t h e ? o a t b e i n g ? l l e d w i t h

a

c a u s t i c s o l u t i o n o f

t h e

same c o n c e n t r a t i o n

a s u s e d

f o r d i s p l a c e m e n t

o f s l u r r y

i n

p u m p 1 .

W h e n

v a l v e 9 i s i n open and v a l v e 1 0 i s

i n

c l o s e d p o s i t i o n , t h e c o o l e d , b u t s t i l l p r e s s u r i z e d s l u r r y ,

d i s p l a c e s

t h e

c a u s t i c

s o l u t i o n

a t

h i g h

p r e s s u r e

t h r o u g h

l i n e 5 0 1

and

t r a n s f e r

p u m p

5 . T h i s l i q u o r i s t h e n i n t r o - v

d u c e d

i n t o ? o a t - t y p e p ump

1 t h r o u g h ?ow

c o n t r o l

v a l v e 1 1

and

v a l v e

3


6 0 1 , t o s e r v e

a s

d i s

p l a c e m e n t l i q u i d f o r t h e

s l u r r y

i n

pump

. Upon e ? l l i n g


7/7

4 , 1

1 2 , 0 4 7

p u m p 1

w i t h u n t r e a t e d

b a u x i t e

s l u r r y

w i t h

v a l v e 1 4

o p e n , t h e

c a u s t i c

s o l u t i o n p o s i t i o n e d a b o v e t h e ? o a t i n

p u m p

1 c a n b e u s e d a s d i s p l a c e m e n t

l i q u i d

f o r

p u m p

8


8 0 1 w i t h s i m u l t a n e o u s o p e n i n g o f v a l v e s 1 0

a n d

1 6 a n d o p e r a t i o n o f

a u x i l i a r y pump

1 2 . T h r o u g h

v a l v e 1 0 , t h e p r e t r e a t e d s l u r r y s c h a r g e d

t o

t h e c o n v e n

t i o n a l B a y e r p r o c e s s d i g e s t i o n s t e p a n d

t h e

e n t i r e

p r e

t r e a t m e n t c y c l e

c a n b e

r e p e a t e d .

To

s m o o t h

t h e c y c l i c

n a t u r e o f t h e s y s t e m ,

m u l t i p l e , s e r i e s - c o n n e c t e d ,

? o a t

t y p e pumps c a n b e employed

b o t h

i n t h e ? r s t

a n d

f o u r t h

s t a g e s o f

t h e i n s t a n t


s y s t e m .

A l t h o u g h t h e p r e t r e a t m e nt

s y s t e m o f

t h e p r e s e n t

i n v e n t i o n h a s

b e e n

d e s c r i b e d

i n

d e t a i l , i t becomes

e v i

d e n t t o

p e r s o n s

s k i l l e d i n

t h e

a r t t h a t m a n y

v a r i a t i o n s

and m o d i ? c a t i o n s m a y b e

m a d e

t o

t h e s y s t e m d e s c r i b e d

w i t h o u t ,

h o w e v e r ,

d e p a r t i n g f r o m t h e s p i r i t

t h e r e f r o m ,

w h i c h

i s

o n l y

l i m i t e d b y

t h e

s c o p e

o f

t h e a p p e n d e d

c l a i m s .

I

c l a i m :

1 .

A t a g e - w i s e

p r e t r e a t m e n t p r o c e s s

f o r

g o e t h i t e

c o n t a i n i n g b a u x i t e

s l u r r i e s f o r t h e c o n v e r s i o n o f t h e

g o e t h i t e - c o n t e n t t o

h e m a t i t e

a n d / o r

m a g n e t i t e

a t

t e m

p e r a t u r e s i n e x c e s s o f

a b o u t

2 6 0 C and

a t

e l e v a t e d

p r e s s u r e s

p r i o r t o t h e c o n v e n t i o n a l B a y e r p r o c e s s

d i g e s

t i o n

o f

t h e b a u x i t e

f o r

t h e

e x t r a c t i o n o f t s a l u m i n a con

t e n t which c o m p r i s e s

i n t r o d u c i n g a

t h i c k

s l u r r y

i n t o

a

b a u x i t e

s l u r r y c h a r g i n g

s t a g e

c o n s i s t i n g o f a t

l e a s t o n e

f l o a t - t y p e

l i q u i d


p u m p , t h e

pump

b e i n g

c a p a b l e o f i m p a r t i n g t o t h e s l u r r y a p r e s s u r e a t

l e a s t

a b o u t e q u i v a l e n t

t o

t h e vapor r e s s u r e o f

s t e a m a t

a b o u t

2 6 0 C ; t r a n s f e r r i n g t h e p r e s s u r i z e d s l u r r y t o a s l u r r y

25

30

h e a t i n g

s t a g e w h i c h i s

connected

t o

t h e

pump

o r r e - .

c e i v i n g

t h e p r e s s u r i z e d

s l u r r y

a n d

f o r

h e a t i n g

t h e

p r e s

s u r i z e d s l u r r y t o t h e g o e t h i t e t o h e m a t i t e and/ r m a g n e

t i t e

c o n v e r s i o n

t e m p e r a t u r e ;

p u m p i n g t h e h e a t e d

a n d

3 5

45

50

5 5

6 5

1 0


s l u r r y t o a c o o l i n g s t a g e t o r e d u c e

t h e t e m

p e r a t u r e

o f

t h e s l u r r y w i t h o u t ? a s h i n g

o f f

s t e a m

t o

a b o u t t h e


c o n v e n t i o n a l l y u t i l i z e d f o r t h e

d i g e s t i o n

o f b a u x i t e s ; i n t r o d u c i n g t h e

c o o l e d

a n d p r e s

s u r i z e d s l u r r y t o a s l u r r y d i s c h a r g e s t a g e w h i c h i s c o n

n e c t e d

t o

t h e c o o l i n g s t a g e , t h e

s l u r r y

d i s c h a r g e s t a g e

c o n s i s t i n g

o f

t l e a s t

o n e

? o a t - t y p e ,

l i q u i d


p u m p

f r o m

w h i c h t h e

c o o l e d

s l u r r y i s c h a r g e d

w i t h o u t

? a s h i n g

o f f s t e a m i n t o t h e c o n v e n t i o n a l

B a y e r

p r o c e s s

d i g e s t i o n v e s s e l s b y d i s p l a c i n g i t w i t h a

l i q u i d .

2 .

P r e t r e a t m e n t p r o c e s s

o f

c l a i m

1 , w h e r e i n b o t h

i n

t h e s l u r r y

c h a r g i n g

s t a g e a n d i n t h e s l u r r y

d i s c h a r g e

s t a g e

m u l t i p l e n u m b e r s o f ? o a t - t y p e , l i q u i d

d i s p l a c e

m e n t - p u m p s

a r e e m p l o y e d .

3 .

P r e t r e a t m e n t

p r o c e s s o f

c l a i m

1 , w h e r e i n i n t h e

s l u r r y d i s c h a r g e s t a g e , a p o r t i o n o f


o f

t h e

c o o l e d

a n d

p r e s s u r i z e d s l u r r y i s

u t i l i z e d

t o d i s p l a c e

l i q u i d

a t h i g h p r e s s u r e

f r o m

t h e

p u m p .

4 .


p r o c e s s

o f

c l a i m 1 , w h e r e i n t h e l i q u i d

d i s p l a c e d u n d e r p r e s s u r e

f r o m

t h e

s l u r r y

d i s c h a r g e

pump

i s

e m p l o y e d

t o d i s p l a c e b a u x i t e s l u r r y

f r o m

t h e

s l u r r y c h a r g i n g s t a g e .

5 .


p r o c e s s o f

c l a i m

1 , w h e r e i n t h e b a u x

i t e

s l u r r y

i n t r o d u c e d

i n t o t h e s l u r r y

c h a r g i n g

s t a g e h a s

a

s o l i d s

c o n c e n t r a t i o n i n e x c e s s

o f

a b o u t 3 0 by

w e i g h t .

6 . P r e t r e a t m e n t p r o c e s s

o f

c l a i m

1 , w h e r e i n

t h e baux

i t e s l u r r y i n t r o d u c e d i n t o t h e

s l u r r y

c h a r g i n g

s t a g e

h a s

a

s o l i d s


i n

t h e r a n g e o f a b o u t 30 t o a b o u t

60

b y

w e i g h t .

7 . P r e t r e a t m e n t p r o c e s s o f c l a i m

1 , w h e r e i n

t h e b a u x

i t e s l u r r y i n t h e

h e a t i n g

s t a g e i s

h e a t e d

t o a t e m p e r a t u r e

i n

t h e r a n g e o f a b o u t 2 6 5

t o

a b o u t

3 1 5

C .

i i t i l

pretreatment system for goethitic bauxites

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