在拜耳工艺过程中利用交联多糖回收三水合氧化铝的制作方法

来自 : www.xjishu.com/zhuanli/25/2011 发布时间：2021-03-24

专利名称：在拜耳工艺过程中利用交联多糖回收三水合氧化铝的制作方法
在拜耳工艺过程中利用交联多糖回收三水合氧化铝相关申请的交叉引用无关于联邦政府资助的研究或开发的声明不适用
背景技术：
本发明涉及一种用于改进由铝土矿矿石生产氧化铝的拜耳工艺(拜耳法，Bayerprocess)的方法。本发明涉及利用交联多糖特别是交联葡聚糖或交联二羟丙基纤维素来改善拜耳工艺中的单元操作的性能，尤其是增强三水合氧化铝晶体的沉降。在典型的用于生产三水合氧化铝的拜耳工艺中，铝土矿矿石被粉碎，用苛性碱溶液制浆，然后在高温和高压下被蒸煮。苛性碱溶液溶解铝的氧化物，形成铝酸钠水溶液。铝土矿矿石的不溶于苛性碱的成分随后与含有溶解的铝酸钠的水相分离。从溶液中沉淀出固体三水合氧化铝产物且收集为产品。正如在美国专利第6，814，873号中除了其他位置的至少部分所描述的，拜耳工艺在不断地发展且业内采用的针对该方法的不同步 骤的特定技术不仅从一家工厂到另一家工厂不同，而且通常还作为商业秘密持有。作为更详细的，但并不全面的拜耳工艺的实例，粉碎过的铝土矿矿石可以被供给到浆料混合器中，在该浆料混合器中制备含水浆料。浆料补充溶液(slurry makeup solution)通常是废液(下面描述的)和所添加的苛性碱溶液。此铝土矿矿石浆料随后通过蒸煮器或一系列蒸煮器，在蒸煮器中，可用的氧化铝作为苛性碱可溶的铝酸钠从矿石中释放。接着采用一系列闪蒸罐冷却蒸煮过的浆料，例如冷却至约220° F，在所述闪蒸罐中回收热和冷凝物。离开闪蒸操作的铝酸盐液体包含不溶性固体，该固体由在蒸煮后留下的不溶性残渣组成或该固体是蒸煮期间被沉淀。可以用“沉沙池”、旋流器或其他装置从铝酸盐液体中移除较粗的固体颗粒。可以先通过沉降，然后通过过滤(如果需要的话)从液体中分离出较细的固体颗粒。接着进一步冷却净化过的铝酸钠液体并用三水合氧化铝晶体接种以引起呈三水合氧化铝，Al (OH)3B式的氧化铝的沉淀。三水合氧化铝颗粒或晶体随后被分级成不同尺寸的部分并与苛性碱液体分离。剩余的液相，废液，返回至最初的蒸煮步骤并在与苛性碱重新组合后用作蒸煮剂(digestant)。在整个工艺中，关键步骤之一是从净化过的铝酸钠液体中沉淀出三水合氧化铝。在移除不溶性固体而得到净化过的铝酸钠液体(也称为“绿色液体”)后，通常将该液体加装到合适的沉淀罐或一系列沉淀罐中，然后用再循环的细三水合氧化铝晶体接种。在沉淀罐中，在搅拌下冷却以导致氧化铝从溶液中作为三水合氧化铝沉淀。细颗粒三水合氧化铝用作晶种，其提供成核位点并附聚在一起且生长而成为此沉淀工艺的一部分。三水合氧化铝晶体形成(三水合氧化铝晶体的成核、附聚和生长)，及其沉淀和收集是经济地回收拜耳工艺铝值的关键步骤。拜耳工艺操作者努力优化他们的晶体形成和沉淀方法，以便由拜耳工艺产生最大可能的产物收率，同时产生特定粒度分布的晶体。相对大的粒度有益于随后的回收铝金属所需的处理步骤。过小的三水合氧化铝晶体或细粒通常并不用于生产铝金属，而代替地被回收用作细颗粒的三水合氧化铝晶种。因此，沉淀的三水合物晶体的粒度决定了材料是否最终被用作产品(较大的晶体)或用作晶种(较小的晶体)。因此，不同尺寸的三水合物颗粒的分级和捕集是拜耳工艺中重要的步骤。在拜耳工艺中，这种三水合氧化铝晶体分离或回收为产品或用作沉淀晶种通常通过沉降、旋风分离、过滤和/或这些技术的组合来实现。粗颗粒容易沉降，而细颗粒缓慢沉降。通常，工厂将使用两步或三步沉降以便将三水合物颗粒分级成对应于产品和晶种的不同的粒度分布。具体地，在分级的最后一步中，沉降容器通常用于捕集和沉降细晶种颗粒。在分级系统的沉降步骤内，絮凝剂可以用于提高颗粒捕集和沉降速率。最后的分级步骤的溢流作为废液返回至工艺中。此废液将经历热交换和蒸发并最终返回在蒸煮中使用。因此，在此最终的沉降步骤中汇集到溢流内的任何三水合物颗粒在工艺中将不会再被用作晶种或产品。实际上，这样的材料在工艺内再循环，产生低效率。因此，为了使工艺效率最大化，重要的是在分级的最后一步的溢流中获得最低可能的固体浓度。例如，正如在美国专利第5，041，269号中描述的，常规的技术采用了添加合成的水溶性多糖絮凝剂和/或葡聚糖絮凝剂来改进分级工艺中三水合氧化铝颗粒的沉降特性并降低了废液中的固体量。虽然多种絮凝剂通常用于拜耳工厂的三水合物分级系统内，但是高度期望尽可能地减少固体损失和废液。因此，存在对改进拜耳工艺中的沉淀三水合氧化铝的分级和絮凝的方法的明确的需求和应用。这样的改进将提高由铝土矿矿石来生产氧化铝的效率。本部分描述的技术并不意图构成对本文提到的任何专利、公布或其他信息相对于本发明是“现有技术”的承认，除非明确这样表示。此外，本部分不应该被解释为意味着已经进行了检索或不存在如37CFR§1. 56(a )中定义的其他相关信息。发明概述本发明的至少一个实施方案涉及用于在拜耳工艺中沉降三水合氧化铝的方法。该工艺包括向系统中加入有效量的交联葡聚糖或交联二羟丙基纤维素。交联是葡聚糖/二羟丙基纤维素或含有葡聚糖/二羟丙基纤维素的物质与双官能的交联剂在合适的反应条件下反应的结果。当与使用此工艺中所采用的常规絮凝剂相比时，使用这种交联葡聚糖或交联二羟丙基纤维素絮凝剂导致改善的三水合氧化铝的沉降。本发明的至少一个实施方案涉及用于生产氧化铝的方法，该方法包括向拜耳工艺流体流的液体中加入含有一种或多种多糖的组合物，所述多糖之一是交联葡聚糖或交联二羟丙基纤维素。可以在所述氧化铝生产工艺的三水合物分级工序中将该组合物加入所述液体中。可以在所述工艺中发生固液分离的一个或多个位置处将该组合物加入所述液体中。加入位置可帮助抑制所述工艺中的一种或多种三水合氧化铝晶体的成核速率。加入位置可帮助降低所述工艺中的结垢速率。该组合物可改善三水合氧化招螯合(sequestration)的收率。发明详述为了本申请的目的，这些术语的定义如下“葡聚糖”是a -D-1,6-葡萄糖连接的葡聚糖，其中侧链1_3连接到生物聚合物的
主链单元。“二羟丙基纤维素”是纤维素衍生物，其中向纤维素主链中加入1，2-二羟丙基醚基。“液体”或“拜耳液体”是已在工业设施内经过拜耳工艺的液体介质。如果上述定义或在本申请其他任何地方所提及的描述与通常使用的含义、字典中的含义或通过引用并入到本申请中的资料所述的含义(明确的或暗含的)不一致，那么本申请且尤其是权利要求中的术语应被理解为根据本申请中的定义和描述来解释，而不是根据常用的定义、字典的定义或通过引用并入的定义来解释。鉴于上文，如果术语仅可以按照字典的解释被理解，如果术语由 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,第5版，(2005)，(由Wiley, John Sons, Inc.出版)来定义，那么此定义将控制该术语在权利要求中如何被定义。在至少一个实施方案中，一种用于提取三水合氧化铝的工艺包括，在碱性液体中蒸煮预处理过的铝土矿矿石以产生悬浮在碱性液体中的红泥固体和铝酸盐的浆料，然后从碱性液体悬浮液中倾析红泥固体以产生倾析液体；所述倾析液体通过安全过滤(securityfiltration)以移除全部固体，沉淀并产生含有三水合氧化铝固体的浆料，随后添加交联多糖来絮凝和沉降该浆料。较大的三水合物颗粒经历煅烧工艺以产生纯化的氧化铝，而较细的颗粒被重新用作沉淀工艺的晶种。在至少一个实施方案中，在该工艺中三水合物固体的优选的絮凝剂是交联多糖，并且优选的多糖是葡聚糖和二羟丙基纤维素。加入0.1至IOOppm的范围内的絮凝剂。絮凝剂的最优选的用量范围是0. 3至20ppm。在至少一个实施方案中，通过向含有氢氧化钠、氢氧化钾或其它碱金属或水溶性碱土金属氢氧化物的碱性溶液中加入葡聚糖或二羟丙基纤维素而产生交联葡聚糖或交联二羟丙基纤维素，以提供具有在11至14范围内的pH的苛性化的聚合物溶液。然后使苛性化多糖与合适的双官能的交联剂反应 。能够与两个或更多个羟基反应的合适的交联剂包括但不限于表氯醇、二氯甘油、二乙烯砜、双环氧化物、磷酰氯、三偏磷酸盐、二羧酸酐、N，N\'-亚甲基双丙烯酰胺；2，4，6-三氯-S-三嗪及类似物。用以上试剂中的一种进行交联导致苛性化的聚合物溶液变成高度粘稠的溶液或糊。当达到最优的期望的溶液粘度时，可通过该溶液与合适的酸性溶液的PH中和来终止该反应，酸性溶液的实例是乙酸、硫酸、盐酸及类似物。如至少在美国专利6，726，845,6, 740，249,3, 085，853,5, 008，089,5, 041，269、5，091，159,5, 106，599,5, 346，628 和 5，716，530 以及澳大利亚专利 5310690 和 737191 中描
述的，葡聚糖本身先前已被用于拜耳工艺中。然而，当与常规的多糖或未交联的类似物比较时，通过使葡聚糖链或二羟丙基纤维素链(或者就此而言，其它合适的多糖)交联，观察到交联材料的活性的优良的且出乎意料的改进。现有技术中多糖的使用因以下事实而受到损害只有将拜耳液体中的多糖的用量增加达到最大用量时才导致优良的絮凝。达到最大用量之后，进一步增加这种多糖材料通常不产生进一步的性能改进。当使用交联多糖时且尤其是使用交联葡聚糖时可获得优良的性能(在任何用量率下利用常规的多糖均是不可能的)。出乎意料地，交联葡聚糖的最大性能优于在任何用量下利用常规葡聚糖的最大性能。另外，对于交联多糖，增加了继续加入不会产生进一步的性能益处的的用量。此外，当多糖交联时，观察到效率出乎意料地增加50%。例如，包含5%交联葡聚糖的组合物将表现得至少与10%的葡聚糖的组合物一样，并且在一些情况下更好。美国专利5，049, 612和4，339，331教导，在采矿应用诸如硫化物矿浮选中，发现淀粉(常规的浮选抑制剂)的性能在交联后可得到改善。因此，虽然交联多糖确实已被用于采矿应用中(诸如在美国专利5，049，612和4，339，331中)，但是完全出乎意料的是，在拜耳工艺应用中，交联后的葡聚糖的活性将显著地得到改善。此外，交联多糖的多至或至少50%的性能改善或者增加多糖的最大有效用量的能力是出乎意料的并且是新颖的。在至少一个实施方案中，一般的交联试剂/多糖的质量比可在但不限于大约O至O. 2之间变化。具体地，对于表氯醇作为交联试剂，比可在但不限于O至O. 1，最优选地O. 005至O. 08之间变化。如通过高于原始溶液粘度至少10%的溶液粘度的增加所测得的，获得了适当的交联。在至少一个实施方案中，所述组合物在所述三水合氧化铝生产工艺的三水合物分级工序中被添加到所述液体。所述组合物在拜耳工艺中发生固液分离的一个或多个位置处被添加到所述液体。在至少一个实施方案中，所述组合物在拜耳工艺中的一个或多个位置处被添加到所述液体，在这些位置其抑制所述工艺中的一种或多种三水合氧化铝晶体的成核速率。在至少一个实施方案中，所述组合物在拜耳工艺中的一个或多个位置处被添加到所述液体，在这些位置其降低所述工艺中的结垢速率。在至少一个实施方案中，所述组合物在拜耳工艺中的一个或多个位置处被添加到所述液体，在这些位置其促进所述工艺中的红泥净化。在至少一个实施方案中，所述组合物可以结合共同拥有的且至少部分共同发明的律师案号为 7987 且题目为 “THE RECOVERY OF ALUMINA TRIHYDRATE DURING THE BAYERPROCESS USING SCLEROGLUCAN”的在审专利申请中公开的任何组合物和方法被添加或根据该在审专利申请中公开的任何组合物 和方法被添加。
实施例通过参考下面的实施例可以更好地理解前述内容，提供实施例是为了阐释的目的而不是意在限制本发明的范围。实施例1 :利用本领域技术人员熟悉的常规交联工艺生产一系列交联葡聚糖，其中将葡聚糖(由Sigma-Aldrich市售)加入苛性碱溶液中且然后通过与表氯醇反应而交联。在该方法中，从O. 030变化至O. 055的表氯醇/葡聚糖的多种比被用于生产具有不同交联水平的一系列材料，所述交联水平通过溶液粘度的增加来监测。这些被表示为产物A-D。在一系列沉降试验中利用以下方法来比较这些交联葡聚糖产物的性能与葡聚糖的性能。制备一系列200mL的各自包含50g/L三水合氧化铝固体(DF225三水合氧化铝，由RJ Marshall Co，USA市售)和拜耳工艺液体(具有总苛性碱233. 6g/l，以Na2CO3计)的拜耳工艺浆料的样品。在60°C下在250ml的Nalgene瓶中将拜耳工艺液体样品各自平衡I小时。然后将三水合氧化铝固体加入瓶中并混合30秒。然后视情况将葡聚糖或其交联类似物加入含有热浆料的各个瓶中，并将瓶混合I分钟且然后沉降3分钟。3分钟的沉降期之后，通过过滤取自液体上部的60ml等份的浆料来测量来自每个瓶的未沉降的固体(且因此指示絮凝性能)。将每个子样品通过预先称重的第934AH号滤纸过滤并用热的去离子水洗涤。然后将滤纸和内含物在100°c下干燥并重新称重。然后以g/L计计算60mL子样品的固体含量。从表1中所列的结果明显看出，与使用葡聚糖相比，对于所有交联葡聚糖产物来说，絮凝性能显著地得到改善。这在交联比的整个范围中是明显的。表1:加入葡聚糖和交联葡聚糖的标准三水合氧化铝的沉降试验
权利要求
1.一种生产氧化铝的方法，所述方法包括向所述氧化铝生产工艺中的液体或浆料中加入含有一种或多种交联多糖的组合物。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述多糖含有至少一种组合物，所述组合物通过使葡聚糖或二羟丙基纤维素交联以形成交联葡聚糖或二羟丙基纤维素分子而制成。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述交联多糖是选自由以下组成的列表的一种交联硬葡聚糖、交联支链淀粉、交联zooglan、交联内酰胺、交联鼠李胶及其任意组合。
4.如权利要求1所述的方法，还包括向所述工艺中加入另外的聚合物，所述另外的聚合物可以是葡聚糖或合成聚合物。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物在所述氧化铝生产工艺的三水合物分级工序中被加入到所述液体。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物在所述工艺中发生固液分离的一个或多个位置处被加入到所述液体。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物在一个或多个位置处被加入到所述液体且从而抑制所述工艺中的一种或多种三水合氧化铝晶体的成核速率。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物在一个或多个位置处被加入到所述液体且从而降低所述工艺中的结垢速率。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述组合物在一个或多个位置处被加入到所述液体以促进所述工艺中的红泥净化。
10.如权利要求1所述的方法，其中通过向所述工艺的所述液体加入权利要求1中的所述组合物的组合物加入改善了来自三水合氧化铝工艺的三水合氧化铝螯合的收率。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述多糖与能够与至少两个羟基反应的合适的交联剂交联。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述合适的交联剂选自由以下组成的列表表氯醇、二氯甘油、二乙烯砜、双环氧化物、磷酰氯、三偏磷酸盐、二羧酸酐、N, N\'-亚甲基双丙烯酸胺；2，4,6- 二氯-S- 二嗪及其任意组合。
13.一种包含拜耳液体和交联多糖的组合物。
14.如权利要求14所述的组合物，其中所述多糖是葡聚糖或二羟丙基纤维素。
全文摘要
本发明提供了用于改善氧化铝水合物的生产的方法和组合物。本发明涉及向生产工艺的流体工序内的液体或浆料中添加一种或多种多糖。该一种或多种多糖可以是交联多糖(诸如交联葡聚糖或交联二羟丙基纤维素)。多种多糖可赋予包括至少一些下述优势的诸多优势更好的絮凝效果、增加的最大有效用量，更快的沉降速率。生产工艺可以是拜耳工艺。
文档编号C01F7/06GK103068735SQ201180038832
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月9日
发明者王婧, H·E·博德, X·H·李 申请人:纳尔科公司