專利名稱：從含有鋁酸鈉的堿性溶液中除去二氧化硅的方法
發(fā)明所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種降低含有過飽和二氧化硅溶液中二氧化硅濃度的方法，更具體地說，該溶液為在堿性溶液中浸提鋁土礦得到的拜爾溶液。
在從鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的拜爾法中，含氫氧化鋁的鋁土礦與含苛性鈉的溶液接觸，以便溶解氫氧化鋁和部分二氧化硅礦物，例如高嶺石，同時(shí)使絕大部分鋁土礦組分保持獨(dú)立的固體形式。用苛性鈉溶液溶解的二氧化硅形成可溶性硅酸鈉。該物質(zhì)在溶液中相當(dāng)緩慢地與鋁酸鈉反應(yīng)形成水合鋁硅酸鈉配合物，共同作為“脫硅產(chǎn)物”。包括拜爾方鈉石的這些脫硅產(chǎn)物，在所得到的鋁酸鈉-苛性溶液中溶解度低并且最終從該溶液中沉淀出。
在拜爾溶液中二氧化硅是非常不希望存在的雜質(zhì)，其原因有二(1)當(dāng)二氧化硅存在于過飽和的鋁酸鹽溶液中時(shí)，它將與氧化鋁下流物流共沉淀，并將污染該產(chǎn)物，(2)當(dāng)二氧化硅以高于其溶解度的濃度存在于拜爾溶液中時(shí)，它將主要沉淀在熱交換器的表面上，從而極大地降低熱交換系數(shù)。
為了將溶液中二氧化硅的濃度控制在可接受的水平，當(dāng)前大多數(shù)拜爾工廠使從鋁土礦中提取氧化鋁的浸提條件保持足夠的時(shí)間，以使提取的氫氧化鋁和溶解的二氧化硅在分離獨(dú)立的固體前有時(shí)間形成脫硅產(chǎn)物。該過程可持續(xù)1小時(shí)。在某種情況下，浸提步驟前還可加上在低溫下運(yùn)行的預(yù)脫硅步驟，其目的是溶解部分二氧化硅，以利于后來的二氧化硅沉淀反應(yīng)。由于為了允許二氧化硅沉淀反應(yīng)發(fā)生，而在浸提條件(高溫和高壓)下需要較長的滯留時(shí)間，這將產(chǎn)生過早的氧化鋁結(jié)晶，并因而降低產(chǎn)率。另外，較長的滯留時(shí)間意味著需要較大尺寸的壓力容器且能量需求較高。
背景技術(shù)：
US5118484中描述了一種從拜爾處理液中除去溶解二氧化硅的方法，它包括使含二氧化硅的溶液與用聚合樹脂粘合在一起的含拜爾法脫硅產(chǎn)物的多孔結(jié)塊材料相接觸。將這些多孔結(jié)塊置于柱狀物中，并使拜爾處理液流過該柱。該結(jié)塊提供大表面積，由溶解的二氧化硅與拜爾處理液中的氧化鋁和鈉相互反應(yīng)形成的脫硅產(chǎn)物沉淀于其上。
脫硅步驟從浸提步驟中分離出來的另一種方法描述在US4426363中。在此情況下，在將漿料分離成苛性鋁酸鹽溶液和不可溶泥渣的步驟之前進(jìn)行脫硅。該方法存在缺陷，即需運(yùn)輸大量固體而僅有一少部分可有效地用作脫硅步驟中的晶種表面。
在US5545384中描述了一種方法，其中在120～160℃下浸提后，對鋁土礦液體漿料進(jìn)行分離，并且將提取的溶液輸送到脫硅步驟，該脫硅步驟在泥渣分離后進(jìn)行。該專利建議使用含有方鈉石或沸石作為主組分的固體硅酸鹽物質(zhì)作為晶種，它還建議這些晶種應(yīng)具有1μm～30μm的平均粒徑。
本發(fā)明的目的是提供一種進(jìn)一步簡化的脫硅方法，它可獨(dú)立于浸提步驟使用。
本發(fā)明描述從廣義上講，本發(fā)明涉及一種從含鋁酸鈉的堿性溶液(例如拜爾處理液)中除去溶解的二氧化硅的方法，它包括使該堿性溶液與含粗硅砂或粗硅砂和方鈉石顆?；旌衔锏木徛龜嚢桀w粒床相接觸，從而使溶解的二氧化硅從溶液中沉淀出來，以形成分散在該溶液中的脫硅產(chǎn)物沉淀，并從堿性溶液中分離該脫硅產(chǎn)物固體，以獲得脫硅堿性溶液。
本發(fā)明的方法優(yōu)選用于拜爾處理液中，該溶液或者是過飽和(富集)液體或者是不飽和(廢)液體。這些可以在沒有任何大量的三水鋁石沉淀下進(jìn)行。
該方法優(yōu)選在壓力容器中進(jìn)行，并且發(fā)現(xiàn)將沉淀脫硅產(chǎn)物從溶液中除去是有利的，該溶液在與沉淀反應(yīng)過程中主要溫度基本相同的溫度下與該床接觸。
在脫硅步驟前，該拜爾處理液中的絕大部分固體顆粒已被諸如重力分離法、旋流分離法、過濾或任何其它常規(guī)固體分離法除去。在脫硅步驟中流過顆粒床后，對溶液中的脫硅產(chǎn)物沉淀固體進(jìn)行分離，并且將該脫硅處理液返回到拜爾法的適當(dāng)液流中。
特別優(yōu)選的是，使攪拌床為緊密床(層)的形式，例如固體濃度至少為50％。相對于單位體積流體該緊密床(層)提供高固體表面積。該高固體密度與緩慢攪拌運(yùn)轉(zhuǎn)一起用于防止沉淀造成的顆粒固化。它還自然提供足夠的晶種表面并通過摩擦使晶種活化。這使得無需晶種循環(huán)和晶種活性的外部再生即可進(jìn)行脫硅。
在本發(fā)明的方法中，所有晶種顆粒均參加反應(yīng)，并且硅砂顆粒最終全部轉(zhuǎn)化為方鈉石。而后，新鮮的方鈉石沉淀到預(yù)先形成的方鈉石層上。在反應(yīng)器中由于方鈉石沉淀而使固體增大，攪拌床的液位上升而使除去漿料形式的粗方鈉石成為必需。該漿料通過略高于攪拌床頂部液位的反應(yīng)器出口除去。
殘余的液體繼續(xù)升高至反應(yīng)器的頂部，并且該液體含有一些微粒徑的方鈉石。該細(xì)粒方鈉石可通過任何常規(guī)方法(內(nèi)部的或外部的，例如過濾)從液體中除去。反應(yīng)器內(nèi)部的燭狀過濾器特別適合該目的。
當(dāng)使用硅砂和晶種的混合物時(shí)，在顆粒床中硅砂與方鈉石的比例一般在1∶1～45∶1的范圍內(nèi)。硅砂和方鈉石的顆粒優(yōu)選粒徑為50μm～3mm。該脫硅方法優(yōu)選在60～180℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
附圖的簡要說明下面將進(jìn)一步參考所附的附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，其中

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的流程圖；圖2是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的流程圖；圖3是用于本發(fā)明的脫硅容器的示意圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案由圖1說明，其中由沉淀管10收集的廢液在加熱器11中加熱，并通過脫硅步驟12和過濾步驟13。在該過濾步驟中，方鈉石固體產(chǎn)物與脫硅溶液分離，并使脫硅溶液返回到拜爾法中。
在圖2中，富集液由浸提回路15和紅泥分離單元16獲得。而后，該富集液通過脫硅步驟12和過濾步驟13，其中脫硅產(chǎn)物固體(方鈉石)從脫硅溶液中分離出來。如果希望，該脫硅溶液在返回到拜爾法之前可通過冷卻/釋壓步驟14。
本發(fā)明的脫硅步驟12在圖3中進(jìn)行詳細(xì)描述。由此可見，它包括圓柱形封閉壓力容器20，其中容納有含硅砂和方鈉石顆?；旌衔锏奶畛鋵?1。該填充層向上延伸至平面22處。攪拌(機(jī))葉片24和25用于緩慢攪拌或混合該填充床。這些葉片在垂直軸23的帶動下以約10～15rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
含溶解的二氧化硅的拜爾處理液通過進(jìn)料管26流入填充層21的顆粒中，并且在填充層21限定的范圍內(nèi)進(jìn)行脫硅步驟。在該填充層中硅砂(石英)轉(zhuǎn)化為方鈉石，并且方鈉石在預(yù)先形成的方鈉石上沉淀出來。將含有一些方鈉石的脫硅處理液引入位于填充層21頂表面22上部的自由空間30中。在容器中由于方鈉石沉淀使固體增大，填充層21的平面22升高，并且這使得除去漿料形式的粗方鈉石成為必需。粗方鈉石通過出料管29從系統(tǒng)中排出。
該脫硅處理液主要含有微粒徑的方鈉石，并且該溶液繼續(xù)由自由空間30升高。在自由空間30中，可使用一系列的燭狀過濾器27以便從該處理液中除去方鈉石顆粒，并且通過管線28收集清潔的脫硅處理液。
實(shí)施例實(shí)施例1向7.6升(L)的壓力封閉容器中填充10000克(g)粗石英砂和350g研磨(ground plant)方鈉石鱗片。石英和方鈉石的中值粒徑約為1.2mm。將溫度75℃、二氧化硅過飽和的拜爾廢液，以流速為5升/小時(shí)(L/h)從容器底部連續(xù)向容器中供料21小時(shí)。對該混合物進(jìn)行機(jī)械攪拌。從頂部離開容器的脫硅溶液在壓力下連續(xù)過濾以除去部分裹帶的固體。該供料溶液和脫硅溶液的平均分析結(jié)果列于表1中
表175℃拜爾廢液脫硅

在那些情況下，對于該溶液而言二氧化硅的溶解度評估為0.101g/L SiO2，由此二氧化硅的過飽和降低了16％。
實(shí)施例2向與實(shí)施例1相同的容器中填充7050g質(zhì)量比為27∶1的粗石英砂和粉碎的方鈉石鱗片混合物。從底部向該容器中連續(xù)供入二氧化硅過飽和且溫度保持在140℃的拜爾廢液。對該混合物進(jìn)行機(jī)械攪拌。以8.4 L/h的流速進(jìn)行110小時(shí)。從容器頂部離開的脫硅溶液在壓力下連續(xù)過濾，以便除去部分裹帶的固體。該供料溶液和脫硅溶液的平均分析結(jié)果列于表2中表2140℃拜爾廢液脫硅

在那些條件下，對于該溶液而言二氧化硅的溶解度評估為0.166g/L SiO2，由此二氧化硅的過飽和降低了94％。
實(shí)施例3
采用與實(shí)施例2相同的設(shè)置，但是這次用拜爾富集液由高速潷析器的溢流供入脫硅反應(yīng)器中。溫度保持在140℃。流速為9L/h進(jìn)行26小時(shí)。該供料溶液和脫硅溶液的平均分析結(jié)果列于表3中表3140℃拜爾廢液脫硅

在那些條件下，對于該溶液而言二氧化硅的溶解度評估為0.449g/L SiO2，由此二氧化硅的過飽和降低了33％。
實(shí)施例4在45mL壓力容器中進(jìn)行批量測試。二氧化硅過飽和且含有約11g/L F的鋁酸鈉溶液與從上述實(shí)施例2中得到的固體混合，該固體的濃度為50％(重量基準(zhǔn))。該混合物在185℃下攪拌30分鐘，而后冷卻至室溫并過濾。該供料溶液和脫硅溶液的分析結(jié)果列于表4中表4185℃鋁酸鈉溶液脫硅

在那些條件下，對于該溶液而言二氧化硅的溶解度評估為0.225g/L SiO2，由此二氧化硅的過飽和降低了26％。
實(shí)施例5向與實(shí)施例1相同的容器中注入7000g粗石英砂，而不加入方鈉石。從底部向該容器中連續(xù)供入二氧化硅過飽和且溫度保持在140℃的拜爾廢液。對該混合物進(jìn)行機(jī)械攪拌。流速為9L/h進(jìn)行280小時(shí)。從容器頂部離開的脫硅溶液在壓力下連續(xù)過濾，以便除去部分裹帶的固體。該供料溶液和脫硅溶液的平均分析結(jié)果列于表5中表5140℃拜爾廢液脫硅

在那些條件下，對于該溶液而言二氧化硅的溶解度評估為0.160g/L SiO2，由此二氧化硅的過飽和降低了80％。
權(quán)利要求
1.一種從含鋁酸鈉的堿性溶液中除去溶解的二氧化硅的方法，它包括使該堿性溶液與含有粗硅砂或粗硅砂和方鈉石顆?；旌衔锏木徛龜嚢桀w粒床接觸，其中溶解的二氧化硅從溶液中沉淀出來，以形成分散在該溶液中的脫硅產(chǎn)物沉淀，并且從該堿性溶液中分離該殘余脫硅產(chǎn)物固體，以獲得脫硅堿性溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該脫硅作用在壓力容器中進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在顆粒床中硅砂與方鈉石的比在1∶1～45∶1的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的方法，其中該硅砂和方鈉石的粒徑在50μm～3mm范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)的方法，其中該顆粒床為緊密床。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中該顆粒床的固體濃度至少為50％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)的方法，其中該脫硅作用在60～180℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)的方法，其中該含鋁酸鈉的溶液向上流過該顆粒緊密床并引入到該容器內(nèi)緊密床上部的自由空間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中將粗方鈉石漿料在緊密床平面處從容器中除去。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中要被除去的粗方鈉石漿料是由于緊密床內(nèi)部方鈉石沉淀而致固體增大的結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任一項(xiàng)的方法，其中該堿性溶液為拜爾富集液或拜爾廢液。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中對在該顆粒床上部自由空間中的處理液進(jìn)行過濾，以除去方鈉石顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從含有鋁酸鈉的堿性溶液如拜爾處理液中除去溶解的二氧化硅的方法。該方法包括使該堿性溶液與含粗硅砂或粗硅砂與方鈉石顆?；旌衔锏木徛龜嚢桀w粒床接觸,其中該溶解的二氧化硅從溶液中沉淀出來,以形成分散在溶液中的脫硅產(chǎn)物沉淀,并且從該堿性溶液中分離該脫硅產(chǎn)物固體,以獲得脫硅堿性溶液。
文檔編號C01F7/00GK1305438SQ99807494
公開日2001年7月25日 申請日期1999年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月19日
發(fā)明者G·福爾特, R·杜福爾 申請人:艾爾坎國際有限公司