[发明专利]对制备三水氧化铝的拜耳法的改进,该方法包括在分解前高温过滤过饱和液体的步骤

说明书

本发明涉及一种根据拜耳法碱性侵蚀铝土矿制备三水氧化铝的方法，包括粉碎，接着通过使所述粉碎的铝土矿与铝酸钠液体接触对其进行侵蚀，所述侵蚀形成一种悬液，处理所述悬液以从铝酸钠液体中分离出不溶性残余物，然后将以此方式得到的铝酸盐液体分解，并在与分解过程中沉淀的三水氧化铝分离后作为侵蚀液再循环。本发明更具体地涉及一种能够在所述液体分解过程中提高其产量的方法。

拜耳法已广泛地描述于专业文献中，其为用于制备有待火法电解(életrolyse ignée)转化为铝的氧化铝的基本技术。根据该方法，用适当浓度的铝酸钠液体(侵蚀液)侵蚀热铝土矿矿石，使氧化铝溶于所述铝酸盐液体中，得到由未在侵蚀过程中溶解的矿石颗粒(未侵蚀残余物或“红泥”)在所述铝酸钠液体中构成的悬液。

一般而言，稀释所述悬液并通过滗析(décantation)从铝酸盐液体中分离所述泥。一旦分离出这种泥后，将所述液体冷却至这样的温度，即所述液体在该温度下处于高度不平衡的过饱和状态。在此阶段，其被称为“过饱和液体”。然后添加三水氧化铝颗粒晶种(ensemencer)以使所述过饱和液体“分解”，即使氧化铝以三水氧化铝形式沉淀。最后，通过蒸发浓缩以及通过可能的添加氢氧化钠后，将铝酸钠液体(由于沉淀耗尽氧化铝，被称为“分解的液体”)再循环至所述铝土矿侵蚀步骤。

众所周知处理条件必须适合铝土矿中包含的氧化铝的水合度和晶体结构，还要适合其包含的杂质的性质和含量。包含一水合物态氧化铝的铝土矿(软水铝石、硬水铝石)比包含三水合物态氧化铝的铝土矿更难侵蚀，并根据拜耳法在高于200℃、一般在220至300℃范围内的温度下处理。在低于200℃、一般在100至170℃范围内的温度下处理包含三水合物态氧化铝的铝土矿(三水铝石、三水铝矿)。无论铝土矿是一水合物或三水合物，均在一般高于大气压力的压力下进行侵蚀，由粉碎的矿石和铝酸盐液体的混合物形成的悬液通过例如一连串高压釜或管式换热器。在下文中常提及的压力以实际中的通用单位——即大气压或巴——表示，其各自相当于100,000帕斯卡或100,000牛顿/平方米。另外表示为绝对值：例如，2巴的压力比大气压多约1巴的压力，大气压本身接近1巴。

影响铝土矿侵蚀产率的主要因素是温度和氢氧化钠或游离“苛性钠”——即可能溶解氧化铝——的浓度。苛性钠常表示为碱性基团Na2O，且苛性钠的浓度以每升中Na2O的克数(g Na2O/l)给出。另外，液体的饱和态或稳定性以如下重量比表征：

重量比Rp表征所述拜耳循环的液体中溶解氧化铝的饱和态，借助其可确定所述液体分解时的产量。这通过在过饱和液体分解后以三水氧化铝形式复原的氧化铝的量定义——相对于给定体积的过饱和液体——。以每立方米铝酸盐液体中氧化铝千克数(kg Al₂O₃/m³)表示的产量通过分解前和分解后的Rp变化乘以所述过饱和液体的苛性钠浓度得到。

无论铝土矿是一水合物还是三水合物，分解产量均随着侵蚀后所达到的Rp比例升高而升高。但为促进液/固分离而对悬液进行的稀释和冷却，以及所述液体在用于将其与不溶性残余物分离的设备(一般为滗析器(décanteur))中的停留时间，会导致退减(rétrogradation)风险随着Rp升高而升高的状况。退减是一种需要避免的现象，因为它会导致三水氧化铝提前沉淀，其不会在分解链中被收集，而是与不溶性残余物混合并与其一起排出。因此退减风险驱使人们限制Rp值，以使得可进行不溶性残余物与过饱和铝酸盐液体间分离的速度极大地影响了该方法的产率和产量。

在氧化铝工业的早期，不溶性残余物的分离是通过在压滤器上过滤进行。除了特殊情况，现在几乎不使用这种技术，取而代之的是在连续滗析器中进行的沉降。通过滗析分离不溶性残余物使得能够以低操作成本连续处理大量物流。一般而言，使达到大气压力的悬液稀释和冷却之后进行滗析。但本申请人设计了一种如美国专利US 5407561中描述的设备，其能够在较高温度下滗析在压力下注入的悬液。借助这种设备降低滗析时间，这可以减小退减风险，或在相同风险下提高侵蚀后的目标Rp，从而提高分解过程中所述液体的产量。