[发明专利]用于降低包含铝硅酸盐的结垢的聚合物

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2003/019338，国际申请日为2003年6月20日，进入中国国家阶段的申请号为03817533.9，发明名称为“阻止或降低拜尔工艺中铝硅酸盐结垢的方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于降低包含铝硅酸盐的结垢的聚合物。

背景技术

几乎普通采用拜尔工艺制备氧人铝。在这种工艺中，首先在140-250℃的温度下加热钒土粗矿和苛性钠溶液。这导致大部分含铝的矿石溶解(浸煮)，尤其是氧化铝三水合物(三水铝矿)和氧化铝-水合物(勃姆石)溶解，制得铝酸钠的过饱和溶液(富集液)。在氢氧化钠浓度大于150g/l的条件下，所溶解的原料浓度很高，溶解的氧化铝大于120g/l。然后，通过物理方法将任意未溶解的固体和铝酸盐溶液分离，并使用聚合絮凝剂来加速固体细颗粒的除去。通过过滤步骤除去残留的悬浮固体。所过滤的透明溶液或母液冷却，并加入氧化铝三水合物晶种，沉淀一部分溶解的氧化铝。在沉淀氧化铝之后，再次加热这种贫液或废液，并重新用于溶解更新的钒土。

拜尔工艺中所用的钒土矿也包含各种形式和量的氧化硅，这取决于钒土的来源。用于溶解铝矿的苛性物也溶解钒土中所含的部分或全部的氧化硅，尤其以铝硅酸盐粘土形式存在的氧化硅。在浸煮步骤中，所述氧化硅迅速溶解形成就氧化硅而言过饱和的溶液。这种溶解的硅酸盐和溶液中的铝酸钠缓慢反应，形成复杂的水合硅铝酸钠，通常称为“脱硅产物”。所述主要的脱硅产物是已知为方钠石：3(Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)Na₂X的种类，式中，X可以是CO₃^＝2、2Cl^-、SO₄^＝2或2AlO₂^-。也可以是其它有关种类如钙霞石和黝方石，优选更常用的术语硅铝酸钠。所有这些脱硅产物在铝酸钠母液中的溶解度低，且大部分从溶液中沉淀析出，由此除去溶液中不希望有的氧化硅。

但是，所述脱硅产物沉淀析出的速率慢，甚至当进行长时间的“预脱硅”步骤时，溶解的氧化硅浓度仍远高于平衡值。之后，一些氧化硅和沉淀的氧化铝一起沉淀，并污染所述氧化铝。即使在氧化铝沉淀步骤之后，所谓“废液”中的氧化硅浓度仍高于平衡值，并且由于铝浓度降低，氧化硅变得更容易以方钠石和有关矿物的形式析出。所述拜尔工艺的基本部分是再次加热这种废液，使其可以用于浸煮更多的钒土矿。在用于再次加热所述母液的热交换器中，温度较高使得铝硅酸盐沉淀速率增大，结果在所述热交换器的内壁上形成“结垢”铝硅酸盐。相比器壁的钢材，这种结垢的导热率低，随着结垢积累，其传热严重降低。这种铝硅酸盐进垢所造成的传热降低相当严重，使热交换单元必须停机，并经常清洗，每1-2周一次。

通过混合具有不同氧化硅含量的掺合钒土矿、优化浸煮步骤的时间和温度并使用独立的脱硅步骤，可以将与氧化硅有关的吉垢尽可能减小至某种程度。但是，由于溶液或母液中氧化硅并不一定和钒土原料中的氧化硅成比例，情况就变得复杂了。由于所述拜尔工艺是连续或循环的，若不除去系统中的铝硅酸盐，则氧化硅会连续增多。一些氧化硅必须增大过饱和度，引发脱硅产物的沉淀。就氧化硅而言，拜尔母液总是过饱和的，这种过量的氧化硅容易以铝硅酸盐的形式沉淀，尤其沉淀在热交换器的内表面上。

铝硅酸盐结垢对氧化铝里产有显著的经济影响。用酸清洗热交换器本身就是一种高维修成本。所述酸渍洗也可以降低热交换器的使用寿命，因此经常更换热交换器也会增加成本。而且，因结垢造成的热交换器效率降低会对蒸汽形式的能量产生更大的需求，并增大成本。所述结垢的管道也会降低母液流速，并可能损失产量。总之，因吉垢直接产生的成本占生产氧化铝成本的显著部分。