[发明专利]控制拜尔工艺中DSP污垢的方法

说明书

相关申请的交叉参考

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关于联邦资助开发研究的声明

无。

发明背景

本发明涉及物质组合物和使用其来处理各种工业工艺物料的方法，特别是涉及这样一些特定的组合物，已经发现这些组合物能特别有效地促进拜尔工艺流中硅铝酸钠(也被称作脱硅产物或者DSP)的形成。

如美国专利6,814,873中的阐述，拜尔工艺是用来从铝土矿原料中制造氧化铝。因为拜尔工艺使用苛性碱溶液从铝土矿中提取氧化铝，一直使用新鲜苛性碱溶液的成本过高。因此，被称为“液体”和/或“废液”的苛性碱溶液从后一阶段的拜尔工艺循环回到前一阶段，从而形成一个流体循环。对于本申请来说，这一描述定义了术语“液体”。然而在流体循环中，液体的再循环有它自身的复杂性。

铝土矿原料中包含各种形式和数量的二氧化硅。一部分二氧化硅是没有反应活性的，所以它不发生溶解，在拜尔循环中仍然为固体砂石或者泥土。其它二氧化硅(例如粘土和高岭石)是有反应活性的，当加入到拜尔工艺液体中之后溶解于苛性碱。当废液在拜尔工艺的流体循环中反复流过时，液体中二氧化硅的浓度最终上升到会沉淀的浓度，特别是与铝以及苏打结合形成不溶性硅铝酸钠。这一物质会在液体中作为颗粒沉淀，但是更多的是在拜尔工艺循环中各部件的容器壁上发现的硬垢。硅铝酸盐污垢至少有两种形式，即方钠石和钙霞石。这些和其它形式的硅铝酸盐污垢通常在本申请中被定义为术语“脱硅产物”或者“DSP”。

对于DSP已经有了各种阐述，在一些情况下，它的化学式被认为是3(Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·0-2H₂O)·2NaX，其中X代表OH^-、Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-。因为DSP具有反溶解能力(随着温度的上升沉淀增加)并能沉淀成硬的不溶性结晶固体污垢，所以在拜尔工艺液体中二氧化硅的累积成为问题。溶液中二氧化硅浓度的上升导致DSP沉淀趋势的上升。当固体DSP污垢在拜尔工艺的管道、容器、热交换装置和其它工艺设备中累积时，它形成流动瓶颈和阻碍物，对液体流量有不利影响。受其导热性质影响，热交换装置上的DSP污垢还会降低热交换效率。除此之外，若对溶液中的二氧化硅控制不佳，还会影响最终三水合氧化铝产物的质量，形成受SiO₂污染的氧化铝。

这些负面影响需要工厂采取一系列控制措施来减轻二氧化硅溶出对工艺运行的影响。对于污垢的形成，一个重要的问题是拜尔工艺设备需要大量停工时间。作为日常除垢操作的一部分，设备通常需要停工来去除累积的污垢。除此之外，DSP很难去除，去垢需要使用危险的浓酸例如硫酸。

另外，工厂通常还在拜尔工艺中增加一个“脱硅”步骤。这一步骤使得硅酸盐(以“游离”DSP固体的形式)从循环中可控去除，因而减少了二氧化硅在溶液中的积累。脱硅步骤通常在浸提步骤前进行，从拜尔工艺液体中去除某些二氧化硅。通常脱硅是这样一种过程，其包括将拜尔浆料保持在温度和停留时间都有利于二氧化硅以方钠石(DSP)颗粒的形式从溶液中沉淀出来的条件下。方钠石固体颗粒在所述条件下形成，然后能与其它不溶物(砂石，泥土)一起在现有的固液分离工艺中的下游被去除。通常通过控制条件来最大程度减少任何DSP污垢的形成和影响。

在国际公开申请WO 1996/006043和WO 2006/003470以及B.J.Robson在《轻金属》(Light Metals)(1998)第87页上公开发表的文章《二氧化硅产品控制选项》(Product Silica Control Options)和K.I.The在《轻金属》(Light Metals)(1998)第117页上公开发表的文章《一种对拜尔工艺液体进行后脱硅的新颖方法》(A Novel Approach to Post-Desilicating Bayer Process Liquor)中描述了脱硅步骤的某些实例。在脱硅过程中有效的操作和去除二氧化硅是车间操作人员用来控制溶液中二氧化硅的一个关键工艺。通过这种方式，操作人员可以减轻二氧化硅浓度高的不利影响，包括产物的污染和DSP污垢的形成。然而，这些脱硅步骤昂贵，而且从溶液中去除所有二氧化硅的效果不佳。作为结果，大量溶解的二氧化硅通常会传递到随后的拜尔工艺步骤中，仍然有形成DSP污垢和产物污染的可能性。因此，人们提出了其它一些策略来控制拜尔工艺中的DSP污垢。