[发明专利]表面活性剂组合用作三水合氧化铝脱水助剂的协同效应

说明书

背景技术

本发明涉及用于改善矿物浆料脱水的方法和组合物。具体地，本发明涉及用于拜耳法中的脱水助剂的组合物和应用，目的是减少过滤和洗涤过的铝水合物中的水分。在用于制造三水合氧化铝的常规拜耳法中，粉碎矾土矿石，用苛性碱溶液形成浆料，然后在高温高压下消化。苛性碱溶液溶解了铝的氧化物，形成铝酸钠水溶液。然后将矾土矿石中苛性碱不溶的成分与包含已溶解的铝酸钠的水相分离。将固体三水合氧化铝产物从溶液中沉淀并收集作为产品。

如至少已部分说明的，在其它地方，在美国专利6,814,873中，拜耳法是不断发展的，且工业中使用的该方法中各步骤的具体技术不仅在工厂间不同，而且通常作为商业秘密保护。作为更具体的，但不是理解性的拜耳法的实例，在制备含水浆料时，可将粉碎的矾土矿石进料到浆料搅拌器中。浆料组成溶液通常为已失效的液体(下文说明)和加入的苛性碱溶液。然后使该矾土矿石浆料通过一个消化器或一组消化器，在消化器中可得到的氧化铝从矿石中释放为可溶于苛性碱的铝酸钠。然后，用一组闪蒸罐将已消化的浆料冷却，例如冷却至约220°F，闪蒸罐中热量和冷凝物可回收。离开闪蒸操作的铝酸盐液体包含不溶的固体，该固体由消化后留下的或消化期间沉淀出的不溶残留物组成。用“分沙器”、旋风器或其它装置将粗固体颗粒从铝酸盐液体中分离出。需要时，可首先通过静置然后过滤将细固体颗粒与液体分离。

然后，将澄清的铝酸钠液体进一步冷却，并用三水合氧化铝晶体作为晶种诱导氧化铝以三水合氧化铝(Al(OH)₃)的形式沉淀。再将三水合氧化铝颗粒或晶体分成不同尺寸组分并与苛性碱液体分离。剩下的液相，废液体返回到初始消化步骤，并在与苛性碱重构后用作消化剂。

在整个方法中，关键步骤之一是从已澄清的铝酸钠液体中沉淀三水合氧化铝的步骤。在去除不溶的固体以提供澄清的铝酸钠液体(也称作“绿色液体”)后，通常将其注入一个适宜的沉淀罐或一组沉淀罐，并用再循环的细三水合氧化铝晶体作为晶种。在沉淀罐中，在搅拌下使其冷却以促使氧化铝以三水合氧化铝从溶液中沉淀。细三水合氧化铝颗粒在该方法中重复使用并作为晶种晶体，其提供晶核形成位点并在部分沉淀过程中一起聚集并生长。分离沉淀步骤产生的较大尺寸的颗粒直接用作三水合物产品，或者更通常经过煅烧步骤处理，产生固体的氧化铝(Al₂O₃)产物。

拜耳法中的关键步骤是将三水合物晶体分成不同尺寸组分(晶种和产物尺寸材料)及随后的晶体与它们从中沉淀出的液体分离。液体的去除通常通过过滤和水洗涤步骤实现。这种过滤和洗涤过程可用于晶种晶体和/或产物尺寸的三水合氧化铝，但最关键地常用于产品尺寸的氧化铝。由于得到最大量的氧化铝需要已煅烧的产品中钠含量最低，所以产品尺寸的三水合氧化铝只含有微量的苛性钠液体残留在滤饼中是关键的。因此，产品尺寸的三水合氧化铝晶体通常经受一系列水洗步骤以去除苛性钠。然而，滤饼中残留的水分也会给生产者产生难题，因为当出现过滤过的三水合物产品的水分含量增大时，随后的三水合物的加热和煅烧要求更多的能量输入。结果，氧化铝生产者目的在于是三水合氧化铝产品的水分含量最小。脱水助剂通过减少三水合物水分而被氧化铝工业广泛应用以提高过滤效率。由于水分量降低且煅烧中能耗低，通过改善水合物的脱水和除液体可实现工厂的显著节约。宽范围的变化影响水合物的脱水。这些包括浆料温度、滤液表面张力、固体/液体接触角、滤饼上的压力梯度和粒径分布及形状。

如至少已部分说明的，在其它地方，在美国专利5011612中，基于多种表面活性剂化学的脱水助剂产品的范围对熟知本领域的那些人是可获得的或公知的。这种产品包括含有烷基硫代琥珀酸酯、烷基芳基磺酸酯、乙氧基化醇或脂肪酸的表面活性剂和/或表面活性剂共混物。在中国专利申请CN200910243379和科技文献The Use of Surfactant Mixtures in the Dewatering of Alumina Trihydrate，by D.J.Fox et al，School of Chemical Engineering and Industrial Chemistry，University of New South Wales，Australia(1987)pp.159-163中提及了其实例。其它包括美国专利5,167,831中将至少12个碳原子的脂肪酸与非离子表面活性剂混合使用。尽管这些脱水助剂产品中许多是有效的，在拜耳工厂的下游处理步骤中因这些材料的成本和/或负面影响方面，对工业仍是难题。因此，仍然存在对能用于拜耳法的改善脱水助剂的范围和性能的方法的明显需求和应用。