[发明专利]在拜耳工艺过程中利用交联多糖回收三水合氧化铝

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无

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不适用

发明背景

本发明涉及一种用于改进由铝土矿矿石生产氧化铝的拜耳工艺(拜耳法，Bayer process)的方法。本发明涉及利用交联多糖特别是交联葡聚糖或交联二羟丙基纤维素来改善拜耳工艺中的单元操作的性能，尤其是增强三水合氧化铝晶体的沉降。

在典型的用于生产三水合氧化铝的拜耳工艺中，铝土矿矿石被粉碎，用苛性碱溶液制浆，然后在高温和高压下被蒸煮。苛性碱溶液溶解铝的氧化物，形成铝酸钠水溶液。铝土矿矿石的不溶于苛性碱的成分随后与含有溶解的铝酸钠的水相分离。从溶液中沉淀出固体三水合氧化铝产物且收集为产品。

正如在美国专利第6,814,873号中除了其他位置的至少部分所描述的，拜耳工艺在不断地发展且业内采用的针对该方法的不同步骤的特定技术不仅从一家工厂到另一家工厂不同，而且通常还作为商业秘密持有。作为更详细的，但并不全面的拜耳工艺的实例，粉碎过的铝土矿矿石可以被供给到浆料混合器中，在该浆料混合器中制备含水浆料。浆料补充溶液(slurry makeup solution)通常是废液(下面描述的)和所添加的苛性碱溶液。此铝土矿矿石浆料随后通过蒸煮器或一系列蒸煮器，在蒸煮器中，可用的氧化铝作为苛性碱可溶的铝酸钠从矿石中释放。接着采用一系列闪蒸罐冷却蒸煮过的浆料，例如冷却至约220°F，在所述闪蒸罐中回收热和冷凝物。离开闪蒸操作的铝酸盐液体包含不溶性固体，该固体由在蒸煮后留下的不溶性残渣组成或该固体是蒸煮期间被沉淀。可以用“沉沙池”、旋流器或其他装置从铝酸盐液体中移除较粗的固体颗粒。可以先通过沉降，然后通过过滤(如果需要的话)从液体中分离出较细的固体颗粒。

接着进一步冷却净化过的铝酸钠液体并用三水合氧化铝晶体接种以引起呈三水合氧化铝，Al(OH)₃形式的氧化铝的沉淀。三水合氧化铝颗粒或晶体随后被分级成不同尺寸的部分并与苛性碱液体分离。剩余的液相，废液，返回至最初的蒸煮步骤并在与苛性碱重新组合后用作蒸煮剂(digestant)。

在整个工艺中，关键步骤之一是从净化过的铝酸钠液体中沉淀出三水合氧化铝。在移除不溶性固体而得到净化过的铝酸钠液体(也称为“绿色液体”)后，通常将该液体加装到合适的沉淀罐或一系列沉淀罐中，然后用再循环的细三水合氧化铝晶体接种。在沉淀罐中，在搅拌下冷却以导致氧化铝从溶液中作为三水合氧化铝沉淀。细颗粒三水合氧化铝用作晶种，其提供成核位点并附聚在一起且生长而成为此沉淀工艺的一部分。

三水合氧化铝晶体形成(三水合氧化铝晶体的成核、附聚和生长)，及其沉淀和收集是经济地回收拜耳工艺铝值的关键步骤。拜耳工艺操作者努力优化他们的晶体形成和沉淀方法，以便由拜耳工艺产生最大可能的产物收率，同时产生特定粒度分布的晶体。相对大的粒度有益于随后的回收铝金属所需的处理步骤。过小的三水合氧化铝晶体或细粒通常并不用于生产铝金属，而代替地被回收用作细颗粒的三水合氧化铝晶种。因此，沉淀的三水合物晶体的粒度决定了材料是否最终被用作产品(较大的晶体)或用作晶种(较小的晶体)。因此，不同尺寸的三水合物颗粒的分级和捕集是拜耳工艺中重要的步骤。

在拜耳工艺中，这种三水合氧化铝晶体分离或回收为产品或用作沉淀晶种通常通过沉降、旋风分离、过滤和/或这些技术的组合来实现。粗颗粒容易沉降，而细颗粒缓慢沉降。通常，工厂将使用两步或三步沉降以便将三水合物颗粒分级成对应于产品和晶种的不同的粒度分布。具体地，在分级的最后一步中，沉降容器通常用于捕集和沉降细晶种颗粒。在分级系统的沉降步骤内，絮凝剂可以用于提高颗粒捕集和沉降速率。

最后的分级步骤的溢流作为废液返回至工艺中。此废液将经历热交换和蒸发并最终返回在蒸煮中使用。因此，在此最终的沉降步骤中汇集到溢流内的任何三水合物颗粒在工艺中将不会再被用作晶种或产品。实际上，这样的材料在工艺内再循环，产生低效率。因此，为了使工艺效率最大化，重要的是在分级的最后一步的溢流中获得最低可能的固体浓度。

例如，正如在美国专利第5,041,269号中描述的，常规的技术采用了添加合成的水溶性多糖絮凝剂和/或葡聚糖絮凝剂来改进分级工艺中三水合氧化铝颗粒的沉降特性并降低了废液中的固体量。虽然多种絮凝剂通常用于拜耳工厂的三水合物分级系统内，但是高度期望尽可能地减少固体损失和废液。

因此，存在对改进拜耳工艺中的沉淀三水合氧化铝的分级和絮凝的方法的明确的需求和应用。这样的改进将提高由铝土矿矿石来生产氧化铝的效率。