[发明专利]减少拜耳法中的铝硅酸盐污垢

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为于2009年9月25日提交的悬而未决的申请第12/567116号的部分继续申请。

关于联邦政府资助研究或开发的声明

不适用

技术领域

本发明涉及物质的组合物，和使用它们处理多种工业生产液流中的污垢的方法，具体而言，涉及特定的基于硅烷的小分子，已经发现这些小分子对处理在拜耳法液流中的铝硅酸盐污垢特别有效。

背景技术

除了其它地方提及之外，如在美国专利第6,814,873号(将其内容以整体引用的方式并入)中所述，拜耳法被用于由铝土矿制备氧化铝。所述方法使用苛性碱溶液以从矾土中提取可溶的氧化铝价值物。在从矾土中溶解氧化铝价值物，并且从工业生产液流中除去不溶废料之后，可溶的氧化铝被沉淀为固体三水合氧化铝。然后，将称作“液体”和/或“废液”的残留的苛性碱溶液回收至所述方法的前期，并且用于处理新的矾土。因此，其形成了流体回路。基于该应用的目的，本说明书中定义了术语“液体”。然而，在流体回路内的液体的回收具有其自身的复杂性。

矾土通常包含多种形式和多种量的二氧化硅。一些二氧化硅为化学上惰性的，因此其不会被溶解，而会残留作为在拜耳回路内的固体物质。其它形式的二氧化硅(例如粘土)为反应性的，当加入到拜耳法的液体时溶解在苛性碱中，因此提高了在液体中的二氧化硅浓度。随着液体反复地流经拜耳法的回路，在液体中的二氧化硅的浓度进一步增加，最终到达其与铝和苏打反应以形成不溶的铝硅酸盐颗粒的点。观察到的铝硅酸盐固体以至少两种形式，方钠石和钙霞石。这些和其它形式的铝硅酸盐通常被称作，以及基于本申请定义的目的，术语“脱硅产物”或“DSP”。

DSP可以具有分子式3(Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·0-2H₂O)·2NaX，其中，X表示OH^-、Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-。由于DSP具有逆溶解度(在更高的温度下沉淀增加)，以及其可以沉淀为小尺度的不溶的晶状固体，其在拜耳法设备中的积聚是存在问题的。随着DSP在拜耳法管道、容器、换交换设备和其它处理设备中积聚，其形成流动瓶颈和障碍，并且可以不利地影响液体生产量。此外，由于其热传导性能，在热交换器表面上的DSP污垢降低了热交换器的效率。

这些不利效果通常通过除垢体制而被克服，其涉及使工艺设备离线并物理或化学地处理污垢并除去。这种体制的结果是关键设备的大量的和定期的停工期。此外，作为部分的除垢工艺，通常采用例如硫酸的有害的浓酸的使用，而这构成了不合意的安全性风险。

另一方式为拜耳法操作员设法应付液体中二氧化硅浓度的积聚，而故意沉淀DSP作为游离晶体而非作为污垢。通常在拜耳法中的“脱硅”步骤被用于通过使二氧化硅沉淀为DSP，游离的沉淀物，而降低在溶液中的二氧化硅的浓度。尽管脱硅降低了液体内的总的二氧化硅浓度，但是从溶液中彻底除去所有的二氧化硅是不现实的，并且在回路的各个部分改变工艺条件(例如在热交换器内)可以导致DSP溶解度的变化，导致随之发生沉淀为污垢。

之前在拜耳法中控制和/或减少DSP污垢方面的尝试已经包括加入含有键接到一个硅原子的三个烷氧基基团的聚合物材料，如在美国专利第6,814,873B2号、美国公开的申请第2004/0162406A1号、第2004/0011744A1号、第2005/0010008A2号、国际公开的申请第WO2008/045677A1和公开的文献Max WT^TM Sodalite Scale Inhibitor:Plant Experience and Impact on the Process,作者，Donald Spitzer等，第57-62页,Light Metals2008,(2008)中所述，所有这些内容以整体引用的方式并入。

然而，这些三烷氧基硅烷-接枝的聚合物的制备和使用可能涉及不合意程度的粘度，使得聚合物通过拜耳法液体的处理和分散存在问题。在美国专利第5,650,072号和第5,314,626号中描述了专注于污秽物的积聚之前的其它的尝试，将二者以整体引用的方式并入。