[发明专利]从铝土矿中除去二氧化硅

说明书

本发明涉及铝土矿的脱硅方法。

铝土矿是生产氧化铝中所使用的含铝矿物的主要矿源。铝土矿含有水化形式的氧化铝，它们以几种结构形式存在，主要取决于水化水的分子数和结晶形式。大多数工业实用的铝土矿的沉积物包括三水铝矿(氧化铝三水合物)和/或勃姆石(氧化铝一水合物)和/或水铝矿。

氧化铝是通过采用拜耳(Bayer)法从铝土矿中提取的。概括地说，拜耳法包括使铝土矿与热的苛性钠溶液接触，溶解其中的氧化铝的步骤。如果铝土矿主要含三水铝矿，则一般可在100-150℃的温度下，使用苛性钠溶液从铝土矿中提取氧化铝。如果铝土矿主要含勃姆石或水铝石，则所要求的温度更高，一般达200-300℃。对于既含三水铝矿，又含勃姆石的混合铝土矿来说，可使用双消化法。

在进行消化后，将铝土矿/苛性钠溶液混合物分离成含溶解氧化铝(一般以铝酸钠的形式存在)的富集液和固体残渣(通常称为红泥)。将富集液供入沉淀环路中，在那儿进行冷却并用氧化铝三水合物的固体颗粒引晶，以诱发氧化铝三水合物从富集液中沉淀出来。将产生的沉淀浆料分离成废液料流和固态料流。粗粒固体代表产品，并被输送到煅烧阶段，将它们煅烧以产生氧化铝。细粒固体则作为晶种颗粒返回到沉淀环路中。废液被返回到消化步骤中，进一步与铝土矿接触。在消化和沉淀步骤之间，通常要进行一次或多次洗涤步骤，通常在将废液返回到消化步骤之前，必须进行蒸发，以获得所要求浓度的苛性钠。拜耳法已经在工业中使用了近100年，该方法对于本领域中熟练的技术人员来说是众所周知的。

铝土矿除了含有水化形式的氧化铝外，还包括几种杂质。主要的杂质是铁、钛和二氧化硅的化合物。铝土矿中存在的铁和钛在苛性钠溶液中通常是难溶的，对从铝土矿中选择性提取氧化铝几乎没有影响。这些化合物在消化后掺入红泥中。

铝土矿中存在的硅化合物主要以石英和以与氧化铝水化的复盐形式存在，例如高岭土。石英在苛性钠溶液中溶解缓慢，铝土矿中其它形式的二氧化硅可快速地溶解在消化步骤所使用的苛性钠溶液中。因此，含有大量二氧化硅的铝土矿难以进行处理。

铝土矿中存在的二氧化硅在消化铝土矿时至少会引起两个问题：

(i)二氧化硅作为复合钠铝硅酸盐溶解和再沉淀，由此消耗掉苛性苏打；和

(ii)复合钠铝硅酸盐在装置表面上再沉淀而引起污垢堆积。当污垢堆积在热交换表面上时，这个问题尤为严重。

现有技术试图解决有关铝土矿中二氧化硅的问题已经集中在控制步骤中抑制二氧化硅溶解或二氧化硅完全沉淀，以减少结垢遍及装置的其余部分。苛性苏打消耗和装置表面结垢问题彼此具有很大的独立性，二氧化硅含量低的铝土矿将消耗少量的苛性苏打，但是会产生大量的结垢问题，而二氧化硅含量高的铝土矿将消耗掉大量的苛性苏打，但是结垢量减少。由于这个原因，大多数现有技术在处理二氧化硅对拜耳法的影响时仅解决了问题的一个方面。现有技术中处理方式可概括为以下四个方面：1)预脱硅作用

大量的精炼包括在进行消化前的所谓预脱硅处理，其中，将铝土矿保持在约100℃的温度下6-18小时。这种处理的目的旨在使大部分的反应性二氧化硅转变成方钠石型钠铝硅酸盐，然后使其在消化期间起晶种作用，将剩余的反应性二氧化硅迅速地转变成方钠石型钠铝硅酸盐。进行预脱硅作用的条件，低的苛性钠和氧化铝浓度确保了在任何指定时间内仅占总反应性二氧化硅量极小部分的二氧化硅进入溶液中。预脱硅作用的初步目的是确保反应性二氧化硅向方钠石型钠铝硅酸盐的完全转变，以使得消化产生的富集液含有少量的溶解二氧化硅，因而降低氧化铝产品中的杂质含量和随后再加热废液期间的钠铝硅酸盐的结垢。这种处理对因二氧化硅反应消耗的苛性苏打的量没有影响。钠铝硅酸盐一般作为红泥的一种组分从拜耳厂排出。但是，有人提出在预脱硅作用后进行一个单独的钠铝硅酸盐的沉淀步骤。