从铝土矿中除去二氧化硅制造技术

本发明专利技术公开了从铝土矿中除去二氧化硅的方法。该方法包括使铝土矿与苛性钠溶液混合，以形成混合物并溶解和稳定至少大部分从铝土矿中溶出的反应性二氧化硅的步骤。选择高苛性钠浓度和高氧化铝含量的苛性钠溶液。该方法还包括将混合物分离成含固体的组合和含大量溶解二氧化硅的溶液。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
从铝土矿中除去二氧化硅本专利技术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。以Roberts名义申请，转让给Reynolds金属公司的US3413087公开了一种从铝土矿中提取氧化铝的拜耳法，包括在进行消化前有一个预脱硅步骤，用以溶解二氧化硅。在预脱硅步骤中，将铝土矿与含苛性钠的废液或强碱水混合。溶液中苛性钠的存在量不足以溶解铝土矿中所有的可溶性氧化铝，但是足以基本上溶解铝土矿中所有的可溶性二氧化硅。但是，在任何时间内，-->只有少量的可溶性二氧化硅进入溶液中。在预脱硅阶段(在该专利中称为预消化阶段)，使浆料(含铝土矿和溶液)在150°F至消化步骤所使用的温度下保持一段时间(例如30分钟至12小时)，以使溶解的二氧化硅结晶和并作为复合钠铝硅酸盐脱硅产品沉淀。该专利说明了脱硅产品(DSP)的结晶会使溶解的二氧化硅优先沉淀在DSP颗粒上，而不是在其它表面上，例如热交换表面上。在消化系统中浆料的湍流也能起清洁热交换表面的作用。DSP是难溶的，并使得浆料通过消化阶段时不会在热交换表面上结垢。在消化后，除去红泥残渣中的DSP。USSR，Leningrad矿业研究所的Eremin的文献，题目为“用湿法冶金学方法精选低品位铝土矿”(在会议文集(Proc.Conference)中：到2000年的氧化铝生产，Tihany，Hungary，1981年10月6-9日，第135-142页)公开了从铝土矿中溶解二氧化硅组分所进行的研究。根据这些研究，该文献断言铝土矿脱硅作用应该在约80-90℃，高液/固比和中等苛性钠浓度(100-150g/lNa2O，相当于按Na2CO3计为170-260g/l)下进行。该文献给出了供参考的以下处理步骤：在进行拜耳法消化处理前，溶解部分反应性二氧化硅。接着对进入溶液中的反应性二氧化硅进行沉淀，以产生可分离的硅酸铝物质。但是，该文献强调了在实施该方法时的一些主要局限，因为溶液中稳定的二氧化硅含量决不会超过再循环拜耳溶液中所要求的量，即高于约2.5gpL，因此，对于二氧化硅含量高的铝土矿而言，在实际溶液与铝土矿的比例下，限制了二氧化硅溶解的效率。因此，在由Eremin提供的最佳试验中，只有约50％的反应性二氧化硅被除去。对此，Eremin提出了采用铝土矿预煅烧步骤，以便将铝土矿中的二氧化硅活化和氧化铝钝化以致可以得到更好的选择性。2)低温消化现有技术中公开的许多方法旨在降低反应性二氧化硅的溶解。这些方法是基于在低温下消化铝土矿，停留时间极短，刚好足以提取氧化铝，但是不足以完全地将反应性二氧化硅转变成DSP。提取氧化铝所需的温度应使脱硅反应仍能极快地进行，以致使得当溶液中二氧化硅的含量最高时，几乎不能实现从固态残渣中基本上除去二氧化硅的固-液分离的目的。为了减少二氧化硅转变为DSP或溶解，需要将消化温度限制到最高150℃，这意味着该方法仅适用于处理三水铝矿铝土矿。通过降低二氧化硅的溶解，使得苛性钠的-->消耗仅有限地被降低。当其中含有大量的二氧化硅(通常为2-3g/l)时，在分离泥浆后，必须分别对富集液进行脱硅处理。以Grubbs名义申请的、转让给美国Aluminium公司的US4661328公开了提纯富含氧化铝矿的方法，该矿物含有5％(重量)以上的反应性二氧化硅。该方法包括以下步骤：将矿物与二氧化硅和铝酸钠的消化水溶液混合，在80-150℃的温度下消化混合物，以溶解氧化铝，同时抑制反应性二氧化硅从矿物中溶解出来。可将铝土矿与消化水溶液混合，所述消化水溶液几乎被二氧化硅和氧化铝饱和。在该方法中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
由制备氧化铝的拜耳法消化步骤的原料中除去反应性二氧化硅的方法，包括以下步骤： （ａ）在下列工艺条件下，使拜耳法原料与苛性钠溶液接触，将至少５０％二氧化硅溶解并稳定到溶液中，浓度至少为３ｇｐＬ，并且从溶解二氧化硅的溶液中没有明显量的沉淀： （ｉ）工艺出口处溶液组成： －－苛性钠浓度（按Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］计）大于２５０ｇｐＬ －－氧化铝浓度（按Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］计）大于１２５ｇｐＬ。 （ｉｉ）温度：６０－１２５℃； （ｉｉｉ）接触时间：大于２０分钟； 和 （ｂ）从二氧化硅溶解步骤（ａ）的固体残渣中分离出载带二氧化硅的溶液，条件是不要促进二氧化硅的明显沉淀。

【技术特征摘要】
AU 1996-11-20 PO37621.由制备氧化铝的拜耳法消化步骤的原料中除去反应性二氧化硅的方法，包括以下步骤：(a)在下列工艺条件下，使拜耳法原料与苛性钠溶液接触，将至少50％二氧化硅溶解并稳定到溶液中，浓度至少为3gpL，并且从溶解二氧化硅的溶液中没有明显量的沉淀：(i)工艺出口处溶液组成：    --苛性钠浓度(按Na2CO3计)大于250gpL    --氧化铝浓度(按Al2O3计)大于125gpL。(ii)温度：60-125℃；(iii)接触时间：大于20分钟；和(b)从二氧化硅溶解步骤(a)的固体残渣中分离出载带二氧化硅的溶液，条件是不要促进二氧化硅的明显沉淀。2.根据权利要求1的方法，其中在二氧化硅溶解步骤(a)的处理条件下，从原料中消化的氧化铝低于20％。3.根据权利要求1或2的方法，还包括在促进硅酸铝沉淀的条件下，处理来自分离步骤(b)载带二氧化硅的溶液以形成固态硅酸铝产品，所述产品无大量的原料中的所有其它组分存在。4.根据权利要求3的方法，其中沉淀条件包括一种或多种的添加晶种、加热、稀释和添加添加剂。5.根据上述任一项权利要求的方法，其中二氧化硅溶解步骤(a)的处理条件使至少80％的二氧化硅溶解并稳定到溶液中。6.根据权利要求5的方法，其中二氧化硅溶解步骤(a)的处理条件使至少90％的二氧化硅溶解并稳定到溶液中。...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J霍利特，安东尼J克里斯普，沃伦S斯泰克，杰勒德M罗，达伦P罗达，
申请(专利权)人：科马尔柯铝制品有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]