專利名稱：在拜耳工藝過程中使用硬葡聚糖回收三水合氧化鋁的制作方法
在拜耳工藝過程中使用硬葡聚糖回收三水合氧化鋁相關申請的交叉引用無有關聯邦政府資助的研究或開發的聲明不適用
背景技術：
本發明涉及一種用于改進由鋁土礦礦石生產氧化鋁的拜耳工藝(拜耳法，Bayerprocess)的方法。本發明涉及使用硬葡聚糖來改進拜耳工藝中的單元操作的性能，特別是增強細三水合氧化鋁晶體的沉降。在典型的用于生產三水合氧化鋁的拜耳工藝中，鋁土礦礦石被粉碎，用苛性堿溶液制漿，然后在高溫和高壓下被蒸煮。苛性堿溶液溶解鋁的氧化物，形成鋁酸鈉水溶液。鋁土礦礦石的不溶于苛性堿的成分隨后與含有溶解的鋁酸鈉的水相分離。從溶液中沉淀出固體三水合氧化鋁產物且收集為產品。正如在美國專利第6，814，873號中除了其他位置的至少部分所描述的，拜耳工藝在不斷地發展且業內采用的針對該方法的不同步驟的特定技術不僅從一家工廠到另一家工廠不同，而且通常還作為商業秘密持有。作為更詳細的，但并不全面的拜耳工藝的實例，粉碎過的鋁土礦礦石可以被供給到漿料混合器中，在該漿料混合器中制備含水漿料。漿料補充溶液(slurry makeup solution)通常是廢液(下面描述的)和所添加的苛性堿溶液。此鋁土礦礦石漿料隨后通過蒸煮器或一系列蒸煮器，在蒸煮器中，可用的氧化鋁作為苛性堿可溶的鋁酸鈉從礦石中釋放。接著`采用一系列閃蒸罐冷卻蒸煮過的漿料，例如冷卻至約220F，在所述閃蒸罐中回收熱和冷凝物。離開閃蒸操作的鋁酸鹽液體包含不溶性固體，該固體由在蒸煮后留下的不溶性殘渣組成或該固體是蒸煮期間被沉淀。可以用“沉沙池”、旋流器或其他裝置從鋁酸鹽液體中移除較粗的固體顆粒。可以先通過沉降，然后通過過濾(如果需要的話)從液體中分離出較細的固體顆粒。接著進一步冷卻凈化過的鋁酸鈉液體并用三水合氧化鋁晶體接種以引起呈三水合氧化鋁，Al (OH)3B式的氧化鋁的沉淀。三水合氧化鋁顆粒或晶體隨后被分級成不同尺寸的部分并與苛性堿液體分離。剩余的液相，廢液，返回至最初的蒸煮步驟并在與苛性堿重新組合后用作蒸煮劑(digestant)。在整個工藝中，關鍵步驟之一是從凈化過的鋁酸鈉液體中沉淀出三水合氧化鋁。在移除不溶性固體而得到凈化過的鋁酸鈉液體(也稱為“綠色液體”)后，通常將該液體加裝到合適的沉淀罐或一系列沉淀罐中，然后用再循環的細三水合氧化鋁晶體接種。在沉淀罐中，在攪拌下冷卻以導致氧化鋁從溶液中作為三水合氧化鋁沉淀。細顆粒三水合氧化鋁用作晶種，其提供成核位點并附聚在一起且生長而成為此沉淀工藝的一部分。三水合氧化鋁晶體形成(三水合氧化鋁晶體的成核、附聚和生長)，及其沉淀和收集是經濟地回收拜耳工藝鋁值的關鍵步驟。拜耳工藝操作者努力優化他們的晶體形成和沉淀方法，以便由拜耳工藝產生最大可能的產物收率，同時產生特定粒度分布的晶體。相對大的粒度有益于隨后的回收鋁金屬所需的處理步驟。過小的三水合氧化鋁晶體或細粒通常并不用于生產鋁金屬，而代替地被回收用作細顆粒的三水合氧化鋁晶種。因此，沉淀的三水合物晶體的粒度決定了材料是否最終被用作產品(較大的晶體)或用作晶種(較小的晶體)。因此，不同尺寸的三水合物顆粒的分級和捕集是拜耳工藝中重要的步驟。在拜耳工藝中，這種三水合氧化鋁晶體分離或回收為產品或用作沉淀晶種通常通過沉降、旋風分離、過濾和/或這些技術的組合來實現。粗顆粒容易沉降，而細顆粒緩慢沉降。通常，工廠將使用兩步或三步沉降以便將三水合物顆粒分級成對應于產品和晶種的不同的粒度分布。具體地，在分級的最后一步中，沉降容器通常用于捕集和沉降細晶種顆粒。在分級系統的沉降步驟內，絮凝劑可以用于提高顆粒捕集和沉降速率。最后的分級步驟的溢流作為廢液返回至工藝中。此廢液將經歷熱交換和蒸發并最終返回在蒸煮中使用。因此，在此最終的沉降步驟中匯集到溢流內的任何三水合物顆粒在工藝中將不會再被用作晶種或產品。實際上，這樣的材料在工藝內再循環，產生低效率。因此，為了使工藝效率最大化，重要的是在分級的最后一步的溢流中獲得最低可能的固體濃度。例如，正如在美國專利第5，041，269號中描述的，常規的技術采用了添加合成的水溶性多糖絮凝劑和/或葡聚糖絮凝劑來改進分級工藝中三水合氧化鋁顆粒的沉降特性并降低了廢液中的固體量。雖然多種絮凝劑通常用于拜耳工廠的三水合物分級系統內，但是高度期望盡可能地減少固體損失和廢液。因此，存在對改進拜耳工藝中的沉淀三水合氧化鋁的分級和絮凝的方法的明確的需求和應用。這樣的改進將提高由鋁土礦礦石來生產氧化鋁的效率。本部分描述的技術并不意圖構成對本文提到的任何專利、公布或其他信息相對于本發明是“現有技術”的承認，除非明確這樣表示。此外，本部分不應該被解釋為意味著已經進行了檢索或不存在如37CFR§1. 56(a)中定義的其他相關信息。發明概述本發明的至少一個實施方案涉及一種用于在拜耳工藝中沉降三水合氧化鋁的方法。該工藝包括向系統中添加有效量的硬葡聚糖。當與此工藝中采用的常規絮凝劑的使用相比，這種硬葡聚糖的使用導致改進的三水合氧化鋁的沉降。本發明的至少一個實施方案涉及一種生產氧化鋁的方法，包括向拜耳工藝流體流的液體添加含有一種或多種多糖的組合物，所述多糖中的一種是硬葡聚糖。所述組合物可以在所述氧化鋁生產工藝的三水合物分級工序中被添加到所述液體。所述組合物在所述工藝中發生固液分離的一個或多個位置處被添加到所述液體。添加位置可以有利于在所述工藝中抑制一種或多種三水合氧化鋁晶體的成核速率。添加位置可以有利于降低所述工藝中的結垢速率。組合物可以改進三水合氧化鋁螯合的速率。本發明的至少一個實施方案涉及一種包含硬葡聚糖和拜耳液體的組合物。
發明詳述基于本申請的目的，這些術語的定義如下所示“硬葡聚糖”是由β-1，3-D-葡萄糖殘基以及每三個主殘基一個i3-l，6_D-葡萄糖側鏈組成的多糖。“液體”或“拜耳液體”是已在工業設施內經過拜耳工藝的液體介質。如果上述定義或在本申請其他任何地方所提及的描述與通常使用的含義、字典中的含義或通過引用并入到本申請中的資料所述的含義(明確的或暗含的)不一致，那么本申請且尤其是權利要求中的術語應被理解為根據本申請中的定義和描述來解釋，而不是根據常用的定義、字典的定義或通過引用并入的定義來解釋。鑒于上文，如果術語僅可以按照字典的解釋被理解，如果術語由 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology,第5版，(2005)，(由Wiley, John&Sons, Inc.出版)來定義，那么此定義將控制該術語在權利要求中如何被定義。在至少一個實施方案中，一種用于提取三水合氧化鋁的工藝包括，在堿性液體中蒸煮預處理過的鋁土礦礦石以產生懸浮在堿性液體中的紅泥固體和鋁酸鹽的漿料，然后從堿性液體懸浮液中傾析紅泥固體以產生傾析液體；所述傾析液體通過安全過濾(securityfiltration)以移除全部固體，沉淀并產生含有三水合氧化鋁固體的漿料，隨后添加多糖來絮凝和沉降該漿料。較大的三水合物顆粒經歷煅燒工藝以產生純化的氧化鋁，而較細的顆粒被重新用作沉淀工藝的晶種。在至少一個實施方案中，在該工藝中的三水合物固體的優選絮凝劑是硬葡聚糖或硬葡聚糖與一種或多種其他多糖諸如葡聚糖的共混物。添加0.1到IOOppm范圍內的絮凝齊U。最優選的絮凝劑添加量的范圍是0.1到lOppm。正如美國專利第6，726，845 號、第 3，085，853 號、第 5，008，089 號、第 5，041，269號、第5，091，159號、第5，106，599號、第5，346，628號和第5，716，530號以及澳大利亞專利第5310690號和第737191號中描述的，之前已經在拜耳工藝中使用了諸如葡聚糖的多糖。但是，與常規的多糖或其他試劑相比，使用硬葡聚糖產生極佳的且出人意料的改進的活性。在至少一個實施方案中，所述組合物在所述三水合氧化鋁生產工藝的三水合物分級工序中被添加到所述液體。所述組合物在拜耳工藝中發生固液分離的一個或多個位置處被添加到所述液體。在至少一個實施方案中，`所述組合物在拜耳工藝中的一個或多個位置處被添加到所述液體，在這些位置其抑制所述工藝中的一種或多種三水合氧化鋁晶體的成核速率。在至少一個實施方案中，所述組合物在拜耳工藝中的一個或多個位置處被添加到所述液體，在這些位置其降低所述工藝中的結垢速率。在至少一個實施方案中，所述組合物在拜耳工藝中的一個或多個位置處被添加到所述液體，在這些位置其促進所述工藝中的紅泥凈化。在至少一個實施方案中，所述組合物可以結合共同擁有的且至少部分共同發明的律師案號為 8326 且題目為 “THE RECOVERY OF ALUMINA TRIHYDRATE DURING THE BAYERPROCESS USING CROSS-LINKED POLYSACCHARIDES”的在審專利申請中公開的任何組合物和方法被添加或根據該在審專利申請中公開的任何組合物和方法被添加。
實施例通過參考下面的實施例可以更好地理解前述內容，實施例是為了闡釋的目的而不是意在限制本發明的范圍。在下面給出的實施例內，使用了多種含有不同比的硬葡聚糖和葡聚糖的溶液。將這些共混物的性能與單獨使用時的硬葡聚糖和/或葡聚糖的性能進行比較。表I給出了所測試的組合制劑的組成。當引用這樣的共混物的用量時，這指的是添加到工藝中的硬葡聚糖加上葡聚糖的總量。表1.實施例中使用的共混制劑的組分比
權利要求
1.一種生產氧化鋁的方法，包括向拜耳工藝流體流的液體添加含有一種或多種多糖的組合物，所述多糖中的一種是硬葡聚糖。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述組合物在所述氧化鋁生產工藝的三水合物分級工序中被添加到所述液體。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述組合物在所述工藝中發生固液分離的一個或多個位置處被添加到所述液體。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述組合物在一個或多個位置處被添加到所述液體且由此降低了所述工藝中的一種或多種三水合氧化鋁晶體的成核速率。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述組合物在一個或多個位置處被添加到所述液體且由此降低所述工藝中的結垢速率。
6.如權利要求1所述的方法，其中通過向所述工藝的所述液體添加權利要求1中的所述組合物的組合物添加改進了三水合氧化鋁工藝的三水合氧化鋁螯合的收率。
7.如權利要求1所述的方法，還包括添加至少一種交聯多糖。
8.—種組合物,包含硬葡聚糖和拜耳液體。
全文摘要
本發明提供了一種用于改進氧化鋁的生產的方法和組合物。本發明包括向生產工藝的流體工序內的液體中添加含有一種或多種多糖的產品，所述多糖中的一種或多種是硬葡聚糖。使用硬葡聚糖可以賦予包括至少一些下述優勢的諸多優勢更好的絮凝效果、增加的最大有效用量、更快的沉降速率。生產工藝可以是拜耳工藝。
文檔編號B01D21/01GK103068734SQ201180038665
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月3日 優先權日2010年8月9日
發明者R·T·切斯特, J·D·基爾迪, 王婧, H·E·博德, X·H·李 申請人:納爾科公司