CN102502732A - 一种拜尔法高浓度铝酸钠溶液的净化方法 - Google Patents

Abstract

一种拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，将高浓度铝酸钠溶液加热活化到80℃~120℃，强烈机械搅拌，向铝酸钠溶液中加入净化剂，净化剂为氧化钙、氧化镁、煅烧白云石中的一种以上，使溶液中的硅、铁和有机物及一些有色物质被脱除，然后，过滤分离硅渣和不溶物，得到净化脱色的铝酸钠溶液，净化脱色后的铝酸钠溶液的吸光度小于0.30。采用本发明的方法，可以一步法深度脱硅、除铁和脱除有色有机物杂质等，净化脱色后的铝酸钠溶液的吸光度小于0.30。

Description

一种拜尔法高浓度铝酸钠溶液的净化方法

技术领域

本发明涉及一种拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，属于轻金属冶金领域，具体为一种高浓度铝酸钠溶液一步法深度脱硅、除铁和脱除有色有机物杂质的方法。

背景技术

在拜尔法氧化铝生产过程中，由于铝酸钠溶液中碱浓度（Na₂OK>150g/L）、氧化铝浓度高（Al₂O₃>165g/L），因而溶液中二氧化硅浓度高（SiO₂>0.6g/L），介稳性高，脱硅难。同时，铝酸钠溶液经过无数次的循环，各种杂质都可能进入母液，有的杂质会在铝酸钠溶液中积累，使得铝酸钠溶液成份十分复杂，也使溶液呈现一定的颜色，可呈深褐色、红色或橙色等。这些杂质在种分过程中降低种分分解率，降低产品纯度，并使产品带颜色，不能满足特殊用途的氧化铝（氢氧化铝）的要求。

    为满足拜尔法高浓度铝酸钠溶液种分生产高白氢氧化铝的要求，并满足工艺简单的要求，必须同步脱硅、除铁和脱有色有机物。以拜尔法处理一水铝石，三水铝石或混和型铝土矿时，铝酸钠溶液中SiO₂浓度介于0.6~1.4g/L间，浮游浓度大于0.05g/L，铁浓度介于0.02~0.1g/L间，总有机碳大于1g/L。由于铝酸钠浓度高，能生成铝硅酸根离子，因而二氧化硅介稳性好，难以生成硅渣，导致脱硅难；组分浓度高，杂质多且含量较高，导致溶液中铁的存在形态复杂，脱铁难； 同时，组份浓度高，溶液粘度高，溶液中有机物多，界面活性不明确，因而经济地脱除有机物难。尽管目前针对铝酸钠溶液杂质含量、种分产品用途分别提出了脱硅、除铁或除有机物的方法，但没有针对高浓度铝酸钠溶液中存在的二氧化硅、铁、有机物等杂质提出一步法净化工艺或方法。

专利文献CN101857254A和CN1569639针对烧结法高浓度（Al₂O₃130~170g/L）粗液（SiO₂>5g/L），通过晶种活化处理或加入赤泥等，可以将脱硅后二氧化硅降低至~1g/L左右，溶液铝硅质量比达300。

专利文献CN101058433A公开了一种拜尔法溶液中有机物的净化方法，向铝酸钠溶液中加入硫酸钠、碳酸钠、铝酸钙、草酸钠或氧化铝焙烧窑灰中的一种或两种以上的混合物作为结晶添加剂，再降温结晶，使其中草酸钠等有机物随添加剂的结晶而析出，分离结晶物而净化铝酸钠溶液。

专利文献CN1377829A公开了一种从拜尔法铝酸钠溶液中清除有机物的工艺，向铝酸钠精液中加入2~8g/L的氧化钙，进行置换和吸附反应，液固分离后，可清除草酸钠（以C₂O₄ ^2-）的70~80%。

日本的住友化学株式会社公开了一种脱色的铝酸钠水溶液的制造方法（中国专利公开号CN1010624200A）将固体氧化镁和氢氧化铝加入到低浓度铝酸钠溶液浆料中，在130℃以上的温度进行热处理，然后分离固体成分。

专利文献CN101792162A公开了一种铝酸钠溶液复合脱色方法，将铝酸钠溶液加入反应槽中，向反应槽中加入活性炭负载的TiO₂催化剂，用紫外线照射处理，并向处理后的铝酸钠溶液中通入臭氧进行处理。

专利文献CN101580293针对现有烧结法一段脱硅后的溶液，通过加入石灰乳，使溶液中铁、硅以水化石榴石或铁水化石榴石结晶析出，钒酸根、铬酸根、氟离子及有机物形成钙盐结晶析出，溶液消光值低于0.45。

国外较多专利（US5093092，US4275043，US5068095，WO97/03924，WO00/7573A1）针对铝酸钠溶液中草酸钠、腐植酸钠等有机物，加入含钙、含镁、含铝等吸附剂，消除有机物的影响。这些专利中没有涉及脱硅、除铁问题，同时大多都针对三水铝石型铝土矿生产氧化铝的工艺，其铝酸钠溶液氧化铝浓度较低（Al₂O₃<170g/L）。

以上方法要么是针对烧结法铝酸钠溶液，因其不含有机物，其主要是脱硅、除铁；要么是针对较低浓度（Al₂O₃<100g/L）的拜尔法铝酸钠溶液，并且没有综合考虑溶液中有机物杂质和无机物杂质硅、铁等的脱除；而对于高浓度拜尔法铝酸钠溶液，由于溶液浓度高，其中的有机物、无机物杂质硅等结构都较低浓度时变得更为复杂，所以，利用常规的方法很难脱除，并且碱浓度、氧化铝浓度、温度等都会影响脱硅、脱色效果。因此，在工业生产中，针对高浓度的铝酸钠溶液，对于产品要求特别高的白度的情况下，考虑到经济成本，以上脱色净化方法都不能达到要求的效果。

发明内容

本发明的目的是以工厂拜尔法高浓度铝酸钠溶液为对象，结合脱硅过程，提出同步除去溶液中铁、有色有机物的工艺，提供一种拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，将高浓度铝酸钠溶液加热活化到80℃~120℃，强烈机械搅拌，向铝酸钠溶液中加入净化剂，净化剂为氧化钙、氧化镁、煅烧白云石中的一种以上，使溶液中的硅、铁和有机物及一些有色物质被脱除，然后，过滤分离硅渣和不溶物，得到净化脱色的铝酸钠溶液，净化脱色后的铝酸钠溶液的吸光度小于0.30。

在经过净化剂净化后的铝酸钠溶液中加入双氧水作氧化剂，消除有色的有机物，加入双氧水溶液的体积为铝酸钠溶液体积的0.8-1倍，双氧水浓度为10~20%，反应温度为80~90℃，反应时间为1-3h，反应结束后过滤即可。

所述的净化剂的粒度小于60目，每L铝酸钠溶液添加净化剂5-20g。

控制铝酸钠溶液中的Na₂O_C/ Na₂O_T的浓度，使其总浓度不能超过15%，控制铝酸钠溶液中的浮游物浓度小于1.4g/L。

加入净化剂后，将铝酸钠溶液活化加热，加热温度范围为80℃~120℃，反应处理时间为0.5h~3.0h之间。

加入净化剂以后，需要在强烈搅拌下，使其充分反应脱除硅和部分有机物并生成高比表面积的产物以吸附有机物，搅拌速度在100-400rpm以上。

     石灰的脱硅脱色机理是：石灰加入铝酸钠溶液后，大部分氧化钙与铝酸钠溶液反应，生成水合铝酸钙，水合铝酸钙与硅酸根离子反应生成水化石榴石，脱除溶液中的硅；同时，有一部分氧化钙也与部分有机物如草酸反应生成草酸钙等含钙化合物而被脱除；新生成的水化石榴石等含钙化合物具有较大的比表面积，吸附溶液中的有机物，从而实现脱除有机物、脱色的目的。因此，拜尔法高浓度铝酸钠溶液的净化过程是深度脱硅过程和除铁及有机物脱除过程同步进行的过程。

     有机物一般有一定的还原性，加入氧化剂，发生化学反应，可以消除有色的有机物，双氧水具有一定氧化性，同时不会给溶液带来新的杂质，双氧水也可以将长链的有机物氧化为短链的有机物，或者将有色的物质漂白至颜色较淡的物质，从而达到脱色效果。

    拜尔法精液组成为α_k1.40~1.70，Al₂O₃110~250g/L，A/S>200，由于溶液中存在碳酸钠和硫酸钠，碳酸钠可分解水化石榴石，所以，要对精液中的Na₂O_C/ Na₂O_T的浓度进行控制，使其总浓度不能超过15%。钠硅渣在溶液中作为浮游物存在，不利于获得高硅量指数的铝酸钠溶液，因此，要控制精液中的浮游物浓度小于1.4g/L。

     单独氧化镁的脱色效果没有氧化钙好，而且氧化镁消耗氧化铝过多，生成水合铝碳酸镁，但氧化镁对氧化钙的脱硅、脱色都有促进作用。

采用本发明的方法，可以一步法深度脱硅、除铁和脱除有色有机物杂质等，净化脱色后的铝酸钠溶液的吸光度小于0.30。具有操作简单，净化效果好、易于工业化推广等等优点。

具体实施方式

实施例1

移取100mL原液（原液成分：Na₂O_K:163.88g/L; Al₂O₃:173.45g/L; α_k:1.55）到烧杯中，按固液比15g/L加入氧化钙（CaO），油浴加热、强烈搅拌（转速为180rpm），水浴加热溶液温度至80℃，恒温搅拌反应0.5小时，离心液固分离分离后，取清夜测试吸光值为0.3。

实施例2

移取200mL铝酸钠原液（原液成分：Na₂O_K:165.81g/L; Al₂O₃:173.11g/L; α_k:1.58）到烧杯中，按固液比5g/L加入氧化镁(MgO)，在烧杯中充分搅拌（160rpm），在油浴中加热溶液温度至100℃，恒温搅拌反应2.0小时，离心上清液，液固分离后，取上清液测试吸光值为0.368，溶液中有机碳浓度为0.475g/L.

实施例3

取300mL工厂铝酸钠溶液，放入不锈钢钢弹中，加入2个Φ20mm、2个Φ5mm钢球加强搅拌，密封后，置入甘油浴中，按固液比10g/L加入氧化钙（CaO），同时按固液比5g/L加入氧化镁（MgO），加热至110℃，搅拌速度400rpm，反应1.5小时，反应完成后，用砂芯漏斗抽滤，取清夜，分析清夜的吸光值为0.263.

实施例4

取300mL工厂铝酸钠溶液（Na₂O_K:169g/L; Al₂O₃:165g/L;α_k:1.60）放入不锈钢钢弹中，加入2个Φ20mm、2个Φ5mm钢球加强搅拌，密封后，置入甘油浴中，加入固液比10g/L煅烧后的白云石（CaCO₃·MgCO₃，煅烧温度为900℃，在其分解温度以上），在恒温油浴锅中加热至120℃，强烈搅拌速度为400rpm，反应2h后，用砂芯漏斗抽滤，取清液，测试清夜的吸光值为0.237.

实施例5

移取300mL原液（原液成分：Na₂O_K:163.88g/L; Al₂O₃:173.45g/L; α_k:1.55）到烧杯中，按固液比20g/L加入氧化钙（CaO），水浴加热、强烈搅拌（转速为180rpm），水浴加热溶液温度至80℃，然后滴加300mL浓度为20%的双氧水溶液，反应2h以后，离心液固分离后，取清夜测试吸光值为0.189。

实施例6

取1000mL工厂铝酸钠溶液（Na₂O_K:159.77g/L; Al₂O₃:170.00g/L;α_k:1.60）放入不锈钢钢弹中，加入2个Φ20mm、2个Φ5mm钢球加强搅拌，密封后，置入水浴中，加入固液比10g/L煅烧后的白云石（CaCO₃·MgCO₃,煅烧温度为900℃，在其分解温度以上），同时滴加800mL浓度为30%的双氧水溶液，在恒温水浴锅中加热至90℃，强烈搅拌速度为400rpm，反应2.5h后，用砂芯漏斗抽滤，取清液，测试清夜的吸光值为0.145，有机碳浓度为0.376g/L。

实施例7

取1000mL工厂铝酸钠溶液（Na₂O_K:158.29g/L; Al₂O₃:168.00g/L;α_k:1.60）放入不锈钢钢弹中，加入2个Φ20mm、2个Φ5mm钢球加强搅拌，密封后，置入水浴中，加入固液比10g/L煅烧后的白云石（CaCO₃·MgCO₃，煅烧温度为900℃，在其分解温度以上），同时滴加800mL浓度为10%的双氧水溶液，在恒温水浴锅中加热至90℃，强烈搅拌速度为400rpm，反应2.5h后，用砂芯漏斗抽滤，取清液，测试清夜的吸光值为0.145，有机碳浓度为0.376g/L。

采用上述方法均可得到吸光值小于0.3的拜尔法铝酸钠溶液，以上实例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。

Claims (6)

1.一种拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，其特征在于：将高浓度铝酸钠溶液加热活化到80℃~120℃，强烈机械搅拌，向铝酸钠溶液中加入净化剂，净化剂为氧化钙、氧化镁、煅烧白云石中的一种以上，使溶液中的硅、铁和有机物及一些有色物质被脱除，然后，过滤分离硅渣和不溶物，得到净化脱色的铝酸钠溶液，净化脱色后的铝酸钠溶液的吸光度小于0.30。

2.根据权利要求1所述的拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，其特征在于：在经过净化剂净化后的铝酸钠溶液中加入双氧水作氧化剂，消除有色的有机物，加入双氧水溶液的体积为铝酸钠溶液体积的0.8-1倍，双氧水浓度为10~20%，反应温度为80~90℃，反应时间为1-3h，反应结束后过滤即可。

3.根据权利要求1或2所述的拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，其特征在于：所述的净化剂的粒度小于60目，每L铝酸钠溶液添加净化剂5-20g。

4.根据权利要求1所述的拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，其特征在于：控制铝酸钠溶液中的Na₂O_C/ Na₂O_T的浓度，使其总浓度不能超过15%，控制铝酸钠溶液中的浮游物浓度小于1.4g/L。

5.根据权利要求1所述的一种拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，其特征在于：加入净化剂后，将铝酸钠溶液活化加热，加热温度范围为80℃~120℃，反应处理时间为0.5h~3.0h之间。

6.根据权利要求1所述的一种拜尔法高浓度铝酸钠溶液净化方法，其特征在于：加入净化剂以后，需要在强烈搅拌下，使其充分反应脱除硅和部分有机物并生成高比表面积的产物以吸附有机物，搅拌速度在100-400rpm以上。