CN1159223C - 从含有铝酸钠的碱性溶液中除去二氧化硅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从含有铝酸钠的碱性溶液如拜尔处理液中除去溶解的二氧化硅的方法。该方法包括使该碱性溶液与含粗硅砂或粗硅砂与方钠石颗粒混合物的缓慢搅拌颗粒床接触，其中该溶解的二氧化硅从溶液中沉淀出来，以形成分散在溶液中的脱硅产物沉淀，并且从该碱性溶液中分离该脱硅产物固体，以获得脱硅碱性溶液。

Description

从含有铝酸钠的碱性溶液中除去二氧化硅的方法
发明所属领域
本发明涉及一种降低含有过饱和二氧化硅溶液中二氧化硅浓度的方法，更具体地说，该溶液为在碱性溶液中浸提铝土矿得到的拜尔溶液。
在从铝土矿生产氧化铝的拜尔法中，含氢氧化铝的铝土矿与含苛性钠的溶液接触，以便溶解氢氧化铝和部分二氧化硅矿物，例如高岭石，同时使绝大部分铝土矿组分保持独立的固体形式。用苛性钠溶液溶解的二氧化硅形成可溶性硅酸钠。该物质在溶液中相当缓慢地与铝酸钠反应形成水合铝硅酸钠配合物，共同作为“脱硅产物”。包括拜尔方钠石的这些脱硅产物，在所得到的铝酸钠-苛性溶液中溶解度低并且最终从该溶液中沉淀出。
在拜尔溶液中二氧化硅是非常不希望存在的杂质，其原因有二：(1)当二氧化硅存在于过饱和的铝酸盐溶液中时，它将与氧化铝下流物流共沉淀，并将污染该产物，(2)当二氧化硅以高于其溶解度的浓度存在于拜尔溶液中时，它将主要沉淀在热交换器的表面上，从而极大地降低热交换系数。
为了将溶液中二氧化硅的浓度控制在可接受的水平，当前大多数拜尔工厂使从铝土矿中提取氧化铝的浸提条件保持足够的时间，以使提取的氢氧化铝和溶解的二氧化硅在分离独立的固体前有时间形成脱硅产物。该过程可持续1小时。在某种情况下，浸提步骤前还可加上在低温下运行的预脱硅步骤，其目的是溶解部分二氧化硅，以利于后来的二氧化硅沉淀反应。由于为了允许二氧化硅沉淀反应发生，而在浸提条件(高温和高压)下需要较长的滞留时间，这将产生过早的氧化铝结晶，并因而降低产率。另外，较长的滞留时间意味着需要较大尺寸的压力容器且能量需求较高。
背景技术
US5118484中描述了一种从拜尔处理液中除去溶解二氧化硅的方法，它包括：使含二氧化硅的溶液与用聚合树脂粘合在一起的含拜尔法脱硅产物的多孔结块材料相接触。将这些多孔结块置于柱状物中，并使拜尔处理液流过该柱。该结块提供大表面积，由溶解的二氧化硅与拜尔处理液中的氧化铝和钠相互反应形成的脱硅产物沉淀于其上。
脱硅步骤从浸提步骤中分离出来的另一种方法描述在US4426363中。在此情况下，在将浆料分离成苛性铝酸盐溶液和不可溶泥渣的步骤之前进行脱硅。该方法存在缺陷，即需运输大量固体而仅有一少部分可有效地用作脱硅步骤中的晶种表面。
在US5545384中描述了一种方法，其中在120～160℃下浸提后，对铝土矿液体浆料进行分离，并且将提取的溶液输送到脱硅步骤，该脱硅步骤在泥渣分离后进行。该专利建议使用含有方钠石或沸石作为主组分的固体硅酸盐物质作为晶种，它还建议这些晶种应具有1μm～30μm的平均粒径。
本发明的目的是提供一种进一步简化的脱硅方法，它可独立于浸提步骤使用。
本发明描述
从广义上讲，本发明涉及一种从含铝酸钠的碱性溶液(例如拜尔处理液)中除去溶解的二氧化硅的方法，它包括使该碱性溶液与含粗硅砂或粗硅砂和方钠石颗粒混合物的缓慢搅拌颗粒床相接触，从而使溶解的二氧化硅从溶液中沉淀出来，以形成分散在该溶液中的脱硅产物沉淀，并从碱性溶液中分离该脱硅产物固体，以获得脱硅碱性溶液。
本发明的方法优选用于拜尔处理液中，该溶液或者是过饱和(富集)液体或者是不饱和(废)液体。这些可以在没有任何大量的三水铝石沉淀下进行。
该方法优选在压力容器中进行，并且发现将沉淀脱硅产物从溶液中除去是有利的，该溶液在与沉淀反应过程中主要温度基本相同的温度下与该床接触。
在脱硅步骤前，该拜尔处理液中的绝大部分固体颗粒已被诸如重力分离法、旋流分离法、过滤或任何其它常规固体分离法除去。在脱硅步骤中流过颗粒床后，对溶液中的脱硅产物沉淀固体进行分离，并且将该脱硅处理液返回到拜尔法的适当液流中。
特别优选的是，使搅拌床为紧密床(层)的形式，例如固体浓度至少为50％。相对于单位体积流体该紧密床(层)提供高固体表面积。该高固体密度与缓慢搅拌运转一起用于防止沉淀造成的颗粒固些。它还自然提供足够的晶种表面并通过摩擦使晶种活化。这使得无需晶种循环和晶种活性的外部再生即可进行脱硅。
在本发明的方法中，所有晶种颗粒均参加反应，并且硅砂颗粒最终全部转化为方钠石。而后，新鲜的方钠石沉淀到预先形成的方钠石层上。在反应器中由于方钠石沉淀而使固体增大，搅拌床的液位上升而使除去浆料形式的粗方钠石成为必需。该浆料通过略高于搅拌床顶部液位的反应器出口除去。
残余的液体继续升高至反应器的顶部，并且该液体含有一些微粒径的方钠石。该细粒方钠石可通过任何常规方法(内部的或外部的，例如过滤)从液体中除去。反应器内部的烛状过滤器特别适合该目的。
当使用硅砂和晶种的混合物时，在颗粒床中硅砂与方钠石的比例一般在1∶1～45∶1的范围内。硅砂和方钠石的颗粒优选粒径为50μm～3mm。该脱硅方法优选在60～180℃的温度范围内进行。
附图的简要说明
下面将进一步参考所附的附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明一个实施方案的流程图；
图2是本发明另一个实施方案的流程图；
图3是用于本发明的脱硅容器的示意图。
本发明的最佳实施方式
本发明的一个实施方案由图1说明，其中由沉淀管10收集的废液在加热器11中加热，并通过脱硅步骤12和过滤步骤13。在该过滤步骤中，方钠石固体产物与脱硅溶液分离，并使脱硅溶液返回到拜尔法中。
在图2中，富集液由浸提回路15和红泥分离单元16获得。而后，该富集液通过脱硅步骤12和过滤步骤13，其中脱硅产物固体(方钠石)从脱硅溶液中分离出来。如果希望，该脱硅溶液在返回到拜尔法之前可通过冷却/释压步骤14。
本发明的脱硅步骤12在图3中进行详细描述。由此可见，它包括：圆柱形封闭压力容器20，其中容纳有含硅砂和方钠石颗粒混合物的填充层21。该填充层向上延伸至平面22处。搅拌(机)叶片24和25用于缓慢搅拌或混合该填充床。这些叶片在垂直轴23的带动下以约10～15rpm的转速旋转。
含溶解的二氧化硅的拜尔处理液通过进料管26流入填充层21的颗粒中，并且在填充层21限定的范围内进行脱硅步骤。在该填充层中硅砂(石英)转化为方钠石，并且方钠石在预先形成的方钠石上沉淀出来。将含有一些方钠石的脱硅处理液引入位于填充层21顶表面22上部的自由空间30中。在容器中由于方钠石沉淀使固体增大，填充层21的平面22升高，并且这使得除去浆料形式的粗方钠石成为必需。粗方钠石通过出料管29从系统中排出。
该脱硅处理液主要含有微粒径的方钠石，并且该溶液继续由自由空间30升高。在自由空间30中，可使用一系列的烛状过滤器27以便从该处理液中除去方钠石颗粒，并且通过管线28收集清洁的脱硅处理液。
实施例
实施例1
向7.6升(L)的压力封闭容器中填充10000克(g)粗石英砂和350 g研磨(ground plant)方钠石鳞片。石英和方钠石的中值粒径约为1.2mm。将温度75℃、二氧化硅过饱和的拜尔废液，以流速为5升/小时(L/h)从容器底部连续向容器中供料21小时。对该混合物进行机械搅拌。从顶部离开容器的脱硅溶液在压力下连续过滤以除去部分裹带的固体。该供料溶液和脱硅溶液的平均分析结果列于表1中：
            表1：75℃拜尔废液脱硅
   溶液组成     供料g/L     脱硅g/L
  SiO2NaOH作为Na2CO3Na2CO3Al2O3     0.700189.344.566.3     0.605189.543.466.2
  晶种固体浓度砂/方钠石的比滞留时间         1350(68％)29∶11.5小时
在那些情况下，对于该溶液而言二氧化硅的溶解度评估为0.101g/L SiO2，由此二氧化硅的过饱和降低了16％。
实施例2
向与实施例1相同的容器中填充7050g质量比为27∶1的粗石英砂和粉碎的方钠石鳞片混合物。从底部向该容器中连续供入二氧化硅过饱和且温度保持在140℃的拜尔废液。对该混合物进行机械搅拌。以8.4L/h的流速进行110小时。从容器顶部离开的脱硅溶液在压力下连续过滤，以便除去部分裹带的固体。该供料溶液和脱硅溶液的平均分析结果列于表2中：
             表2：140℃拜尔废液脱硅
   溶液组成     供料g/L     脱硅g/L
    SiO2NaOH作为Na2CO3Na2CO3Al2O3     0.662208.144.777.7     0.196208.143.976.8
    晶种固体浓度砂/方钠石的比滞留时间                        930(53％)27∶10.9小时
在那些条件下，对于该溶液而言二氧化硅的溶解度评估为0.166g/L SiO2，由此二氧化硅的过饱和降低了94％。
实施例3
采用与实施例2相同的设置，但是这次用拜尔富集液由高速滗析器的溢流供入脱硅反应器中。温度保持在140℃。流速为9L/h进行26小时。该供料溶液和脱硅溶液的平均分析结果列于表3中：
               表3：140℃拜尔废液脱硅
   溶液组成     供料g/L     脱硅g/L
    SiO2NaOH作为Na2CO3Na2CO3Al2O3     0.691204.946.2138.6     0.611205.046.8138.0
    晶种固体浓度砂/方钠石的比滞留时间            930(53％)27∶10.9小时
在那些条件下，对于该溶液而言二氧化硅的溶解度评估为0.449g/L SiO2，由此二氧化硅的过饱和降低了33％。
实施例4
在45mL压力容器中进行批量测试。二氧化硅过饱和且含有约11g/L F的铝酸钠溶液与从上述实施例2中得到的固体混合，该固体的浓度为50％(重量基准)。该混合物在185℃下搅拌30分钟，而后冷却至室温并过滤。该供料溶液和脱硅溶液的分析结果列于表4中：
        表4：185℃铝酸钠溶液脱硅
   溶液组成     供料g/L     脱硅g/L
    SiO2NaOH全部作为NaOHAl2O3     0.64337.66.2     0.53637.26.1
在那些条件下，对于该溶液而言二氧化硅的溶解度评估为0.225g/L SiO2，由此二氧化硅的过饱和降低了26％。
实施例5
向与实施例1相同的容器中注入7000g粗石英砂，而不加入方钠石。从底部向该容器中连续供入二氧化硅过饱和且温度保持在140℃的拜尔废液。对该混合物进行机械搅拌。流速为9L/h进行280小时。从容器顶部离开的脱硅溶液在压力下连续过滤，以便除去部分裹带的固体。该供料溶液和脱硅溶液的平均分析结果列于表5中：
          表5：140℃拜尔废液脱硅
    溶液组成     供料g/L     脱硅g/L
    SiO2NaOH作为Na2CO3Na2CO3Al2O3     0.789206.829.875.3     0.287207.628.974.0
    晶种固体浓度砂/方钠石的比滞留时间         920(52％)纯砂0.86小时
在那些条件下，对于该溶液而言二氧化硅的溶解度评估为0.160g/L SiO2，由此二氧化硅的过饱和降低了80％。

Claims (11)

1、一种从含铝酸钠的碱性溶液中除去溶解的二氧化硅的方法，它包括：使该碱性溶液与含有粗硅砂或粗硅砂和方钠石颗粒混合物的缓慢搅拌颗粒床接触，其中溶解的二氧化硅从溶液中沉淀出来，以形成分散在该溶液中的脱硅产物沉淀，并且从该碱性溶液中分离该残余脱硅产物固体，以获得脱硅碱性溶液。
2、根据权利要求1的方法，其中该脱硅作用在压力容器中进行。
3、根据权利要求2的方法，其中在颗粒床中硅砂与方钠石的比在1∶1～45∶1的范围内。
4、根据权利要求1、2或3的方法，其中该硅砂和方钠石的粒径在50μm～3mm范围内。
5、根据权利要求1～4中任一项的方法，其中该颗粒床为紧密床。
6、根据权利要求5的方法，其中该颗粒床的固体浓度至少为50％。
7、根据权利要求1～6中任一项的方法，其中该脱硅作用在60～180℃的温度范围内进行。
8、根据权利要求1～7中任一项的方法，其中该含铝酸钠的溶液向上流过该颗粒紧密床并引入到该容器内紧密床上部的自由空间。
9、根据权利要求8的方法，其中将粗方钠石浆料在紧密床平面处从容器中除去。
10、根据权利要求1～9中任一项的方法，其中该碱性溶液为拜尔富集液或拜尔废液。
11、根据权利要求8的方法，其中对在该颗粒床上部自由空间中的处理液进行过滤，以除去方钠石颗粒。
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