CN116802152A - 使用硼酸官能化化合物纯化铝土矿矿石 - Google Patents

使用硼酸官能化化合物纯化铝土矿矿石 Download PDF

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Abstract

本文描述了一种方法，该方法是将一种或多种硼酸官能化化合物添加至矿石中以产生经处理的矿石。在该矿石是铝土矿矿石，并随后根据拜尔法工艺对该矿石进行加工以获得氧化铝的情况下，将硼酸官能化化合物添加至该铝土矿矿石或拜耳产物，然后使用与该拜尔法工艺相关的一种或多种工艺对该经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物进行加工，与经历相同的工艺但不使用硼酸官能化化合物的相同的铝土矿矿石或拜耳产物相比，使得氧化铝产物的产量增加，该氧化铝产物中的氧化铝含量(纯度)增加，或两者。

Description

使用硼酸官能化化合物纯化铝土矿矿石
背景技术
从矿石生产矿物通常是能量密集型和昂贵的。尽管使用方法经过了一个多世纪的改进，但改进矿物生产工艺仍面临很多行业挑战。具体而言，由于使用的矿石等级越来越低，可获得的产品含量也越来越低，矿物的复杂性也越来越高，因此需要不断使用各种工艺和材料，以最大限度地提高产品产量，节约能源，并尽量减少操作成本。在使用低品位矿石方面，实现这些目标的尝试面临着越来越复杂的因素。例如，随着低品位矿石的开采，能够使工艺″中毒″的较高含量杂质可能变得越来越普遍。连续矿物提纯工艺导致从低品位矿石获得的高含量杂质的回收以及可能的浓缩，在这些杂质中的一种或多种杂质导致中毒的情况下进一步降低了产量。
矿石中存在的天然杂质通常包括有机(碳基)化合物。这些有机化合物通常包含例如羧基和羟基部分，和/或以碳-杂原子键为特征的其他部分。这些部分可以与矿物提纯工艺的组分和/或在矿物提纯工艺的条件下相互作用。例如，当有机化合物与矿石加工中采用的化学物质和/或条件接触时可以降解、反应或重排。在一些情况下，有机化合物本身或其降解产物、反应产物或重排产物导致常规矿石提纯工艺中的一个或多个步骤中毒。也就是说，一种或多种有机化合物与矿物提纯工艺的一种或多种组分和/或在矿物提纯工艺的条件下相互作用的结果降低了所获得矿物的产量。
在工业规模上，铝土矿矿石首先经过加工和提纯以获得氧化铝(也称为″三氧化二铝(III)″和″氧化铝″)，然后氧化铝被转化为铝金属。工业规模的从铝土矿生产氧化铝的工艺是通过拜尔法工艺完成的。
技术人员理解，有机化合物可以与常规铝土矿提纯工艺的组分和/或在常规铝土矿提纯工艺的条件下相互作用。这些有机污染物抑制氢氧化铝沉淀，降低液体生产量并且还可以对所生产的氧化铝的纯度产生不利影响。因此，对于降低有机碳浓度和/或控制拜耳法工厂液中的有机杂质的影响存在持续和日益增长的需求。
已经公开了许多降低拜耳法工厂液的有机碳浓度的方法。例如，美国专利4,215,094号公开了有机物质的加速氧化。美国专利4,668,486号公开了向拜耳液中添加Cu氧化催化剂，然后用Na2S沉淀Cu。然后必须除去沉淀物，需要单独的(另外的)过滤步骤。旨在改善拜耳液中的有机物质的氧化的其他方法公开于WO 2010/105305(″湿式″氧化)、US 6,555,077(加压氧化)；US 4,836,990(锰催化氧化)、EP0092028(镁催化氧化)和WO 2005/016825A1(臭氧处理)中。非氧化方法包括添加聚二烯丙基二甲基氯化铵，如US 4,578,255和US 5,284,634中所述；液-液萃取。其他方法包括固-液煅烧；生物降解；电渗析；以及任何前述有机碳减少方法中的两种或更多种的组合。
美国专利4,663,133号公开了被称为腐殖酸盐(腐殖质)的天然化合物对拜尔法工艺的影响。其他铝土矿杂质的学术研究或综述可见于非专利文献中。有机杂质是以下综述/概述类型文章的关注点：Sonthalia R.等人，International Journal of MineralProcessing，Volume 125，10December 2013，Pages 137-148；Power，G.和Loh，J.，Hydrometallurgy 2010Dec 1；105(1-2)：1-29；Power，G.等人，Hydrometallurgy 2012Oct1；127：125-49；和Soucy，Laroque和Forte，Light Metals 2004，109-114。
铝土矿矿石中的有机化合物还可以含有一个或多个羟基基团。事实上，很多天然产生的有机分子包含一个或多个羟基基团：例如，糖和多糖、酚类诸如木质素及其副产物，并且腐殖质或腐殖酸都是天然产生的有机化合物(天然化合物)，它们可以被确认为存在于一种或多种铝土矿矿石产物内。如许多学术论文中所述，羟基化的有机化合物存在于铝土矿矿石中，因此也存在于由铝土矿矿石形成的溶出的拜耳液中。例如，Pulpeiro et al，Light Metals，1998，284指出，拜耳液包含有机化合物(诸如苯羧酸盐、酚酸、腐殖酸以及它们的降解产物)的″混合物″。Pulpeiro等人进一步指出，这些杂质溶解于苛性碱(强碱溶液)中，所述苛性碱用于溶出铝土矿矿石以生成拜耳液。
Power和Loh，Hydrometallurgy，2010，Dec 1；105(1-2)：1-29指出，铝土矿中的有机化合物包括多元酸、多羟基酸、醇和酚、腐殖酸和黄腐酸以及其他碳水化合物；这些化合物在拜尔法工艺期间形成有机钠盐。在这些有机盐中，草酸钠(Na2C2O4)已经被确认为对拜尔法工艺非常有害，会阻碍运行，并且围绕从拜耳液中分离和离析草酸盐物质会产生大量技术。
矿石中存在并且在苛性碱矿石处理(诸如拜耳液形成)期间形成的有机化合物往往会降低所得的矿物产物氢氧化铝沉淀的产量和纯度，降低液体生产量并且通常降低所产生的氧化铝的产量和纯度。因此，采矿业仍然需要降低矿石浆料中的有机污染物的浓度和/或影响。并且仍然需要提高从拜耳法工厂液获得的氧化铝的产量和纯度。
发明内容
本文公开了提高从含矿物矿石获得的矿物的产量和/或纯度的方法。在实施方案中，提高从含矿物矿石获得的矿物的产量的方法是提高从铝土矿矿石获得的氧化铝三水合物的产量的方法。
因此，在一个实施方案中，该方法包括以下步骤、基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成：将矿石与硼酸官能化化合物混合以形成经处理的矿石；以及对该经处理的矿石进行加工以收集矿物。在实施方案中，从经处理的矿石获得的矿物的产量比使用相同加工方法但不添加硼酸官能化化合物的情况下从矿石获得的产量高至少0.5重量％并且高多达30重量％。在实施方案中，硼酸官能化化合物是聚合物的；在其他实施方案中，硼酸官能化化合物是非聚合物的。在实施方案中，硼酸官能化化合物是单一化合物；在其他实施方案中，硼酸官能化化合物是两种或更多种硼酸官能化化合物的混合物。在实施方案中，矿石浆料的pH在7和14之间。在一些此类实施方案中，该方法包括在添加硼酸官能化化合物之前、期间或之后将矿石浆料的pH调节至7和14之间；在其他此类实施方案中，在不调节的情况下，矿石浆料的pH在7和14之间。
在本文所述的一些实施方案中，该方法排除将具有羟基部分的有机化合物处添加至矿石或矿石浆料中，其中具有羟基部分的有机化合物在本文中统称为″羟基化合物″。在一些实施方案中，该方法排除将羟基化合物添加至经处理的矿石或经处理的矿石浆料中。在实施方案中，该方法排除将具有顺式-1，2二醇部分的羟基化合物添加至矿石或矿石浆料中。在实施方案中，该方法排除将具有顺式-1，2二醇部分的羟基化合物添加至经处理的矿石或经处理的矿石浆料中。在实施方案中，该方法排除将水溶性羟基化合物添加至矿石或矿石浆料中。在实施方案中，该方法排除将水溶性羟基化合物添加至经处理的矿石或经处理的矿石浆料中。在实施方案中，该方法排除将具有顺式-1，2二醇部分的水溶性羟基化合物添加至矿石或矿石浆料中。在实施方案中，该方法排除将具有顺式-1，2二醇部分的水溶性羟基化合物添加至经处理的矿石或经处理的矿石浆料中。
在本文所述的实施方案中的任何一个或多个中，该方法包括在添加硼酸官能化化合物之前、期间或之后将矿石浆料的pH调节至7和14之间；在其他此类实施方案中，在不调节的情况下，矿石浆料的pH在7和14之间。
在实施方案中，该方法使矿物的产量增加。因此，在本文所述的任何一个或多个实施方案中，该方法还包括加工(纯化)经处理的矿石以收集矿物，其中所收集的矿物的产量以重量百分比计比通过在不添加硼酸官能化化合物的情况下纯化矿石获得的矿物的产量高至少0.5％。在实施方案中，所收集的矿物的产量以重量百分比计比通过在不添加硼酸官能化化合物的情况下纯化矿石获得的矿物的产量高多达30％。在实施方案中，矿石天然存在的一种或多种有机化合物包括可溶于矿石加工介质的一种或多种羟基化合物。在实施方案中，该一种或多种有机化合物包括一种或多种糖、寡糖、多糖或腐殖质。
在本文所述的任何一个或多个实施方案中，含矿物矿石可以在形成矿石浆料之前粉碎。在实施方案中，含矿物矿石是铝土矿矿石，所获得的矿物是氧化铝三水合物或氧化铝，并且矿石浆料是铝土矿浆料。在实施方案中，铝土矿浆料是拜耳产物。在实施方案中，经处理的矿石浆料是经处理的铝土矿浆料。在实施方案中，经处理的矿石浆料是经处理的拜耳产物。在实施方案中，提高来自含矿物矿石的矿物的产量是提高从铝土矿矿石获得的氧化铝三水合物的产量。在上述实施方案中的任何一个或多个中，将硼酸官能化化合物添加至铝土矿矿石或纯拜耳产物(100％活性物或100％固体)中；另选地，将硼酸官能化化合物作为其水溶液添加至铝土矿或所述拜耳产物中。在另外其他实施方案中，将硼酸官能化化合物以其非水溶液添加至铝土矿或所述拜耳产物中。
在本文所述的任何一个或多个实施方案中，经处理的矿石的加工是经处理的铝土矿矿石的拜耳加工。在实施方案中，经处理的拜耳产物的拜耳加工包括以下一项或多项、基本上由以下一项或多项组成或由以下一项或多项组成：溶出、澄清、沉淀、分级和煅烧。在一些此类实施方案中，在以下一项或多项之前、期间或之后将硼酸官能化化合物添加至铝土矿矿石或铝土矿浆料中：粉碎、选矿、溶出、澄清或沉淀。
在本文所述的任何一个或多个实施方案中，方法包括将硼酸官能化化合物与拜耳产物混合以形成经处理的拜耳产物。该混合在拜尔法工艺的以下一个或多个阶段期间或之后进行：溶出、澄清、沉淀或分级，其中拜耳产物是经历与拜尔法工艺相关的以下一个或多个步骤或者存在于这些步骤中的铝土矿矿石：溶出、澄清、沉淀或分级。因此，与硼酸官能化化合物混合的拜耳产物是经处理的拜耳产物(经处理的拜耳浆料)。
另外，在本文所述的任何一个或多个实施方案中，方法包括将硼酸官能化化合物与铝土矿矿石混合以形成经处理的铝土矿矿石；然后使经处理的铝土矿矿石经历拜尔法工艺的以下一个或多个阶段：溶出、澄清、沉淀或分级。也就是说，使经处理的铝土矿矿石在强碱介质中溶出或浆化，以形成如上所定义的经处理的拜耳产物。在拜尔法工艺的后续步骤中，经处理的拜耳产物的氧化铝三水合物产量得以增加。
经处理的拜耳产物在沉淀步骤中产生的氧化铝三水合物的产量比两种产物经历相同的拜耳加工后相应的拜耳产物更高。在实施方案中，从经处理的拜耳产物获得的氧化铝的产量比从相应的未经处理的拜耳产物获得的氧化铝的产量高按重量计0.5％至30％。
另外，在本文所述的任何一个或多个实施方案中，经处理的拜耳产物在沉淀步骤中产生的氧化铝三水合物的纯度比两种产物经历相同的拜耳加工后相应的拜耳产物更高。在实施方案中，对经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物的拜耳加工获得收集的氧化铝产物，该收集的氧化铝产物的氧化铝含量与从经历与经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物相同的拜耳加工的相同的铝土矿矿石或拜耳产物获得的氧化铝产物相比增加至少0.1重量％并且多达30重量％。
其他目的和特征将是部分显而易见，并且部分将在下文中指出的。
具体实施方式
尽管本公开提供了优选实施方案的参考，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可以在形式和细节上作出改变。将参考附图详细描述各种实施方案，其中参考各种实施方案并不限制所附权利要求的范围。此外，在本说明书中所阐述的任何示例并不旨在限制和仅阐述所附权利要求书的许多可能的实施方案中的一些。
定义
除非另外定义，否则本文中所用的全部技术和科学术语具有与本领域的普通技术人员通常所理解相同的含义。如发生矛盾，将以本文档(包括定义)为准。下文描述了优选的方法和材料，但与本文所述的那些类似或等效的方法和材料可用于实施或测试本发明。本文提及的所有公布、专利申请、专利和其他参考文献都以引用的方式整体并入。本文所公开的材料、方法和示例仅为说明性的且不意图是限制性的。
如本文所用，″有机化合物″意指包含一个或多个碳原子并且不包含硼原子的化合物。然而，硼酸官能化化合物可以包含含有一个或多个碳原子的残基或部分(有机残基或部分)。
如本文所用，术语″羟基″、″羟基化合物″和类似术语通常是指具有至少一个键合至一个羟基基团(即，C-O-H部分)的碳的有机化合物，其中所述碳也不与另一个氧键合。″二醇″是指具有两个羟基部分的单一化合物。″多元醇″是指具有多于两个羟基部分的单一化合物。
如本文所用，涉及材料或化合物来源的术语″天然″和类似术语表示该材料或化合物是通过挖掘矿石获得的，并且在挖掘时和对矿石进行任何加工之前存在于矿石产物中。另外，这些术语是指在矿物提纯工艺之中或期间进一步获得的矿石产物内的材料或化合物的降解产物。
如本文所用，术语″中毒″或″毒害″表示有机化合物或其降解产物、反应产物或重排产物导致或能够导致在矿物提纯工艺中获得的矿物的产量降低，进一步地，其中与不存在有机化合物的相同条件相比，矿物产量降低。因此，例如，据说矿石中存在0.1重量％的有机化合物会毒害矿物提纯工艺，其中因有机化合物而减少的矿物产量大于0.1重量％。
如本文所用，术语″可溶性″和类似的术语诸如″溶解度″或″溶解″表示至少100ppm的指定化合物或材料在在25℃下可以溶解于或溶解于指定溶剂中。就聚合物而言，在一些实施方案中，术语″可分散性″或″分散体″可以代替″可溶性″或″溶液″，表示聚合物与溶剂或溶液的组合，这种组合产生或形成均匀的理化性质。本文涉及水中溶解度的讨论不一定限于在纯水中的溶解度；因此，术语诸如″水性″、″水基″和类似的术语表示根据上下文可以包括一种或多种有机或无机溶质或助溶剂的水；例如，盐、水混溶性液体、pH调节剂、固体颗粒、溶解的固体、溶解的气体、聚合物、表面活性剂、水溶助长剂等等被适当地包含在如本文所讨论和进一步根据上下文讨论的水溶液或分散体中。
如本文所用，术语″浆料″意指不溶解的颗粒固体与水或与水溶液的混合物。
如本文所用，术语″拜尔法工艺″和上下文中类似的术语单独或共同指以下一项或多项，如根据上下文所确定：溶出、澄清、沉淀、分级和煅烧。这些单独工艺中的每个工艺的产物，或者所有这些工艺共同的最终产物，在本文中通常称为″拜耳产物″。除非另外指明或根据上下文所确定，否则对拜尔法工艺或拜耳产物的一般提及是指连续拜尔法工艺及其产物。
如本文所用，术语″絮凝的拜耳产物″意指包含多糖和拜耳产物并且不包含硼酸官能化化合物的组合。
如本文结合拜尔法工艺所用，″溶出″和上下文中类似的术语是指其中通过使铝土矿与氢氧化钠溶液(″苛性碱″或″苛性碱溶液″)接触以形成拜耳产物从而从铝土矿提取铝酸盐的组合物或工艺，所述拜耳产物是包含溶解的铝酸钠的浆料。
如本文结合拜尔法工艺所用，″澄清″和上下文中类似的术语是指其中拜耳浆料被分配以形成固相残余物(″赤泥″，拜耳产物)和铝酸盐溶液(″液″、″拜耳液″、拜耳产物)的组合物或工艺。在实施方案中，铝酸盐溶液是饱和铝酸盐溶液。在实施方案中，铝酸盐溶液是过饱和铝酸盐溶液。
如本文结合拜尔法工艺所用，″沉淀″和上下文中类似的术语是指其中固体氧化铝三水合物通过结晶从拜耳液中形成并沉淀的组合物或工艺。
如本文结合拜尔法工艺所用，术语″分级″和上下文中类似的术语通常是指用于基于晶粒大小而分离和收集氢氧化铝晶体的组合物或工艺。晶体从拜耳液中收集，留下工业上称为″废液″或拜耳废液(拜耳产物)的物质。在实施方案中，拜耳废液在拜尔法工艺内再循环，例如在溶出阶段添加回工艺中。在其他实施方案中，使拜耳废液蒸发以收获残余的氢氧化钠。
如本文结合拜尔法工艺所用，″煅烧″和上下文中类似的术语是指其中氧化铝三水合物通过热分解形成氧化铝，并且其中氧化物作为主要最终产物收集或收获的组合物或工艺。
如本文所用，术语″包含″、″包括″、″具有(having/has)″、″可以″、″含有″以及其变体旨在是开放性过渡短语、术语或措辞，不排除额外动作或结构的可能性。除非上下文另外明确指明，否则单数形式″一″、″和″和″该/所述″包括复数指代物。本公开也涵盖了″包含本文呈现的实施方案或元件″、″由本文呈现的实施方案或元件组成″和″基本上由本文呈现的实施方案或元件组成″的其他实施方案，无论是否明确地指出。
如本文所用，术语″任选的″或″任选地″意指随后描述的事件或情况可能发生但不必发生，并且所述描述包括事件或情况发生的实例和事件或情况不发生的实例。
如本文所用，在描述本公开的实施方案中采用的修饰例如组合物中的成分的量、浓度、体积、工艺温度、工艺时间、产量、流速、压力和类似值以及其范围的术语″约″，是指可以例如通过用于制备化合物、组合物、浓缩物或用途配制物的典型测量和处理程序；通过在这些程序中由于疏忽造成的错误；通过起始材料或用于进行所述方法的成分的制造、来源或纯度的差异，以及类似接近的考虑因素发生的数值量的变化。术语″约″还涵盖由于调配物的老化而与具体起始浓度或混合物不同的量，和由于混合或加工配制物而与具体起始浓度或混合物不同的量。在用术语″约″修饰时，所附权利要求书包括这些量的等效物。另外，除非上下文具体限制，否则其中″约″用于描述值的范围，例如″约1至5″叙述意指″1至5″和″约1至约5″和″1至约5″以及″约1至5″。
如本文所用，″基本上″意指如在美国专利法中解释的术语″基本上由......组成″，并且包括如在美国专利法中解释的术语″由......组成″。例如，″基本上不合″指定化合物或材料的溶液可不含所述化合物或材料，或可如通过不期望的污染、副反应或不完全纯化而存在的微量所述化合物或材料。″微量″可为痕量、不可测量的量、不干扰值或特性的量，或如在上下文中提供的一些其他量。具有″仅基本上″所提供列表的组分的组合物可仅由那些组分组成，或具有存在的痕量的一些其他组分，或具有实质上不影响组合物的性质的一种或多种额外组分。此外，修饰例如在描述本公开的实施方案时采用的在组合物中的成分的类型或量、性质、可测量的数量、方法、值或范围的″基本上″，是指不以使预期组合物、性质、数量、方法、值或范围无效的方式影响全部所述组合物、性质、数量、方法、值或其范围的变型。其中由术语″基本上″修饰的随附权利要求包括根据此定义的等效物。
如本文所用，任何所述值的范围都涵盖所述范围内的所有值，并且应被解释为支持叙述具有在所述范围内的实数值的端点的任何子范围的权利要求。借助于假设说明性示例，在本说明书中的公开的1至5的范围应认为支持权利要求在以下范围中的任一个：1-5；1-4；1-3；1-2；2-5；2-4；2-3；3-5；3-4；和4-5。
讨论
我们已经发现，将一种或多种硼酸官能化化合物添加至含有有机化合物的天然来源的矿石中可产生经处理的矿石。在其中矿石是铝土矿矿石并且随后根据拜尔法工艺对矿石进行加工以产生一种或多种拜耳产物的实施方案中，将硼酸官能化化合物添加至铝土矿矿石或拜耳产物，然后使用与拜尔法工艺相关的一种或多种工艺对经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物进行加工，与经历相同的工艺但不使用硼酸官能化化合物的相同的铝土矿矿石或拜耳产物相比，使得氧化铝的产量和/或纯度增加。
第一实施方案
因此，在第一实施方案中，方法包括以下步骤、基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成：将有效量的硼酸官能化化合物添加至铝土矿矿石中以形成经处理的铝土矿矿石。在相关的实施方案中，方法包括以下步骤、基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成：将有效量的硼酸官能化化合物添加至拜耳产物以形成经处理的拜耳产物。硼酸官能化化合物的有效量是添加至拜耳产物中以获得比从相应的未经处理的拜耳产物获得的氧化铝产量高至少0.5重量％的氧化铝产量的硼酸官能化化合物的量。
在本文所述的一个或多个第一实施方案中，所述方法还包括根据拜尔法工艺的一个或多个步骤的常规程序来对经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物进行加工，其中经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物的拜耳加工的结果是基于从经历相同的拜耳加工但不添加硼酸官能化化合物的相同的铝土矿矿石或拜耳产物获得的氧化铝的重量计，所获得的氧化铝的实际产量增加至少0.5重量％并且多达30重量％。
拜尔法工艺通常包括：溶出阶段，其中氧化铝通过以下方式来提取：在氢氧化钠溶液(″苛性碱″或″苛性碱溶液″)中溶出铝土矿形成铝酸钠水溶液；澄清阶段，其中固相残余物(″赤泥″或″铝土矿残余物″)通过沉降和过滤与过饱和铝酸盐溶液(″母液″)分离；沉淀阶段，其中三水合铝从铝酸钠溶液(″液″或″拜尔法工艺液″)中沉淀出来并且以三水合铝晶体的形式生长(结晶)；分级阶段，其中晶体与混合物分离；以及最终煅烧阶段，其中三水合铝分解为氧化铝，氧化铝作为主要最终产物收获。拜尔法工艺及其步骤的更详细描述是容易获得的，并且进一步地是技术人员所熟知的。
在一些第一实施方案中，硼酸官能化化合物在拜尔法工艺的沉淀阶段上游添加以形成经处理的拜耳产物。在一些第一实施方案中，硼酸官能化化合物在拜尔法工艺的澄清阶段上游添加以形成经处理的拜耳产物。在一些第一实施方案中，硼酸官能化化合物在拜尔法工艺的溶出阶段上游添加以形成经处理的拜耳产物。在一些第一实施方案中，将硼酸官能化化合物添加至铝土矿矿石以形成经处理的铝土矿矿石，并且将水添加至经处理的铝土矿矿石以形成经处理的浆料，然后使浆料经历拜尔法工艺的所有阶段；在一些此类实施方案中，还在溶出阶段将苛性碱添加至水或经处理的浆料中以形成经处理的拜耳产物。
我们已经观察到，通过将硼酸官能化化合物添加至铝土矿矿石或拜耳产物中可以提高拜尔法工艺的沉淀步骤获得的氧化铝三水合物晶体的产量。不受理论的束缚，我们相信硼酸官能团与一种或多种铝土矿矿石或拜耳产物中存在的有机化合物反应，形成一种或多种硼酸反应产物。例如，硼酸酯包括已知通过与羟基化的有机化合物(尤其是可以存在于任何一种或多种矿石中的1，2-二醇)反应形成的单酯、二酯和混合酯。
已知硼酸官能化化合物与羟基官能化化合物在水性环境中随pH的变化发生可逆反应，以形成硼酸酯。在拜尔法工艺中，步骤诸如溶出涉及水性环境，其中pH为7或更高，诸如7-14、或7-13、或7-12、或7-11、或7-10、或7-9、或8-9、或8-10、或8-11、或8-12、或8-13、或8-14、或9-11、或9-12、或9-13、或9-14、或10-12、或10-13、或10-14。在这种碱性环境中，硼酸官能化化合物能够与天然有机化合物，尤其是具有羟基基团的那些发生反应，以形成硼酸单酯、混合酯或二酯。具有1，2-和/或1，3-顺式二醇官能团的天然有机化合物可以与硼酸官能化化合物反应以形成环状硼酸二酯。在非铝土矿矿石浆料中，可能需要将pH调节至7或更高。因此，在本文所述的实施方案中的任何一个或多个中，所述方法包括在添加硼酸官能化化合物之前、期间或之后将矿石浆料的pH调节至7和14之间。调节pH意味着将碱或″苛性碱″化合物添加至矿石浆料中以达到为7或更高的pH，所述矿石浆料包含至少水或者水与水混溶的溶剂的组合。合适的pH调节剂尤其包括氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠。
技术人员认识到，铝土矿矿石或拜耳产物中的有机化合物可以包括或形成各种物质，所述物质是草酸盐、氨基酸、异羟肟酸、腐殖酸和/或腐殖酸盐以及糖类(包括单糖、二糖、寡糖和多糖)。天然有机化合物的示例性物质在类型和浓度上变化很大，这取决于位置和作为采矿产物开采的特定矿石。
天然有机羟基化化合物在降低拜尔法工艺的氧化铝产量方面的影响被工业上采用的连续方法进一步放大，其中可溶性化合物可以在多个工艺循环中进行，从而在连续工艺的多个循环中发挥产量降低的作用。
作为天然有机化合物的示例性类别，糖是特征为多元醇的有机羟基化化合物。在实施方案中，糖的特征还在于包含一个或多个1，2-二醇和/或1，3-二醇官能团。在一些实施方案中，单个多糖分子可以包含数百个甚至数千个这种二醇官能团。以下事实在文献中有所讨论：具有1，2-二醇和1，3-二醇官能团的有机化合物尤其对从拜耳液中沉淀氧化铝三水合物具有不利影响，这对应于从拜尔法工艺获得的低产量的氧化铝三水合物。因此，在示例性但非限制性的经处理的拜耳产物中，经历高于7的水性pH的硼酸官能团与拜耳产物中存在的一种或多种糖(作为存在于用于制备产物的铝土矿矿石中的结果)反应。因此经处理的拜耳产物的拜耳加工在拜尔法工艺结束时获得更高产量的氢氧化铝。在实施方案中，作为苛性碱溶出的结果，拜耳产物提供使一种或多种硼酸官能化化合物与存在于铝土矿矿石或拜耳产物中的一种或多种羟基化的有机化合物反应所需的pH范围。
因此，在本文所述的一些第一实施方案中，所述方法适当地排除将具有羟基部分的有机化合物(羟基化合物)添加至矿石、经处理的矿石、矿石浆料或经处理的矿石浆料中的至少一者中。在任何此类实施方案中，本文所述的方法适当地排除将具有1，2二醇或1，3-二醇部分的有机化合物添加至矿石、经处理的矿石、矿石浆料或经处理的矿石浆料。在任何此类第一实施方案中，本文所述的方法适当地排除将具有羟基部分的水溶性或水分散性有机化合物添加至矿石、经处理的矿石、矿石浆料或经处理的矿石浆料中。在任何此类第一实施方案中，本文所述的方法排除将具有1，2-二醇或1，3-二醇部分的水溶性或水分散性有机化合物添加至矿石、经处理的矿石、矿石浆料或经处理的矿石浆料中。在前述第一实施方案中的任一个中，矿石是铝土矿矿石，经处理的矿石是经处理的铝土矿矿石，矿石浆料是拜耳产物，并且/或者经处理的矿石浆料是经处理的拜耳产物。
出乎意料的是，当在拜尔法工艺的任何步骤期间存在时，未观察到硼酸官能化化合物或它们的任何反应产物具有任何有害(″中毒″)作用。当经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物进一步经历拜尔法工艺的一个或多个步骤时，我们未观察到直接或间接导致氧化铝产量降低的意外副反应或其他物理化学效应。在一些实施方案中，硼酸官能化化合物的一种或多种反应产物与经处理的拜耳产物例如通过相分离而分离，以在经处理的拜耳产物内形成固体(沉淀)。在其他实施方案中，硼酸官能化化合物的一种或多种反应产物可溶解或可分散于一种或多种经处理的拜耳产物中。在其中拜尔法工艺是连续拜尔法工艺的一些实施方案中，硼酸官能化化合物和/或它们的一种或多种反应产物在拜尔法工艺回路内被携带和再循环，而且也不降低从加工获得的氢氧化铝或氧化铝的产量。
我们还观察到，除了不降低所得的氧化铝产物的产量之外，与从未通过添加有效量的硼酸官能化化合物进行处理的铝土矿矿石或拜耳产物获得的氧化铝产物的产量相比，第一实施方案的经处理的铝土矿矿石和经处理的拜耳产物获得了提高的氧化铝产物产量，进一步地，其中硼酸官能化化合物的有效量是与根据与经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物相同的工艺进行加工，从相应的未经处理的铝土矿矿石或未经处理的拜耳产物获得的氧化铝产物的产量相比，获得氧化铝产物的产量提高至少0.5重量％所需的硼酸官能化化合物的量。
因此，基于经历与经处理的矿石或经处理的拜耳产物相同的拜耳加工，从相同重量的铝土矿矿石或拜耳产物收集的氧化铝产物的重量计，经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物的拜耳加工得以使所收集的氧化铝产物的产量增加至少0.5重量％并且多达30重量％；例如，氧化铝的重量百分比产量增加约1％至30％、或2％至30％、或3％至30％、或4％至30％、或5％至30％、或10％至30％、或0.5％至25％、或0.5％至20％、或0.5％至15、或0.5％至10％、或0.5％至5％、或1％至20％、或2％至20％、或2％至15％、或3％至15％或3％至13％。在一些实施方案中，基于从经历与经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物相同的拜耳加工的铝土矿矿石或拜耳产物获得的氧化铝的重量计，经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物的拜耳加工使氧化铝产量增加至少1重量％，例如氧化铝的重量百分比产量增加至少2％、或至少3％、或至少4％、或至少5％、或至少7％、或至少10％、或至少15％、或至少17％、或至少20％。
在一些实施方案中，当与从未通过添加有效量的硼酸官能化化合物进行处理的铝土矿矿石或拜耳产物获得的产生氧化铝的纯度相比时，第一实施方案的经处理的铝土矿矿石和经处理的拜耳产物导致生产的氧化铝的纯度得以提高。作为拜耳加工的产物收集的氧化铝在本文中称为″生产的氧化铝″或″氧化铝产物″并且通常包括氧化铝以及副产物和杂质。在一些实施方案中，硼酸官能化化合物的″有效量″是产生氧化铝含量比从未经处理的铝土矿矿石或未经处理的拜耳产物获得的氧化铝产物多至少0.1重量％的氧化铝产物所需的硼酸官能化化合物的量。除了收集的氧化铝产物的产量增加之外，还可以观察到收集的氧化铝产物的纯度增加；或者可以观察到收集的氧化铝产物的纯度增加，但是收集的氧化铝产物的产量没有同时增加。
因此，在实施方案中，对经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物的拜耳加工获得收集的氧化铝产物，该收集的氧化铝产物的氧化铝含量以基于从经历与经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物相同的拜耳加工的相同的铝土矿矿石或拜耳产物获得的氧化铝产物的氧化铝含量相比增加至少0.1重量％并且多达30重量％，例如，氧化铝含量增加约0.1重量％至30重量％、或0.2重量％至30重量％、或0.3重量％至30重量％、或0.4重量％至30重量％、或0.5重量％至30重量％、或1重量％至30重量％、或2重量％至30重量％、或3重量％至30重量％、或4重量％至30重量％、或5重量％至30重量％、或10重量％至30重量％、或0.1重量％至25重量％、或0.1重量％至20重量％、或0.1重量％至15、或0.1重量％至10重量％、或0.1重量％至5重量％、或0.1重量％至4重量％、或0.1重量％至3重量％、或0.1重量％至2重量％、或0.1重量％至1重量％、或0.1重量％至0.5重量％、或0.5重量％至10重量％、或0.5重量％至9重量％、或0.5重量％至8重量％、或0.5重量％至7重量％、或0.5重量％至6重量％、或0.5重量％至5重量％、或0.5重量％至4重量％、或0.5重量％至3重量％、或0.5重量％至2重量％、或0.5重量％至1重量％、或1重量％至20重量％、或1重量％至15重量％、或1重量％至10重量％、或1重量％至9重量％、或1重量％至8重量％、或1重量％至7重量％、或1重量％至6重量％、或1重量％至5重量％、或3重量％至15重量％、或3重量％至10重量％、或5重量％至15重量％、或5重量％至10重量％。在一些实施方案中，对经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物的拜耳加工获得收集的氧化铝产物，该收集的氧化铝产物的氧化铝含量与从经历与经处理的铝土矿矿石或经处理的拜耳产物相同的拜耳加工的相同的铝土矿矿石或拜耳产物获得的氧化铝含量重量相比增加至少0.1重量％，例如氧化铝含量增加至少0.2重量％、或至少0.3重量％、或至少0.4重量％、或至少0.5重量％、或至少0.7重量％、或至少1.0重量％、或至少1.5重量％、或至少2.0重量％、或至少2.5重量％、或至少3.0重量％、或至少3.5重量％、或至少4.0重量％、或至少4.5重量％、或至少5.0重量％。
在任何此类第一实施方案中，合适的硼酸官能化化合物包括它们的聚合物物质和非聚合物物质二者。在实施方案中，硼酸官能化化合物具有下式：
其中R1是具有1至30个碳的非聚合物有机残基；或R1是有机聚合物残基。在非聚合物硼酸官能化化合物中，R1是特征为不具有重复单元的有机残基(即，它不是二聚体、寡聚体或聚合物)。在实施方案中，R1是具有1至30个碳原子，诸如2至30、或3至30、或4至30、或5至30、或6至30、或7至30、或8至30、或9至30、或10至30、或2至24、或2至20、或2至19、或2至18、或2至17、或2至16、或2至15、或2至14、或2至13、或2至12、或2至11、或2至10、或3至20、或4至16、或4至12个碳原子的烃基基团。在一些此类实施方案中，R1还包括一个或多个选自O、N、S、Cl、Br或F的杂原子。在实施方案中，非聚合物硼酸官能化化合物是芳基硼酸、烷基硼酸、环烷基硼酸或烷芳基硼酸。
合适的非聚合物硼酸官能化化合物的非限制性示例包括甲基硼酸、乙基硼酸、2-甲基-1-丙基硼酸、N-丁基硼酸、环己基硼酸、环己烯基硼酸和N-十二烷基硼酸，以及它们的氯化或氟化加合物；芳基硼酸诸如苯基硼酸、邻甲苯硼酸、间甲苯硼酸、对甲苯硼酸、萘-2-基硼酸、4-环己基苯基硼酸、1-芘基硼酸、4-芘基硼酸等等。在一些实施方案中，非聚合物硼酸官能化化合物是水溶性的。在实施方案中，R1是苯基并且硼酸官能化化合物是苯基硼酸。
硼酸官能化聚合物包含在单个分子中重复的两个或更多个化学序列(″重复单元″)，进一步地，其中至少一个重复单元包含硼酸官能团。在一些实施方案中，可用的硼酸官能化单体包括α，β-不饱和化合物，其中聚合或共聚合通过均裂或氧化还原引发进行。此类工艺是技术人员熟知的。
硼酸官能化聚合物的非限制性示例包括至少一个含有硼酸部分的乙烯基单体的聚合和共聚合残基。含有硼酸官能团的乙烯基单体的示例包括但不限于诸如乙烯基硼酸、3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、4-(丙烯酰胺基)苯基硼酸、2-(丙烯酰胺)苯基硼酸、4-乙烯基苯基硼酸、3-乙烯基苯基硼酸、2-乙烯基苯基硼酸以及它们的混合物。在实施方案中，含有硼酸的单体是3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸。
在一些实施方案中，硼酸官能化聚合物是硼酸官能化乙烯基单体与一种或多种不包含硼的乙烯基单体的共聚物。在这些实施方案中，硼酸官能化单体残基是聚合物中0.01摩尔％至100摩尔％，例如0.01摩尔％至50摩尔％、或0.01摩尔％至25摩尔％、或0.01摩尔％至10摩尔％、或0.01摩尔％至5摩尔％、或0.01摩尔％至3摩尔％、或0.01摩尔％至2摩尔％、或0.01摩尔％至1摩尔％、或0.1摩尔％至50摩尔％、或0.1摩尔％至25摩尔％、或0.1摩尔％至10摩尔％、或0.1摩尔％至5摩尔％、或0.1摩尔％至3摩尔％、或0.1摩尔％至2摩尔％、或0.1摩尔％至1摩尔％、或1摩尔％至50摩尔％、或1摩尔％至25摩尔％、或1摩尔％至10摩尔％、或1摩尔％至5摩尔％、或1摩尔％至3摩尔％、或1摩尔％至2摩尔％的单体残基。合适的非硼酸官能化的乙烯基单体包括诸如丙烯酸酯和丙烯酰胺的单体，包括丙烯酸、丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸或它们的盐；N，N，N-三甲基-2-[(1-氧代-2-丙烯基)氧基]-氯化乙铵、N，N-二甲基-N-丙烯基-2-丙烯-1-氯化铵、2-(丙烯酰氧基)-N，N，N-三甲基乙铵(DMAEA.MCQ)；以及二烯丙基二烷基氯化铵，包括二烯丙基二甲基氯化铵，以及任何这些物质中的两种或更多种的混合物。
可用的硼酸官能化聚合物的分子量无特别限制。硼酸官能化聚合物包括二聚体、三聚体和寡聚体(总共4-10个重复单元)以及具有总共超过10个重复单元的高级聚合物，其中至少一个重复单元包含硼酸官能团。重均分子量为200g/mol至1×108g/mol的聚合物适合用作本文的聚合物，在实施方案中，重均分子量为500g/mol至1×108g/mol、或1000g/mol至1×108g/mol、或5000g/mol至1×108g/mol、或1×104g/mol至1×108g/mol、或2×104g/mol至1×108g/mol、或5×104g/mol至1×108g/mol、或1×105g/mol至1×108g/mol、或1×106g/mol至1×108g/mol、或200g/mol至1×107g/mol、或200g/mol至1×106g/mol、或200g/mol至1×105g/mol、或200g/mol至1×104g/mol、或200g/mol至1×103g/mol。用于测定重均分子量的方法是技术人员熟知的，并且在实施方案中，此类方法包括凝胶渗透色谱法。用于制备硼酸官能化聚合物的方法无特别限制。技术人员将理解，本领域中可以使用多种制备乙烯基聚合物的方法。这些方法包括纯单体、溶液中的单体和乳液(包括油包水和水包油乳液)中的单体的聚合和共聚合。
在实施方案中，聚合物硼酸官能化化合物具有以下性质中的一种或多种：非离子、阴离子、阳离子、两性以及缔合。在实施方案中，聚合物硼酸官能化化合物是直链的、支链的、高支化的或树枝状的。在实施方案中，聚合物硼酸官能化化合物是无规的、嵌段的、交替的或者介于这些中的两种或更多种之间的中间体。在实施方案中，聚合物硼酸官能化化合物是交联的；在其他实施方案中，聚合物硼酸官能化化合物是未交联的。
在实施方案中，聚合物硼酸官能化化合物是水溶性的或水分散性的。在实施方案中，聚合物硼酸官能化化合物包含净阳离子或阴离子电荷；在其他实施方案中，硼酸官能化化合物具有聚合物离子电荷；在其他实施方案中，聚合物硼酸官能化化合物包含离子电荷但是具有净零电荷(即，存在等摩尔量的阳离子和阴离子单体残基)。在实施方案中，聚合物硼酸官能化聚合物是丙烯酰胺和3-(丙烯酰胺基)苯基硼酸的共聚物。在实施方案中，聚合物硼酸官能化聚合物分散于或溶解于聚合物胶乳或水溶液中；在其他实施方案中，硼酸官能化聚合物是干粉形式。在实施方案中，水溶液或胶乳包含一种或多种表面活性剂或水可混溶性助溶剂。
因此，本文的第一实施方案中描述的方法中的任何一种或多种方法可以另外包括在加工矿石以获得矿物之前对特定矿石的硼酸益处进行初始确定。确定硼酸对矿石的益处意指确定含矿物矿石包含一种或多种天然有机化合物；或者确定将硼酸官能化化合物添加至矿石或其浆料中将导致矿物产量增加；或者确定两者。硼酸益处的初始确定可以用于矿石的加工，诸如，通过形成经处理的矿石或经处理的矿石浆料，通过确定是否需要这种处理以及应将多少硼酸官能化化合物添加至矿石或其浆料中以导致矿物产量增加。
因此，在本文所述的一个或多个第一实施方案中，硼酸益处的初始确定包括以下确定、基本上由以下确定组成或由以下确定组成：确定矿石包含有机化合物的天然来源。这套方法是技术人员熟知的，并且通常涉及有机物的热化学破坏，所述热化学破坏通过完全氧化或燃烧为CO2，以及总有机碳的红外光谱分析来进行。合适的方法例如在美国环境保护署(U.S.Environmental Protection Agency)报告NCEA-C-1282，April 2002(Schumaker)中有所概述。此外，Pulpeiro等人，Light Metals，1998，284证实了使用热化学方法来分析矿石材料的总有机含量。此类测试的结果可以适当地用于确定矿石是否将通过将硼酸官能化化合物添加至矿石或其浆料中而获得益处。具体而言，证实矿石中存在天然有机化合物表明，硼酸官能化化合物的添加将在矿石加工时，通过增加工艺的矿物产量而带来益处。在这些实施方案中，添加至矿石或矿物浆料中的硼酸官能化化合物的量可以由操作者选择，目的是矿石中存在的有机化合物的量。在一些此类实施方案中，添加至矿石或矿物浆料中的硼酸官能化化合物的量可以由操作者选择，目的是基于矿石中存在的有机碳的总量来确定、估算或计算羟基化的有机化合物的量。
此外，在本文所述的一个或多个第一实施方案中，硼酸益处的初始确定包括以下确定、基本上由以下确定组成或由以下确定组成：确定将硼酸官能化化合物添加至矿石或其浆料中将导致矿物的产量增加。通过测试一系列浓度的硼酸官能化化合物，和/或通过测试一系列化学上不同的硼酸官能化化合物或它们的混合物，获得产量的最佳结果。然后在加工设施中使用最佳量的硼酸官能化化合物来获得最佳产量，即硼酸官能化化合物添加的最佳益处。
进行与铝土矿矿石有关的示例性但非限制性确定，所述确定包括以下步骤、基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成，其中技术人员将理解，可以根据寻求产量益处的特定矿石而使用不同的程序来测试不同的矿石：
待处理的拜耳产物的样品(″测试浆料″)从加工设施获得，该样品被分成几个部分；从第一测试浆料部分中沉淀出氧化铝三水合物，以确定氧化铝三水合物在不存在硼酸官能化化合物的情况下的产量。在一些实施方案中，产量的测量通过将所得的氧化铝三水合物的质量进行沉淀、分离和称重来确定。然后将选定量的选定硼酸官能化化合物添加至测试浆料的第二部分中，然后进行氧化铝三水合物沉淀以确定其产量。
对于第一和第二测试浆料部分，使用相同的材料和相同的工艺步骤来进行氧化铝三水合物沉淀。在一些此类实施方案中，每升第二测试浆料将0.01g至10g硼酸官能化化合物添加至第二测试浆料部分中。然后比较从第一和第二测试浆料沉淀的氧化铝三水合物的产量以确定是否有益处：具体而言，氧化铝三水合物的产量是否通过添加选定量的选定硼酸官能化化合物而增加。任选地，第三、第四或更多数量的测试浆料等分试样可以用于一次或多次另外的产量测定，其中所添加的硼酸官能化化合物的量是变化的，或者硼酸官能化化合物的化学结构是变化的，或者两者都是变化的并且所得到的产量益处得以定量。在一些实施方案中，通过调节所添加的选定硼酸官能化化合物的量以进一步增加产量或进一步提高产量经济性来获得另外的益处(添加的益处/成本因素)。此外，在一些实施方案中，通过改变选定硼酸官能化化合物的化学结构以进一步增加产量或进一步提高产量经济性来获得另外的益处(添加的益处/成本因素)。
测量从拜耳产物中沉淀出的三水合铝的量的另一种方法是在沉淀工艺开始和结束时直接测定测试浆料中的浓度(氧化铝、苛性碱和苏打)。
因此，在一些第一实施方案中，处理矿石或矿石浆料以获得更高产量的益处的硼酸官能化化合物的最小有效量被确定为当与未经处理的测试浆料(上述情形中的第一测试浆料部分)相比时，矿石或矿石矿石浆料的处理获得矿物产量的可测量增加的最小量。此外，处理矿石或拜耳产物的硼酸官能化化合物的最大有效量是硼酸官能化化合物的最小量，高于该量不会获得进一步的产量益处。在一些实施方案中，硼酸官能化化合物的最佳量是最小有效量。在其他实施方案中，硼酸官能化化合物的最佳量是最大有效量。在其他实施方案中，考虑到硼酸官能化化合物的成本与针对选定量的选定硼酸官能化化合物获得的另外产量和/或操作者经历的特定加工设施条件和能力，硼酸官能化化合物的最佳量在最小有效量和最大有效量之间。
许多方法可用于帮助技术人员通过矿物在矿石浆料中的沉淀来确定产量益处。操作者通常使用此类″沉淀测试″来确定矿物加工回路中的一系列问题，所用的方法细节在文献中有详细记载。拜耳产物在Watts and Utley，″Volumetric Analysis of SodiumAluminate Solutions″，Anal.Chem.1953，25，6，864-867中有所阐述。矿物产量确定的其他来源适当地与前述测试矿石和/或矿石浆料的方法组合使用以确定添加硼酸官能化化合物的益处。
在一些实施方案中，确定铝土矿矿石的产量益处的方法在本文的实验部分中有所示例，其中测试复原精炼废液的方法有用地与拜耳产物一起代替复原产物使用。因此，在实施方案中，将选定量的选定硼酸官能化化合物与拜耳产物一起混合；然后将氧化铝三水合物晶种添加至混合物中；然后将晶种混合物在一定温度下搅拌一段时间诸如1-3小时，然后诸如通过真空过滤从混合物中收集固体。将固体洗涤、干燥并称重以确定沉淀物的产量。在一些此类实施方案中，在混合期间、搅拌期间或者混合和搅拌期间将混合物维持在60℃至100℃之间的温度。在一些此类实施方案中，在干燥之前洗涤收集的固体，诸如通过用热水洗涤。在一些此类实施方案中，通过对流、通过加热、或者对流和加热的组合来干燥沉淀物。
出乎意料的是，我们已经发现，硼酸官能化化合物或它们的任何反应产物在拜尔法工艺中似乎都不是毒物。在另一个方面，将硼酸官能化化合物添加至含有天然有机材料的铝土矿矿石或拜耳产物中导致所得的氧化铝的产量增加，如前述产量益处测试所证明。
在本文所述的任何一个或多个实施方案中，含矿物矿石在形成矿石浆料之前粉碎。在实施方案中，含矿物矿石是铝土矿矿石，并且所得的矿物是氧化铝三水合物。在实施方案中，经处理的矿石浆料是经处理的拜耳产物。在实施方案中，经处理的矿石浆料是经处理的拜耳浆料。在实施方案中，提高来自含矿物矿石的矿物的产量是提高从铝土矿矿石获得的氧化铝三水合物的产量。在实施方案中，硼酸官能化化合物以纯的(100％活性物或100％固体)形式或作为其水溶液添加至拜耳产物中，所述水溶液溶解有0.001重量％至80重量％硼酸官能化化合物，例如溶解有0.01重量％至50重量％或甚至1重量％至30重量％的硼酸官能化化合物。在实施方案中，在以下一项或多项之前、期间或之后将硼酸官能化化合物添加至铝土矿矿石或铝土矿浆料中：粉碎、选矿、溶出、澄清或沉淀。
第一实施方案的方法适当地结合拜尔法工艺在工艺的任何一个或多个已知步骤中进行，另外如上文所述，尤其是在连续拜尔法工艺中。另外，第一实施方案的方法可以用于在使矿石经历拜尔法工艺之前形成经处理的铝土矿矿石。因此，将硼酸官能化化合物添加至未经处理的矿石、或仅通过粉碎加工的矿石中，然后选矿，接下来通过工艺处理以获得矿物，是形成经处理的矿石(诸如经处理的铝土矿矿石)的第一实施方案的另一个方面。
第二实施方案
在第二组实施方案中，方法包括以下步骤、基本上由以下步骤组成或由以下步骤组成：将多糖添加至拜耳产物中以形成絮凝的拜耳产物，然后将硼酸官能化化合物添加至絮凝的拜耳产物中以形成经处理的拜耳产物。第二实施方案的添加的多糖不是矿石中天然的。出乎意料的是，将有效量的硼酸官能化化合物添加至絮凝的拜耳产物中导致类似于第一实施方案中所述的氧化铝重量产量增加，也就是说通过将硼酸官能化化合物添加至絮凝的拜耳产物中以获得经处理的拜耳产物，随后收集氧化铝，导致产量增加至少0.5重量％并且多达30重量％；另外与在不存在有效量的硼酸官能化化合物的情况下通过从相同的拜耳产物的相同处理获得的氧化铝的产量形成对比。第二实施方案的硼酸官能化化合物与第一实施方案的硼酸官能化化合物相同。
在一些第二实施方案中，硼酸官能化化合物在拜尔法工艺的沉淀阶段上游添加。在一些第二实施方案中，多糖不添加至拜尔法工艺的沉淀阶段。在一些第二实施方案中，在以下一项或多项之前、期间或之后将硼酸官能化化合物添加至铝土矿矿石或铝土矿浆料：粉碎、选矿、溶出、澄清或沉淀。
一般而言，拜尔法工艺的效率可以通过在拜尔法工艺的一个或多个阶段中包含絮凝剂作为工艺添加剂来适当地提高。多糖通常用作拜尔法工艺中的絮凝剂。然而，多糖是每条聚合物链具有数百或甚至数千个1，2-二醇部分和1，3-二醇部分的多元醇。在拜尔法工艺中作为絮凝剂添加的一种常见类型的多糖是葡聚糖。交联葡聚糖和交联二羟丙基纤维素是另外两种常用的多糖絮凝剂。
多糖的交联可以在将多糖添加至拜耳产物之前、期间或之后以几种已知方法中的一种实现。交联多糖可广泛地商购获得；例如，可变交联密度的葡聚糖可以例如以商品名诸如购自Sigma-Aldrich Chemical Company，St.Louis，MO，并且按原样使用。在一些实施方案中，多糖与含硼酸聚合物原位交联，如美国专利10,427,950号中所公开。此类方法包括将第一组合物与第二组合物混合，该第一组合物包含多糖，该第二组合物包含含硼酸聚合物。该混合物被添加至拜耳产物中，其中拜耳浆料的pH引发多糖与含硼酸聚合物的交联
在一些第二实施方案中，硼酸官能化化合物的添加量超过引起多糖絮凝剂的交联所需的量。在一些第二实施方案中，过量的硼酸官能化化合物以引起多糖絮凝剂的交联所需的量的单次过量添加的方式添加。然而，此类第二实施方案通常是次优选的，因为此类第二实施方案在提高氧化铝产量的效率方面低于以多次方式添加过量的硼酸官能化化合物的效率。例如，在单独的第一次添加和第二次添加中添加过量的硼酸官能化化合物。硼酸官能化化合物的″单次、过量添加″的效率较低，这是由于当絮凝剂存在于拜耳产物中时，硼酸官能化化合物倾向于继续与多糖絮凝剂反应的趋势。在这种情况下，硼酸官能化化合物可以优先地与添加的多糖反应而不是与天然毒物反应。
因此，在一些第二实施方案中，优选地将硼酸官能化化合物添加至絮凝的拜耳产物中。因此，在第二实施方案中，有效量的硼酸官能化化合物在多糖絮凝剂之后添加。
实验程序
复原精炼废液在以下实施例中通过将氧化铝三水合物溶解于95℃至100℃的精炼废液中来制备。将含有氧化铝(A＝166.3g/L)、苛性碱(C＝218.9g/L，以Na2CO3计)和苏打(S＝261.6g/L，以Na2CO3计)的复原液(200mL)添加至250mL瓶，并放置于90℃的旋转水浴中。
复原精炼废液的测试通过以下步骤来完成：将指定量的苯基硼酸(固体)添加至含有复原精炼废液的瓶中；然后将瓶放置于90℃水浴中直到苯基硼酸溶解。然后将水浴温度降至70℃，之后添加50g氧化铝三水合物作为晶种。在添加氧化铝三水合物三小时后，将瓶从水浴中取出，并将指定量的葡萄糖酸钠溶液(10mL，400g/L)添加至混合物中。使用Macherey-Nagel(MN 1672)滤纸通过真空过滤从冷却的混合物中收集固体，并用热去离子水洗涤经过滤的残余物，然后将残余物在烘箱中干燥。对滤纸进行称重以确定收集的固体并计算沉淀物的产量。
合成拜耳液通过将氧化铝三水合物、氢氧化钠和/或碳酸钠溶解于水中以达到各组分的所需浓度来制备。将氧化铝(A＝169.2g/L)、苛性碱(C＝253.0g/L，以Na2CO3计)和苏打(S＝269.6g/L，以Na2CO3计)的水溶液用来形成混合物。
合成拜耳液的测试通过将200mL合成拜耳液添加至250ml瓶并在设置为75℃的水浴中加热来完成。将指定量的葡萄糖酸钠溶液(87.2g/L)添加至温热的合成拜耳液。将去离子水添加至瓶中以使所有瓶中的体积相等。然后将指定量的苯基硼酸(固体)添加至合成液，并使固体在水浴中混合。然后如下文所述从合成拜耳液中收集固体：首先，将氧化铝三水合物晶种(可从RJ Marshal Company，Southfield，MI商购获得)(50g)添加至每个瓶中；将瓶密封并在75℃下翻转3小时。然后将10mL葡萄糖酸钠溶液(400g/L)添加至每个瓶中。使用Macherey-Nagel(MN 1672)滤纸通过真空过滤从冷却液中收集固体，并用热去离子水洗涤经过滤的残余物，然后将残余物在烘箱中干燥。对滤纸进行称重以确定收集的固体并计算沉淀物的产量。
实施例1
将合成拜耳液与表1中指定的量的2mmol/L、4mmol/L或10mmol/L葡萄糖酸钠混合。然后将表1中指定的量的苯基硼酸(PBA)添加至液体中。在添加PBA后，如上文所述从合成拜耳液中收集固体。从液体获得的固体沉淀物的产量报告于表1中。
表1中的结果显示，当单独添加葡萄糖酸盐溶液时，干燥固体的产量显著降低；但是添加PBA后效果得以改善。因此，当添加2mmol/L的葡萄糖酸盐时，与不添加PBA的相同液体相比，10mmol/L的PBA使收集的氧化铝沉淀物的产量增加4.7％。在存在10mmol/L葡萄糖酸盐的情况下，10mmol/L PBA使产量增加4.4％，而添加30mmol/L PBA使氧化铝产量增加11.8％。
表1：从合成拜耳液获得的氧化铝沉淀物的产量(单位g/L)。
实施例2
将苯基硼酸(PBA)按表2中指定的量添加至复原精炼废液中。在添加PBA后，如上文所述从液体中收集固体。来自液体的固体的产量报告于表2中。
与实施例1中观察到的效果类似，PBA添加对复原精炼废液中的有机毒物的天然来源的影响导致观察到的产量增加。在这批特别的复原精炼废液中，通过添加PBA观察到产量增加约4.8％至6.7％。
表2：从复原精炼废液获得的沉淀物的产量(单位g/L)。
实施例3
复原精炼废液如上文所述制备并分成4个等分试样。
其中三个样品用″聚酰胺BA″处理。在每种情况下，通过将胶乳共聚物(30％活性物)溶解于20g/L苛性碱中来形成丙烯酰胺和乙烯基硼酸的共聚物(下表3中的″聚酰胺BA″)的2重量％溶液。然后将10mL共聚物溶液添加至200mL复原精炼废液样品中。在三个这种经处理的样品中的两个样品中，将附加剂量的苯基硼酸(PBA)添加至200ml样品中。使用表3中详细描述的两种不同的PBA的剂量比率。
向第四样品(对照)中添加等量的水，以确保所有样品都经历相同水平的稀释。
在添加处理后，将样品放置于90℃水浴中并混合。然后将洗净的沙子添加至每个瓶中，然后混合2分钟。然后通过过滤除去沙子并收集每个样品的过滤液。
将氧化铝三水合物晶体(50g)添加至每瓶过滤液中，并使瓶在70℃下翻转3小时。然后将10mL葡萄糖酸钠溶液(400g/L)添加至每个瓶中并混合。最后，如上文所述通过过滤和干燥来收集固体。干燥固体(沉淀物)的产量报告于表3中。
表3.从实施例3的复原精炼废液获得的沉淀物的产量(单位g/L)。

Claims (20)

1.一种提高来自铝土矿矿石的氧化铝的产量的方法，所述方法包括：
将所述铝土矿矿石与水混合以形成铝土矿浆料，
将有效量的硼酸官能化化合物添加至所述铝土矿浆料中以形成经处理的浆料；以及
对所述经处理的浆料进行加工以产生氧化铝产物，
其中所述硼酸官能化化合物的有效量是添加至所述铝土矿浆料中以获得比从根据与所述经处理的浆料相同的工艺进行加工的相应的未经处理的浆料获得的氧化铝产量高至少0.5重量％的氧化铝产量的所述硼酸官能化化合物的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铝土矿浆料的pH为7或更大，或者被调节至7或更大。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述加工包括以下中的一者或多者：粉碎、选矿、溶出、澄清、沉淀、分级和煅烧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述硼酸官能化化合物是苯基硼酸。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述硼酸官能化化合物是包含乙烯基硼酸的聚合残基的硼酸官能化聚合物。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述硼酸官能化聚合物是还包含丙烯酰胺的聚合残基的共聚物。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述硼酸官能化聚合物是还包含二烯丙基二甲基氯化铵的聚合残基的共聚物。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，所述方法还包括确定所述铝土矿矿石的硼酸益处。
9.一种方法，所述方法包括将组合物添加至含矿物矿石中，所述组合物由硼酸官能化化合物和任选的一种或多种溶剂、pH调节剂或两者组成。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述含矿物矿石是铝土矿。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中所述溶剂是水。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中在添加所述硼酸官能化化合物之前将所述含矿物矿石粉碎。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，所述方法还包括在添加所述硼酸官能化化合物之后对所述含矿物矿石进行加工。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述加工包括以下中的一者或多者：粉碎、选矿、溶出、澄清、沉淀、分级和煅烧。
15.一种方法，所述方法包括将组合物添加至拜耳产物中，所述组合物包含硼酸官能化化合物和任选的溶剂，其中所述组合物不包含多糖。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述拜耳产物是絮凝的拜耳产物。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的方法，其中所述溶剂是水。
18.一种组合物，所述组合物由硼酸官能化化合物、水和铝土矿矿石组成。
19.硼酸官能化化合物用于确定铝土矿矿石的硼酸益处的用途。
20.组合物用于处理铝土矿矿石的用途，所述组合物包含硼酸官能化化合物并且不包含多糖。
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