EA015656B1

EA015656B1 - Композиция и способ усовершенствованного получения гидроксида алюминия

Info

Publication number: EA015656B1
Application number: EA200802294A
Authority: EA
Inventors: Джаньюн Лиу; Джеймс А. Каунтер; Дмитрий Л. Кузнецов; Дэвид Г. Слинкман
Original assignee: Налко Компани
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2011-10-31
Also published as: WO2007134276A2; AU2007249266A1; US7976820B2; CN101443274B; EP2018350B1; BRPI0711025A2; AU2007249266B2; EA200802294A1; WO2007134276A3; CN101443274A; EP2018350A2; BRPI0711025B1; US20070081932A1; EP2018350A4

Abstract

Усовершенствованный способ и композиция для получения кристаллов гидроксида алюминия в маточном растворе способа Байера, который включает добавление эмульгированного модификатора кристаллизации, включающего жирную кислоту, содержащую от 8 до 10 атомов углерода, ее предшественники, соли или смеси. Алкильная углеродная цепь указанного модификатора кристаллизации, включающего жирную кислоту, не содержит функциональных групп. Модификатор позволяет получать рентабельный продукт как в присутствии, так и в отсутствие углеводородного масла, в котором растворяют жирную кислоту. Кроме того, модификатор, приготовляемый либо в виде эмульсии, либо в виде чистой жирной кислоты, способствует образованию агрегатов оксалата, размер которых превышает 200 мкм, которые могут быть легко удалены с минимальными потерями тригидрата.

Description

Настоящая заявка является частичным продолжением патентной заявки США № 11/159467 от 23 июня 2005 г. и претендует на приоритет указанной заявки, содержание которой полностью включено в настоящее описание по ссылке.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу получения кристаллического гидроксида алюминия в соответствии со способом Байера. В частности, изобретение относится к композициям и способам, предназначенным для увеличения размеров кристаллов гидроксида алюминия, не приводящим к значительному снижению выхода.

Гидроксид алюминия (также известный как тригидрат оксида алюминия) применяют для получения первичного металлического алюминия способом электролитического восстановления. В промышленном масштабе гидроксид алюминия получают в соответствии с хорошо известной технологией, известной под названием способа Байера. Стадии этого способа, включающие кристаллизацию и осаждение растворенного гидроксида алюминия из рабочих растворов, являются решающими в отношении экономически эффективного извлечения алюминия из этих растворов. Экономически эффективное извлечение алюминия достигают оптимизацией двух важных в торговом отношении параметров: выхода и среднего размера частиц.

До настоящего времени попытки увеличить выход и размер частиц гидроксида алюминия, выделяемого из растворов способа Байера, не приводили к получению ценного товарного продукта. Резкое увеличение стоимости энергии в последние годы заставляет производителей гидроксида алюминия изыскивать новые способы оптимизации параметров производства приемлемого в торговом отношении продукта. Несмотря на попытки разработать химические добавки и способы, позволяющие снизить количество нежелательных частиц оксида алюминия в продукте при сохранении эффективности способа его получения, ни одна из этих попыток не привела к одновременному достижению повышенного выхода и увеличению размера частиц оксида алюминия, получаемых в соответствии со способом Байера. Результаты указанных попыток включают добавление ускорителей фильтрования, например коагулянтов или флокулянтов, в некоторых случаях содержащих полиакриловые кислоты (ПАК), модификаторов кристаллизации и обезвоживающих агентов. Например, в патенте США № 4737352 (далее патент '352), принадлежащем №11ео. описан способ, обеспечивающий пониженное количество мелких кристаллов и увеличение выхода более крупных кристаллов гидроксида алюминия, включающий добавление поверхностно-активного вещества, диспергированного в масле, в маточный раствор, производимое во время проведения фазы осаждения.

В формуле изобретения указанного патента поверхностно-активное вещество ограничено жирной кислотой таллового масла. Однако в описании патента '352 в качестве поверхностно-активного вещества указана любая жирная кислота, имеющая, по меньшей мере, насыщенную или ненасыщенную основную алкильную цепь, включающую четыре атома углерода и возможно содержащую по меньшей мере одну функциональную группу. Кроме того, в описании указано, что применение функционализованной жирной кислоты, включающей С₈-алкильную цепь, является преимуществом; тем не менее, указанная жирная кислота не упомянута в формуле изобретения, и ее преимущества или применение на практике не указаны. В описании также рассмотрен усовершенствованный способ, включающий обработку горячего зеленого щелока, получаемого по способу Байера, смесью поверхностно-активного вещества/масла. Кроме того, в описании не рассмотрено, не описано и даже отдаленно не упомянуто, что длина углеродной цепи жирной кислоты является фактором, представляющим новизну. При описании усовершенствованного способа получения гидроксида алюминия в примерах, иллюстрирующих изобретательский уровень указания длины углеродной цепи жирной кислоты, были два серийно выпускаемых модификатора роста кристаллов, углеродная цепь жирной кислоты которых включала более десяти атомов углерода, которые названы коммерческим продуктом 1 и коммерческим продуктом 2. В патенте '352 упомянут класс жирных кислот, которые в виде смеси с маслом способствуют получению товарного продукта улучшенного качества. Композиция, включающая жирные кислоты, описываемая в настоящей заявке, включает такие типы жирных кислот, при помощи которых могут быть достигнуты результаты, отличающиеся от результатов, описанных в цитируемом родственном патенте.

Ограничения выхода и размера частиц оксида алюминия, извлекаемых из рабочих растворов способа Байера, также описаны в патенте США № 6168767 (далее патент '767), озаглавленном Получение оксида алюминия и принадлежащем С1Ьа 8рес1аИу Сйешкак Ша1ет ТгеаИпепЦ Ышйеб. Описана водорастворимая композиция модификатора кристаллизации, включающая первую композицию, содержащую полиалкоксилированное неионное поверхностно-активное вещество, и вторую композицию, содержащую неполиалкоксилированное поверхностно-активное вещество или его предшественник. В качестве обязательных компонентов композиции, содержащей полиалкоксилированное неионное поверхностноактивное вещество, указаны звенья этиленоксида (ЭО), предпочтительно звенья этиленоксида и пропиленоксида (ПО), которые образуют блок-сополимер этиленоксида и пропиленоксида. В патенте '767 описана композиция, которая по существу, не содержит минерального или кремнийорганического масла, и часто подчеркивается, что преимущество модификаторов кристаллизации ... состоит в том, что они не требуют присутствия масел (см., например, столбец 2, строки 21-25; столбец 4, строки 25-35; столбец 5,

- 1 015656 строки 21-33). Экономическая эффективность указанных компонентов и их приемлемость по сравнению со смесями поверхностно-активное вещество/масло, применяемыми в большинстве композиций, включающих модификаторы кристаллизации и применяемых на большинстве предприятий, которые используют способ Байера, остается сомнительной.

Кроме того, на размер частиц и выход продукта при извлечении оксида алюминия влияет присутствие в маточном растворе оксалата. Оксалат представляет собой примесь, которая может действовать как затравочный кристалл, что приводит к образованию слишком большого количества мелких кристаллов гидроксида, уменьшая средний размер частиц. Кроме того, при просеивании, проводимом для удаления оксалатных примесей, также происходит удаление оксида алюминия, что снижает выход продукта. Эти проблемы должны быть учтены при проведении любого способа извлечения оксида алюминия.

Несмотря на постоянные и непрекращающиеся попытки усовершенствовать способ Байера, предпринимаемые во всем мире, в промышленности все еще остается настоятельная потребность в получении оксида алюминия более высокого качества.

Для решения столь длительно существующих нерешенных проблем, описанных выше, были разработаны способ и композиция, предназначенные для получения в соответствии со способом Байера кристаллов гидроксида алюминия, имеющих более крупный размер частиц. Указанного результата достигают при добавлении эмульгированных С₈-С|₀-жирных кислот, их предшественников, солей или смесей, причем основная углеродная цепь указанных жирных кислот не содержит функциональных групп. В зависимости от параметров технологической системы перед приготовлением водной эмульсии С₈-С₁₀модификатор кристаллизации растворяют в масляном носителе.

Таким образом, предлагаемая и рассматриваемая в настоящем описании композиция включает в качестве активного ингредиента поверхностно-активное вещество, представляющее собой жирную кислоту, ее предшественник, соль или смеси, имеющую насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или неразветвленную алкильную цепь, включающую от 8 до 10 атомов углерода, причем указанные атомы углерода не имеют функциональных групп, растворенную в масляном носителе, температура кипения которого выше температуры преобладающей кристаллизации гидрата оксида алюминия. Указанную смесь жирной кислоты и масла эмульгируют и затем вводят в определенной дозировке в рабочий раствор способа Байера в соответствии с рассмотренным в настоящем описании способом.

Вторая предлагаемая и рассматриваемая в настоящем описании композиция включает в качестве активного ингредиента поверхностно-активное вещество, представляющее собой жирную кислоту, ее предшественник, соль или смеси, имеющую насыщенную или ненасыщенную, разветвленную или неразветвленную алкильную цепь, включающую от 8 до 10 атомов углерода, причем указанные атомы углерода не имеют функциональных групп. Указанную жирную кислоту эмульгируют и затем вводят в определенной дозировке в раствор в соответствии с рассмотренным в настоящем описании способом.

Композицию, включающую подходящий модификатор кристаллизации, вводят в способ в количестве, достаточном для сдвига распределения размера частиц кристаллов гидроксида алюминия таким образом, что образовавшиеся кристаллы содержат пониженное количество мелких кристаллов, но при этом не снижается общий выход гидроксида алюминия.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображена пара микрофотографий кристаллов алюминия, полученных в холостом опыте без модификатора кристаллизации, сделанных на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) при увеличении в 100 и 5000 раз соответственно.

На фиг. 2 изображена пара СЭМ микрофотографий кристаллов алюминия, полученных в опыте с использованием 12 мг/м² имеющегося в продаже модификатора, сделанных при увеличении в 100 и 5000 раз соответственно.

На фиг. 3 изображена пара СЭМ микрофотографий кристаллов алюминия, полученных в опыте с использованием 12 мг/м² модификатора кристаллизации, включающего С₈-С₁₀-жирную кислоту, предлагаемого согласно настоящему изобретению, сделанных при увеличении в 100 и 5000 раз соответственно.

Несмотря на то, что изобретение может иметь несколько примеров реализации, в настоящем описании будут подробно рассмотрены предпочтительные примеры его реализации; при этом следует понимать, что настоящее описание предназначено для иллюстрации принципов изобретения и никоим образом не ограничивает область его применения описываемыми примерами реализации.

Ниже даны определения некоторых важных терминов, встречающихся в настоящем описании.

Приблизительно - этот термин используют для определения численного значения; его следует понимать как величину, равную указанному численному значению или отличающуюся на 2 целые единицы от указанного численного значения.

Коммерческий продукт 1 и коммерческий продукт 2 - означают выпускаемые серийно модификаторы роста кристаллов (МРК), в которых углеродная цепь жирной кислоты включает более десяти атомов углерода, как указано в примерах цитируемого патента '362, в которых применяли эти продукты.

Композиция модификатора кристаллизации - перечисление, описание и указанные пропорции сырьевых материалов, применяемых для изготовления указанной добавки, включающей С₈-С1₀-жирную кислоту.

- 2 015656

Жирная кислота, длина углеродной цепочки которой включает от 8 до 10 атомов углерода, соответствует продукту С-810Б, поставляемому Ргос1ог апй СатЫс. Он представляет собой практически бесцветную прозрачную жидкость слегка желтоватого оттенка. Средняя молекулярная масса продукта составляет 154 г/моль, а приблизительный состав включает жирные кислоты со следующей длиной углеродной цепи: С₆ <6%, С₈ 53-60%, С₁₀ 34-42% и С₁₂ <2%. Углеводородная цепь может быть как насыщенной, так и ненасыщенной, разветвленной или неразветвленной и не содержит функциональные группы. Специалистам в данной области техники известны многие другие коммерческие продукты, содержащие подобные жирные кислоты, которые подходят для применения в соответствии с настоящим изобретением.

Масляный носитель - включает гидрофобную жидкость, которая может быть выбрана из алифатических или ароматических соединений, например парафиновых масел, нафтеновых масел или топливных масел. Для реализации настоящего изобретения также подходит масляный носитель, включающий кубовые остатки или остаточные отходные материалы, получаемые при производстве алкиловых спиртов. Такие материалы обычно включают смесь реагентов гидроформилирования (олефинов), готовых продуктов (спиртов) и побочных продуктов простых и сложных эфиров. Материалы, пригодные для использования в качестве масляного носителя, можно применять как таковые или в виде смесей, в любых пропорциях.

Тяжелая кислородсодержащая фракция (ТКФ) - представляет собой полезный растворитель для реализации настоящего изобретения. ТКФ в основном содержит остаточные отходные материалы, остающиеся после производства алкиловых спиртов. В эту категорию также входят высококипящие кубовые остатки производства алкиловых спиртов, которые содержат смесь реагентов гидроформилирования (олефинов), готовых продуктов (спиртов), а также побочных продуктов простых и сложных эфиров.

Процентное массовое отношение - общая массовая доля одного реагента в 100 граммах композиции или смеси. Соответствующая доля другого компонента составляет разность между 100 и общей массовой долей первого компонента.

Не содержащий присоединенные функциональные группы - любой алкильный радикал любой длины, содержащий исключительно атомы углерода и водорода.

Нагретый рабочий раствор способа Байера - любой раствор способа Байера, показатель свободной щелочности которого превышает 100 г/л Ыа₂СО₃, и температура которого превышает температуру окружающей среды или 25°С.

Отработанный раствор - означает раствор Байера, получаемый после проведения стадии окончательной классификации, который возвращают на обработку в способ Байера.

Процентное (%) превышение контрольного квантиля размера частиц - распределение размера частиц обычно задают тремя квантилями: й(0,1), й(0,5) и й(0,9). Таким образом, 10, 50 и 90% соответственно от общего объема (или массы) частиц имеют размер меньший, чем размер, указанный в таблицах. Процентное (%) превышение контрольного квантиля размера частиц представляет собой разность между дополнительным количеством и контрольным значением для соответствующего квантиля размера частиц, поделенную на контрольное значение квантиля размера частиц.

Эффективное количество - эффективное количество означает любую дозировку любой добавки, которая способствует повышению размера частиц в одном или во всех трех квантилях по сравнению с контрольным образцом, не содержащим добавки.

Повышенный выход продукта - означает, что в осадительном сосуде по окончании операции осаждения образуется большее количество твердого гидроксида алюминия. Обычно на это указывает более низкое содержание гидроксида алюминия в растворе, находящемся в указанном сосуде.

Рабочий раствор.

В примерах применяют маточный раствор (загрузку) для осаждения гидроксида алюминия, который представляет собой горячий каустический раствор, полученный после извлечения красного шлама в способе Байера. Понимание способа Байера в целом не требуется для понимания основной концепции изобретения, которая состоит в применении жирной кислоты С₈-С1₀ в присутствии или в отсутствие масляного носителя, эмульгированной в воде. После отделения красного шлама зеленый щелок представляет собой горячий каустический фильтрат; зеленый щелок, получаемый в промышленном производстве, содержит алюминий в виде растворенного алюмината натрия. Этот щелок и рециркулируемые мелкие частицы затравок тригидрата оксида алюминия загружают в подходящий осадительный бак или серию сообщающихся баков. Здесь загружаемый материал охлаждают при перемешивании, вызывая осаждение кристаллов гидроксида алюминия на затравках, которые представляют собой центры роста.

Полное удаление очень мелких частиц (например, -325 меш или менее) не требуется. После проведения осаждения эти частицы служат в качестве оставшихся источников затравок, которые рецикрулируют для проведения следующего цикла повторного роста в непрерывном способе.

Коротко говоря, осаждение включает зародышеобразование, за которым следует (а) начальный рост кристаллов и (б) агломерация указанных кристаллов в более крупные или пескообразные частицы гидроксида алюминия, которые затем высушивают и часто прокаливают с получением А1₂О₃, в качестве ценного товарного продукта.

- 3 015656

Характеристика жирной кислоты/масляного носителя.

Примером жирной кислоты С₈-С_!0 может служить продукт С-810Б, поставляемый Ρτοοΐοτ апй СатЫе, имеющий концентрацию 150 г/л, диспергированный в имеющемся в продаже парафиновом углеводородном масле ЕБСАГО 110. Как описано в патенте США № 4737352, принадлежащем Ναΐοο. в котором впервые были описаны композиции родственных жирных кислот таллового ряда в масле, на предлагаемое изобретение не влияют различные запатентованные типы методик осаждения, включающие запатентованные технологические параметры. Это очень важно, поскольку это означает, что вне зависимости от запатентованных технологических параметров, поддерживаемых в осадительном баке, для реализации на практике настоящего изобретения требуется лишь смешивание и поточное введение эмульсии, при помощи которой производят обработку. В состав эмульсии входят (А) жирная кислота С₈-С₁₀ совместно с (В) масляным носителем жирной кислоты и (С) вплоть до 85 мас.% воды. Масло необходимо лишь для растворения поверхностно-активного вещества, и температура кипения масла находится гораздо выше температуры кипения горячего зеленого щелока способа Байера, из которого производят осаждение. Соответственно, жирная кислота может содержать по меньшей мере восемь атомов углерода в основной цепи и не содержать никаких функциональных групп, которыми обычно модифицируют подобные соединения.

Так как кислоты С₈-С₁₀ являются маслорастворимыми, единственным ограничением, налагаемым на выбор масла, является выбор масла с температурой кипения, превышающей приблизительно 93,3°С (200°Е). Масляный носитель можно выбирать из группы, включающей парафиновые соединения, ароматические масла (например, нафтеновое масло) или любые смеси указанных веществ. Например, это может быть эмульсия немодифицированной жирной кислоты С₈-С₁₀ в масляном носителе, представляющем собой низшее ароматическое масло или парафиновое масло, приготовленная в массовом соотношении приблизительно 15:85, эмульгированная в воде, причем указанную эмульсию вводят в дозировке приблизительно от 1 до 50 частей на миллион.

Испытания, описанные в приведенных ниже примерах, показывают, что при помощи описываемых композиций и в соответствии с описываемыми способами получают усовершенствованный товарный продукт. Для оценки эффективности жирной кислоты С₈-С1₀ были произведены следующие операции предварительной обработки, сравнительной обработки и следующие испытания.

Определение осадка: оценка действия добавок.

Все определения осадков проводили в 250-мл флаконах №1депе®, содержимое которых перемешивали переворачиванием при скорости 10 об/мин на водяной бане 1п1гошс8 с регулируемой температурой. Для повышения точности определений в каждый флакон помещали определенную массу (200 мл = 260,0 г) маточного раствора, плотность которого составляла 1,30 кг/л (~72°С). В каждый флакон при помощи микрошприца через крышку вводили добавку в количестве, соответствующем общей удельной поверхности затравочных кристаллов (мг/м²), и флаконы затем помещали на вращающую баню для достижения состояния равновесия при 72°С (20 мин). После достижения состояния равновесия флаконы извлекали, быстро добавляли в каждый требуемое количество затравок (50 г/л, рассчитано относительно объема раствора) и немедленно возвращали на водяную баню. Температура водяной бани составляла 72°С. Флаконы подвергали вращению в течение ночи, всего в течение 15 ч.

По окончании 15 ч флаконы извлекали, из каждого флакона отбирали образец суспензии объемом 20 мл, фильтровали его через шприцевой фильтр и подвергали жидкостному анализу. Для предотвращения дальнейшего осаждения в оставшуюся суспензию добавляли 10 мл раствора глюконата натрия (400 г/л) и хорошо перемешивали. Твердые вещества собирали вакуумным фильтрованием, тщательно промывали горячей деионизированной водой и сушили при 110°С. Распределение размера частиц и их удельную поверхность определяли при помощи анализатора размера частиц Макет, хорошо известного в данной области техники. Распределение размера частиц традиционно задают при помощи трех квантилей 0.(0,1), й(0,5) и й(0,9). Они соответствуют размерам частиц, при которых доля указанных частиц составляет приблизительно 10, 50 и 90% соответственно от общего объема (или массы) частиц.

Сначала образцы оценивали (табл. 1) сравнением (1) контрольного образца, не содержащего добавки; (2) образцов, содержащих углеводородный раствор МРК (модификатор роста кристаллов), полученный в сравнительном примере 1, и (3) образцов, содержащих смесь С8-10/масляный носитель на водной основе в соответствии с примером 2. Затем оценивали (табл. 2) сравнением (1) контрольного образца, не содержащего добавки; (2) коммерческого продукта МРК и (3) образцов, содержащих смесь С810/масляный носитель на водной основе в соответствии с примерами 3-5.

Композиции, содержащие МРК, включающий жирную кислоту С₈-С₁₀, приготовленные в виде эмульсий

Ниже показаны результаты сравнения продуктов, содержащих МРК, предлагаемые согласно настоящему изобретению, приготовленные в виде углеводородных растворов и водных эмульсий.

Подходящие продукт МРК могут быть приготовлены в виде эмульсий типа масло-в-воде или вода-в-масле. Однако предпочтительными являются композиции МРК, приготовленные в виде микроэмульсий.

- 4 015656

Структура микроэмульсий сильно отличается от структуры обычных эмульсий. Эмульсии состоят из отдельных капель масла в воде или капель воды в масле, имеющих резкую границу между двумя фазами. Размер частиц в микроэмульсиях составляет от 10 до 600 нм, так что они выглядят как прозрачные или опалесцирующие однофазные образования.

В отличие от обычных эмульсий микроэмульсии термодинамически стабильны. Это означает, что образование микроэмульсий происходит спонтанно, при смешивании компонентов, и они остаются стабильными, пока не происходят изменения компонентов. Таким образом, приготовление микроэмульсий может быть сведено к простому вымешиванию без дополнительных затрат энергии на высокоэнергетическое перемешивание. Кроме того, микроэмульсии не имеют тенденции к расслоению или осаждению, что повышает их стабильность при хранении. Для восстановления микроэмульсий после замерзания или воздействия высокой температуры необходимо лишь произвести осторожное перемешивание. Примеры и результаты приведены ниже.

Сравнительный пример 1 (углеводородный раствор).

15% смеси жирных кислот С_8-10, поставляемой Ртос1от апб СашЫе Сйеш1са18 под торговой маркой С-810Ь, и

85% парафинового масла (деароматизированная алифатическая текучая среда), поставляемого Еххоп МоЫ1 Сотротайоп под торговой маркой Е§са1б 110.

Пример 2 (эмульсия).

15% смеси жирных кислот С_8-10, поставляемой Ртос1от апб СашЫе Сйеш1са18 под торговой маркой С-810Ь,

30% парафинового масла (деароматизированная алифатическая текучая среда), поставляемого Еххоп МоЫ1 Сотротабоп под торговой маркой Е§са1б 110,

5% этоксилированного С_10-16 спиртового эмульгатора и

45% воды.

Пример 3 (эмульсия).

15% смеси жирных кислот С_8-!0, поставляемой Ртос1от апб СашЫе Сйеш1са18 под торговой маркой С-810Ь,

30% остатка перегонки спиртов С₁₀, поставляемого №11ео Сотрапу под торговой маркой ЫЛЬСО 99ΌΆ115,

15% этоксилированного-пропоксилированного С14-С18-спиртового эмульгатора, поставляемого Ыа1со Сотрапу под торговой маркой ЫЛЬСО 60096,

20% регулятора рН (50% гидроксид калия), поставляемого №1со (В-192), и

20% воды.

Пример 4 (эмульсия).

15% смеси жирных кислот С_8-1₀, поставляемой Ртос1от апб СатЫе СйеткаИ под торговой маркой С-810Ь,

20% остатка перегонки спиртов С₁₀, поставляемого №11со Сотрапу под торговой маркой ЫЛЬСО 99ΌΆ115,

25% этоксилированного-пропоксилированного С14-С18-спиртового эмульгатора, поставляемого Ыа1со Сотрапу под торговой маркой ЫЛЬСО 60096,

18% регулятора рН (50% гидроксид калия), поставляемого №1со (В-192), и

22% воды.

Пример 5 (эмульсия).

15% смеси С_8-1₀-жирных кислот, поставляемой Ргос1ог апб СатЫе СйеписаЕ под торговой маркой С-810Ь,

45% этоксилированного-пропоксилированного С14-С18-спиртового эмульгатора, поставляемого Ыа1со Сотрапу под торговой маркой ЫЛЬСО 60096,

10% регулятора рН (50% гидроксид калия), поставляемого №1со (В-192), и

30% воды.

Как видно из табл. 1, эмульсия, полученная в примере 2, оказывает укрупняющее действие, подобное действию углеводорода, описанного в примере 1.

- 5 015656

Таблица 1

Действие продукта, содержащего жирные кислоты С_8-10, на размер частиц гидроксида алюминия, получаемых по способу Байера при 72°С. Сравнение действия углеводородных растворов и водных эмульсий

Пример	Доза (мг/м²)	Размер частиц квантиля (мкм)	% увеличение среднего значения контрольного квантиля размера частиц
		6(0,1)	6(0,5)	6(0,9)	6(0,1)	6(0,5)	6(0,9)
Контрольный образец 1	-	43	70	111
Контрольный образец 2	-	44	70	112
Среднее	-	43	70	112

Сравнительный Пример 1	3	47	75	119
Сравнительный Пример 2	3	48	76	120
Среднее	3	47	76	120	8	8	7

Пример 2	3	46	75	119
Пример 2	3	47	75	120
Среднее	3	47	76	120	8	7	7

Результаты показывают, что эмульсия С_8-10 оказывает столь же эффективное МРК воздействие, как и углеводородный раствор, при дозировке, составляющей 3 мг/м², увеличивая размер частиц во всех трех квантилях.

Из показанной ниже табл. 2 видно, что эмульсии, полученные в примерах 3 и 4, оказывают на размер частиц укрупняющее действие, подобное действию различных дозировок известного коммерческого продукта.

Таблица 2 Действие различных дозировок продукта, содержащего эмульсию жирных кислот С_8-10, на размер частиц гидроксида алюминия, получаемых по способу Байера при 72°С. Результаты сравнивают с действием известного коммерческого продукта

Пример	Доза (мг/м²)	Размер частиц квантиля (мкм)	% увеличение среднего значения контрольного квантиля размера частиц
6(0,1)	6(0,5)	6(0,9)	6(0,1)	6(0,5)	6(0,9)
Контрольный образец 1	-	40,8	65,3	103,9
Контрольный образец 2	-	41,3	66,2	105,1
Среднее		41,1	65,8	104,5

Коммерческий Продукт	1	42,8	68,6	108,0	4	4	3
Коммерческий Продукт	3	44,2	70,2	111,0	8	7	6
Коммерческий Продукт	5	45,3	71,8	113,3	10	9	8

Пример 3	1	42,9	68,4	108,6	4	4	3
Пример 3	3	44,2	70,1	110,7	8	7	6
Пример 3	5	45,1	71,9	113,3	10	9	8

Пример 4	1	43,1	68,6	109,2	5	5	4
Пример 4	3	44,9	71,4	111,5	9	8	7
Пример 4	5	45,9	72,5	114,4	12	10	9

Пример 5	1	43,2	68,8	108,6	5	5	4
Пример 5	3	45,4	72,0	112,7	10	9	8
Пример 5	5	46,4	75,6	116,0	13	12	11

Результаты показывают, что все три дозировки эмульсии С_8-10 примера 3 приводят к такому же увеличению размера частиц, что и добавление коммерческого продукта. Все три дозировки веществ, применяемых в соответствии с примерами 4 и 5, приводят к более эффективному увеличению размера частиц во всех трех квантилях.

Далее были проведены испытания, подтверждающие, что среди ряда линейных жирных кислот наибольшим эффектом МРК обладают кислоты с длиной основной цепи от 8 до 10 атомов углерода.

- 6 015656

Определение осадка: эффект длины основной цепи жирных кислот

Жирные кислоты чистотой >98-99%, включающие бутановую (С₄), гексановую (С₆), октановую (С₈), декановую (Сю), тетрадекановую (С₄₄) и октадекановую (С₄₈), были предоставлены корпорацией Λΐάποίι (ет^ет.а16г1сй.сот). В качестве масляного носителя использовали алифатический растворитель Εδοαίά 110. В качестве затравочного материала для осаждения использовали тригидрат оксида алюминия С31 (поставляемый А1соа, удельная поверхность, определенная по методу БЭТ (Брунауэра, Эммета, Тэйлора) составляет 0,38 м²/г). Для приготовления маточных растворов использовали отработанный щелок, полученный с Североамериканского алюминиевого завода, и А1соа С31. Для остановки кристаллического роста, производимой по завершении испытания во флаконах, использовали глюконат натрия (97% чистоты).

Для имитации обычных условий осаждения способа Байера применяли следующие параметры:

Маточный растовор: А/С=0,66-0,70

Температура осаждения: 72°С

Время осаждения: 15 ч

Загрузка затравки: С31=50 г/л

Дозировка МРК: 3 мг МРК/м² поверхности затравки (60 частей на миллион в маточном растворе).

Процедура приготовления образцов во флаконах №11дспс® была аналогична описанной ранее, так что нет необходимости описывать ее снова. Результаты указаны ниже в табл. 3.

Каждую из жирных кислот С₄, С₆, С₈, С₁₀, С₁₄ и С₁₈ растворяли в углеводородном масле Р-4277 (Е§са16 110) в отношении 15:85 и использовали для испытания МРК во флаконах с целью определения их укрупняющего эффекта.

Результаты, показанные в табл. 3, указывают на то, что длина углеводородной цепи оказывает значительное воздействие на укрупнение кристаллов, но лишь слабо воздействует на их выход. По мере удлинения углеводородной цепи размер частиц осадка резко повышается, достигая максимума для жирных кислот С₈ и Сю, а затем опять постепенно понижается. Это соответствует формуле изобретения новой патентной заявки. Указанное воздействие наиболее сильно проявляется для частиц более мелкого размера 6(0,1). Размер 6(0,1) тесно связан с процентной объемной долей частиц, размер которых находится в диапазоне от 0 до 45 мкм (фракция -45 мкм), и является характеристикой, которую широко используют в промышленности. Это особенно важно для рафинировочных заводов, работающих с большими загрузками затравок, в технологических линиях которых присутствует большое количество мелких частиц.

Таблица 3 Воздействие длины углеводородной цепи на гранулометрический состав осадка и выход продукта в сравнении с холостым опытом

Цепь	Доза (мг/м²)	Размер частиц квантиля (мкм)	% увеличение среднего значения контрольного квантиля размера частиц
6(0,1)	6(0,5)	6(0,9)	6(0,1)	6(0,5)	0(0,9)
Контрольный образец 1		42,7	69,3	111,1
Контрольный образец 2	-	42,9	69,5	111,3
Среднее		42,8	69,4	111,2

Бутановая кислота (С4)	3	43,1	69,6	111,0
Бутановая кислота (С4)	3	43,0	69,5	111,2
Среднее		43,0	69,5	111,1	0,5	0,1	0

Гексановая кислота (С6)	3	43,2	69,9	112,0
Гексановая кислота (С6)	3	43,3	70,0	112,1
Среднее		43,2	70,0	112,1	0,9	0,9	0

Каприловая кислота (С8)	3	44,3	71,7	114,6
Каприловая кислота (С8)	3	44,8	72,4	115,7
Среднее		44,5	72,0	115,2	4,0	3,8	3,6

Декановая кислота (СЮ)	3	44,3	74,9	124,8
Декановая кислота (СЮ)	3	44,9	74,1	123,3
Среднее		44,6	74,5	124,1	4,2	7,2	11,6

- 7 015656

Миристиновая кислота (С 14)	3	43,4	73,4	122,0
Миристиновая кислота (С14)	3	43,5	73,6	122,6
Среднее		43,5	73,5	122,3	1,6	5,9	9,9

Октадекановая кислота (С18)	3	42,6	71,8	119,1
Октадека новая кислота (С 18)	3	42,7	72,1	120,2
Среднее		42,6	72,0	119,7	-0,5	3,7	7,6

Наконец, анализировали способность жирных кислот С₈-С₁₀ способствовать образованию клубков оксалата в растворах способа Байера. В примере 6 использовали 15% С-810 и 85% ТКФ, и полученную смесь сравнивали с продуктом, приготовленным в соответствии со сравнительным примером 1, показанным в табл. 1. Как крупные, так и мелкие кристаллические затравки испытывали при помощи раствора, полученного с Североамериканского алюминиевого завода.

Вероятность образования клубков оксалата в растворах способа Байера сильно зависит от состава раствора способа Байера, наличия органических и неорганических веществ, технологических добавок, условий осаждения и т.д. Таким образом, условия образования клубков оксалата непредсказуемы, и образование клубков оксалата часто наблюдается как в лабораторных, так и в производственных условиях. Для определения условий образования клубков оксалата были проведены некоторые диагностические испытания (тип МКР, тип затравки, ввод оксалата). Из результатов, приведенных в табл. 5, можно заключить, что:

а) в условиях проведения испытаний образование клубков оксалата не наблюдалось;

б) осаждение оксалата происходит лишь при вводе оксалата (для увеличения движущей силы). При добавлении в технологический щелок 1 г/л оксалата наблюдали осаждение 2 г/л оксалата;

в) исходя из количества осажденного оксалата, Д[ИаОХ]исх-о.щ., жирные кислоты С₈-С₁₀ оказывают на оксалат некоторое стабилизирующее действие (~0,2 г/л) в сравнении с добавкой, используемой в сравнительном примере 1; и

г) при осаждении оксалата не наблюдали значительных различий при использовании трех типов затравок: крупных затравок, мелких затравок и С31 (см. табл. 4).

Таблица 4

Размеры образцов затравок, применяемых в испытаниях

Затравки	0(0,1). мкм	0(0,5), мкм	0(0,9), мкм	Удельная поверхность по БЭТ, м²/г
С31	4,2	33,5	79,0	0,038
Крупные	50,3	89,0	149,8	0,0867
Мелкие	27,06	65,15	121,7	0,157

Таблица 5 Осаждение оксалатов. Состав щелока до осаждения: А 161 г/л, С 227,6 г/л, 8 277,7 г/л,

А/С 0,711, №О.х 3,2 г/л (пример 6 по сравнению со сравнительным примером 1)

Условия осаждения	Отработанный щелок (ОДП	Δ[№ΟΧ]· (исхо.щ.), г/л
Затравка, г/л	МКР	[ИаОХ] введенный, г/л	Клубки оксалата видимые	[№ОХ], г/л
μγ/μ^ζ	Частей на миллион
С31 = 50	Пр.6 = 3,0	60	0	Нет	3,2	0
Крупные = 150	Пр.6 = 4,6	60	0	Нет	3,2	0
Мелкие = 100	Пр.6 = 3,8	60	0	Нет	3,3	-0,1
С31 = 50	Пр.6 = 3,0	60	1	Нет	2,2	2
Крупные = 150	Пр.6 = 4,6	60	1	Нет	2,3	1,9
Мелкие = 100	Пр.6 = 3,8	60	1	Нет	2,1	2,1
Крупные = 150	Ср- Пр.1 = 3,0	60	1	Нет	2,1	2,1
Мелкие = 100	Ср. Пр.1 = 3,0	60	1	Нет	2,1	2,1

* |№О.х|исх = [№Ох]_ЬТР+[№Ох]введ. (ЬТР - Исцюг ίο ргеарйайои щелок для осаждения)

- 8 015656

В общем случае оксалат осаждается в форме невидимых игольчатых кристаллов; причиной этого может быть как слишком большое количество осаждающихся игольчатых кристаллов оксалата, так и слишком малое количество добавленного МКР. Для усиления тенденции к образованию видимых клубков оксалата проводили испытания с быстрым введением оксалата в пониженной концентрации, равной 0,5 г/л. Результаты, представленные в табл. 6, указывают на следующее:

а) тип МРК сильно влияет на образование клубков оксалата во всех условиях проведенных испытаний. Более крупные клубки оксалата образовывались при добавлении МРК примера 6, а более мелкие клубки оксалата образовывались при использовании МРК сравнительного примера 1, в то время как в контрольных испытаниях (холостых опытах) образование клубков оксалата не наблюдалось;

б) МРК примера 6 могут стабилизировать приблизительно 0,3 г/л оксалата (по сравнению со сравнительным примером 1) и

в) тип затравки незначительно влияет на осаждение оксалата и образование клубков оксалата.

Таблица 6

Осаждение оксалатов. Состав раствора до осаждения:

А 153,6 г/л, С 220,2 г/л, 8 266,9 г/л, А/С 0,698, ИаОх 3,2 г/л

Условия осаждения	Отработанный щелок (О.Щ.)	Д[ЫаОХ]* (исх-о.щ.), г/л
Затравка, г/л	МРК	[ΝθΟΧ] введенный, г/л	Клубки оксалата видимые	[№ОХ], г/л
мг/м²	Частей на миллион
С31 = 50	Пр.6 = 3,0	60	0,5	Крупные клубки	2,3	1,4
Крупные = 150	Пр.6 = 4,6	60	0,5	Крупные клубки	2,4	1,3
Мелкие = 100	Пр.6 = 3,8	60	0,5	Крупные клубки	2,5	1,2
С31 = 50	Ср. Пр.1 = 3,0	60	0,5	Мелкие клубки	2,1	1,6
Крупные = 150	Ср. Пр.1 = 4,6	60	0,5	Мелкие клубки	2,0	1,7
Мелкие = 100	Ср. Пр.1 = 3,8	60	0,5	Мелкие клубки	2,2	1,5
Крупные = 150	Холостой опыт	0	0,5	Нет	2,2	1,5
Мелкие = 100	Холостой опыт	0	0,5	Нет	2,1	1,6

* [ИаОх]исх = [ИаОх]ь_ТР+[ИаОх]введ. (ЬТР - 1к|иог ίο ρΓοοίρίίαίίοη - щелок ддля осаждения)

Для дальнейшего наблюдения морфологии клубков оксалата осадки исследовали при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Микрофотографии осадков, полученные с помощью СЭМ, показаны на фиг. 1-3. В холостом опыте (без добавления МРК), результаты которого показаны на фиг. 1, при добавлении как крупных, так и мелких затравок наблюдали образование игольчатых кристаллов оксалата внутри тригидрата, но не наблюдали образования явно выраженных клубков оксалата. Результаты сравнительного примера 1, представленные на фиг. 2, показывают образование клубков оксалата (до 200 мкм), осаждающихся совместно с тригидратом. Результаты примера 6, представленные на фиг. 3, показывают образование явно выраженных клубков оксалата (до 500 мкм). На микрографиях, полученных с помощью СЭМ, ясно видно, что в клубках оксалата находится меньшее количество захваченного тригидрата. Это позволяет снизить потери тригидрата при удалении оксалата.

Несмотря на то, что изобретение было подробно изложено в настоящем описании, изложение носит лишь иллюстративный характер, и специалист в данной области техники может произвести соответствующие изменения, не выходящие за рамки настоящего изобретения, определяемые формулой изобретения.

Claims

1. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора способа Байера, включающий следующие стадии:

приготовление модификатора кристаллизации, включающего жирную кислоту, содержащую от 8 до 10 атомов углерода, ее предшественник, соль или смеси, причем основная углеродная цепь указанной кислоты не содержит функциональные группы, возможно, масляный носитель и воду;

эмульгирование модификатора кристаллизации и добавление эмульгированного модификатора кристаллизации в указанный раствор.

2. Способ по п.1, в котором модификатор дополнительно включает эмульгатор.

3. Способ по п.2, в котором модификатор дополнительно включает регулятор рН.

- 9 015656

4. Способ по п.2, в котором отношение масляного носителя к эмульгатору не превышает 2.

5. Способ по п.2, в котором эмульгатор присутствует в количестве от 0 до приблизительно 50 мас.%.

6. Способ по п.1, в котором содержание воды в модификаторе составляет от 0 до приблизительно 85 мас.%.

7. Способ по п.1, в котором содержание воды в модификаторе составляет приблизительно от 38 до 68 мас.%.

8. Способ по п.2, в котором эмульгатор включает неионное поверхностно-активное вещество.

9. Способ по п.8, в котором неионное поверхностно-активное вещество включает этоксилированный-пропоксилированный спирт С₄-С₁₈, молекулярная масса которого составляет приблизительно 1000.

10. Способ по п.1, в котором содержание масляного носителя в модификаторе составляет приблизительно от 60 до 99 мас.%.

11. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора способа Байера посредством добавления к указанному раствору модификатора кристаллизации, причем модификатор кристаллизации включает одно из следующих веществ:

а) поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или смеси, причем указанная жирная кислота имеет алкильную углеродную цепь, содержащую от 8 до 10 атомов углерода, не содержащую функциональные группы, растворенную в масле, температура кипения которого составляет более приблизительно 93,3°С (200°Б), и эмульгированную в воде, или

б) поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или смеси, причем указанная жирная кислота имеет алкильную углеродную цепь, содержащую от 8 до 10 атомов углерода, и атомы углерода не имеют функциональные группы, эмульгированную в воде.

12. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора способа Байера посредством добавления к указанному раствору эмульгированного модификатора кристаллизации, включающего добавку, содержащую жирную кислоту, включающую от 8 до 10 атомов углерода, и воду, причем указанная жирная кислота не содержит функциональные группы; при необходимости, модификатор дополнительно включает масляный носитель, применяемый для растворения жирной кислоты.

13. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора способа Байера посредством добавления к указанному раствору эмульгированного модификатора кристаллизации, причем указанный эмульгированный модификатор кристаллизации включает:

а) поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или смеси, причем указанная жирная кислота имеет алкильную углеродную цепь, содержащую от 8 до 10 атомов углерода, и указанные атомы углерода не имеют функциональные группы;

б) масло, температура кипения которого составляет более приблизительно 93,3°С (200°Б), в котором растворена указанная жирная кислота;

в) эмульгатор в количестве, не превышающем приблизительно 50 мас.%;

г) регулятор рН и

д) воду в количестве приблизительно от 0 до 85 мас.%.

14. Эмульгированный модификатор кристаллизации, применяемый для извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора способа Байера, причем указанный модификатор включает:

а) поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или смеси, причем указанная жирная кислота имеет алкильную углеродную цепь, включающую от 8 до 10 атомов углерода, и указанные атомы углерода не имеют функциональные группы, и

б) воду в количестве от 0 до приблизительно 85 мас.%.

15. Эмульгированный модификатор кристаллизации по п.14, дополнительно включающий масло, в котором растворена указанная жирная кислота, и эмульгатор в количестве, не превышающем приблизительно 50 мас.%.

16. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора способа Байера, включающий следующие стадии:

приготовление модификатора кристаллизации, включающего жирную кислоту, содержащую от 8 до 10 атомов углерода, ее предшественник, соль или смеси, причем основная углеродная цепь указанной кислоты не содержит функциональные группы, возможно, масляный носитель, возможно, воду, предназначенную для эмульгирования модификатора;

добавление модификатора кристаллизации в указанный раствор в количестве, достаточном для эффективного и одновременного осаждения клубков оксалата из указанного раствора, и удаление клубков оксалата, причем указанные клубки оксалата, по существу, не содержат кристаллов гидроксида алюминия.

17. Способ по п.16, в котором размер осаждаемых клубков оксалата составляет приблизительно от 200 до 700 мкм.

18. Способ по п.16, в котором размер осаждаемых клубков оксалата превышает приблизительно 300 мкм.

19. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора способа Байера,

- 10 015656 включающий следующие стадии:

приготовление модификатора кристаллизации, включающего жирную кислоту, содержащую от 8 до 10 атомов углерода, ее предшественник, соль или смеси, причем основная углеродная цепь указанной кислоты не содержит функциональные группы, возможно, масляный носитель, предназначенный для растворения жирной кислоты, и воду, предназначенную для эмульгирования жирной кислоты;

добавление модификатора кристаллизации в указанный раствор в количестве, достаточном для осаждения из указанного раствора клубков оксалата, размер которых составляет по меньшей мере 200 мкм, и удаление клубков оксалата.