專利名稱：生產(chǎn)十水碳酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從蘇打灰工廠排放液生產(chǎn)十水碳酸鈉的方法。
背景技術(shù)：
蘇打灰或者碳酸鈉是一種有價值的礦物資源。蘇打灰是美國制造的最大量的堿性 商品之一。蘇打灰主要用于玻璃制造工業(yè)中，以及用于碳酸氫鈉、洗滌劑、以及紙制品類的生產(chǎn)。用于生產(chǎn)蘇打灰的方法采用在該母液中濃縮雜質(zhì)的多個結(jié)晶步驟。在這些方法中 要求清洗流以除去雜質(zhì)。這些清洗流或者廢液流包括蘇打灰連同雜質(zhì)，如碳酸氫鈉、氯化 鈉、以及硫酸鈉。典型地，在該蘇打灰的制造中，一種貯藏池的系統(tǒng)已經(jīng)被用于調(diào)節(jié)這些排 放液流的處理，這些排放液流包括清洗流、礦井水、及該過程中固有的其它來源的廢水。該 排放液流被全年地輸送至一個池。在夏季的過程中，使水從該池蒸發(fā)并且十水碳酸鈉與多 種雜質(zhì)(包括碳酸氫鈉和硫酸鈉)一起沉淀成一種固體塊。在冬季，晶體通過冷卻結(jié)晶形 成，并且沉積在該池的底部，覆蓋在之前沉積的夏季沉淀上。該蒸發(fā)過程還濃縮了一定量的 氯化鈉以及該池溶液中的其它雜質(zhì)。在這些不斷被充滿的池中的液體在夏季典型地具有大 于11%、并且在冬季大于14%的NaCl水平。沉積在該池底部的這些十水碳酸鈉晶體(與實質(zhì)性量的雜質(zhì)一起)減少了總的池 容積。雖然可以將這些十水碳酸鈉沉淀從該池中移出，但它們是硬的、致密的、并且難以移 出。一個實質(zhì)性量的十水碳酸鈉存留在這些池中。若該塊不被移出，則這些固體最終填滿 該可供使用的廢料池容積，直到必須增加池容積通過升高現(xiàn)有的提、擴(kuò)充現(xiàn)有的廢料池、 或者構(gòu)建新的池。先前的專利已經(jīng)試圖著手解決在從不純的溶液中回收蘇打灰中的這些困難。美國 專利1，853，275指明，已知的是可以將十水碳酸鈉從一種鹽水溶液中回收，這是通過使該 溶液在一個池中經(jīng)冬季數(shù)月結(jié)晶來進(jìn)行。美國專利4，564，508教導(dǎo)了通過利用一種非對流 的太陽能池來使十水碳酸鈉從一種不純的碳酸鈉溶液中結(jié)晶。這些十水碳酸鈉晶體轉(zhuǎn)到達(dá) 該池的底層，在此它們可以被干燥成一水碳酸鈉。美國專利公開文件2004/0197258指明 存在于蒸發(fā)池中的沉積的十水碳酸鈉可以通過對這些沉積物進(jìn)行溶解開采來回收。因此，所希望的將是找到一種處理該排放液以允許回收純度提高的十水碳酸鈉的 方法。另外，所希望的將是具有可以更容易地從池中移出的十水碳酸鈉以回收有價值的蘇 打灰。發(fā)明概述在一個方面，一種生產(chǎn)可結(jié)晶的礦物鹽的晶體的方法包括提供結(jié)晶池區(qū)域；提供位于該結(jié)晶池區(qū)域附近的母液池區(qū)；提供包括礦物鹽水溶液的排放液；將該排放液引入 該結(jié)晶池區(qū)域以提供包括該礦物鹽的池溶液；使該池溶液在該結(jié)晶池區(qū)域溶液中通過暴露 于環(huán)境溫度進(jìn)行冷卻，以提供對于形成礦物鹽晶體有效的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件，并且以此 形成結(jié)晶沉積物；在一個時間段的至少一部分期間停止向該結(jié)晶池區(qū)域的排放液流動，在 該時間段的該部分中該池液體暴露于環(huán)境溫度不再支持該礦物鹽的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件； 將液體從該結(jié)晶池區(qū)域向該母液池區(qū)域排出；并且將包括所述礦物鹽晶體的沉積物從該結(jié) 晶池區(qū)域移出。在另一個方面，一種生產(chǎn)可結(jié)晶的礦物鹽的晶體的方法包括提供第一結(jié)晶池區(qū) 域和第二結(jié)晶池區(qū)域；提供位于該結(jié)晶池區(qū)域附近的母液池區(qū)；提供包括礦物鹽溶液的排 放液；將該排放液引入該第一結(jié)晶池區(qū)域以提供包括該礦物鹽的第一池溶液；使在該第一 結(jié)晶池區(qū)域溶液中的池溶液通過暴露于環(huán)境溫度進(jìn)行冷卻以提供對形成礦物鹽晶體有效 的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件，并且在第一時間段的至少一部分期間以此形成第一結(jié)晶礦物鹽沉 積物，在該第一時間段的該部分期間平均每日高環(huán)境溫度是小于T結(jié)晶；在第二時間段的 至少一部分期間停止向該結(jié)晶池區(qū)域的排放液流動，其中在該第二時間段的至少一部分期 間的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件，其中該池液體暴露于環(huán)境溫度不再支持該礦物鹽的促進(jìn)冷卻結(jié) 晶的條件；通過暴露于環(huán)境溫度將該排放液引入第二結(jié)晶池區(qū)域，以提供對十水碳酸鈉結(jié) 晶有效的促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件，以在第三時間段的至少一部分期間形成第二沉積物，在該 第三時間段的該部分期間平均每日高環(huán)境溫度是大于T結(jié)晶；其中在促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件 下產(chǎn)生的第一礦物鹽沉積物不同于在促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件下產(chǎn)生的第二礦物鹽沉積物之 處在于選自下組的一種特性，該組的構(gòu)成為礦物鹽純度、硬度、密度、以及它們的兩種或多 種組合。在又一個方面，一種生產(chǎn)十水碳酸鈉的方法包括提供結(jié)晶池區(qū)域；提供位于該 結(jié)晶池區(qū)域附近的液體池區(qū)；提供包括碳酸鈉水溶液的排放液；將該排放液引入該結(jié)晶池 區(qū)域以提供包括碳酸鈉的池溶液；使在該結(jié)晶池區(qū)域中的池溶液通過暴露于環(huán)境溫度來進(jìn) 行冷卻，以提供對于形成十水碳酸鈉晶體有效的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件，并且以此形成結(jié)晶 十水碳酸鈉沉積物；在一個時間段的至少一部分期間停止向該結(jié)晶池區(qū)域的排放液流動， 在該第一時間段的該部分期間該池液體暴露于環(huán)境溫度不再支持十水碳酸鈉的促進(jìn)冷卻 結(jié)晶的條件；將液體從該結(jié)晶池區(qū)域向該液體池區(qū)域排出；并且將該結(jié)晶十水碳酸鈉沉積 物從該結(jié)晶池區(qū)域中移出。該池溶液優(yōu)選包括小于10%的NaCl以及小于3%的Na2SCV在又一個方面中，一種生產(chǎn)十水碳酸鈉的方法包括提供結(jié)晶池區(qū)域。母液池區(qū)域 位于比該結(jié)晶池區(qū)域更低的高度水平。將包括碳酸鈉水溶液的排放液引入該結(jié)晶池區(qū)域以 提供池溶液，該池溶液優(yōu)選包括小于10%的NaCl。將該池溶液在該結(jié)晶池區(qū)域中進(jìn)行冷卻 以在第一時間段期間(如冬季)使十水碳酸鈉沉淀，在該第一時間段中平均每日高溫(經(jīng) 一個三十天的時段)是小于50° F、或者優(yōu)選小于35° F。停止向該結(jié)晶池區(qū)域的排放液 流動。將液體在第二季節(jié)(如春季)之前從該結(jié)晶池區(qū)域排向該母液池區(qū)域，在該第二季 節(jié)中平均每日高溫(在一個三十天的時段上)是大于50° F、或者優(yōu)選大于35° F。將該 十水碳酸鈉從該結(jié)晶池區(qū)域移出。在又一個方面中，一種生產(chǎn)十水碳酸鈉的方法包括提供第一池區(qū)域、第二池區(qū)域、 以及位于比該第一和第二池區(qū)域更低的高度水平的第三池區(qū)域。將包括碳酸鈉水溶液的排放液引入該第一池區(qū)域以提供池溶液，該池溶液包括小于10%的NaCl以及小于3%的 Na2S04。使該第一池區(qū)域中的排放液冷卻以在第一時間段期間(如冬季)使十水碳酸鈉沉 淀，該第一時間段中平均每日高溫(在一個三十天的時段上)是小于50° F、或者優(yōu)選小于 35° F。停止向該第一池區(qū)域的排放液流動。將該排放液引入該第二池區(qū)域。將液體從該 第一池區(qū)域排向該第三池區(qū)域。通過機(jī)械挖掘?qū)⑹妓徕c從該第一池區(qū)域移出。在交替 的冬季或者更短的時間段中，使在該第二池區(qū)域中的排放液重復(fù)如對于該第一池區(qū)域說明 的相同的循環(huán)。在結(jié)合這些所附的實施例閱讀時，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點將從以下這些 目前優(yōu)選的實施方案的詳細(xì)說明中變得明顯。附圖簡要說明

圖1是一個流程圖，示出了生產(chǎn)十水碳酸鈉的一種方法的一個實施方案。圖2是一個曲線圖，示出了對于懷俄明州的羅克斯普林斯(RockSprings， Wyoming)、以及生產(chǎn)十水碳酸鈉的一種方法的一個實施方案的步驟的平均每日高溫和低 圖3是一個映射圖，示出了用于生產(chǎn)十水碳酸鈉的一種方法的一個實施方案的池布局。圖4是碳酸鈉在水中的溶解度的一個相位圖。附圖和優(yōu)選實施方案的詳細(xì)描述現(xiàn)在將對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。在以下段落中，對本發(fā)明的多個不同的方面進(jìn) 行了更詳細(xì)的定義。如此定義的每一方面可以與任何其它的一個或多個方面相組合，除非 清楚地指明是相反的。特別地，被指明為優(yōu)選或者有利的任何特征可與被指明為優(yōu)選或者 有利的任何其它的一個或多個特征相組合。本發(fā)明提供了從一種廢水流中生產(chǎn)十水碳酸鈉的一種方法。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過允許 該排放液中的十水碳酸鈉在一個池區(qū)域中在促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件下(如在冬季的冷卻環(huán) 境溫度的過程中)結(jié)晶，有可能在該池區(qū)域中獲得包括十水碳酸鈉的沉積物，其中該十水 碳酸鈉沉積物與在促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件下形成的十水碳酸鈉沉積物相比，具有提高的純 度、更低的硬度、降低的密度、并且更容易移出。先前的結(jié)晶技術(shù)已經(jīng)使用了蒸發(fā)結(jié)晶。在蒸發(fā)結(jié)晶中，在該池區(qū)域中允許水從該 排放液中蒸發(fā)，典型地在夏季月份的過程中。由于水的蒸發(fā)，所生成的溶液在溶質(zhì)(如碳 酸鈉)上變得更濃縮，從而導(dǎo)致包括結(jié)晶十水碳酸鈉的晶體的形成。這些晶體被沉積在該 池區(qū)域的底部。這種蒸發(fā)性沉積物總體上是一種非常致密的、硬的結(jié)晶塊，該結(jié)晶塊具有大 于851bs/ft3 (或者大于1，362kg/m3)的堆密度、更時常大于901bs/ft3 (或者大于1，442kg/ m3)、以及典型地大約931bs/ft3 (或者大約1，490kg/m3)。這種蒸發(fā)性沉積物是很難移出的。 此外，該蒸發(fā)性十水碳酸鈉沉積物還包含大量的雜質(zhì)。蒸發(fā)性十水碳酸鈉沉積物的一種示 例性的組合物如以下表1中所示表 1 所示過程使用了促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件以使十水碳酸鈉在一個池區(qū)域中結(jié)晶，并且 以此在這種池區(qū)域的底部形成沉積物，該沉積物與在促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件下形成的十水碳 酸鈉沉積物相比，它具有提高的碳酸鈉的純度、更低的密度、和/或降低的硬度，并且它更 容易通過機(jī)械裝置移出。例如，促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件可能包括十水碳酸鈉的結(jié)晶溫度(Tss)以下的平均每 日池溶液溫度。鹽的！^胃是對于鹽溶液的給定的組合物而言形成該鹽的晶體的最高溫度。 在十水碳酸鈉的情況下，這類溫度是由圖4的A-B段曲線給出的。對于一個額外的或者可替代的實施例，可以使該排放液在一個時間段期間引入冷 卻結(jié)晶池區(qū)域，該時間段中的平均環(huán)境高溫對于至少三十天的時段(例如，在冬季數(shù)月的 過程中)是在50° F以下(或10°C以下)、或者優(yōu)選35° F或更低(或者L7°C或更低)。此外或者可替代地，可以將該排放液在一個時間段期間引入冷卻結(jié)晶池區(qū)域，在 該時間段中每日平均池溶液溫度是等于或者低于TSS-5°C、或者等于或低于TgS-10°C、或 者等于或低于T _15°C、或者等于或低于T-20°C。此外或者可替代地，可以將該排放液在一個時間段期間引入冷卻結(jié)晶池區(qū)域以形 成池溶液，在該時間段中，對于一個特定的時間段、如至少三十天(例如在冬季數(shù)月的過程 中)每日平均池溶液溫度在50° F以下(或者10°C以下)、或者優(yōu)選35° F或更低(或者 1.7°C或更低)。提供促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件可包括將該池溶液暴露于自然的大氣條件下，由此冷卻 可以通過暴露于冷卻溫度(如比十水碳酸鈉的結(jié)晶溫度(Tss)更低的溫度)下來進(jìn)行，其 中對于在該排放液組合物中給定的碳酸鈉含量結(jié)晶溫度是確定的。在此類過程中，對該池溶液進(jìn)行冷卻以提供促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件的步驟可能包括 在一個30天的時間段的至少一部分期間使該池溶液暴露于環(huán)境溫度，在該時間段的該部 分中平均每日高環(huán)境溫度是等于或低于TSS-5°C、或者等于或低于TSS-1(TC、或者等于或 低于T _15°C、或者等于或低于T-20°C。在其它一些實施方案中，使該池溶液冷卻以提供促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件的步驟可以 包括在一個30天的時間段的至少一部分期間將該池溶液暴露于環(huán)境溫度下，在該時間段 的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是小于50° F(10°C)、或者小于35° F(1.7°C)。然后通過在一個特定的時間段(例如15天或30天的時段)之后通過停止該排 放液流來終止該池區(qū)域中的冷卻結(jié)晶，在這一特定時間段中平均每日高環(huán)境溫度是大于 35° F?？商娲?，停止該排放液流的步驟是在一個特定的時間段(例如15天或者30天的 時段)之后進(jìn)行的，在這一特定時間段中平均每日高環(huán)境溫度是大于50° F。在該池區(qū)域 中的冷卻結(jié)晶優(yōu)選是在平均每日高環(huán)境溫度仍低于(或者不超過)十水碳酸鈉的結(jié)晶溫度時被終止的，以便防止所形成的結(jié)晶沉積物在該池區(qū)域中溶解。圖1示出了一個結(jié)晶過程的流程圖，它包括工廠10、結(jié)晶池區(qū)域20、液體池區(qū)域 30、以及可任選的其它的池區(qū)域22、24、26。該工廠10可以是提供含有堿性產(chǎn)品的排放液的任何工廠。該工廠10優(yōu)選是產(chǎn)生 含碳酸鈉的排放液的工廠。例如，工廠10可以是蘇打灰生產(chǎn)工廠或者紙漿和造紙廠。該工 廠10產(chǎn)生工廠排放液15，該工廠排放液被引入池區(qū)域20。該排放液15優(yōu)選包括碳酸鈉水溶液。該排放液15可以包括來自蘇打灰工廠 (它可以是工廠10)的清洗流。除碳酸鈉之外，該排放液還可能包含鹽雜質(zhì)，包括碳酸氫鈉 (NaHCO3)、氯化鈉(NaCl)、和/或硫酸鈉(Na2SO4)。雜質(zhì)的典型的水平是從2 %至3 %的 NaHCO3、從3. 5%至4%的NaCl、以及從0. 4%至1. 0%的Na2S04。所希望的是，通過從十水 碳酸鈉分離出這些鹽雜質(zhì)而從該排放液15中回收該碳酸鈉。將該排放液15引入該結(jié)晶池區(qū)域20以提供包括碳酸鈉的池溶液。該排放液應(yīng)當(dāng) 處于比十水碳酸鈉的結(jié)晶溫度(Tss)更高的溫度下。在一些實施方案中，該排放液被引入 該結(jié)晶池區(qū)域20時可以處于在90° F到140° F之間(或者在32.2°C和60°C之間)的溫 度下。為了使在結(jié)晶池20中(以及任選的池22、24、26)在該池溶液中雜質(zhì)的量最小，優(yōu) 選的是在引入該排放液15之前，該結(jié)晶池區(qū)域20是排空的池區(qū)域。換言之，該排放液15 被引入基本上干燥的池區(qū)域，并且沒有包含不同雜質(zhì)的其它的廢水。在該排放液15被引入 該池區(qū)域20之后，若在該排放液被引入之前有可溶性物質(zhì)存在于該池區(qū)域，則該可溶性物 質(zhì)將趨向于被該排放液溶解并且可能向該池溶液中引入雜質(zhì)。在該排放液被引入該池區(qū)域 20之后所形成的池溶液優(yōu)選包括小于10%的NaCl以及小于3%的Na2S04。該池區(qū)域20可以是分離池、或者一個池的一部分。該池區(qū)域20是在對形成十水 碳酸鈉晶體(它們從該池溶液中沉淀出)有效的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件下操作的。在這些促 進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件之下，在該池區(qū)域20的底部形成十水碳酸鈉沉積物，并且在這種沉積物 之上的剩余液體總體上比在該排放液15中的碳酸鈉含量更貧乏。該十水碳酸鈉沉積物可 能還包含其它的固體礦物雜質(zhì)，如碳酸氫鈉、氯化鈉、和/或硫酸鈉。將來自該結(jié)晶池區(qū)域20的剩余液體經(jīng)由線路25a排向該母液池30。該十水碳酸鈉沉積物可以從該結(jié)晶池區(qū)域20被回收。該回收可以包括多種機(jī)械 裝置，如允許用于易于回收十水碳酸鈉沉積物的前端裝載機(jī)或者任何其它設(shè)備。與通過蒸 發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生的十水碳酸鈉沉積物的挖掘?qū)⑿枰脑O(shè)備相比，用于回收這種沉積物的機(jī)械裝 置總體上使用的昂貴程度更低并且要求更少的能量。將該所回收的沉積物優(yōu)選進(jìn)料至蘇打 灰處理過程或者經(jīng)由線路25b再引入工廠10 (當(dāng)其包括蘇打灰純化過程時)。該池區(qū)域20 (或者任何任選的池22、24、26)優(yōu)選能夠處理深度至少六英尺(1. 83 米)高的排放液，并且表面積應(yīng)當(dāng)?shù)湫偷貜?至100英畝(4，047-405, OOOm2)。該池可具有 頂部表面膜、或者放置在底面上的展開層(spreader)、或者硬的十水碳酸鈉層。該作為液體 不可滲透性基片的池膜或者展開層可以覆蓋該池區(qū)域20的底部的至少一部分，如覆蓋配 置在該排放液15進(jìn)入該池區(qū)域20的一個排放點周圍的池區(qū)段。若干池膜可以被配置在該 池區(qū)域20的若干區(qū)段之上，因為可能同時使用若干個排放液排放的點，或者該排放液排放 的點可以隨時間從由一個膜覆蓋的一個池區(qū)域移位到由另一個膜覆蓋的另一個池區(qū)域。一個池膜或者多個池膜可以覆蓋該池區(qū)域20的全部。排放液的每個傾流點可能是至少20英 尺；或者至少200英尺高達(dá)0. 5英里之遠(yuǎn)以使沉積物的深度最佳。該十水碳酸鈉沉積物在 深度上可以變化從在該傾流點處12英寸至離該傾流點2英寸至高達(dá)1000英尺。膜的尺 寸可以變化，但是總體上將其尺寸定為幾百英尺的寬度和長度；這些膜可以是正方形的，每 個邊大約100英尺。這些池的側(cè)邊可以是由任何適當(dāng)?shù)牟牧蠘?gòu)建的。這些池的側(cè)邊在高度 上典型地是高達(dá)約六英尺并且可能向任何沉淀以下延長若干英尺并且進(jìn)入基土。在一個任選的實施方案中，該結(jié)晶系統(tǒng)可以使用若干結(jié)晶池區(qū)域20、22、24、26來 使十水碳酸鈉結(jié)晶。這些池區(qū)域20、22、24、26的一些或者全部可以是在促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條 件下平行操作的，其中在對應(yīng)的線路16、17、18、19中的該排放液15的部分可以被對應(yīng)地分 開進(jìn)料至池20、22、24、26。在一些實施方案中，一些池可以在促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件下平行地 操作，而其余的池不是處于結(jié)晶操作模式下，例如可能是處于排出模式、或者處于沉積物移 出模式、或者可能是新創(chuàng)造的。類似地，如上說明的，來自這些結(jié)晶池區(qū)域20、22、24、26的剩余廢液被對應(yīng)地經(jīng) 由線路25a、27a、28a、29a排向該母液池30。該十水碳酸鈉沉積物可以從池區(qū)域20、22、24、26被回收?？梢詫⑦@些回收的沉淀 進(jìn)料至蘇打灰處理過程或者可以經(jīng)由對應(yīng)的線路25b、27b、28b、29b再引入(獨立地或匯集 地)該工廠10 (當(dāng)其包括蘇打灰純化過程時)(如圖1所示)。該母液池區(qū)域30優(yōu)選是液壓地連接到該結(jié)晶池區(qū)域20，連同任選的池22、24、 26。這就是說，在池30的一個邊與每個池20、22、24、26的一個邊之間的距離是小于1000 米(3283英尺)、或者優(yōu)選地小于800米(2625英尺)、或者優(yōu)選小于600米(1969英尺) 時，該母液池區(qū)域30位于這些池附近。這些池20、22、24、26與池30鄰近，允許在這些結(jié)晶 池中的剩余液體借助于管或者溢流而引入該母液池區(qū)域30。該母液池區(qū)域30優(yōu)選相對于 池區(qū)域20、22、24、26進(jìn)行配置，這樣離開這些池22、24、26的剩余液體可以重力進(jìn)料至該母 液池區(qū)域30。例如，通過將來自每個池區(qū)域20、22、24、26的這個或這些液體排放點定位在 比該母液池區(qū)域30更高的高度水平，和/或通過將該母液池30定位在比每個池區(qū)域20、 22、24、26更低的高度水平，可以來使自該結(jié)晶池區(qū)域20的液體靠重力而非泵送進(jìn)行轉(zhuǎn)移。 通過重力將該剩余液體從這個或這些結(jié)晶池進(jìn)料至母液池區(qū)域30與通過泵送相比是優(yōu)選 的，因為十水碳酸鈉可能在這些泵送部件中結(jié)晶。例如，在冬季的冷卻環(huán)境溫度的過程中， 該冷的液體可以是過飽和的，這樣向該液體溶液中添加機(jī)械能(如通過泵送)可以導(dǎo)致十 水碳酸鈉晶體在這些輸送管線和該泵送設(shè)備中快速形成。圖2示出了對于懷俄明州的羅克斯普林斯Green River工廠附近的平均每日高溫 和低溫，在此進(jìn)行了以下實施例中說明的這些測試。圖2還示出了隨時間變化的一個示例 性的結(jié)晶循環(huán)。作為概述，該處理過程包括填充步驟32、蒸發(fā)步驟34、轉(zhuǎn)移步驟36、冷卻結(jié) 晶步驟38、以及排出步驟40。在一個第一優(yōu)選的實施方案中，該蒸發(fā)步驟34和該冷卻結(jié)晶 步驟38是在多個分開的池中進(jìn)行的。在一個第二可替代的實施方案中，該蒸發(fā)步驟34和 該冷卻結(jié)晶步驟38是在同一個池中進(jìn)行的。在又一個第三可替代的實施方案中，該蒸發(fā)步 驟34和該冷卻結(jié)晶步驟38是在同一個池中進(jìn)行的，但是該池在步驟36中在秋季時間段被 排空。圖4表示該純的碳酸鈉_水系統(tǒng)的相位圖，它顯示碳酸鈉相對于溫度和Na2CO3濃度的這些不同的結(jié)晶的無水和水合的相。在該溶液Na2CO3濃度和溫度在該十水合物結(jié)晶 區(qū)域范圍之內(nèi)時(在該碳酸鈉-水系統(tǒng)的溶解度的相位圖的左下角中)，十水碳酸鈉晶體 (Na2CO3-IOH2O)得以形成。如在圖4中所示用該純的溶液系統(tǒng)，十水合物鈉晶體在該溶液 Na2CO3濃度是大約37wt. %或更低時得以優(yōu)先形成。在該溫度是大約32°C (90° F)或者更 低時鈉的十水合物晶體也得以形成。然而，在這一溫度下一些蒸發(fā)結(jié)晶也可以發(fā)生。因此， 優(yōu)選的是在促進(jìn)冷卻結(jié)晶而非蒸發(fā)結(jié)晶的條件下進(jìn)行操作。包括50° F或者更低(10°C或 者更低)的環(huán)境溫度的條件適于獲得冷卻結(jié)晶而有很少的或沒有蒸發(fā)結(jié)晶。優(yōu)選的操作 溫度還可能隨具體的碳酸鈉溶液濃度、其它的鹽的類型和雜質(zhì)濃度、連同氣候和高度水平 (結(jié)晶操作在此發(fā)生)而變化。在優(yōu)選實施方案中，用于促進(jìn)冷卻結(jié)晶條件的這些條件將 包括小于該結(jié)晶溫度的池溶液溫度。提供的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件可能包括將該池溶液暴露 于環(huán)境溫度一個特定的時間段(例如7、15、或者30天)，在這一時間段中平均環(huán)境高溫是 低于十水碳酸鈉的結(jié)晶溫度(Tss)，對于該池溶液的碳酸鈉含量結(jié)晶溫度是確定的。對于 該純的碳酸鈉_水系統(tǒng)，該結(jié)晶溫度可以通過在圖4的左下象限的A-B線來確定。例如，對 于包含20襯％的妝20)3的純的碳酸鈉溶液，該1^||將是大約231或者73.4° F。這些促進(jìn) 冷卻結(jié)晶的條件優(yōu)選包括在一個特定時間段(例如7、15、或者30天)中的平均環(huán)境高溫， 該平均環(huán)境高溫是低于Tss，它優(yōu)選等于或者低于TSS-5°C、或它更優(yōu)選等于或者低于Ts 晶-10°C。該促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件可能包括在一個特定時間段(例如7、15、或者30天)中 的平均環(huán)境高溫，該平均環(huán)境高溫是等于或者低于TSS-15°C，或者它是等于或者低于Ts
晶 _20°C?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向?qū)Ρ景l(fā)明的第一優(yōu)選實施方案的進(jìn)一步的說明，在一個春季時間段中開 始充滿一個池，在這一時間段中在一個三十天的時段上平均每日高溫是大于35° F(或者 大于1.7°C)，這在懷俄明州GreenRiver優(yōu)選是在三月(步驟32)。在夏季的過程中持續(xù)該 池的填充(步驟34)。夏季是最短的一個時間段，在該時間段中在一個三十天的時段上平 均每日高溫是大于50° F(或者大于I(TC)。在夏季之后并且在秋季期間，停止向該池的 排放液的流動(步驟36)。步驟36可能發(fā)生在九月或十月左右，這取決于當(dāng)?shù)厮^測到的 環(huán)境高溫。從該池將該液體排向母液池區(qū)域。在步驟38中，進(jìn)一步將排放液引入不同的池 區(qū)域。如之前所說明，優(yōu)選的是該結(jié)晶池區(qū)域在該排放液被引入之前是排空的池區(qū)域。使 該排放液在該結(jié)晶池區(qū)域中冷卻以在冬季期間使十水碳酸鈉沉淀，在該冬季期間平均每日 高溫在一個三十天的時段上是小于35° F(或者低于1. 7。C )。這在懷俄明州Green River 實質(zhì)上是十二月至二月的時段。在冬季末期的時段、并且優(yōu)選在春季時段之前，停止向該結(jié) 晶池區(qū)域20的排放液流動(步驟40)。該排放液的流動可以是繼續(xù)朝向另一個不同的池 (如來自圖1的池22、24、26中任何一個)。使該液體從該結(jié)晶池區(qū)域20排向該母液池區(qū) 域30。該液體從該池區(qū)域20向該母液池區(qū)域30的排空優(yōu)選在當(dāng)該高環(huán)境溫度仍足夠涼時 發(fā)生，這樣該池溶液當(dāng)在春季時段升溫時所沉淀的十水碳酸鈉不會再溶解。使該液體從該 池區(qū)域20向該母液池區(qū)域30的排空優(yōu)選在每日環(huán)境高溫仍低于十水碳酸鈉的結(jié)晶溫度時 發(fā)生，例如高于TgS-10°C、或者高于TSS-5°C、但是可能在一個30天的時段期間已經(jīng)有增 加)。在使該池排空之后，將該十水碳酸鈉從該結(jié)晶池區(qū)域20移出。在該第二優(yōu)選實施方案中，該蒸發(fā)過程34和該冷卻結(jié)晶過程38在同一個池區(qū)域 中發(fā)生。該排放液在步驟34中通過蒸發(fā)達(dá)第三時間段的至少一部分(如一個夏季)而濃縮，在該第三時間段中平均每日高溫在一個三十天時段上是大于50° F(10°C)。在步驟36 的過程中該液體沒有從該池區(qū)域排空。相反，在冬季月份期間，將排放液進(jìn)一步添加到該現(xiàn) 有的濃縮池溶液中，并且通過冷卻結(jié)晶來使十水碳酸鈉沉淀。該池在步驟40中在春季時段 中被排空。在該第三優(yōu)選實施方案中，該過程可能被用來在夏季和冬季中都結(jié)晶。在步驟32 的過程中，將該排放液引入結(jié)晶池，其中十水碳酸鈉通過蒸發(fā)結(jié)晶而形成。在步驟36中在 夏季的末期，停止向該池的排放液的流動。允許形成硬的十水碳酸鈉層，并且使該剩余液體 排向該母液池。該硬的十水碳酸鈉形成基底層，在冬季中進(jìn)一步的排放液被引入該基底層 之上。在步驟38中，另一種十水碳酸鈉軟沉積物通過在冬季數(shù)月的過程中進(jìn)行冷卻結(jié)晶而 在該硬的十水碳酸鈉基底層之上形成。在步驟40中，如春季的起始，停止向該結(jié)晶區(qū)域的 包含碳酸鈉的排放液的流動。然后可以將該軟的十水碳酸鈉沉積物從安置在下面的硬的十 水碳酸鈉基底層上移出，該硬的十水碳酸鈉基底層被留在該結(jié)晶池的底部。在第四優(yōu)選實施方案中，一種生產(chǎn)十水碳酸鈉的方法包括提供第一池區(qū)域、第二 池區(qū)域、以及位于比該第一和第二池區(qū)域更低的高度水平的第三池區(qū)域。將包括碳酸鈉水 溶液的排放液引入該第一池區(qū)域以提供池溶液，該池溶液包括小于10%的NaCl以及小于 3%的Na2S04。將該排放液引入該第一池區(qū)域和/或?qū)⒃摮厝芤豪鋮s以形成十水碳酸鈉的晶 體，這些晶體在冷卻沉淀的條件下沉積在該第一池區(qū)域底部，例如在第一時間段期間(如 一個冬季)，在該時間段中平均每日高溫在一個三十天的時段上是小于50° F(10°C)、或者 優(yōu)選小于35° F(1.7°C)。停止向該第一池區(qū)域的排放液流動。將該排放液引入該第二池 區(qū)域。將液體從該第一池區(qū)域排向該第三池區(qū)域。通過機(jī)械挖掘?qū)⒃撌妓徕c沉積物從 該第一池區(qū)域移出。在交替的冬季或更短的時間段中，使在該第二池區(qū)域中的排放液重復(fù) 如對于該第一池區(qū)域所說明的相同的循環(huán)。例如，在一個單一冬季期間，可以將該排放液從 該第一池區(qū)域轉(zhuǎn)向該第二池區(qū)域，而將該第一池區(qū)域冷卻并且排空。然后使該排放液重新 引回該第一池區(qū)域，而將該第二池區(qū)域冷卻并且排空?？梢灾貜?fù)這一循環(huán)直到冬季末期或 者直到這些池區(qū)域其中之一被充滿，更迅速者為先。在本實施方案中，在一個單一冬季期間 在每個池中形成軟的十水碳酸鈉的多個連續(xù)的薄層。最后該第一池區(qū)域和該第二池區(qū)域被 排空，并且在冬季末期將該十水碳酸鈉沉積物如以上說明的一種方式從這兩個池區(qū)域、或 者從充滿的池區(qū)域中回收。在該以上說明的過程中該沉淀的十水碳酸鈉沉積物的深度總體上是每個結(jié)晶循 環(huán)1至1. 5英尺，其中每個結(jié)晶循環(huán)包括用排放液使該池區(qū)域溢流然后將其排空。在該池 區(qū)域中可以進(jìn)行多個結(jié)晶循環(huán)以在該池區(qū)域中積累更厚的沉積物。在另一個優(yōu)選實施方案中，可以將不可滲透的層或基片(如塑料)在該排放液被 引入該池區(qū)域之前放置在底面上。在其上安裝有不可滲透的層的池區(qū)域應(yīng)該是相對平坦 并且水平的。該不可滲透的層其大小可以為具有側(cè)邊為大約100英尺長的正方形，但是必 要時也可以使用更大或更小的尺寸或者其它的形狀。該排放液在該不可滲透的層之上被排 出，在該不可滲透的層上該排放液作為相對薄的層流擴(kuò)展開，以允許該排出的排放液迅速 地冷卻。由于這種冷卻，結(jié)晶的十水碳酸鈉以厚度范圍從幾分之一英寸高至2至3英寸(例 如高至大約7. 6cm)的非常薄的層而形成。十水碳酸鈉在該第一區(qū)域中積累數(shù)英寸之后， 可以使該排放液的流動通過積累轉(zhuǎn)向另一個區(qū)域，這樣十水碳酸鈉可以在該第二區(qū)域中沉積。當(dāng)?shù)诙^(qū)域也被積累起來時，可以使該排放液的流動再次移向第三區(qū)域。以這種方式， 可以將該排放液在該池區(qū)域整個表面上分布開。這些新的十水碳酸鈉層的總厚度范圍可以 從大約12英寸(30. 5cm)或者更厚(距離該排放點最近)至一英寸或者更小(2. 54cm或更 小)(在距離該排放液排放的最遠(yuǎn)點)。該沉積的十水碳酸鈉層可以足夠牢固到支持機(jī)動平 路機(jī)對十水碳酸鈉層進(jìn)行切割并堆放，從而允許該相對薄的沉積物進(jìn)行有效的回收。這種“薄層”方法具有若干優(yōu)點。它不要求大的提或者池墻，因為該池溶液不會積 累到非常大的深度。通過將該積累的十水碳酸鈉沉積物在一個相對大的區(qū)域上展開，顯著 量的十水碳酸鈉可以被積累而無需排放液流進(jìn)入和排出多個較小的池或者室的頻繁轉(zhuǎn)換。 這些薄層可以足夠牢固到支持設(shè)備來非常有效地回收該結(jié)晶的十水碳酸鈉沉積物。由以上說明的冷卻結(jié)晶過程形成的該沉淀的十水碳酸鈉沉積物的堆密度優(yōu)選是 小于約801b/ft3(約1，281kg/m3)、更優(yōu)選小于約651b/ft3(約1，041kg/m3)。相比之下，由 蒸發(fā)結(jié)晶形成的十水碳酸鈉沉積物具有大于約901b/ft3(約1，442kg/m3)的密度。用于透入度試驗和土壤開管取樣(又名標(biāo)準(zhǔn)透入度試驗，SPT)的ASTM D 1586標(biāo) 準(zhǔn)試驗方法可以被用來表征該十水碳酸鈉沉積物的硬度。根據(jù)ASTM D 1586測試，要求優(yōu) 選小于5次打擊來穿透6英寸進(jìn)入通過以上說明的冷卻結(jié)晶過程形成的、沉淀的十水碳酸 鈉沉積物。該移出的(回收的)沉積物可包括組合物，它優(yōu)選包括至少30 %的碳酸鈉、小于 2%的碳酸氫鈉、以及小于的硫酸鈉。從該排放液回收的碳酸鈉優(yōu)選是至少大約60%。可以將該移出的十水碳酸鈉沉積物引入蘇打灰生產(chǎn)過程，而無需用NaOH或者其 它的堿性溶液來中和存在于該回收的十水碳酸鈉沉積物中的碳酸氫鈉。在排放液包括或其 構(gòu)成為來自蘇打灰生產(chǎn)工廠的排放液的多個實施方案，可以將該回收的十水碳酸鈉沉積物 再引入該蘇打灰生產(chǎn)過程，而無需用NaOH或者其它的堿性化合物中和存在于該回收的沉 積物中的碳酸氫鈉。在該排放液包括或其構(gòu)成為來自蘇打灰生產(chǎn)工廠的排放液的實施方案中，可以將 該回收的十水碳酸鈉沉積物再引入該蘇打灰生產(chǎn)過程，并用NaOH或者其它的堿性化合物 來中和存在于該回收的沉積物中的碳酸氫鈉，但是與一種方法(在該方法中已經(jīng)通過蒸發(fā) 結(jié)晶或者蒸發(fā)結(jié)晶與冷卻結(jié)晶的組合產(chǎn)生了該再引入的、回收的十水碳酸鈉沉積物)相 比，用于該中和過程的NaOH或者其它的堿性化合物的量有所降低。在另一個優(yōu)選實施方案中，該過程可以另外被用來從包含蒸發(fā)的十水碳酸鈉沉積 物的現(xiàn)有的池中回收十水碳酸鈉。在該十水碳酸鈉沉積物中可以形成通道。該通道包括第 一末端和第二末端。該排放液被引入與該通道的第一末端相鄰的結(jié)晶池區(qū)域。該排放液溶 解該蒸發(fā)的十水碳酸鈉沉積物的一個實質(zhì)性的部分以在該通道的第二末端處形成池溶液。 在該通道的第一末端處的排放液的溫度至少是90° F(32. 2V )，在該通道的第二末端處富 集的溶液的溫度是低于60° F(15. 6°C )。這種另外的溶解和回收步驟可以與任何以上提到 的過程一起使用。另外，在考慮以下發(fā)明概念時本發(fā)明可以具有更寬的適用性。(1)對排放液流動 進(jìn)行管理，以便從通過蒸發(fā)產(chǎn)生的十水合物沉積物通過冷卻來分離所產(chǎn)生的十水合物沉積 物。在這一概念中，母液池的高度水平不是必不可少的。但是當(dāng)平均每日溫度高于結(jié)晶溫 度時停止流動進(jìn)入該結(jié)晶池獲得了多個優(yōu)點。(2)利用處于不同高度水平的池來以成本有效的方式將該母液從結(jié)晶池排向可以另外作為蒸發(fā)池的更低的池。這樣一種兩池系統(tǒng)(該 第二池不僅用來排空而且用來蒸發(fā))提供了超過多種先前使用的池的額外的優(yōu)點。本發(fā)明可以適用于除十水碳酸鈉以外的鹽類，如其它的堿性產(chǎn)物或者可結(jié)晶的礦 物鹽。特別地，本發(fā)明的應(yīng)用可以包括在以下情況下通過將所希望的結(jié)晶的堿性產(chǎn)物或者 礦物鹽進(jìn)行回收來對廢棄流進(jìn)行增值，這些情況是該堿性產(chǎn)物或者礦物鹽在冷卻和蒸發(fā) 結(jié)晶的條件下能產(chǎn)生不同的結(jié)晶沉積物，其中這些不同的結(jié)晶沉積物在如下一種特性上可 以不同，這些特性是該所希望的堿性產(chǎn)物或者礦物鹽的純度、堆密度、硬度、或者它們的任 何組合。已經(jīng)總體上對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，以下實施例是作為本發(fā)明的具體實施方案 給出并且用來證明本發(fā)明的實施和優(yōu)點。應(yīng)理解的是，這些實施例是以圖解的方式給出的， 并且無意以任何方式限制本說明書或隨后的權(quán)利要求書。
實施例實施例1在懷俄明州Green River的一個蘇打灰工廠建立了一種用于回收十水碳酸鈉的結(jié) 晶工藝。如圖3所示制備了一個結(jié)晶池區(qū)域(“室#3”)。使來自室#3的溢流經(jīng)渠槽通向第 二池。將在室#3中現(xiàn)有的蒸發(fā)性十水碳酸鈉下移至硬的粉紅色層上，這形成用于設(shè)備運行 的固體基底。所生成的洼地提供了結(jié)晶池，它是4英尺深(122厘米)的并且覆蓋大約4. 7 英畝(大約19，000m2)。來自蘇打灰工廠的排放液通過直徑為6英寸(15.24cm)的、600英 尺長(183m)的 HDPE 管線以 450gal/min 至 600gal/min (大約 1，700-2，270L/min)的速度 泵送至室#3的第一末端。在運行的第一階段中，來自該蘇打灰工廠的排放液經(jīng)十二月中12天的時間段被 供應(yīng)至該結(jié)晶池區(qū)域。在運行的第二階段中，該排放液經(jīng)一月至二月中的4天的時間段被 供應(yīng)至該結(jié)晶池區(qū)域。在每個階段中，通過冷卻結(jié)晶使結(jié)晶的十水碳酸鈉發(fā)生沉淀以形成 沉積物，將剩余液體從該池中排空，并且回收該十水碳酸鈉沉積物。在運行的該第一階段的 過程中，將4，986噸的Na2CO3從該工廠排放液引入該結(jié)晶池區(qū)域，并且估計有3，288噸的 蘇打灰被沉積在該結(jié)晶池區(qū)域中(室#3)，回收率為66%。在該測試的第二階段的過程中， 將1，855噸的碳酸鈉從該工廠排放液引入該結(jié)晶池，并且估計有1，217噸被沉積，回收率為 66%。由冷卻結(jié)晶形成的十水碳酸鈉沉積物是一種白色、容易破碎的塊。它是非常軟的 并且易于用前端裝載機(jī)挖出。平均堆密度是581bs/ft3(929kg/m3)。與通過蒸發(fā)形成的十水 碳酸鈉沉積物(它具有土灰色并且形成硬的結(jié)晶塊，具有的堆密度為931bs/ft3(l，490kg/ m3))相比較，它更容易處理。不能用前端裝載機(jī)將蒸發(fā)性十水碳酸鈉沉積物移除。為了移 除蒸發(fā)性十水碳酸鈉沉積物，必須用路面再生機(jī)將其打碎成更小的碎片、或者用履帶式挖 掘機(jī)鏟斗將其粉碎。以下表2示出了與通過蒸發(fā)結(jié)晶從先前的過程形成的十水碳酸鈉相比較在實施 例1中通過冷卻結(jié)晶形成的十水碳酸鈉的組合物?？梢钥闯?，通過冷卻結(jié)晶形成的十水碳 酸鈉與通過蒸發(fā)結(jié)晶形成的十水碳酸鈉相比包括少得多的碳酸氫鈉和硫酸鈉。碳酸氫鈉的 減少允許該十水碳酸鈉被直接用于蘇打灰工廠而無需用堿(如NaOH)來中和。
表2 用于透入度試驗和土壤開管取樣(又名標(biāo)準(zhǔn)透入度試驗或者SPT)的該ASTM D 1586標(biāo)準(zhǔn)試驗方法被用于表征通過蒸發(fā)結(jié)晶和冷卻結(jié)晶形成的十水碳酸鈉沉積物。對在該 池中的原位的十水碳酸鈉沉積物的若干樣品進(jìn)行該測試。該蒸發(fā)性十水碳酸鈉要求10次 至50次打擊來穿透6英寸(15. 24cm)。該冷卻結(jié)晶十水碳酸鈉要求2次至5次打擊來穿透 6英寸。因此可以看出，該處理排放液的方法允許對純度提高的十水碳酸鈉產(chǎn)物進(jìn)行回 收。另外，它提供了致密程度更低的并且更軟的十水碳酸鈉，這樣它可以更容易地從該結(jié)晶 池中被移出以回收有價值的蘇打灰。實施例2嘗試使用該過程來回收之前已經(jīng)通過蒸發(fā)性結(jié)晶而沉積的十水碳酸鈉。穿過蒸 發(fā)性十水碳酸鈉的沉積物切開一個160英尺長的通道。在97° F至131° F的溫度下 (360C -550C )將工廠排放液分配至該通道的第一末端。該排放液流溶解了在該通道周圍的 蒸發(fā)性十水碳酸鈉，從而隨著試驗的進(jìn)行將它加寬。提高這種效果的一個嘗試是通過使用 前端裝載機(jī)來將材料從該蒸發(fā)性十水碳酸鈉堆輸送至該通道。進(jìn)入該通道的工廠排放液的 溫度是92° F(33.3°C)，而離開該通道的溶液的溫度是51° F(10. 6°C )。這種溫度的下降 是由該十水碳酸鈉溶解的吸熱反應(yīng)所引起。允許所生成的溶液再結(jié)晶，并且將該十水碳酸 鈉回收。實施例3將多層塑料膜安置在一段相對平坦并且水平的池區(qū)域(覆蓋大約40英畝(大約 162，OOOm2))上以形成液體不可滲透的基片。由該塑料薄膜覆蓋的區(qū)域是每個側(cè)邊大約 100英尺(30.5m)的正方形。在冬季時段期間，將蘇打灰工廠排放液排放到該塑料膜上。 該排放液的排放點位于該塑料膜之上，該塑料膜迫使排放液在離開該排放點流動時展開成 相對薄的層。沒有該塑料膜，熱的排放液趨于溶解任何在下面的十水碳酸鈉沉積物而形成 一個坑；于是該液體將從這個坑流入一個窄的、深的通道，這樣對該排放液幾乎沒有冷卻。 相比之下，沉積在該塑料薄膜上的液體層相對迅速地被冷卻，并且結(jié)晶的十水碳酸鈉開始 以厚度范圍從幾分之一英寸直至2至3英寸的相對薄的層形成。在該十水碳酸鈉已經(jīng)在 一個區(qū)域中積累數(shù)英寸以后，可以使該排放液的流動轉(zhuǎn)向另一個區(qū)域并且在此處使十水碳 酸鈉沉積。在該區(qū)域也積累起來時，可以使該流動再一次移向第三區(qū)域。以這種方式，該流在排出區(qū)域的表面上自身移動，從而在一個半月的時段中在幾乎全部40-英畝區(qū)域上沉 積十水碳酸鈉。這些十水碳酸鈉層的總的厚度范圍是離排放點的最近處從12至14英寸 (30. 5-35. 6cm)、在距離該排放最遠(yuǎn)的點處大約一英寸。通過實施例3的過程形成的十水碳 酸鈉與在以上實施例中形成的相似。除了非常純以外，人們還發(fā)現(xiàn)從實施例3的過程生成 的十水碳酸鈉還足夠牢固到支撐機(jī)動平路機(jī)，該機(jī)動平路機(jī)可以容易地切割并且堆放該十 水碳酸鈉，從而允許有效回收該相對薄的沉積物。 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明的這些方法和組合物能夠以多個實施方案形式而結(jié)合，而這 些實施方案中只有少數(shù)已經(jīng)如上進(jìn)行了圖解和說明。本發(fā)明可以按其它的形式實施而不背 離其精神或者必不可少的特征。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，未明確包括的一些其它的成分、處理步驟、材 料或組分的添加將對本發(fā)明具有不利的影響。因此本發(fā)明的最佳方式可以排除用于在本發(fā) 明中包含或使用的那些之外的成分、處理步驟、材料或組分。然而，所說明的這些實施方案 應(yīng)被認(rèn)為是在所有方面僅僅作為說明性的而非限制性的，并且因此本發(fā)明的范圍是由所附 的權(quán)利要求書而不是由上述說明來指示。在這些權(quán)利要求的等效性的含義以及范圍之內(nèi)的 所有改變均應(yīng)包含在這些權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種生產(chǎn)十水碳酸鈉的方法，包括提供結(jié)晶池區(qū)域；提供液體池區(qū)域，該液體池區(qū)域位于該結(jié)晶池區(qū)域附近；提供排放液，該排放液包括碳酸鈉的水溶液；將所述排放液引入該結(jié)晶池區(qū)域以提供包括碳酸鈉的池溶液；使該池溶液在該結(jié)晶池區(qū)域中通過暴露于環(huán)境溫度而冷卻，以提供對于形成十水碳酸鈉的晶體有效的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件，并且以此形成結(jié)晶的十水碳酸鈉沉積物；在一個時間段的至少一部分期間停止向該結(jié)晶池區(qū)域的排放液流動，在該時間段的該部分中該池液體暴露于環(huán)境溫度不再支持十水碳酸鈉的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件；從該結(jié)晶池區(qū)域向該液體池區(qū)域排出液體；并且將該結(jié)晶的十水碳酸鈉沉積物從該結(jié)晶池區(qū)域移出。
2.—種生產(chǎn)可結(jié)晶的礦物鹽的晶體的方法，包括 提供結(jié)晶池區(qū)域；提供母液池區(qū)域，該母液池區(qū)域位于該結(jié)晶池區(qū)域附近； 提供排放液，該排放液包括礦物鹽的水溶液； 將該排放液引入該結(jié)晶池區(qū)域以提供包括該礦物鹽的池溶液； 將在該結(jié)晶池區(qū)域溶液中的池溶液通過暴露于環(huán)境溫度進(jìn)行冷卻以提供對于形成礦 物鹽晶體有效的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件、并且在第一時間段的至少一部分期間形成結(jié)晶沉積 物，在該第一時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是低于Tss_5°C ；在第二時間段的至少一部分期間停止向該結(jié)晶池區(qū)域的排放液流動，在該第二時間段 的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是大于TSS-5°C ； 將液體從該結(jié)晶池區(qū)域向該母液池區(qū)域排出；并且 將包括所述礦物鹽晶體的沉積物從該結(jié)晶池區(qū)域移出。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該池溶液包括小于10%的NaCl以及小于3%的Na2SO40
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該結(jié)晶池區(qū)域在該排放液被引入之前包括排空 的池區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括在將該排放液引入該排空的結(jié)晶池區(qū)域之前 在該排空的結(jié)晶池區(qū)域上放置不可滲透的基片。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中使該液體通過重力從該結(jié)晶池區(qū)域排放到該液 體池區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該排放液包括離開蘇打灰生產(chǎn)工廠的液流的至 少一部分。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括在將該排放液引入該結(jié)晶池區(qū)域之前通 過蒸發(fā)將該排放液濃縮。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中對該池溶液進(jìn)行冷卻以提供促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件的 步驟包括在一個30天的時間段的至少一部分期間將該池溶液暴露于環(huán)境溫度，在該時間 段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是等于或者低于T -5°C。
10.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中對該池溶液進(jìn)行冷卻以提供促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件的步驟包括在一個30天的時間段的至少一部分期間將該池溶液暴露于環(huán)境溫度，在該 時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是低于50° F。
11.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中對該池溶液進(jìn)行冷卻以提供促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條 件的步驟包括在一個30天的時間段的至少一部分期間將該池溶液暴露于環(huán)境溫度，在該 時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是低于35° F。
12.如權(quán)利要求1或者2所述的方法，其中該停止排放液流動的步驟是在一個30天 的時間段的至少一部分期間進(jìn)行的，在該時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是大于 35° F或者大于T結(jié)晶-5°C。
13.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該停止排放液流動的步驟是在一個30天的時 間段的至少一部分期間進(jìn)行的，在該時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是大于35° F 但是不超過十水碳酸鈉的結(jié)晶溫度。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將該排放液引入第二結(jié)晶池區(qū)域，這是在 對于使十水碳酸鈉結(jié)晶有效的促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件之下操作的，以便在一個30天的時間 段的至少一部分期間形成第二沉積物，在該時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是大于 35° F或者大于Tss-5°C，其中在促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件下產(chǎn)生的十水碳酸鈉沉積物與在促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件下 產(chǎn)生的第二沉積物相比具有更低的硬度。
15.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在該結(jié)晶池區(qū)域中在促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件下產(chǎn) 生的沉積物與在促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件下將會從該排放液產(chǎn)生的蒸發(fā)性沉積物相比具有更 低的硬度，所述蒸發(fā)性沉積物具有在ASTM D 1586標(biāo)準(zhǔn)透入度試驗下測量的至少10次打擊 來穿透6英寸的硬度。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在該結(jié)晶池區(qū)域中在促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件下產(chǎn)生 的沉積物與在促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件下將會從該排放液產(chǎn)生的蒸發(fā)性沉積物相比進(jìn)一步具 有更高的碳酸鈉純度。
17.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在該結(jié)晶池區(qū)域中在所述促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件 下產(chǎn)生的十水碳酸鈉沉積物具有低于大約801b/ft3的堆密度。
18.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中在該結(jié)晶池區(qū)域中在所述促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件 下產(chǎn)生的十水碳酸鈉沉積物具有低于大約651b/ft3的堆密度。
19.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所移出的十水碳酸鈉沉積物包括至少30%的 碳酸鈉。
20.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所移出的十水碳酸鈉沉積物包括低于2%的碳酸氫鈉。
21.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所移出的十水碳酸鈉沉積物包括低于的硫酸鈉。
22.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中從該排放液回收的碳酸鈉是至少約60%。
23.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該排放液在被引入該結(jié)晶池區(qū)域時是在90°F 到140° F之間的溫度下。
24.如權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括將所移出的十水碳酸鈉沉積物引至蘇打 灰生產(chǎn)過程中。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該結(jié)晶池區(qū)域包括多個冷卻結(jié)晶池區(qū)域； 其中該液體池區(qū)域被配置為用于接受來自所述多個冷卻結(jié)晶池區(qū)域的液體； 其中該方法包括對于這些結(jié)晶池區(qū)域的每一個進(jìn)行多個步驟的循環(huán)，這些步驟包括引入排放液、將該排放液冷卻以形成結(jié)晶的十水碳酸鈉沉積物、將剩余液體排入該液體池 區(qū)域、并且移出該沉積物，其中這些循環(huán)中的一些是順序地或者同時地實施的。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在每一循環(huán)中對該池溶液進(jìn)行冷卻以提供促進(jìn)冷 卻結(jié)晶的條件的步驟包括在第一時間段的至少一部分期間將該池溶液暴露于環(huán)境溫度，在 該第一時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是低于35° F ；并且其中在每一循環(huán)中停止 該排放液流動的步驟是在第二時間段以后進(jìn)行的，在該第二時間段中平均每日高環(huán)境溫度 是大于35° F。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在每一循環(huán)中對該池溶液進(jìn)行冷卻以提供促進(jìn)冷 卻結(jié)晶的條件的步驟包括在第一時間段的至少一部分期間將該池溶液暴露于環(huán)境溫度，在 該第一時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是低于Tss-5°C ；并且其中在每一循環(huán)中停 止該排放液流動的步驟是在第二時間段后進(jìn)行的，在該第二時間段中平均每日高環(huán)境溫度 是大于TgS_5°C。
28.—種生產(chǎn)可結(jié)晶礦物鹽的晶體的方法，該方法包括 提供第一結(jié)晶池區(qū)域和第二結(jié)晶池區(qū)域；提供母液池區(qū)域，該母液池區(qū)域位于該結(jié)晶池區(qū)域附近； 提供排放液，該排放液包括礦物鹽溶液；將該排放液引入該第一結(jié)晶池區(qū)域以提供包括該礦物鹽的第一池溶液； 將在該第一結(jié)晶池區(qū)域溶液中的池溶液通過暴露于環(huán)境溫度而進(jìn)行冷卻以提供對于 形成礦物鹽晶體有效的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件，并且在第一時間段的至少一部分期間形成第 一結(jié)晶的礦物鹽沉積物，在該第一時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是低于Tss ；在第二時間段的至少一部分期間停止向該第一結(jié)晶池區(qū)域的排放液流動，其中在第二 時間段的至少一部分期間的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件，其中使該池液體暴露于環(huán)境溫度不再支 持該礦物鹽的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件；將該排放液引入第二結(jié)晶池區(qū)域，通過暴露于環(huán)境溫度以提供對于十水碳酸鈉的結(jié)晶 有效的促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的條件，以便在第三時間段的至少一部分期間形成第二沉積物，在該 第三時間段的該部分中平均每日高環(huán)境溫度是大于Tss ；其中在促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件下產(chǎn)生的該第一礦物鹽沉積物不同于在促進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶的 條件下產(chǎn)生的該第二礦物鹽沉積物之處在于選自下組的一種特性，該組的構(gòu)成為礦物鹽 純度、硬度、密度、以及它們的兩種或多種的組合。
全文摘要
一種生產(chǎn)可結(jié)晶礦物鹽的晶體的方法包括將排放液(該排放液包括處于比該礦物鹽結(jié)晶溫度更高的溫度下的一種溶解的可結(jié)晶礦物鹽)引入結(jié)晶池區(qū)域以提供池溶液；將該池溶液冷卻以提供對于形成結(jié)晶的礦物鹽沉積物有效的促進(jìn)冷卻結(jié)晶的條件；停止該排放液的流動；將剩余的廢液排入液體池區(qū)域；并且回收該沉積物。對該池溶液的冷卻可以包括暴露于低于結(jié)晶溫度的冷的環(huán)境溫度。優(yōu)選地，該礦物鹽包括或者是十水碳酸鈉；該池溶液包括小于10％的NaCl；和/或該十水合物沉積物被送至或者再循環(huán)至蘇打灰工廠。如此通過冷卻結(jié)晶形成的沉積物具有與通過蒸發(fā)結(jié)晶形成的沉積物相比更高的純度、更低的硬度、和/或更低的密度。
文檔編號C01D7/00GK101910064SQ200880123639
公開日2010年12月8日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者大衛(wèi)·M·漢森, 約翰·T·富勒 申請人:索爾維化學(xué)有限公司