專利名稱：去除拜爾法中膠態(tài)鐵雜質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是針對去除在生產(chǎn)氧化鋁的拜爾法中所得堿金屬鋁酸鹽溶液所含膠態(tài)鐵雜質(zhì)的改進方法。
已知在生產(chǎn)氧化鋁的拜爾法中，在鋁酸鈉/氫氧化鈉溶液中礬土煮解過程產(chǎn)生的母液中，可能含有不希望的、高濃度的、不能過濾掉的或膠態(tài)的鐵。這種情況特別發(fā)生只含相對少量鐵礦石組分的礬土經(jīng)高溫煮解之后。膠態(tài)鐵一般隨著分離出紅泥固體后的母液進入該方法的沉淀階段，在這里大部分膠態(tài)鐵與氫氧化鋁一起沉淀出來。這就導(dǎo)致當(dāng)煅燒氫氧化鋁時得到的氧化鋁產(chǎn)品由于氧化鐵而造成不希望的嚴重污染。
在煮解過程之后使母液與各種固體相接觸，可去除一些該母液所含的膠態(tài)鐵。在這方面，含氧化鐵和氫氧化鐵的固體表現(xiàn)得特別有效，并且在已知的一些方法中，用絮凝法或傾析法將紅泥固體分離之后，使含膠態(tài)鐵的母液通過裝有拜爾煮解器砂床(其中一部分為鐵礦砂)的砂濾器，以降低進入過程的沉淀階段的母液中膠態(tài)鐵的含量。雖然新鮮的拜爾煮解器砂在降低通過它們的液體的膠態(tài)鐵含量方面相當(dāng)有效，但一般它們會很快失去它們從母液中去除膠態(tài)鐵的大部分能力。這可能是由于氧化鐵或氫氧化鐵顆粒表面被非鐵氧化物或氫氧化物的沉淀覆蓋所致。因此，除非能夠連續(xù)地非常大量地供給新鮮煮解器砂，以使砂濾床能非常頻繁地更新，否則這一方法只能改善但不能解決膠態(tài)鐵的問題。
還嘗試了大量其他方法。例如Green等的美國專利4，083，925描述了采用特殊的絮凝添加劑，以將溶液中的亞鐵轉(zhuǎn)化為高鐵，隨后沉淀并被絮凝，再隨紅泥一起由溶液中分離出來。但是此專利發(fā)明人沒有發(fā)現(xiàn)能有效地去除堿金屬鋁酸鹽溶液中所含大量膠態(tài)鐵的絮凝材料。
美國專利3，728，432描述了一種方法，此方法是使含膠態(tài)鐵的母液通過經(jīng)破碎的勃姆石鋁土礦濾床進行過濾。但這樣做可能導(dǎo)致母液中氧化鋁的大量損失。
Yamada等著“從拜爾液中去除鐵化合物”(Lightmetals，197，Vol3，713-722)一文描述了一種方法，其中使含膠態(tài)鐵的母液與紅泥或在使用前經(jīng)加熱而活化了的鐵的氧化物或氫氧化物細粉(顏料)相接觸。雖然這種方法能夠去除大部分膠態(tài)鐵，其缺點是要使母液與細粉的固體相接觸，要進行第二次紅泥分離以及易于揚粉的極細固體的裝卸和處理。
本發(fā)明的目的是提供一種從堿金屬鋁酸鹽溶液中去除膠態(tài)鐵的簡化方法。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于去除生產(chǎn)氧化鋁的拜爾法中所得堿金屬鋁酸鹽溶液中所含膠態(tài)鐵雜質(zhì)的方法，其中使鋁酸鹽溶液通過裝有煮解器砂粒床，即過濾床，而去除膠態(tài)鐵。根據(jù)本發(fā)明，新鮮的煮解器砂可被活化后供去除膠態(tài)鐵用，和/或用過的、對于去除膠態(tài)鐵已部分或全部失去活性的煮解器砂，也可被再活化，方法是將這些砂加熱至約200到600℃加熱時間要達到所需的活化或再活化。
本文中術(shù)語“膠態(tài)鐵”定義為一份母液樣品通過0.45μm過濾介質(zhì)過濾后測得的以Fe2O3為等效物表示的該母液中的鐵含量。該術(shù)語是想用來表示測量結(jié)果中扣除了較大尺寸(顆粒)的含鐵固體(紅泥)對鐵的貢獻，但實際上并不知道這種膠態(tài)鐵中多少真正是膠態(tài)的和多少真正是溶解的。然而，已經(jīng)知道這部分鐵，無論是真膠態(tài)的還是溶解的，隨后都將隨氫氧化鋁產(chǎn)品沉淀并將其沾污，為簡便計，以后將其均叫做膠態(tài)鐵。
在本發(fā)明的方法中，將過濾器床砂加熱至約高于200℃但不高于約600℃的溫度。較好的溫度是在約250℃至500℃的范圍。加熱時不需對砂進行攪動。在不攪拌條件下達到活化或再活化所需時間為約1小時，但是高達16小時的較長的加熱時間也沒問題。
由于有些工廠已經(jīng)有了使用煮解器砂作為過濾介質(zhì)的砂濾器，其作用是從通向水合物沉淀步驟之前的傾析器溢流液中去除最后殘存的顆粒物質(zhì)(只當(dāng)裝入新鮮砂而未失活前，這一砂濾器才可去除一些膠態(tài)鐵)，因而現(xiàn)在采用經(jīng)活化或再活化的煮解器砂代替原任淳淼鬧蠼餛魃?，就提供了一个有吸引力的新方法，此方法可蠟?zāi)檔退喜返奶廴盡⒂植恍璨捎貿(mào)尤壬白擁募虻ゲ僮魍獾鈉淥郊硬街琛Ｉ白擁募尤瓤稍諂涫狀偽蛔叭肷奧似髑敖?，灾q庵智榭魷履艽锏較嗟備叩慕禾コ潭齲部梢韻仁褂謎廡┥白櫻偌尤人?，并随后再使用它，这样可又i饌慌白喲锏健靶孿噬白印比コ實牧獎丁 適用于本發(fā)明方法的砂子一般粒度范圍是100-400μm。這種砂子應(yīng)含有Fe2O3，最好Fe2O3含量至少為10%(重量)，含約20-60%(重量)更好。這種砂子必需含有適于活化的組分，特別推薦的含有這樣能被活化組分的砂子是拜爾法產(chǎn)生的煮解器砂。
以下所述的附圖，是本發(fā)明的一些具體實施例的結(jié)果。


圖1表示膠態(tài)鐵去除試驗的結(jié)果;
圖2表示另一個膠態(tài)鐵去除試驗的結(jié)果(低溫范圍);
圖3表示加熱時間對砂子活化的影響;
圖4綜合了經(jīng)加熱和未經(jīng)加熱砂子的膠態(tài)鐵去除對比試驗的結(jié)果;
圖5綜合了砂子多次重復(fù)使用的效果;
圖6綜合了各種類型砂子對膠態(tài)鐵去除的效率。
下述各實施例進一步描述和說明在本發(fā)明范圍內(nèi)的優(yōu)選實施方案。各實施例僅為說明本發(fā)明的目的而列出，不能認為是對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的原則下，由此可能有很多變型。
實施例1用于下列實驗的拜爾法母液取自以常規(guī)拜爾法工藝進行的實驗室高壓釜煮解過程。用50%NaOH溶液、三水鋁礦(Al2O 3H2O)和Na2CO3配成下述組成的工廠廢液200g/l Na2CO3當(dāng)量苛性80%堿度(Causticity)0.35比(鋁/苛性，A/C)將幾內(nèi)亞·博克產(chǎn)的礬土在實驗室中用上述合成廢液煮解，要裝入的礬土的量與0.5g/l生石灰一起應(yīng)達到0.65的卸料比(A/C)，以“照原樣”為基準(zhǔn)。煮解在245℃下進行30分鐘，將煮解過的漿液瀉放至大氣壓。對瀉放出的漿液在2000rpm下進行離心分離10分鐘，傾析出清液，以得到后續(xù)實驗用的所需拜爾法法母液。
礬土的化學(xué)分析結(jié)果列于表1
表1所用礬土化學(xué)分析結(jié)果成分%(重量)(干砂基)總Al2O37.85總Fe2O366.8總SiO23.03TiO25.35Cr2O30.06CaO1.01P2O50.25ZrO20.07ZnO0.036MnO0.30V2O50.13K2O 0.02MgO0.01Ga2O30.004SO30.0SO2-可溶性SiO＊20.64SO2-可溶性Al2O＊31.94SO2-可溶性Na2O＊0.42＊為化學(xué)法測定;其他值由XRF(X射線熒光)法測定。
過濾器床的砂子取自一氧化鋁廠，該廠對相似的博克礬土進行高溫煮解，該廠裝備有砂濾器，以對溢流進行過濾。對新鮮煮解砂和用過的砂進行過試驗，將新鮮砂記作S-1砂，對用過的砂記作S-2砂。
X射線衍射分析表明，這些砂的主要礦種為大量的赤鐵礦、針鐵礦(鋁針鐵礦)、勃姆石、銳鈦礦，和少量的拜爾方鈉石、幾種鋁酸鈣及方解石。對幾組砂子顆粒表面進行的EDAX(能量色散X射線分析)和俄歇分析表明，在顆粒表面上有Fe、Al、Na、Si、Ti、O和Ca存在，在少數(shù)情況下還有Mn和其他痕量元素存在。對各種砂進行了去除膠態(tài)鐵試驗，方法是將每種砂子1g加至裝有25ml上述拜爾法母液的旋轉(zhuǎn)高壓彈中，在103℃下攪拌30分鐘。由煮解過程產(chǎn)生的母液最初含28.7mg/lFe2O3(膠態(tài))，在與砂子接觸后對該液體再進行膠態(tài)鐵含量分析。
將上述新鮮砂S-1的各樣品分別在100℃、300℃、500℃和700℃下在穩(wěn)定條件下加熱16小時，然后將這些砂樣用于上述膠態(tài)鐵去除試驗。其結(jié)果示于圖1中。
由圖1可以看出，新鮮砂和在100℃下加熱過的砂去除了試驗液中60-65%的膠態(tài)鐵。在使用前加熱到300℃或500℃的同一種砂子去除了原始溶液中83-88%的膠態(tài)鐵。因為制備原始溶液用的廢液既使在進行氧化鋁沉淀之后一般也含3-4mg/lFe2O3(膠態(tài))，此時膠態(tài)鐵的這一基本含量被認為是通過與液體有機物形成了配合物，因此可以看出經(jīng)300到500℃加熱的砂子基本上去除了全部可去除的膠態(tài)鐵。用未經(jīng)加熱的砂子，約有30%可去除的膠態(tài)鐵在試驗后仍留在溶液中。經(jīng)加熱至700℃的砂表現(xiàn)有強烈的失活跡象，并且比未經(jīng)加熱的原始砂從溶液中去除的膠態(tài)鐵還少。
實施例2為了更精確地測定砂子開始活化的較低溫度，重復(fù)進行實施例1的一般程序。將實施例1中使用的同樣的新鮮S-1砂樣品，在穩(wěn)定條件下加熱至不同的較低溫度16小時，然后在與實施例1中相同的條件下用于從試驗液去除膠態(tài)鐵。
結(jié)果列于圖2，可以看出加熱到250至300℃之間的溫度范圍內(nèi)可達到完全的活化。
實施例3本實驗的目的是測定加熱時間對砂子活化的作用。對這一試驗采用了用于實施例1中的同樣的新鮮砂樣品S-1。
在穩(wěn)定條件下將砂樣的各份在300℃下加熱不同的時間，直至16小時。然后將它們用于實施例1中描述的膠態(tài)鐵去除試驗。
該試驗的結(jié)果示于圖3中，并表明在300℃下加熱時間為1-2小時后達到了完全活化。這一加熱時間包括將未被攪拌的樣品由室溫升至300℃的時間，這表明在300℃下達到完全活化的真正時間要略短于1小時。
實施例4這一試驗對比了新鮮砂S-1和取自砂濾器用過3-4周的廢砂S-2的有效性。這些對比試驗是在加熱至300℃之前和之后的每一砂樣上進行的。
用與實施例1中相同的膠態(tài)鐵去除程序，所得結(jié)果示于圖4。從圖可看出對用過的砂加熱，使之再活化，也呈現(xiàn)出與未經(jīng)加熱的新砂相似的性質(zhì)。
實施例5為了確定觀測到的經(jīng)加熱的砂子從高溫排卸液去除膠態(tài)鐵能力的上述改進，在液體中初次使用后是否喪失，或者經(jīng)反復(fù)接觸后是否仍能保持，改進了實施例1中描述的去除鐵的試驗方法，以便可重復(fù)使用同一份砂樣，并進行了一系列試驗。
在這些試驗中，將每份1g的新鮮砂S-1和用過的砂S-2，未經(jīng)加熱的和經(jīng)加熱至300℃16小時的各砂樣，與每份含25ml已知原始膠態(tài)鐵含量的高溫排卸液在103℃下接觸，并連續(xù)攪拌20分鐘。然后將液體快速傾出，測定殘余的膠態(tài)鐵。取一份新鮮的25ml的同一排卸液，使之與每一份同樣的砂在103℃下接觸20分鐘，然后傾析出液體，測定第二次使用這種砂子后還有的殘余膠態(tài)鐵。對于每一砂樣，重量上述循環(huán)6-8次。
結(jié)果列于圖5。結(jié)果表明用過的砂去除膠態(tài)鐵的很小的殘留能力，在這些條件下經(jīng)最初的幾個循環(huán)就迅速喪失。新鮮砂開始能去除第一份液體中約60%的膠態(tài)鐵，而在7次循環(huán)后，被去除的量降至類似用過的砂在其第一次循環(huán)中的去除量。經(jīng)過7次循環(huán)試驗，加熱至300℃的用過的砂相當(dāng)接近未經(jīng)加熱的新鮮砂的性質(zhì)，而經(jīng)加熱至300℃的新鮮砂最初能去除第一次循環(huán)供料中約85%的膠態(tài)鐵，并且在7次循環(huán)之后，其去除膠態(tài)鐵的能力非常類似未經(jīng)加熱的新鮮砂。
實施例6本實驗的目的是確定由不同的礬土和世界上不同產(chǎn)地產(chǎn)生的其他煮解器砂，是否也能經(jīng)相似的加熱而被活化。為此，對其他礬土(馬來西亞、加納、澳大利亞北部和巴西中部)產(chǎn)生的砂樣，以及從其他工廠(魁北克、加拿大、蘇格蘭及西德)得到的砂樣，分別在未經(jīng)加熱的狀態(tài)和經(jīng)在300℃下加熱16小時后的狀態(tài)，進行了實施例1的標(biāo)準(zhǔn)鐵去除試驗。結(jié)果綜合于圖6。為了對比，也列出了未經(jīng)加熱的新鮮砂S-1的結(jié)果。
可以看出，雖然未經(jīng)加熱的砂子在不加熱狀態(tài)下去除膠態(tài)鐵的能力變化很大，但除了澳大利亞北部產(chǎn)的砂子外，當(dāng)砂子經(jīng)300℃加熱后，其去除膠態(tài)鐵的能力均有明顯的提高。這樣可以看出，對砂進行加熱以改進從高溫排卸液中去除膠態(tài)鐵的能力的這一方法，可廣泛適用于許多種不同的砂子。
上述描述和實施例是供說明用的。本發(fā)明基本方法的許多變型會由本領(lǐng)域技術(shù)人員提出，但那些符合本發(fā)明精神的變化，都被認為是包括在后面所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.去除生產(chǎn)氧化鋁的拜爾法中所得堿金屬鋁酸鹽溶液所含膠態(tài)鐵雜質(zhì)的方法，此法是使鋁酸鹽溶液通過含有可活化組分的砂粒床，來去除膠態(tài)鐵，其改進之處包括通過在約200-600℃的溫度下加熱該床中的砂子，使該砂子活化，加熱時間要足以達到所需的活化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于濾床中的砂子至少含氧化鐵達10%(重量)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于砂子是從礬土煮解過程中獲得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于對新鮮的煮解器砂在用于去除膠態(tài)鐵之前要進行熱處理，以使其活化。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于對已經(jīng)部分地或全部地失去去除膠態(tài)鐵活性的煮解器砂，進行熱處理，以使其再活化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于對砂子的加熱在約250至500℃溫度下進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于砂子處于濾床形式。
全文摘要
本發(fā)明是針對去除在生產(chǎn)氧化鋁的拜爾法中所得堿金屬鋁酸鹽溶液所含膠態(tài)鐵雜質(zhì)的改進方法。本法是使堿金屬鋁酸鹽溶液通過具有拜爾煮解器砂床的砂過濾器，來除去膠態(tài)鐵雜質(zhì)。按本發(fā)明，新鮮的煮解器砂可被活化后供去除膠態(tài)鐵用，和/或用過的、對于去除膠態(tài)鐵已部分或完全失去活性的煮解器砂，也可被再活化，方法是將這種砂加熱至約200到600℃，加熱時間要足以達到所需的活化或再活化。
文檔編號C01F7/47GK1036747SQ8910207
公開日1989年11月1日 申請日期1989年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月6日
發(fā)明者皮埃爾·熱爾韋·庫辛諾, 喬治·丹尼遜·富爾福德 申請人:艾爾坎國際有限公司