專利名稱：促進由沉淀液體生產晶體附聚物的組合物和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及改善從氫氧化鋁生產過程(如拜爾工藝)中回收鋁值(aluminum value)的組合物。具體地，本發(fā)明涉及提供增大氫氧化鋁產物粒徑的組合物和方法。
背景技術：
氫氧化鋁通過已充分建立的方法(如拜爾工藝)以工業(yè)規(guī)模生產。沉淀法操作員優(yōu)化其方法以從鋁酸鹽加工液體中獲得最大的可能產量，并同時嘗試實現氫氧化鋁產物的特定晶粒大小分布。在大多數情況下，獲得相對較大晶粒大小的產物并相應地限制非常細小的晶體的含量是有利的，因為這有益于生產鋁金屬所需的后續(xù)步驟。生產常受到進行結晶和沉淀時的加工條件的限制。這些加工條件在工廠或車間(plant)之間各有不同，所述加工條件包括但不限于，溫度分布、投種、接種晶體表面積、二氧化碳或廢氣的凈化、液體加載、液體純度等。已付出了諸多努力去發(fā)現能限制負面影響粒徑的因素的化學添加劑和方法，以實現氫氧化鋁產物的最優(yōu)化的經濟回收。除了世界范圍內持續(xù)不斷進行的開發(fā)，工業(yè)上仍保持對上述工藝更加經濟的解決方案的需求。本發(fā)明提供適于獲得具有增大的粒徑的氫氧化鋁晶體的該種解決方案。

發(fā)明內容
為了滿足上述的工業(yè)需求，開發(fā)了獲得具有增大的粒徑的氫氧化鋁晶體的方法和組合物。根據本發(fā)明方法，在加工中混合并引入有效量的所述合適組合物以獲得所需變化。所述組合物以其原始形式引入而不經進一步制備。本發(fā)明的主要實施方式是由含多于15%烴油的乳劑代表的晶體生長修飾劑組合物。該乳劑的其它關鍵成分為表面活性劑或表面活性劑混合物，剩余成分是水。
具體實施例方式下述為本說明書通篇使用的應用于相關術語的定義。h代表用g/L Al2O3表示的鋁濃度L代表用g/L Na2CO3表示的氫氧化鈉或苛性物濃度^代表用g/L Na2CO3表示的堿總濃度A/C 表示氧化鋁與苛件物之比該首字母縮略詞代表“晶體生長修飾劑”油載體描沭可由脂族或芳族化合物組成的疏水件液體,如石蠟油、環(huán)烴油或燃料油。脂族醇生產中剩余的底部或殘余廢料也代表合適的疏水性液體。適于用作油載體的材料可以純的形式或以任何比例的混合物的形式使用。所述油載體僅需作為所述表面活性劑或表面活性劑混合物的溶劑和具有安全地高于進行沉淀的熱鋁酸鹽液體的溫度(約80°C，176 T )的沸點。重量百分比100克所述組合物或混合物中一種試劑的總重量分數。+45 μ m部分的百分比的提高(-325目)所有樣品中的響應是所述三水合氧化鋁產物的+45μπι部分的百分比的提高(工業(yè)上通常監(jiān)控的尺寸)。提高越大，生產大尺寸晶體中所述CGM的性能越好。追有效量被視為是能獲得粒徑分布增加的任何添加劑的任何劑量，所述分布用所述三水合氧化鋁產物的+45 μ m部分的百分比變化測量。沉淀液體表示氧化鋁牛產工藝的氫氧化鋁沉淀步驟中的含鋁酸鹽液體。所述鋁酸鹽液體可指本領域普通技術人員已知的各種術語，例如母液、粗液(green liquor)和氫氧化鋁沉淀進料。拜爾工藝是氧化鋁生產工藝的示例。所述術語沉淀液體還可包括在燒結-碳酸化過程中或組合的拜爾-燒結工藝中用于分解反應的鋁酸鹽溶液，這些工藝通過本領域技術人員已知的方法完成，例如美國專利號 4，256，709 和 3，642，437 和俄羅斯專利號 2，184，703,2, 257，347 和 2，181，695 中所述方法，其通過引用納入本文。如授予納爾科公司(Nalco)的美國專利號4，737，352所述，該發(fā)明在實踐中不受涉及專有工藝參數的不同專有沉淀技術的影響。這非常重要，因為其確立了 不論沉淀槽內保持何種專有工藝參數，本發(fā)明在實際應用中僅需要組合所計劃的處理。沉淀講料液體指流入氫氧化鋁沉淀過程的沉淀器的沉淀液體。雖然本發(fā)明可有許多不同形式的實施方式，但本公開將詳細描述本發(fā)明優(yōu)選實施方式，應理解本公開應被認為是本發(fā)明原理的示例，而不旨在將本發(fā)明的廣義方面限制在所述實施方式中。本發(fā)明的CGM乳劑含三種基本成分Al 表面活性劑或表面活性劑混合物A2 含量大于15%的油載體A3 冰。其它組分也可以各種濃度存在，但這三種基本組分組成該CGM乳劑的關鍵成分。成分Al中的表面活性劑優(yōu)選妥爾油脂肪酸，但存在大量等同物。因此，所述表面活性劑可為具有至少一種飽和或不飽和四碳烷基骨架的脂肪酸，其具有或不具有直接或通過琥珀酸烷基連接鍵連接的一種或多種羧酸、酯、酸酐或硫酸鹽表面活性劑官能團。所述脂肪酸優(yōu)選可含有連接有至少一種上述官能團的至少一種八碳骨架。成分Al可含具有直鏈或支鏈碳鏈或其混合物的C8-C35不飽和或飽和脂肪酸。在不飽和酸中，優(yōu)選棕櫚油酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、蓖麻油酸、桐酸、二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸等。可使用上述不飽和一元酸的任何組合。在飽和脂肪酸中，優(yōu)選具有直鏈的酸，例如十八烷酸(硬脂酸)、十六烷酸(棕櫚酸)、十八烷二酸和十六烷二酸、其混合物或與具有8-35個碳原子的烴鏈的其它飽和(和/或不飽和)脂肪酸的混合物。在所屬配方中，所述脂肪酸還可以其與C1-C4醇的酯的形式使用，包括但不限于甲酯或乙酯。此外，所述脂肪酸的天然酯也可用作成分Al，其包括植物或動物源粗制或加工的甘油三酯油，如大豆油、亞麻籽油、蓖麻油、脫水蓖麻油、玉米油、紅花油、葵花子油、芥花籽油、魚油、豬油、牛油、奧蒂油、桐油、和妥爾油或其組合。合適的加工油可為經如下方式加工的油精煉，熱聚合，異構化-偶聯，沸騰，吹制，環(huán)氧化作用，脫水，與選自但不限于丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、丙烯酰胺、丙烯腈、乙烯基羧酸酯類和鹵乙烯、其混合物和其鹽類的烯鍵單體共聚。在一個示例性的實施方式中，合適的油可為獲自例如美國伊利諾伊州迪凱特的亞瑟丹尼爾米德蘭公司(Archer Daniels Midland Company, Decatur, IL, USA) 的粗制或精制的油；獲自例如美國明尼蘇達州的卡吉爾公司(Cargill Inc. ,MN, USA)的棕色和煮沸植物油；獲自例如美國賓夕法尼亞州的AT0FINA化學公司(ATOFINA Chemicals, Inc,PA,USA)的商標名為Vikoflex 的環(huán)氧油；獲自例如美國伊利諾伊州的G. R. 0' Shea 公司(G. R. 0' Shea Company, IL, USA)的商標名為Castung的脫水蓖麻油；獲自例如美國賓夕法尼亞州的薩托默公司(Sartomer Company, PA, USA)的丙烯酸大豆油(acrylated soybean oil)。成分Al的脂肪酸酰胺優(yōu)選由具有烷基多胺的脂肪酸的縮合產物代表。合適的烷基多胺可示例為但不限于乙烯二胺、二亞乙基三胺和三亞乙基四胺。成分Al也可包括其它離子或非離子表面活性劑或其混合物。所述離子表面活性劑包括陰離子型、兩性離子型和陽離子型表面活性劑。在一個示例性實施方式中，可通過使用諸如氨、胺、或堿等堿類來“鹽析”成分Al 的可水解表面活性劑(由此將乳劑制劑的PH提高到高于7)以協(xié)助形成本發(fā)明的乳劑?？稍诒景l(fā)明乳劑中加入共溶劑以提高其穩(wěn)定性。合適的共溶劑可選自下組，該組包括但不限于聚氧烷烯均聚物和共聚物、直鏈或支鏈單和多元脂肪醇或芳香醇、及其單體、寡聚、或多聚的烷氧基化物。在本發(fā)明的主要實施方式中，將本發(fā)明的CGM組合物制備為油包水或水包油乳劑。為了成功應用，CGM組合物必需在沉淀環(huán)境下均勻分布以確保其無阻礙地接觸細微粒。將傳統(tǒng)無水CGM制劑制備為功能性成分在油載體中的溶液。所述油載體是幫助所述 CGM產物在粗液或晶種漿液流中分配所必需的。此外，為了將油制劑均勻混合在基于水的沉淀液體中，需要有效的機械能。這樣，本發(fā)明乳劑與無水制劑相比具有獨特的優(yōu)勢。由于化學力的作用，這些乳劑的功能性成分已分散在水環(huán)境中。這些化學力協(xié)助機械力更快速并更均勻地在加工流中分布所述CGM產物。這些化學力的利用還可降低CGM制劑中載體油的含量而不用犧牲性能。這繼而對關心加入到其沉淀循環(huán)的外源烴類用量的工廠或車間有
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frff. ο更長鏈的飽和脂肪酸(如硬脂酸)在室溫為固體，且難以用其制成液體制劑。應用其它適合的材料(如非水或油溶性脂肪酰胺)時也一樣，但當用在乳劑中時，可以廣泛的濃度范圍納入CGM產物中。優(yōu)選將本發(fā)明CGM制劑制備為微乳劑。微乳劑在結構上與常規(guī)乳劑顯著不同。常規(guī)乳劑由水中分離的油滴或油中分離的水滴組成，這兩相間會急劇轉變。微乳劑的粒徑為 10-600nm，從而其看起來為透明或帶乳光的單相制劑。不同于常規(guī)乳劑，微乳劑是熱力學穩(wěn)定的。這意味著當所述組分混在一起時微乳劑自發(fā)形成，且只要所述組分是完整的其就能保持穩(wěn)定。因此，它們的制備可簡化為簡單揉合而不需要昂貴的高能量混合。微乳劑還不易分離或沉降，這使其可穩(wěn)定的長期保存。微乳劑暴露在冷凍或高溫后，僅需溫和混合即可重建。
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本發(fā)明乳劑設計為包含多于15%油載體。較早期的研究人員(即美國專利 #06168767)發(fā)現CGM組合物能由可含水但優(yōu)選基本不含水、而含不多于15重量％的油載體的表面活性劑混合物制備。下述實施例中進行該爭論點的徹底研究。其顯示出多于15%油載體的存在對CGM制劑的高性能至關重要。乳化的晶體生長修飾劑可通過各種途徑導入沉淀液體。在一個實施方式中，乳化的晶體生長修飾劑在拜爾工藝的下述步驟加入所述沉淀液體a)加入沉淀進料液體，b)加到導入沉淀罐的晶種漿液或其它輸入流中，c)直接加入沉淀罐，和d)其組合。乳化的晶體生長修飾劑可通過各種添加方式(如組合物的管線內注入(in-line injection))加入所述沉淀液體。產生期望的效果需要的晶體生長修飾劑的含量取決于所述沉淀過程參數。多時情況下，所述含量由沉淀液體中可用的水合氧化鋁固體的表面積決定。所述固體含氫氧化鋁， 其在沉淀液體分解期間作為晶種引入或作為新晶體或附聚物起源。晶體生長修飾劑的合適量為每平方米可用氫氧化鋁晶種面積約0. 01-約30mg，且優(yōu)選約0. 1-約15mg/平方米。通常，可使用低于約8mg/平方米的CGM。在所述可用氫氧化鋁面積不能可靠確定時，沉淀操作員可根據液流體積確定所述晶體生長修飾劑的劑量。該情況下，所述晶體生長修飾的劑量可為約0. 01-約400mg/升沉淀液體，優(yōu)選約0. 05-約200mg/升沉淀液體。通常，可使用低于約IOOmg/升的CGM。向所述沉淀液體中加入所述晶體生長修飾劑產物基本上降低了所述拜爾工藝中形成的三水合氧化鋁晶體細粉的百分比，從而提高了具有優(yōu)化粒徑的三水合氧化鋁晶體的產量。提供下面的實施例是為了幫助理解本發(fā)明，而不構成對其范圍的限制。 實施例參考以下實施例可更好地理解上述內容，以下實施例是用來說明實施本發(fā)明的方法，而不是用來限制本發(fā)明的范圍。沉淀測試過稈用獲自氧化鋁工廠或車間的新鮮母液或用通過添加三水合氧化招到工廠或車間廢液中制備的再造母液運行各組測試。所有測試中使用的標準起始液體A/C 比為 0. 66-0. 72 到 0. 66-0. 75。所有沉淀測試在英喬尼科斯antronics)控溫水浴中，以約10_15rpm的轉速，在末端對末端旋轉的250-mL Nalgene 瓶中進行。將約200mL液體經精確稱重裝入一系列瓶中。將添加劑(當需要時)按劑量加入合適的瓶子，然后將所有所述瓶子置于旋轉浴中，在給定的測試溫度下平衡( 20分鐘)。平衡后移出瓶子，快速投入所需量的晶種，并立即放回所述水浴。該瓶子持續(xù)旋轉給定的測試時間。完成測試后，將瓶子從所述浴中移出，在所剩漿液中加入IOmL葡萄糖酸鈉溶液 (400g/L)，并攪拌均勻以防止任何進一步的沉淀。通過真空過濾收集固體，并用熱去離子水徹底清洗，在110°C干燥。在馬爾文(Malvem)粒徑測定器上用本領域已知的激光衍射法測量粒徑分布。從沉淀產物中晶粒大小大于45μπι的顆粒百分比相對于未加添加劑 (undosed)的對照樣品的增加推斷CGM對所述粒徑分布的影響。實施例1
本測試使用上述沉淀過程。所述液體為A/C = 0.711的新鮮母液。CGM劑量為 50ppm。標準晶種投種為75g/L。所述晶種為獲自密歇根州紹斯菲爾德的R. J.馬紗公司 (R. J.Marshall Company, Southfield, MI)的 DF225 三水合氧化鋁。在 75°C進行 5 小時測試。表1列出了采用不同油載體含量的本發(fā)明微乳劑的組成和性能。所列的所有制劑的表面活性劑、油和其它組分相同。所列+45um部分％數據為三份樣品的平均值。表1.增加油含量對CGM乳劑制劑性能的影響。
權利要求
1.一種促進由沉淀液體結晶生產晶體附聚物的組合物，所述組合物包括合并在一起形成乳液的一種表面活性劑或表面活性劑的混合物、含量高于15%的油、以及水。
2.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組分一起合并入微乳劑。
3.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述表面活性劑為天然或合成來源的一種或多種脂肪酸或其鹽。
4.如權利要求3所述的組合物，其特征在于，所述天然或合成來源的脂肪酸包括至少一種飽和或不飽和四碳烷基骨架，其具有或不具有直接或通過琥珀酸烷基連接鍵連接的一種或多種羧酸、酯、醛、酸酐或硫酸鹽表面活性劑官能團。
5.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述油包括一種或多種下述物質脂族或芳族烴、酮、醚、酯、單或多元醇和/或羧酸。
6.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括一種或多種飽和脂肪酸， 所述脂肪酸具有含8個或更多碳原子的碳鏈。
7.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述一種表面活性劑或表面活性劑的混合物包括選自但不限于下組的共溶劑聚氧烷烯均聚物和共聚物、直鏈或支鏈單和多元脂肪醇或芳香醇、及其單體、寡聚、或多聚的烷氧基化物。
8.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括含量為0.1-30%的妥爾油脂肪酸、其酯、酰胺或前體；含量為15. 1-50%的重質燈油；以及水。
9.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括含量為0.1-30%的硬脂酸、其酯、酰胺或前體；含量為15. 1-50%的礦物油；以及水。
10.如權利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物包括含量為0.1-30%的脂肪酸、其酯、酰胺或前體的混合物；含量為15. 1-50%的礦物油；以及水。
11.一種促進由沉淀液體結晶生產和回收晶體附聚物的方法，所述方法包括(i)向所述沉淀液體添加有效量的如權利要求1所述的晶體生長修飾組合物以增大所述晶體附聚物的粒徑；( )通過所述沉淀液體分配所述晶體生長修飾組合物；和(iii)從所述液體中沉淀晶體附聚物。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述晶體生長修飾組合物用在拜爾工藝的沉淀液體結晶中。
13.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述晶體生長修飾組合物在所述拜爾工藝的一個或多個下述階段中添加入所述沉淀液體中(i)加入沉淀進料液體，( )加入晶種漿液，和(iii)加入沉淀罐中(iv)加入沉淀罐的現有輸入流中。
14.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述晶體生長修飾組合物通過常規(guī)、高剪切、或超聲混合途徑分布在所述沉淀液體中。
全文摘要
本發(fā)明涉及從沉淀液體結晶過程中增加高質量產品產出的方法，其通過氫氧化鋁回收方法(如拜爾工藝)示例。本發(fā)明是增加液體中沉淀尺寸的方法。在一個實施方式中，本發(fā)明涉及加入到沉淀過程中的晶體生長修飾組合物的用途，其用于增大所述沉淀的三水合氧化鋁的粒徑分布。
文檔編號C01F7/34GK102471083SQ201080029742
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權日2009年7月1日
發(fā)明者D·L·庫茲涅索夫, J·D·基爾迪, J·劉, K·R·科爾曼, R·T·切斯特 申請人:納爾科公司