專利名稱：從拜耳溶液中除去草酸鈉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從拜耳溶液中除去草酸鈉的方法和裝置。
拜耳法是用于從鋁土礦中獲得純氧化鋁普遍使用的方法。它包括在比如說255℃用熱的氫氧化鈉溶液處理礦石，這樣氧化鋁溶解形成鋁酸鈉，來自礦石的其它礦物以赤泥形式殘留下來。飽和的鋁酸鈉溶液冷卻，并以氫氧化鋁晶體為晶種。溶液中的鋁以三氫氧化物的狀態(tài)沉淀，然后在比方說1050℃煅燒，以形成純氧化鋁。剩余的溶液可稱為拜耳溶液，在添加任意必需的氫氧化鈉以保證其濃度足夠之后，能夠再循環(huán)以處理新的礦石。
然而，在循環(huán)溶液中有積累有機污染物尤其是草酸鈉并且達到草酸鈉與氫氧化鋁共沉淀的濃度的風險。這對氧化鋁的品質(zhì)是有害的，它使三氫氧化物形成微細的晶體，因而導(dǎo)致相差很大的粒度變化，并且它還導(dǎo)致沉淀粒子的脆化。草酸鹽離子可能來源于礦石，或者可能由來自礦石的其它有機化合物的腐蝕性降解而形成。因此，在達到此濃度之前，從拜耳溶液中除去草酸鈉是必要的。
例如拜耳溶液的至少一部分可以被冷卻，這樣草酸鈉沉淀析出。US 3 899571(＝EP 0 013 407)描述在這樣的過飽和溶液中引起沉淀的一種方法，通過添加回收的草酸鈉晶體作為引發(fā)劑；所得晶體能夠通過過濾分離，并且留一些作為下一引發(fā)劑。然而，在實踐中人們發(fā)現(xiàn)，晶體的表面被存在于溶液中的其它有機物質(zhì)沾污，而變得不能作為晶體生長引發(fā)劑。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于從拜耳溶液中除去草酸鈉的方法，該方法包括移開溶液的液流，將其處理至對草酸鈉過飽和，然后使它經(jīng)受超聲波照射，然后除去所得晶體。
優(yōu)選地，溶液的液流經(jīng)受超聲波照射的時間不超過30秒，更優(yōu)選地不超過10秒，例如2秒或3秒。這可以通過使該液流流過管道，并且使該管中的內(nèi)含物連續(xù)地經(jīng)受超聲波照射。優(yōu)選地，使用安裝于該管道的壁上的許多超聲波換能器施加超聲波，換能器排列為周向且軸向延伸的獨立換能器陣列，每個換能器連接到信號發(fā)生器，以便換能器輻射不超過3W/cm2，換能器充分地靠攏，并且換能器的數(shù)量充足，使容器內(nèi)的能量損耗介于25和150W/升之間。優(yōu)選地，該管道具有至少0.10m的寬度，就是說如果管道是圓柱形的，它具有至少0.10m的直徑。此時供給的能量值是輸送到換能器的那些電能，因為這相對易于測定。這樣的輻照容器在WO 00/35579中描述。對于這樣的容器，在壁表面上很少或沒有氣蝕，因此不存在壁的腐蝕，并且不會因此產(chǎn)生金屬微粒。令人驚訝地，盡管溶液中有機物質(zhì)的存在趨向于在晶體生長時沾污晶體的表面，仍然得到符合要求的草酸鈉晶體化。
優(yōu)選地，通過連接到傳送過飽和溶液的管道壁上的許多換能器提供超聲波，溶液以使該溶液受超聲波作用少于2s的速率流動。
在溶液經(jīng)受超聲波之前，使溶液中的草酸鹽過飽和的初步處理可例如包括蒸發(fā)和冷卻，或者僅冷卻。這確保容易結(jié)晶的任何物質(zhì)已經(jīng)形成晶體。
在超聲波處理之后，所得晶體物質(zhì)典型地是草酸鈉和其它有機或無機鈉鹽的混合物。
舉例來說，使溶液過飽和的處理可以包括冷卻到約70℃，雖然所需溫度取決于正在冷卻的溶液的初始濃度。在另一實施例中，在受聲波的作用之前，溶液冷卻到約40℃。通過在受超聲波作用之后進一步地冷卻該溶液，能夠更好地除去這些產(chǎn)物。在一個實施方案中，經(jīng)受超聲波的溶液的液流僅是發(fā)生結(jié)晶作用溶液的一部分，以便經(jīng)受超聲波的溶液能夠與過飽和溶液混合，以產(chǎn)生晶體生長。于是所得晶體較易于從剩余的液體中分離出來。
通過首先使溶液的液流經(jīng)受超聲波照射，任選地混合照射溶液和未照射溶液，在超聲波照射溶液(或混合溶液)中提供晶體生長的時間，以便產(chǎn)生包含晶體的溶液，然后使所得包含晶體的溶液的至少一部分經(jīng)受進一步的超聲波照射，草酸鈉的充分去除得以實現(xiàn)。這可以例如通過使用第二超聲波照射容器，和/或通過將包含晶體的溶液送回供應(yīng)給第一超聲波照射容器的液流中而實現(xiàn)。此第二超聲波處理具有破碎小晶體的作用，或者清洗它們的表面，以便它們生長到大尺寸。
本發(fā)明還提供用于實施此方法的一種裝置。
現(xiàn)在僅以舉例方式并參照附圖進一步和更具體地描述本發(fā)明，其中

圖1顯示用于從用過的拜耳溶液中除去草酸鈉的裝置的流程圖；以及圖2顯示對圖1的裝置的改變的流程圖。
參照圖1，用過的拜耳溶液10通過連續(xù)的處理步驟12、14(例如在70℃結(jié)束)被蒸發(fā)并冷卻，使所得溶液16明顯地更加濃縮?？赡苡捎谌芤褐械钠渌袡C物質(zhì)，草酸鈉過飽和，但不會輕易地從溶液中析出。溶液16然后經(jīng)管道18供應(yīng)到一個或多個均裝有攪拌機構(gòu)25的連貫的儲槽(在此實施例中顯示兩個這樣的槽20和22)，在槽中晶體按如下所述而形成。每個槽20和22可以處于與流入的溶液16相同的溫度，或者連貫的槽可以處于較低的溫度。最后苛性堿溶液和晶體的混合物供給到過濾裝置26，例如帶式過濾器，然后濾液27(主要由苛性鈉和鋁酸鈉溶液組成)可以返回用于溶解鋁土礦的處理液流。濾餅28主要是與其它有機和無機鈉鹽混合的草酸鈉，然后將其除去，用于清除或進一步處理。
在到達第一儲槽20之前，部分溶液16轉(zhuǎn)向超聲波處理回路30中。在回路30內(nèi)是超聲波處理模塊32，隨后是儲槽34，然后回路30注入第一儲槽20。圖上顯示了回路30，該流動通道一般可以是標稱六英寸(150mm)直徑的管，并且超聲波處理模塊32包括同樣內(nèi)徑的不銹鋼—鋼管道36。
在管壁的外面以規(guī)則排列連接的十個換能器模塊38。每個換能器模塊38包括在20kHz諧振的50W壓電換能器40，其安裝于成圓錐形的漏斗式鋁連接塊42上，由此連接到壁，每個塊42較寬的一端具有63mm的直徑。換能器模塊38按各有五個模塊38的兩個環(huán)繞的環(huán)路布置，連接塊的中心距周緣約105mm，并且在縱向相距約114mm。信號發(fā)生器44驅(qū)動所有的換能器40。換能器模塊38用防護鑄件46封閉。
此輻射源10的能量密度僅約1.6W/cm2，使氣蝕不會在壁表面上發(fā)生，這樣不會發(fā)生管道36的腐蝕。不過該能量密度足以確保在飽和溶液中成核。受超聲波作用的液體的量為約5L，因此能量密度為約100W/升。(通過調(diào)節(jié)供給到換能器40的能量，該能量密度能夠得到調(diào)整，但通常在40和100W/升之間。)如果沒有溶液16通過超聲波處理回路30，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過此處理草酸鈉的濃度減少到2.1-2.4g/升。相比之下，在70℃受聲波的作用，該濃度降低到1.77-1.87g/升；在受聲波的作用之后，溫度降低至55℃，在處理回路30中的濃度降低到僅1.42g/升。準確的結(jié)果取決于通過超聲波處理回路30的溶液16的比例。在流過超聲波處理模塊32的溶液中成核，然后晶核在儲槽34中生長，從而來自處理回路30出現(xiàn)在儲槽20中的溶液已經(jīng)包含小的草酸鈉晶體。從管道18流入第一儲槽20的溶液16過飽和，因此晶體長得更大。從而第一儲槽20開始結(jié)晶過程，同時第二儲槽22供晶體生長。溶液可以長時間(例如一個或兩個小時)保持在每個槽20和22中，使晶體得以由任一晶核生長。應(yīng)了解，在過濾裝置26中較大的草酸鈉晶體較易于從濾液中分離出來。
通過超聲波處理回路30的流速以及通過管道36的流速應(yīng)該使溶液受超聲波作用的時間介于1s和10s之間，例如約3s。通過使用同樣直徑的更長的照射管道，以及更多各有五個模塊38的環(huán)繞的環(huán)路，如相對于附圖所述，這些環(huán)在縱向中心相距114mm隔開，能夠處理更大量的溶液(每單位時間)。例如，使用具有二十個這種有五個模塊38的環(huán)繞的環(huán)路的管道，這樣受超聲波作用的量約十倍于附圖所示管道，同樣的受超聲波作用的時間可通過提高十倍的流速來實現(xiàn)。
優(yōu)選地，溶液16通過超聲波處理回路30的比例為至少1％，更優(yōu)選地為至少10％，并且甚至可以是50％或更多。在大型裝置上，優(yōu)選處理過飽和溶液16的約40％-60％。雖然能夠通過經(jīng)超聲波處理回路30處理所有的溶液16，但這不是必要的。在儲槽20中混合過飽和溶液和在超聲波處理回路30中產(chǎn)生的包含晶體的溶液，導(dǎo)致的結(jié)果是整個溶液16的液流暴露于新形成的晶體，因此結(jié)晶過程非常高效，并且確保形成更大的晶體。
應(yīng)了解，可以按多種方式改變圖1所示裝置。例如，在超聲波處理回路30中，儲槽34可以省去，并且可以用換熱器替換，以降低溶液的溫度。并且儲槽20-22的數(shù)量可以與所示的不同。例如，可以有四個這種連貫的儲槽，受超聲波作用的溶液被引入第三儲槽(例如從儲槽34)，這樣導(dǎo)致進一步成核；以及為進一步的晶體生長而設(shè)的第四儲槽，該生長源于在第三儲槽22開始的成核。
參照圖2，顯示圖1所示裝置的改變的流程圖；相同的那些特征用同樣的附圖標記指示。用過的拜耳溶液10通過連續(xù)的處理步驟12、14(例如在70℃結(jié)束)被蒸發(fā)并冷卻，使所得溶液16明顯地更加濃縮。草酸鈉過飽和的溶液16于是通過超聲波處理模塊52(基本上與模塊32相同，但為了處理更多的液體，如上述討論的那樣改變)，然后通過換熱器54，以降低其溫度(例如降至約55℃)。然后將溶液16供給到各包含攪拌機構(gòu)25的四個連貫的儲槽20-23，溶液在其中長時間保持(例如在每個槽中保持45分鐘)，使晶體得以由任一晶核生長，該晶核由于冷卻和經(jīng)過超聲波處理模塊52形成。槽處于依次更低的溫度。最后苛性溶液和晶體的混合物供給到過濾裝置26，例如帶式過濾器，然后濾液27(主要由溶液中的苛性鈉和鋁酸鈉組成)可以返回用于溶解鋁土礦的處理液流。濾餅28主要是草酸鈉和碳酸鈉，以及可能的其它鹽；然后將其除去，用于清除或處理。
從而在使用中，當溶液16流過處理模塊52時，晶核形成；并且由于在換熱器54中進一步冷卻所導(dǎo)致的增大的過飽和度，這些晶核長大。
在圖2的流程圖中，溶液16的全部液流在處理模塊52中經(jīng)受超聲波。在進一步的改變中，如虛線58所示，液流16的一部分可以繞過處理模塊52。進一步的改變是在一個或多個儲槽上提供泵送再循環(huán)回路24，此回路24包括超聲波照射模塊32。如所示，在第一儲槽20上提供一個這樣的受超聲波作用的回路24，并且可以在其它儲槽的至少一些上提供其它這樣的回路24，例如在第三儲槽22上。應(yīng)了解，每一包括超聲波照射模塊32的這樣的再循環(huán)回路24往往將會產(chǎn)生新的晶種(只要草酸鈉保持過飽和)，其將在相連的儲槽中生長，這樣進一步降低溶液中草酸鈉的濃度。其后的儲槽21和23分別供晶體由已經(jīng)引發(fā)的晶核生長。在進一步的選擇中，附加的超聲波照射模塊52也可以配置在管線中，而不是在再循環(huán)回路中，也就是在一個儲槽和下一個儲槽之間。
作為進一步的選擇(可以用于與前述選擇聯(lián)合)，來自第二儲槽21的部分液流可以返回供給到超聲波處理模塊52的溶液16的液流中。這將會清洗草酸鈉晶體的表面，或者將它們破碎，以產(chǎn)生更多的晶體生長。
應(yīng)了解，相對于圖1和2所述的處理裝置可以按多種方式改變。例如超聲波可以在不同頻率產(chǎn)生。例如該頻率可以在15kHz和100kHz之間，或者可能甚至更高的頻率直至約2MHz。高于約100kHz的頻率在導(dǎo)致氣蝕方面效果較差，但仍然可以引起成核。并且應(yīng)了解，超聲波連接到液體中的方式可以與上述的不同。例如連接塊可以具有不同的形狀和尺寸，以及不同的材料。模塊的空間以及它們在管道36表面附近的排列也可以與所述的不同。
權(quán)利要求
1.一種用于從拜耳溶液中除去草酸鈉的方法，所述方法包括移開溶液的液流，將它處理至草酸鈉過飽和，然后使它經(jīng)受超聲波照射，然后除去所得晶體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述過飽和溶液的所述液流經(jīng)受超聲波照射的時間不超過30秒，更優(yōu)選地不超過10秒，例如2秒或3秒。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中使所述液流流過管道，并且所述管道的內(nèi)含物連續(xù)地經(jīng)受超聲波照射。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，使用以周向且軸向延伸的獨立換能器陣列連接于所述管道的壁上的許多超聲波換能器施加所述超聲波，每個換能器連接到信號發(fā)生器，以便所述換能器輻射不超過3W/cm2，所述換能器充分地靠攏，并且換能器的數(shù)量充足，使在所述容器內(nèi)的能量損耗介于25和150W/升之間。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述管道具有至少0.10m的寬度。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述拜耳溶液首先通過蒸發(fā)處理，使它對草酸鈉過飽和。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中由超聲波照射產(chǎn)生的所述晶體與草酸鈉過飽和的溶液接觸，這樣在除去得到的晶體之前，所述晶體生長。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中草酸鈉過飽和并包含草酸鈉晶體的液體的液流經(jīng)受超聲波照射，以引起更多的晶體生長。
9.一種用于從拜耳溶液中除去草酸鈉的裝置，所述裝置包括使所述溶液的液流對草酸鈉過飽和的設(shè)備，使過飽和溶液經(jīng)受超聲波照射的設(shè)備，以及除去所得晶體的設(shè)備。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述超聲波照射設(shè)備包括管道，其具有以周向且軸向延伸的獨立換能器陣列連接于所述管道的壁上的許多超聲波換能器，每個換能器連接到信號發(fā)生器，其排列使得所述換能器輻射不超過3W/cm2，所述換能器的數(shù)量和接近度足以在工作時使所述容器內(nèi)的能量損耗介于25和150W/升之間。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其還包括容器，在除去任何所得晶體之前，過飽和溶液與已經(jīng)經(jīng)受超聲波照射的所述溶液在其中混合。
12.如權(quán)利要求9、10或11所述的裝置，其還包括使草酸鈉過飽和并包含草酸鈉晶體的液體的液流經(jīng)受超聲波照射的設(shè)備，以引起更多的晶體生長。
全文摘要
拜耳法用熱的氫氧化鈉溶液從鋁土礦中得到純氧化鋁。氧化鋁溶解，然后沉淀，剩余的苛性拜耳溶液能夠回收，供再次使用。然而，草酸鈉往往會在循環(huán)溶液中積累，于是產(chǎn)生問題。通過移開溶液的液流并處理，使其對草酸鈉過飽和，然后使它經(jīng)受超聲波照射，形成晶核。于是所得晶體能夠與溶液分離。令人驚訝地，溶液中的其它有機化合物不阻礙此有效的結(jié)晶過程。
文檔編號B01J19/10GK1930086SQ200580007066
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月6日
發(fā)明者L·J·麥考斯蘭德, M·芬內(nèi)爾 申請人:阿山特斯有限公司