拜耳法中减少垢的方法技术

减少拜耳法中含铝硅酸盐垢的方法，该方法涉及在暴露于拜耳法流之前，用具有高离子强度的抑垢组合物处理拜耳法设备表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景专利
本专利技术涉及防止或减少氧化铝回收处理流中含铝硅酸盐垢的方法。相关技术说明存在两种用于从原矾土矿或矾土中回收氧化铝的方法，即，拜耳法和烧结法。这包括这两种方法的混合，以及对每种方法的修改。拜耳法是用来由原矾土矿或矾土制造氧化铝的工业方法。矾土主要由铝氧化物(aluminumoxide)(Al2O3)(通常被称为氧化铝(alumina))，以及氧化铁和其他杂质(通常由于氧化铁造成的红色而被称为“红泥”)组成。在原矾土矿中少量存在的额外杂质包括二氧化硅、铝硅酸盐矿物以及有机物。在拜耳法中，首先加热或用称作消解液的高苛性溶液消解磨碎的原矾土矿。消解液通常包括氢氧化钠(NaOH)连同由氧化铝沉淀法再循环利用的废液的苛性溶液。此溶解过程在高温下进行从而完全溶解所有含铝矿物，尤其是三水合氧化铝(三水铝矿)和一水合氧化铝(勃姆石和/或水铝石)，从而产生过饱和的铝酸钠(Al(OH)4-+Na+)溶液或“母液”。红泥铁氧化物在此消解液中仍未被溶解，并且必须在分离纯化的氧化铝之前被去除。如上所述，拜耳法中所使用的矾土矿还含有杂质矿物，这些杂质矿物取决于该矾土矿的来源包含不同形式和含量的二氧化硅。用来溶解铝矿物的苛性溶液还溶解该矾土矿中二氧化硅(尤其是以铝硅酸盐黏土形式存在的二氧化硅)含量的部分或全部。所获得的在该消解液中溶解的盐的浓度非常高，其中氢氧化钠浓度典型地为150克/升(‘g/l’)或更大，并且溶解的氧化铝典型地为120g/l或更大。这些硅酸盐矿物中的一些在该消解步骤中快速溶解以形成二氧化硅过饱和的溶液。然后此溶解的二氧化硅的至少一部分与溶液中存在的铝酸钠(Al(OH)4-)反应以形成不可溶性复合水合硅酸铝钠，通常被指定为脱硅产物或“DSP”。必须在沉淀和煅烧步骤中分离纯化的氧化铝产物之前将在该消解过程中形成的这种复合不可溶性水合硅酸铝钠或“DSP”连同红泥固体从该消解液去除。从该消解液或母液中去除红泥通常是通过一个或多个涉及沉降和/或过滤或其他固/液分离技术的固液分离步骤，更经常地借助絮凝剂实现的。经常地，将基本上所有的固体从该消解液中去除。然而，在某些情况下，少量固体可能没有从该液中分离。仍溶解在该母液中的二氧化硅中的一些可以在去除这些固体后的过程中在晚些时候与铝酸根离子结合以形成不可溶性复合铝硅酸盐矿物，如方钠石或钙霞石(cancranite)，这些不可溶性复合铝硅酸盐矿物然后具有在拜耳法设备的表面上沉淀为矿物垢的趋势。在分离或过滤后，然后冷却该澄清的母液并且用三水合氧化铝接种从而以三水合氧化铝(Al(OH)3)形式沉淀溶解的氧化铝的一部分，然后将这部分在煅烧前通过沉降和/或过滤分离。在氧化铝沉淀步骤后，将剩余的低固溶液(又称“废液”)再加热并且再循环至消解步骤。这个在消化步骤中将低固废液添加到矾土矿之前加热低固废液的方法在工业上被称作“双流法”。由于该废液仍然含有溶解的铝酸根和硅酸根阴离子，进一步处理此液(尤其是加热)经常造成铝硅酸盐垢沉淀在拜耳法设备(如热交换器)的表面上。此结垢过程对工业造成重大问题，因为它能够阻塞设备并且影响工艺效率。在运行“单流法”的工厂中，新鲜矾土在到消解的途中在经过热交换器之前与废液混合。像这样，在单流法中暴露于热交换器表面的该液还含有源自新鲜填充的矾土的红泥固体。因此，在单流法中，易于结垢的拜耳法流现被显著量的未溶解的红泥固体(即，显著较高固含量)污染，这明显地降低了现有技术中抑垢方法(如以上所描述的双流法)的效力。在单流工厂中存在于热交换器液中的未溶解的红泥固体的量可以是与低固双流法中的10mg/l相比多达30-150g/l或更多。因此，还存在对改进的抑制在单流工厂中拜耳法设备表面上形成垢的方法的需求。在用来再加热废液的热交换器中，高温增加了铝硅酸盐沉淀的速率。结果，铝硅酸盐在热交换器以及其他相关工艺设备的内壁上形成为垢。该垢通常呈方钠石或钙霞石的形式，但是能够形成其他铝硅酸盐垢。此垢与钢壁相比具有低的热导率，从而造成随着垢的积累热传递严重降低。由铝硅酸盐结垢造成的热传递的降低可以是如此严重以致于必须频繁地(常达每一周至两周)使热交换单元停止运行并且进行清理。除了明显的用来从这些热交换器中清理积垢所要求的维护和人工成本外，还能看出在增加的能量消耗、降低的液流动、降低的生产能力、降低的蒸发作用以及甚至降低的生产方面积垢对设备的影响。如上所述，在双流法中，在废液与新鲜矾土接触之前，将废液在热交换器中再加热。因此，双流工厂中的废液一般地不含大量(例如，>10mg/l)的可能不利地影响抑垢剂性能的不可溶性固体，如红泥固体。然而，在单流工厂(以及一些双流工厂，尤其是使用砂滤器的那些)中，红泥固体能够是足够大量(例如，多达50-150mg/l)地不利地影响抑垢剂的性能。因此，仍然存在对改进的抑制在双流工厂中在拜耳法设备的表面上形成垢的方法的需求，在这些双流工厂中，废液含有未溶解的固体，特别是较高浓度的未溶解的固体。烧结法是对拜耳法的替代或辅助，并且常用于处理含高二氧化硅的矾土。在烧结法中，在用NaOH溶液浸滤之前，将矾土(或“红泥”)用苏打和/或石灰在1200℃下煅烧，从而产生铝酸钠液(又常称为“过饱和绿液”)和不可溶性“烧结泥”。本领域已知将含有-Si(OR)n基的抑垢剂应用于拜耳法的大量投料(原位)方法，其中n＝1、2、或3。这种原位方法包括将含-Si(OR)n基的“小分子”抑垢剂投料到拜耳法中。除投入含-Si(OR)n基的抑垢剂外，其他技术包括向拜耳液中直接添加(大量投料)甲基硅醇盐(siliconate)和乙基硅醇盐，以及各种其他化合物，如铵、芳香胺、胺类化合物、聚合物型季铵化合物、聚胺聚合物、丙烯酸和丙烯酰胺的共聚物、以及聚丙烯酰胺。拜耳法中二氧化硅颗粒的大量投料和具有羧酸基团的水溶性聚合物的投料也是已知的。除大量投料外，其他用于减少拜耳法中铝硅酸盐垢的方法包括使至少一件拜耳法设备的至少一个表面的至少一部分与垢抑制组合物物质在没有任何液的存在下接触的方法，其中该抑垢剂是含-Si(OR)n基的“小分子”抑垢剂。另一种方法传授了用热固性环氧/氨基甲酸酯树脂预处理拜耳法表面以抑制垢的形成。这种涂覆方法涉及费劲并且耗时的固化反应，并且进一步要求使用可能折损热传递的厚层树脂。关于单流法，公开物：Spitzer等人，MAXHt方钠石抑垢剂：工厂经验和对工艺的影响(MAXHTSodalitescaleinhibitor:Plantexperienceandimpactontheprocess)，轻金属(LightMetals)(2008)，第57-62页描述了单流工厂中的抑垢无效问题。这些现有技术方法均未经济地完全解决处理拜耳法的问题。此外，该文献没有解决单流法中结垢的问题。因此，存在对改进的减少或消除拜耳法中积垢的方法的需求。专利技术概述本专利技术提供了减少拜耳法中含铝硅酸盐垢的方法。这种方法包括鉴定在拜耳法的过程中经受垢形成的拜耳法设备表面。然后使这种工艺设备的表面与有效形成经处理的表面的量的抑垢组合物接触，该经处理的表面比其他可比较的未经处理的表面在随后与拜耳法流接触时更能抵抗垢的形成。将该设备的经预处理的表面然后与拜耳法流接触。与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少拜耳法中含铝硅酸盐垢的方法，包括：鉴定在拜耳法的过程中经受垢形成的拜耳法设备表面；使该鉴定的拜耳法设备表面与有效形成经处理的表面的量的抑垢组合物接触，该经处理的表面比其他可比较的未经处理的表面在随后与拜耳法流接触时更能抵抗垢的形成；其中，该抑垢组合物包括含一种或多种水溶性盐的、具有至少约0.004wt/wt％或更大的总溶解盐的水溶液的液，或具有约11.0或更大的pH的液，该抑垢组合物进一步包含具有一个或多个‑Si(OR)n基的含硅化合物；其中：n是从1至3的整数；并且R是H、任选取代的C1‑C20烷基、任选取代的C6‑C12芳基、任选取代的C7‑C20芳烷基、任选取代的C2‑C20烯基、第I族金属离子、第II族金属离子、或NR14；其中每个R1独立地选自H、任选取代的C1‑C20烷基、任选取代的C6‑C12芳基、任选取代的C7‑C20芳烷基、以及任选取代的C2‑C20烯基；并且使该经处理的表面与该拜耳法流接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.24 US 61/920542;2014.10.21 US 62/0666151.一种减少拜耳法中含铝硅酸盐垢的方法，包括：鉴定在拜耳法的过程中经受垢形成的拜耳法设备表面；使该鉴定的拜耳法设备表面与有效形成经处理的表面的量的抑垢组合物接触，该经处理的表面比其他可比较的未经处理的表面在随后与拜耳法流接触时更能抵抗垢的形成；其中，该抑垢组合物包括含一种或多种水溶性盐的、具有至少约0.004wt/wt％或更大的总溶解盐的水溶液的液，或具有约11.0或更大的pH的液，该抑垢组合物进一步包含具有一个或多个-Si(OR)n基的含硅化合物；其中：n是从1至3的整数；并且R是H、任选取代的C1-C20烷基、任选取代的C6-C12芳基、任选取代的C7-C20芳烷基、任选取代的C2-C20烯基、第I族金属离子、第II族金属离子、或NR14；其中每个R1独立地选自H、任选取代的C1-C20烷基、任选取代的C6-C12芳基、任选取代的C7-C20芳烷基、以及任选取代的C2-C20烯基；并且使该经处理的表面与该拜耳法流接触。2.如权利要求1所述的方法，其中n为3。3.如权利要求1所述的方法，其中该一种或多种水溶性盐的水溶液是拜耳法液。4.如权利要求3所述的方法，其中该拜耳法液选自拜耳法废液、拜耳法蒸发液或拜耳法母液。5.如权利要求1所述的方法，其中该一种或多种水溶性盐的水溶液包含至少1.0％的总溶解盐。6.如权利要求5所述的方法，其中该水溶性盐的水溶液包含至少5.0％的总溶解盐。7.如权利要求1所述的方法，其中该含硅化合物为聚合物或聚合物型反应产物。8.如权利要求1所述的方法，其中该含硅化合物是聚合物或聚合物型反应产物，该聚合物或聚合物型反应产物具有悬挂到该聚合物或聚合物型反应产物上的根据式IV–的基团或端基-Si(OR”)3(IV)其中R”＝H、C1-10烷基、芳基、芳基烷基、Na、K或NH4+。9.如权利要求8所述的方法，其中该基团包含根据式V–的基团--G--R--X--R’---Si(OR”)3(V)其中G为无基团、NH、NR”、或O；R为无基团、C＝O、O、C1-C10烷基、芳基、芳基烷基；X为无基团、NR、O、NH、酰胺、氨基甲酸酯、或脲；R’为无基团、O、C1-C10烷基、芳基、芳基烷基，并且R”为H、C1-C10烷基、芳基、芳基烷基、Na、K或NH4+。10.如权利要求7所述的方法，其中该含硅化合物为包含具有式(I)的单元和具有式(II)–的单元的聚合物或聚合物型反应产物其中T1和E1各自独立地是第一任选取代的烃基，该第一任选取代的烃基包含从约2至约40个碳；Q1为H或第二任选取代的烃基，该第二任选取代的烃基包含从约1至约20个碳；A1a和A2a各自独立地是直接键或包含从约1至约20个碳的有机连接基团；R1a是H、任选取代的C1-C20烷基、任选取代的C6-C12芳基、任选取代的C7-C20芳烷基、任选取代的C2-C20烯基、第I族金属离子、第II族金属离子、或NR2a4，其中每个R2a独立地选自H、任选取代的C1-C20烷基、任选取代的C6-C12芳基、任选取代的C7-C20芳烷基、以及任选取代的C2-C20烯基。11.如权利要求10所述的方法，其中该聚合物或聚合物型反应产物具有至少约500的重均分子量。12.如权利要求10所述的方法，其中这些有机连接基团A1a和A2a各自独立地由-A3a-A4a-A5a-A6a-表示，其中：A3a是直接键、NR3a或O，其中R3a是H或C1-3烷基；A4a是直接键、C＝O、任选取代的C1-C10亚烷基、或任选取代的C6-C12芳基；A5a是直接键、O、NR4a、酰胺、氨基甲酸酯或脲，其中R4a是H或C1-3烷基；并且A6a是直接键、O、任选取代的C1-C20烷基、任选取代的C2-C20烯基或任选取代的C7-C20芳烷基；并且其中这些有机连接基团A1a和A2a中的至少一个为-CH2-CH(OH)-CH2-O-或任选取代的C1-C10亚烷基、或任选取代的C6-C12芳基。13.如权利要求10所述的方法，其中Q1选自丁基、2-乙基己基、C8-10烷基、苯基、甲苯基、壬基苯基、十六烷基、辛烯基以及十八烷基。14.如权利要求1所述的方法，其中该含硅化合物是至少一种多胺、第一氮反应性化合物、和第二氮反应性化合物的反应产物，其中：该第一氮反应性化合物包含-Si(OR1b)3基和氮反应性基团，其中R1b是H、任选取代的C1-C20烷基、任选取代的C6-C12芳基、任选取代的C7-C20芳烷基、任选取代的C2-C20烯基、第I族金属离子、第II族金属离子、或NR2b4，每个R3b独立地选自H、任选取代的C1-C20烷基、任选取代的C6-C12芳基、任选取代的C7-C20芳烷基、以及任选取代的C2-C20烯基；该第二氮反应性化合物包含氮反应性基团并且不含Si(OR1b)3基。15.如权利要求14所述的方法，其中该反应产物具有至少约500的重均分子量。16.如权利要求14所述的方法，其中该第一氮反应性化合物选自环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷以及氯丙基三甲氧基硅烷。17.如权利要求14所述的方法，其中该第二氮反应性化合物选自烷基卤、环氧丙氧基醚以及烷基环氧化物。18.如权利要求1所述的方法，其中该含硅化合物为根据式(III)–的聚合物其中，w＝1-99.9％，x＝0.1-50％，y＝0-50％，z＝0-50％；Q3＝C1-C10烷基、芳基、酰胺、丙烯酸脂、醚、或COX1R1c，其中X1是O、NH、或NP1，其中P1＝C1-C3烷基、芳基、或O；R1c是H、Na、K、NH4、C1-C10烷基或芳基；R2c是C1-10烷基或芳基；V1和V2独立地是H、C1-C3烷基、芳基、Na、K或NH4，或形成酸酐环；R3c是H、C1-C3烷基、芳基、Na、K或NH4；并且D1是NR4c2或OR4c，其中R4c是H、C1-C20烷基、C1-C20烯基或芳基。19.如权利要求1所述的方法，其中该含硅化合物是多糖，该多糖具有悬挂到该多糖上的含-Si(OR1e)3的基团或端基，其中R1e是H、C1-C10烷基、芳基、Na、K或NH4。20.如权利要求1所述的方法，其中该含硅化合物是含胺分子与含有每分子至少一个胺反应性基团和每分子至少一个-Si(OR5e)n基的胺反应性分子的反应产物，其中R5e是氢、C1-C12烷基、芳基、Na、K、Li、或NH4。21.如权利要求1所述的方法，其中该含硅化合物包含至少三种组分，一种是组分R1f，一种是组分R2f，并且一种是组分R3f，这些组分在该化合物中根据通式VII排列：其中该化合物可以是碳酸酯、碳酸氢酯、氨基甲酸酯、脲、酰胺以及它们的盐中的至少一种；并且其中R1f选自由以下各项组成的组：H、烷基、胺、烷基胺、结构(VIII)以及结构(IX)；R2f和R4f独立地选自由以下各项组成的组：H、烷基、胺、烷基胺、GG以及EE；并且其中GG选自3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三烷氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基烷基二烷氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基二烷基单烷氧基硅烷、3-异氰酸基丙基三烷氧基硅烷、3-异氰酸基丙基烷基二烷氧基硅烷、3-异氰酸基丙基二烷基单烷氧基硅烷、3-氯丙基三烷氧基硅烷、3-氯丙基烷基二烷氧基硅烷、以及3-氯丙基二烷基单烷氧基硅烷；其中EE选自2-乙基己基环氧丙基醚、正丁基环氧丙基醚、叔丁基环氧丙基醚、C3-C22环氧丙基醚、C3-C22异氰酸酯、C3-C22氯化物、C3-C22溴化物、C3-C22碘化物、C3-C22硫酸酯、C3-C22酚环氧丙基醚、以及其任何组合，R3f和R5f独立地选自由以下各项组成的组：H、烷基、胺烷基胺、GG以及EE；并且n1是从2至6的整数。22.如权利要求1所述的方法，其中该含硅化合物包含：具有通式X或XI–的第一组分其中R1g独立地是CH2、或CH2-CH2；并且X3是NH、NH-R1g-NH、或NH-R1g-NH-R1g-NH；作为第二组分的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷；以及作为第三组分的2-乙基己基环氧丙基醚；其中该化合物的合成是通过如下进行的：使该第一组分与3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷在该第一组分的反应性氢上结合以形成中间物并且然后使该中间物与该2-乙基己基环氧丙基醚反...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA塞沃，CJ卡尔比克，F库拉，D史泰格，M泰勒，
申请(专利权)人：塞特工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US