專利名稱：一種拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液的凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，屬于輕金屬冶金領(lǐng)域，具體為一種高濃度鋁酸鈉溶液一步法深度脫硅、除鐵和脫除有色有機(jī)物雜質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
在拜爾法氧化鋁生產(chǎn)過程中，由于鋁酸鈉溶液中堿濃度(Na20K>150g/L)、氧化鋁濃度高(Al203>165g/L)，因而溶液中二氧化硅濃度高(SW2X). 6g/L)，介穩(wěn)性高，脫硅難。同時(shí)，鋁酸鈉溶液經(jīng)過無數(shù)次的循環(huán)，各種雜質(zhì)都可能進(jìn)入母液，有的雜質(zhì)會(huì)在鋁酸鈉溶液中積累，使得鋁酸鈉溶液成份十分復(fù)雜，也使溶液呈現(xiàn)一定的顏色，可呈深褐色、紅色或橙色等。這些雜質(zhì)在種分過程中降低種分分解率，降低產(chǎn)品純度，并使產(chǎn)品帶顏色，不能滿足特殊用途的氧化鋁(氫氧化鋁)的要求。為滿足拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液種分生產(chǎn)高白氫氧化鋁的要求，并滿足工藝簡(jiǎn)單的要求，必須同步脫硅、除鐵和脫有色有機(jī)物。以拜爾法處理一水鋁石，三水鋁石或混和型鋁土礦時(shí)，鋁酸鈉溶液中SiO2濃度介于0. 6^1. 4g/L間，浮游濃度大于0. 05g/L，鐵濃度介于 0.02、. lg/L間，總有機(jī)碳大于lg/L。由于鋁酸鈉濃度高，能生成鋁硅酸根離子，因而二氧化硅介穩(wěn)性好，難以生成硅渣，導(dǎo)致脫硅難；組分濃度高，雜質(zhì)多且含量較高，導(dǎo)致溶液中鐵的存在形態(tài)復(fù)雜，脫鐵難；同時(shí)，組份濃度高，溶液粘度高，溶液中有機(jī)物多，界面活性不明確，因而經(jīng)濟(jì)地脫除有機(jī)物難。盡管目前針對(duì)鋁酸鈉溶液雜質(zhì)含量、種分產(chǎn)品用途分別提出了脫硅、除鐵或除有機(jī)物的方法，但沒有針對(duì)高濃度鋁酸鈉溶液中存在的二氧化硅、鐵、 有機(jī)物等雜質(zhì)提出一步法凈化工藝或方法。專利文獻(xiàn)CN101857254A和CN1569639針對(duì)燒結(jié)法高濃度(Al20313(Tl70g/L)粗液 (Si02>5g/L)，通過晶種活化處理或加入赤泥等，可以將脫硅后二氧化硅降低至 lg/L左右， 溶液鋁硅質(zhì)量比達(dá)300。專利文獻(xiàn)CN101058433A公開了一種拜爾法溶液中有機(jī)物的凈化方法，向鋁酸鈉溶液中加入硫酸鈉、碳酸鈉、鋁酸鈣、草酸鈉或氧化鋁焙燒窯灰中的一種或兩種以上的混合物作為結(jié)晶添加劑，再降溫結(jié)晶，使其中草酸鈉等有機(jī)物隨添加劑的結(jié)晶而析出，分離結(jié)晶物而凈化鋁酸鈉溶液。專利文獻(xiàn)CN1377829A公開了一種從拜爾法鋁酸鈉溶液中清除有機(jī)物的工藝，向鋁酸鈉精液中加入2 8g/L的氧化鈣，進(jìn)行置換和吸附反應(yīng)，液固分離后，可清除草酸鈉(以 C2O42O 的 70 80%。日本的住友化學(xué)株式會(huì)社公開了一種脫色的鋁酸鈉水溶液的制造方法(中國專利公開號(hào)CN1010624200A)將固體氧化鎂和氫氧化鋁加入到低濃度鋁酸鈉溶液漿料中，在 130°C以上的溫度進(jìn)行熱處理，然后分離固體成分。專利文獻(xiàn)CN101792162A公開了一種鋁酸鈉溶液復(fù)合脫色方法，將鋁酸鈉溶液加入反應(yīng)槽中，向反應(yīng)槽中加入活性炭負(fù)載的TiO2催化劑，用紫外線照射處理，并向處理后的鋁酸鈉溶液中通入臭氧進(jìn)行處理。
專利文獻(xiàn)CN101580293針對(duì)現(xiàn)有燒結(jié)法一段脫硅后的溶液，通過加入石灰乳，使溶液中鐵、硅以水化石榴石或鐵水化石榴石結(jié)晶析出，釩酸根、鉻酸根、氟離子及有機(jī)物形成鈣鹽結(jié)晶析出，溶液消光值低于0. 45。國外較多專利(US5093092，US4275043, US5068095, W097/03924, W000/7573A1)針對(duì)鋁酸鈉溶液中草酸鈉、腐植酸鈉等有機(jī)物，加入含鈣、含鎂、含鋁等吸附劑，消除有機(jī)物的影響。這些專利中沒有涉及脫硅、除鐵問題，同時(shí)大多都針對(duì)三水鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的工藝，其鋁酸鈉溶液氧化鋁濃度較低(Al203<170g/L)。以上方法要么是針對(duì)燒結(jié)法鋁酸鈉溶液，因其不含有機(jī)物，其主要是脫硅、除鐵； 要么是針對(duì)較低濃度(Al203<100g/L)的拜爾法鋁酸鈉溶液，并且沒有綜合考慮溶液中有機(jī)物雜質(zhì)和無機(jī)物雜質(zhì)硅、鐵等的脫除；而對(duì)于高濃度拜爾法鋁酸鈉溶液，由于溶液濃度高， 其中的有機(jī)物、無機(jī)物雜質(zhì)硅等結(jié)構(gòu)都較低濃度時(shí)變得更為復(fù)雜，所以，利用常規(guī)的方法很難脫除，并且堿濃度、氧化鋁濃度、溫度等都會(huì)影響脫硅、脫色效果。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，針對(duì)高濃度的鋁酸鈉溶液，對(duì)于產(chǎn)品要求特別高的白度的情況下，考慮到經(jīng)濟(jì)成本，以上脫色凈化方法都不能達(dá)到要求的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以工廠拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液為對(duì)象，結(jié)合脫硅過程，提出同步除去溶液中鐵、有色有機(jī)物的工藝，提供一種拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，將高濃度鋁酸鈉溶液加熱活化到 80°c 120°c，強(qiáng)烈機(jī)械攪拌，向鋁酸鈉溶液中加入凈化劑，凈化劑為氧化鈣、氧化鎂、煅燒白云石中的一種以上，使溶液中的硅、鐵和有機(jī)物及一些有色物質(zhì)被脫除，然后，過濾分離硅渣和不溶物，得到凈化脫色的鋁酸鈉溶液，凈化脫色后的鋁酸鈉溶液的吸光度小于0. 30。在經(jīng)過凈化劑凈化后的鋁酸鈉溶液中加入雙氧水作氧化劑，消除有色的有機(jī)物， 加入雙氧水溶液的體積為鋁酸鈉溶液體積的0. 8-1倍，雙氧水濃度為1(Γ20%，反應(yīng)溫度為 80^900C，反應(yīng)時(shí)間為l_3h，反應(yīng)結(jié)束后過濾即可。所述的凈化劑的粒度小于60目，每L鋁酸鈉溶液添加凈化劑5_20g。控制鋁酸鈉溶液中的Na20。/ Na2O1的濃度，使其總濃度不能超過15%，控制鋁酸鈉溶液中的浮游物濃度小于1. 4g/L。加入凈化劑后，將鋁酸鈉溶液活化加熱，加熱溫度范圍為80°C 120°C，反應(yīng)處理時(shí)間為0. 5h 3. Oh之間。加入凈化劑以后，需要在強(qiáng)烈攪拌下，使其充分反應(yīng)脫除硅和部分有機(jī)物并生成高比表面積的產(chǎn)物以吸附有機(jī)物，攪拌速度在100-400rpm以上。石灰的脫硅脫色機(jī)理是石灰加入鋁酸鈉溶液后，大部分氧化鈣與鋁酸鈉溶液反應(yīng)，生成水合鋁酸鈣，水合鋁酸鈣與硅酸根離子反應(yīng)生成水化石榴石，脫除溶液中的硅；同時(shí)，有一部分氧化鈣也與部分有機(jī)物如草酸反應(yīng)生成草酸鈣等含鈣化合物而被脫除；新生成的水化石榴石等含鈣化合物具有較大的比表面積，吸附溶液中的有機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)脫除有機(jī)物、脫色的目的。因此，拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液的凈化過程是深度脫硅過程和除鐵及有機(jī)物脫除過程同步進(jìn)行的過程。
有機(jī)物一般有一定的還原性，加入氧化劑，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以消除有色的有機(jī)物，雙氧水具有一定氧化性，同時(shí)不會(huì)給溶液帶來新的雜質(zhì)，雙氧水也可以將長(zhǎng)鏈的有機(jī)物氧化為短鏈的有機(jī)物，或者將有色的物質(zhì)漂白至顏色較淡的物質(zhì)，從而達(dá)到脫色效果。拜爾法精液組成為α kl. 4(Tl. 70，Al2O3Il(T250g/L，A/S>200,由于溶液中存在碳酸鈉和硫酸鈉，碳酸鈉可分解水化石榴石，所以，要對(duì)精液中的Na20。/ Na2O1的濃度進(jìn)行控制，使其總濃度不能超過15%。鈉硅渣在溶液中作為浮游物存在，不利于獲得高硅量指數(shù)的鋁酸鈉溶液，因此，要控制精液中的浮游物濃度小于1. 4g/L。單獨(dú)氧化鎂的脫色效果沒有氧化鈣好，而且氧化鎂消耗氧化鋁過多，生成水合鋁碳酸鎂，但氧化鎂對(duì)氧化鈣的脫硅、脫色都有促進(jìn)作用。采用本發(fā)明的方法，可以一步法深度脫硅、除鐵和脫除有色有機(jī)物雜質(zhì)等，凈化脫色后的鋁酸鈉溶液的吸光度小于0. 30。具有操作簡(jiǎn)單，凈化效果好、易于工業(yè)化推廣等等優(yōu)
點(diǎn)ο
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
移取 IOOmL原液(原液成分=Nb2Ok163. 88g/L; Al2O3:173. 45g/L; α k: 1. 55)到燒杯中， 按固液比15g/L加入氧化鈣(CaO)，油浴加熱、強(qiáng)烈攪拌(轉(zhuǎn)速為ISOrpm)，水浴加熱溶液溫度至80°C，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)0. 5小時(shí)，離心液固分離分離后，取清夜測(cè)試吸光值為0. 3。實(shí)施例2
移取 200mL 鋁酸鈉原液(原液成分:Na20K:165.81g/L; Al2O3:173. llg/L; α k: 1.58)到燒杯中，按固液比5g/L加入氧化鎂(MgO)，在燒杯中充分?jǐn)嚢?160rpm)，在油浴中加熱溶液溫度至100°C，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)2. 0小時(shí)，離心上清液，液固分離后，取上清液測(cè)試吸光值為 0. 368，溶液中有機(jī)碳濃度為0. 475g/L. 實(shí)施例3
取300mL工廠鋁酸鈉溶液，放入不銹鋼鋼彈中，加入2個(gè)Φ20πιπι、2個(gè)Φ 5mm鋼球加強(qiáng)攪拌，密封后，置入甘油浴中，按固液比10g/L加入氧化鈣(CaO)，同時(shí)按固液比5g/L加入氧化鎂(MgO)，加熱至110°C，攪拌速度400rpm，反應(yīng)1. 5小時(shí)，反應(yīng)完成后，用砂芯漏斗抽濾， 取清夜，分析清夜的吸光值為0. 263. 實(shí)施例4
取300mL工廠鋁酸鈉溶液(Na20K :169g/L; Al2O3 165g/L ； α k 1 · 60 )放入不銹鋼鋼彈中， 加入2個(gè)Φ20πιπι、2個(gè)Φ5πιπι鋼球加強(qiáng)攪拌，密封后，置入甘油浴中，加入固液比10g/L煅燒后的白云石(CaCO3 ^gCO3，煅燒溫度為900°C，在其分解溫度以上)，在恒溫油浴鍋中加熱至 120°C，強(qiáng)烈攪拌速度為400rpm，反應(yīng)池后，用砂芯漏斗抽濾，取清液，測(cè)試清夜的吸光值為 0. 237.
實(shí)施例5
移取300mL原液(原液成分=Nb2Ok163. 88g/L; Al2O3:173. 45g/L; α k: 1. 55)到燒杯中， 按固液比20g/L加入氧化鈣(CaO)，水浴加熱、強(qiáng)烈攪拌(轉(zhuǎn)速為ISOrpm)，水浴加熱溶液溫度至80°C，然后滴加300mL濃度為20%的雙氧水溶液，反應(yīng)池以后，離心液固分離后，取清夜測(cè)試吸光值為0. 189。
實(shí)施例6
取 IOOOmL工廠鋁酸鈉溶液(Na20K: 159. 77g/L; Al2O3:170. 00g/L; α k: 1· 60)放入不銹鋼鋼彈中，加入2個(gè)Φ20πιπι、2個(gè)Φ5πιπι鋼球加強(qiáng)攪拌，密封后，置入水浴中，加入固液比IOg/ L煅燒后的白云石(CaCO3 · MgCO3,煅燒溫度為900°C，在其分解溫度以上)，同時(shí)滴加800mL 濃度為30%的雙氧水溶液，在恒溫水浴鍋中加熱至90°C，強(qiáng)烈攪拌速度為400rpm，反應(yīng)2. 5h 后，用砂芯漏斗抽濾，取清液，測(cè)試清夜的吸光值為0. 145，有機(jī)碳濃度為0. 376g/L。實(shí)施例7
取 IOOOmL工廠鋁酸鈉溶液(Na20K: 158. 29g/L; Al2O3:168. 00g/L; α k: 1· 60)放入不銹鋼鋼彈中，加入2個(gè)Φ20πιπι、2個(gè)Φ5πιπι鋼球加強(qiáng)攪拌，密封后，置入水浴中，加入固液比IOg/ L煅燒后的白云石(CaCO3 · MgCO3，煅燒溫度為900°C，在其分解溫度以上)，同時(shí)滴加800mL 濃度為10%的雙氧水溶液，在恒溫水浴鍋中加熱至90°C，強(qiáng)烈攪拌速度為400rpm，反應(yīng)2. 5h 后，用砂芯漏斗抽濾，取清液，測(cè)試清夜的吸光值為0. 145，有機(jī)碳濃度為0. 376g/L。采用上述方法均可得到吸光值小于0. 3的拜爾法鋁酸鈉溶液，以上實(shí)例僅用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在所述領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進(jìn)等，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，其特征在于將高濃度鋁酸鈉溶液加熱活化到80°C 120°C，強(qiáng)烈機(jī)械攪拌，向鋁酸鈉溶液中加入凈化劑，凈化劑為氧化鈣、氧化鎂、 煅燒白云石中的一種以上，使溶液中的硅、鐵和有機(jī)物及一些有色物質(zhì)被脫除，然后，過濾分離硅渣和不溶物，得到凈化脫色的鋁酸鈉溶液，凈化脫色后的鋁酸鈉溶液的吸光度小于 0. 30。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，其特征在于在經(jīng)過凈化劑凈化后的鋁酸鈉溶液中加入雙氧水作氧化劑，消除有色的有機(jī)物，加入雙氧水溶液的體積為鋁酸鈉溶液體積的0. 8-1倍，雙氧水濃度為1(Γ20%，反應(yīng)溫度為8(T90°C，反應(yīng)時(shí)間為l_3h，反應(yīng)結(jié)束后過濾即可。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，其特征在于所述的凈化劑的粒度小于60目，每L鋁酸鈉溶液添加凈化劑5-20g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，其特征在于控制鋁酸鈉溶液中的Na20。/ Na2O1的濃度，使其總濃度不能超過15%，控制鋁酸鈉溶液中的浮游物濃度小于1. 4g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，其特征在于 加入凈化劑后，將鋁酸鈉溶液活化加熱，加熱溫度范圍為80°C 120°C，反應(yīng)處理時(shí)間為 0. 5h 3. Oh之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，其特征在于加入凈化劑以后，需要在強(qiáng)烈攪拌下，使其充分反應(yīng)脫除硅和部分有機(jī)物并生成高比表面積的產(chǎn)物以吸附有機(jī)物，攪拌速度在100-400rpm以上。
全文摘要
一種拜爾法高濃度鋁酸鈉溶液凈化方法，將高濃度鋁酸鈉溶液加熱活化到80℃~120℃，強(qiáng)烈機(jī)械攪拌，向鋁酸鈉溶液中加入凈化劑，凈化劑為氧化鈣、氧化鎂、煅燒白云石中的一種以上，使溶液中的硅、鐵和有機(jī)物及一些有色物質(zhì)被脫除，然后，過濾分離硅渣和不溶物，得到凈化脫色的鋁酸鈉溶液，凈化脫色后的鋁酸鈉溶液的吸光度小于0.30。采用本發(fā)明的方法，可以一步法深度脫硅、除鐵和脫除有色有機(jī)物雜質(zhì)等，凈化脫色后的鋁酸鈉溶液的吸光度小于0.30。
文檔編號(hào)C01F7/02GK102502732SQ20111032134
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者丁建礎(chǔ), 劉桂華, 周秋生, 張秀全, 彭志宏, 李伍成, 李壯, 李小斌, 李峰杰, 蔣元力, 賈金才, 趙東峰, 邢奇生, 陳湘根, 齊天貴 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 河南煤業(yè)化工集團(tuán)研究院有限責(zé)任公司