[发明专利]用于拜耳液的苛性化的高温方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于拜耳液的苛性化(苛化)的方法和系统。

背景技术

在用于氧化铝生产的拜耳法中，通过通常在高温和高压的条件下在苛性碱溶液中研磨和蒸煮铝土矿来生产浓缩的铝酸钠溶液。在浆液的净化之后，浓缩的铝酸钠溶液被冷却并且用三水铝石晶体接种，从而使三水铝石从溶液结晶。三水铝石经煅烧以产生氧化铝，同时使耗尽(或“用过的”)液再循环以蒸煮更多的铝土矿。

在蒸煮期间，一些苛性碱在与铝土矿内的杂质的不期望的反应中被消耗，从而减少液的生产力。这些反应中的最重要之一导致形成碳酸钠，其来自于无机碳酸盐在存在的矿物相内的溶解，或者来自于有机化合物的热和氧化降解反应。除非受到控制，否则在通过工艺的液的每一循环中，碳酸钠的浓度将持续上升，其中液从铝土矿蒸煮三水铝石或勃姆石的能力存在相应的降低。碳酸化还由于在返回到氧化铝精炼回路的铝土矿残余处置区域中大气CO₂与稀液反应而发生。

用于控制拜耳法的液中的碳酸钠浓度的最常用技术是使用生石灰或熟石灰进行苛性化。这种工艺可在蒸煮回路自身内实施(通过在本领域中称为“内部苛性化”的工艺中向铝土矿引入石灰)，或者更常见地，在本领域中称为“外部苛性化”的工艺中作为支流工艺来实施。向铝土矿直接添加石灰是不常见的，除了需要石灰来控制其它杂质(例如钛或磷)的情况之外，因为非常浓的液带来不良的效率。除非在内部苛性化期间温度非常高，否则大部分石灰经历与溶液中的铝酸盐的副反应从而产生铝酸钙物质，尤其是铝酸三钙(TCA，在水泥工业中还经常称为C3A)。在最普遍的支流或“外部苛性化”中，稀液流(通常从泥浆冲洗阶段之一获得)通常在接近于但低于合并液的大气沸点的温度下与熟石灰浆液反应。可替换地，有时将石灰浆液直接添加到泥浆冲洗器中。所转化的碳酸钠的量和石灰利用的效率取决于许多变量，但在大多数精炼厂中，石灰的效率在50％到70％左右。

碳酸钠和氢氧化钠的纯混合溶液与熟石灰的苛性化反应很简单。氢氧化物和碳酸根离子的最终浓度随着存在的各种离子物质的活性而变，与固相氢氧化钙和碳酸钙平衡。可以通过以下等式来描述反应：

当等式(1)的反应在拜耳工艺液中发生时，有利的是，作为拜耳工艺液中的杂质存在的碳酸钠与氢氧化钙反应以形成碳酸钙(通常以方解石的形式)。拜耳工艺液称为“经苛性化的”，因为以上反应(1)导致产生氢氧化钠(本领域中也称为“苛性钠”)。当将石灰添加到拜耳工艺液中时发生的实际反应由于竞争性副反应而复杂。更具体地，罗森伯格(Rosenberg)的共同拥有的国际专利公开号WO0018684(PCT/AU1999/00757)首次公开了当将氢氧化钙(Ca(OH)₂)添加到拜耳工艺液中时，其反应从而形成不稳定的中间化合物，称为“水铝钙石”(标称化学式[Ca₂Al(OH)₆]².1/2CO₃.OH.51/2H₂O)，之后形成(i)碳酸钙(CaCO₃)或(ii)铝酸三钙(“TCA”)。在这两种可用的反应路径中，TCA的形成是不期望的，因为其消耗氧化铝和石灰而不去除碳酸根(碳酸盐)。

在氧化铝工业中，常见的是在苛性碱与苏打比率或“C/S”方面提到拜耳液的碳酸盐杂质含量。通常，在许多氧化铝精炼厂中的浓液流的C/S比率在0.8到0.85的范围内。高于此的C/S比率难以实现，因为在当前使用中的苛性化方法不能以经济方式完全去除供给到它们的液流中的所有碳酸钠。例如，具有135g/L的S浓度的液将通常仅对约0.890的C/S比率为苛性的。出现这种限制是由于与熟石灰的苛性化反应的传统实施方案由许多复杂平衡来控制，包含涉及其中形成TCA的铝酸根离子的竞争反应。

澳大利亚专利申请号2004224944(罗切(Roach)等人)公开了一种使用熟石灰在140℃下使碱性溶液苛性化的方法。所述方法导致液TC/TA比率的快速上升，之后TC/TA比率随着停留时间增加而减小。罗切提到的TC/TA比率等价于本专利说明书中使用的C/S比率术语。C/S比率从最大增益点的减小速率随着石灰料(载料)的增加和温度增加而增加。在被引导到专用固体分离级之前，将经苛性化的拜耳工艺溶液冷却，以去除石灰残余固体且返回到拜耳回路。然而，虽然罗切等人提倡在140℃下小于15分钟的停留时间，但是罗切等人未提供关于如何避免在分离之前的冷却过程期间C/S比率降级的信息。

本发明的目的是至少部分地克服与现有技术相关的上述问题，或提供其替代方案。