水合铝硅酸钠的低温湿化学分解方法
【专利摘要】水合铝硅酸钠的低温湿化学分解方法涉及有色金属冶金，尤其涉及根据碱性湿化学法制备矾土的领域。当根据碱性湿化学法制备矾土时，在待加工矿物中获得的二氧化硅会结合成为不溶于碱性介质的水合铝硅酸钠(Na2Al2Si2O8·2H2O)。本发明可保证在加工赤泥时以湿化学法分解结晶的水合铝硅酸钠制成铝酸钠、硅酸凝胶和一种铁矿产物。将铝酸钠重新提供给矾土生产工艺，所述硅酸凝胶和铁矿产物均为商品。
【专利说明】水合铝硅酸钠的低温湿化学分解方法
[0001]本发明涉及有色金属冶金，尤其涉及根据碱性湿化学法制备矾土的领域。
[0002]将铝硅酸盐矿物加工成矾土的碱性湿化学法尤其可用于低硅铝土矿，仅在有限条件下可用于其它铝硅酸盐矿物(高硅铝土矿)或者不可用(粘土，类似于铝土矿的岩石或硅线石)，原因是水合铝硅酸钠会使得氧化钠和氧化铝之类的有用成分损失很高(参见 Spravocnik metal lurga pocvetnym metal lam.Proizvodstvo glinozema, M.,Metallurgija,1970, S.141)。
[0003]当根据碱性湿化学法制备矾土时，在待加工矿物中获得的二氧化硅会结合成为不溶于碱性介质的水合铝硅酸钠Na2Al2Si2O8.2H20。形成水合铝硅酸钠会引起可用成分的损失，所述可用成分指的是加工高品位铝土矿时的堆存赤泥中的氧化钠和氧化铝。当加工二氧化硅含量很高的低品位铝土矿时，赤泥中可用成分的损失很高，从而必须通过烧结对其进行再加工。
[0004]已知可按照拜尔烧结法依次加工高娃招土矿(参见A.1.Lajner, Proizvodstvoglinozema,M.,Metallurgija, 1961, S.575)。按照该方法所述,将 Al2O3 和 Na2O 含量很高的赤泥在石灰石和苏打构成的混合物中进行烧结。将由于浸析烧结饼而分离出硅的铝酸盐溶液与拜尔法的铝酸盐溶液混合， 旨在使其共同分解。该方法的缺点是投资大、燃料消耗量很高、污染环境的排放很严重，赤泥的成分会使得预备配料的烧结难以进行。
[0005]已知有一种通过烧结粘土制备帆土的碱性法(ibid.SS.142-143)。该方法的本质在于烧结粘土、石灰石和纯碱构成的配料，在高温下从配料中所含的氧化铝形成固态铝酸钠，将其转移到溶液中，随后从该溶液中分离出氢氧化铝，二氧化硅在烧结时结合成为不溶于碱性溶液的硅酸二钙。由于材料、能量和燃料的耗用量很高、投资大而且污染环境的排放很严重，因此该方法失去了其技术意义。
[0006]已知还有一种从高硅铝矿制备矾土的碱酸法(参见RF-PS Nr.2440296，Kl.CO 1F7/20, veroifentlicht 2012)。按照该方法所述,浸析原料形成水合碱金属招娃酸盐，在低温下采用一种强酸的稀溶液处理淤泥的方式使得水合碱金属铝硅酸盐分解，铝和碱金属这时进入溶液之中。然后从该溶液分离出氢氧化铝。碱酸法的主要缺点在于强酸的回收很复杂。
[0007]本发明的任务在于，阐述一种以湿化学法分解水合铝硅酸钠从而在将铝土矿加工成矾土时减少有用成分损失的方法，以及从其它铝硅酸盐岩石生产矾土。
[0008]可按照以下所述解决该任务:
[0009]利用循环螯合物，即利用乙二胺醋酸的钠盐和弱酸构成的混合物的水溶液，在低温下分解结晶水合铝硅酸钠。通过分解水合铝硅酸钠产生铝螯合物、硅酸和弱酸的钠盐的可溶性化合物。
[0010]Na2Al2ASi2O8.2H20+2NaxH(4_x)edta+2x/yHyA —
[0011]— 2Na [Aledta] +2H4Si04+2x/yNayA+2H20 [I]
[0012]其中A是某种弱酸的阴离子，
[0013]X是乙二胺四醋酸的羧基的氢原子被钠原子的取代度，并且表示1、2、3或4，[0014]y是弱酸的碱度，并且表示I或2。
[0015]然后在所获得的溶液中加入凝结剂，接着进行加热使得硅酸凝结，将所形成的硅酸凝胶从溶液中分离出来，加入溶液与过量碳酸氢钠进行反应使得铝螯合物分解:
[0016]Na [Aldta]+4NaHC03 = NaAl [CO3] (OH)2 丨 +Na4edta+3C02+H20 [2]
[0017]通过分解铝螯合物形成片钠铝石沉淀物和螯合物的母液，然后将片钠铝石沉淀物从母液中分离出来，接着将其蒸发浓缩、冷却下来，然后利用气态二氧化碳在压力下通过碳酸化使其再生，并且将结晶析出的碳酸氢钠从溶液中分离出来。
[0018]Na4edta+(4-χ) CO2+(4-χ) H2O — NaxH(4_x) edta+(4-χ) NaHCO3 丨 [3]
[0019]NayA+yC02+yH20 = HyA+yNaHC03 I [4]
[0020]再生产物也就是螯合物和弱酸的溶液以及碳酸氢钠均为循环产物。
[0021 ] 然后灼烧片钠铝石形成铝酸钠:
[0022]NaAl [XO3] (OH)2 — NaA102+H20 个 +CO2 个 [5]
[0023]将铝酸钠溶解在铝酸盐溶液之中，然后重新将其加入按照拜尔法制备矾土。
[0024]以下附图解释了本发明的实施例: [0025]附图1加工赤泥；
[0026]附图2以碱性湿化学法将粘土加工成矾土，弱酸是碳酸；
[0027]附图3以碱性湿化学法将粘土加工成矾土，弱酸是醋酸。
[0028]实施例1-加工赤泥(参见附图1)。
[0029]赤泥的固相组成:Na20-12.8 %, Α1203_18.6 %, Si02_19.2 %, Fe203_33.9 %,Ti02-4.3%0
[0030]在以下条件下分解赤泥的固相:
[0031]-循环螯合物溶液:
[0032]-乙二胺四醋酸二钠的浓度:120g/dm3，醋酸的浓度:7%，
[0033]-温度:25°C，
[0034]-分解时间:3小时，
[0035]-液相:固相比例:10: I。
[0036]从不溶性沉淀物中滤出反应产物的液相。沉淀物的组成(铁矿产物):Na2O-0.31%, Al203-4.70%, Si02_3.40%, Fe203-75.3%, Ti02_7.3%0
[0037]从赤泥的固相萃取到液相中的Na2O为98.8%, Al2O3为89.0%。
[0038]然后将液相在120°C温度下保持2小时使得硅酸凝结。所产生的硅酸凝胶具有组成:Na20-l.5%, Al2O3-L 4%和Si02_77.9%，将其滤出，然后使得不含硅的溶液在90°C温度下与30%化学计量比过量的碳酸氢钠溶液进行反应使其分解。分解过程中产生片铝酸钠沉淀物，组成如下:Na20-20.4%,Al203-34.4%, SiO2-0.4%和 Fe2O3-0.03%。然后滤出该沉淀物，在700°C温度下将其灼烧30分钟。所形成的铝酸钠具有以下成分:Na20-36.3%,Α1203-62.2 %，SiO2-0.8 %和 Fe2O3-0.1 %。
[0039]实施例2:以碱性湿化学法将粘土加工成矾土(参见附图2)。
[0040]在以下条件下使用苛性碱溶液对组成为Na2O-0.25 %、Al203_37.50 %、Si02-44.80%、Fe2O3-L 59%和 Ti02_2.51% 的粘土配料进行浸析:
[0041]Na2Oky 浓度:120g/dm3，[0042]液相:固相比例:7: I,
[0043]浸析时间:5小时，
[0044]浸析温度:102°C。
[0045]滤出并且洗涤浸析过程中形成的固相。粘土浸析产物的固相化学组成如下:Na20-19.0%, Al203-29.70%, Si02-36.30%，Fe2O3-L 50%和 Ti02_2.50%。材料的组成:主要是水合铝硅酸钠(NA2.Al2.Si2O8.2H20)。
[0046]在以下条件下分解水合铝硅酸钠:
[0047]-循环螯合物溶液:
[0048]-乙二胺四醋酸二钠的浓度:100g/dm3，
[0049]-液相:固相比例:10: 1，
[0050]-温度:25°C，
[0051]-CO2-压力:40 巴，
[0052]-分解时间:4小时。
[0053]从含杂质的不溶性沉淀物中分离出反应产物的液相，在CO2-压力为16巴、温度为120°C的条件下保持2小时使得硅酸凝结。所形成的硅酸凝胶具有组成:Si02-84.60%,Al2O3-O- 63%，Na2O-L 15%，将其滤出，然后使得不含硅酸的溶液在25°C温度下与30%化学计量比过量的碳酸氢钠溶液进行反应使其分解。
[0054]从溶液中滤出片钠铝石沉淀物。沉淀物的组成:Na20_21.40%, Al203_36.80%,SiO2-0.81%。将片钠铝石在700°C温度下灼烧0.5小时。所获得的铝酸钠具有以下组成:Na20-35.80%, Al203-61.50%, SiO2-L 40%。
[0055]实施例3:以湿化学法将粘土加工成矾土(参见附图3)。
[0056]与示例2 —样浸析粘土配料。
[0057]在以下条件下分解水合铝酸钠:
[0058]-循环螯合物溶液:
[0059]-乙二胺四醋酸二钠的浓度:100g/dm3，醋酸的浓度:7%，
[0060]-温度:25°C，
[0061]-分解时间:1.5小时。
[0062]从含杂质的不溶性沉淀物中分离出反应产物的液相，将其在120°C温度下保持2小时使得硅酸凝结。所形成的硅酸凝胶具有组成:Si02-83.50 %，Al2O3-0.50 %，Na2O-0.60 %，Fe2O3-0.05 %，将其滤出，然后使得不含硅的溶液在90°C温度下与30 %化学计量比过量的碳酸氢钠进行反应使其分解。
[0063]从溶液中过滤分离出片钠铝石沉淀物。沉淀物的组成:Na20_21.30 %，Α1203-36.70%, SiO2-0.51%。
[0064]将片钠铝石在700°C温度下灼烧0.5小时。所获得的铝酸钠具有以下组成:Na20-35.9 %，Α1203_62.0 %，SiO2-0.83 % 。
【权利要求】
1.水合铝硅酸钠的低温湿化学分解方法，其特征在于，在弱酸存在的情况下使用螯合物的循环溶液在低温下分解水合铝硅酸钠时形成铝螯合物、硅酸和弱酸的钠盐的可溶性化合物，从溶液中分离出不溶性杂质，在溶液中加入凝结剂，加热到100~120°C使得硅酸凝结，从溶液中分离出所形成的硅酸凝胶，将不含硅酸凝胶的铝螯合物溶液与过量碳酸氢钠进行反应使其分解，从而形成片钠铝石沉淀物和母液，分离出片钠铝石沉淀物，将母液蒸发浓缩，将其冷却下来，使用气态二氧化碳在至少16巴压力下通过碳酸化使其再生形成碳酸氢钠沉淀物，将其从螯合物溶液中分离出来，在700~900°C温度下烧灼片钠铝石形成铝酸钠，然后将其重新加入制备矾土。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，不仅使用乙二胺四醋酸的钠盐、而且也使用乙二胺四醋酸本身作为循环螯合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，片钠铝石的分解温度为20~45°C。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用与30~100%化学计量比过量的碳酸氢钠进行反应的方式分解铝螯合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在从溶液中分离出固相也就是分离出硅酸凝胶和片钠铝石的步骤中使用相应成分的循环晶种溶液。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，螯合物、弱酸和碳酸氢钠的溶液的再生产物均为循环产物。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分离的硅酸凝胶是一种商品。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥分解过程中的不溶性杂质是适合于将生铁熔炼成钛渣的铁矿产物。`
【文档编号】C22B3/04GK103508460SQ201210599325
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】A·维尔特 申请人:普利森投资有限公司