专利名称：从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺的制作方法
技术领域：
本发明属无机学中间体制备方法，是一种从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺。
溶解的SiO2与NaOH反应形成硅酸钠(Na2SiO3)；硅酸钠同铝酸钠反应析出溶解度很小的钠硅渣(即含水铝硅酸钠，Na2O·Al2O3·1.7SiO2·2H2O)。在温度25～250℃范围内SiO2在NaAlO2中的溶解度0.1～0.5g/L时，铝酸钠溶液中达到平衡的硅指数A./Si(Al2O3/SiO2，重量比)可以达到400～600；实际工业生产中溶液硅指数A./Si比仅在300左右。
烧结法生产氧化铝，铝酸钠熟料溶出的粗液中SiO2含量达3.0～6.0g/L，硅指数A./Si比20～30；传统压煮法脱硅在150～180℃，溶液氧化铝浓度100～120g/L条件下，SiO2降低至0.2～0.3g/L，达到的最高硅指数A./Si比为350～400；为进一步提高硅指数，采取将一次、二次脱硅的钠硅渣分离，溶液添加有效CaO进行三次脱硅；铝酸钠溶液浓度全碱Na2OT95～100g/L，Al2O385～95g/L；苛性比值1.3～1.4；加入有效CaO5～10g/L；深度脱硅的精密溶液，A./Si比可以达到900～1100。
本发明采用的铝酸钠溶液，系一水硬铝石型铝土矿采用拜耳法高温、高浓度管道化溶出工艺制取的溶出液，矿浆采取加石灰常压预脱硅处理。分离赤泥后的铝酸钠精密滤液Al2O3140～170g/L；Na2OT(全碱)150～170g/L；Na2Oc(Na2CO3，折算为Na2O)12～25g/L；SiO2含量0.6～1.8g/L；苛性比值1.5～1.7；硅指数A/Si 85～130。具有高Na2Ok、高Al2O3浓度、高SiO2含量、低硅指数的特点。
所有上述拜耳法、烧结法制备的铝酸钠溶液，有害组分SiO2的含量，均达不能满足生产高纯度拟薄水铝石的要求。
超深度脱硅工艺，使精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00014g/L；直至趋近于零。溶液硅指数A./Si比达到10000～500000；可以作为制取高纯度拟薄水铝石(即Pseudobochmite，假一水软铝石，[AlOOH]·nH2O)的原料。
本发明的技术方案是研制一种从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺，其特征是包括如下步骤①一水硬铝石型铝土矿溶出的矿浆，加石灰常压预脱硅处理，并分离赤泥后的铝酸钠溶液精密过滤，使悬浮物含量达到0.0001～0.001g/L；②用生产母液和洗液调整上述溶液中组分浓度为在Na2O-Al2O3-CaO-CO2-SiO2-H2O六元系中，Al2O3浓度30～85g/L；Na2OT80～90g/L；Na2Oc2～20g/L；SiO2＜1.0g/L；苛性比值1.3～2.5；悬浮物含量＜0.01g/L；③石灰消化成石灰乳，按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝5～20条件下加入溶液，于80～100℃，搅拌速度40～100rpm，反应30～320min进行脱硅反应。
所述的精密过滤，是指采用纤维、合成纤维或高分子聚合物烧结微孔滤材作为过滤介质的过滤；所述的氧化钙是化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量80～98％；所述的氧化钙是纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量80～95％；其脱硅反应终点控制参数为固相产物中固溶二氧化硅系数，以克分子计为0.1～0.3；溶液中二氧化硅含量降低至＜0.00014g/L，直至趋近于零；硅指数铝/硅比10000～500000；其脱硅反应完成后浆液分离，脱硅形成的固体钙铝渣，用含碳酸钠40～50g/L的碱液稀释，混合均匀；在90～100℃搅拌反应30～180min，分解溶出Al2O3，使碳酸钠苛化成NaOH，送回生产原矿浆预脱硅反应槽套用。
超深度脱硅工艺的主要技术特征是原液中的成分在Na2O-Al2O3-CaO-CO2-SiO2-H2O六元系中，为SiO2反应形成水化石榴石型含水硅铝三钙固溶体，创造一个可以使反应进行完全的反应区域。
本发明的超深度脱硅工艺，包括溶液精密过滤；浓度调整加入添加剂进行超深度脱硅等工序。溶液脱硅前进行精密过滤，是指采用纤维、合成纤维或高分子聚合物滤材作为过滤介质的过滤。例如，帆布—精滤布双纤滤膜、或合成纤维滤膜、或聚氯乙烯、聚酰胺树脂、聚缩醛等烧结微孔滤材作为过滤介质的过滤；截留所有固形微小颗粒，使悬浮物含量达到0.0001～0.001g/L；精密滤液浓度组分经优化调整，使主要成分含量具有中等氧化铝浓度；中等苛性比值；低Na2OC浓度；SiO2含量＜1.0g/L等特性，此精密滤液提供作为超深度脱硅的原液。
超深度脱硅是在常压下完成的液—固、液—液相间的多元系反应。生成物溶解度低于含水硅铝酸钠，在最佳Al2O3、Na2CO3、SiO2浓度下，反应可以持续至SiO2全部固溶于水化石榴石固溶体中。精密滤液中SiO2含量降低至＜0.0014g/L；直至趋近于零。溶液硅指数A./Si比达到10000～500000；可以作为制取高纯度拟薄水铝石的原料。
超深度脱硅添加剂可以采用两种有效氧化钙。其一为化学沉淀CaCO3煅烧的活性CaO，有效CaO含量80～98％；其二为CaCO3含量96～100％的纯石灰石机械化立窑煅烧的石灰，有效CaO含量80～95％。
石灰消化成石灰乳，按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝5～20加入溶液，用蒸汽加热将温度提高至80～90℃，保持搅拌40～60rpm，反应30～60min进行脱硅反应；反应完成后的浆液压滤分离，脱硅形成的固体产物，矿物组成以含水硅铝酸钙(3CaO·Al2O3·0.15SiO2·6H2O)为主，存在少量CaCO3和Ca(OH)2，含水硅铝酸钙固溶的SiO2系数介于0.14～0.29克分子；钙铝渣用含碳酸钠40～50g/L的碱液稀释，混合均匀；在90±2℃搅拌反应60min，分解溶出Al2O3，完成碳酸钠苛化成NaOH，送回生产原矿浆预脱硅反应槽套用。作为种子提高预脱硅的硅指数。
脱硅工序清除SiO2的精密溶液，送至胶化工序，在碱性母液中完成晶相熟化，生成的拟薄水铝石，进行充分洗涤、烘干，即为产品。
本发明申请文件中提及的代号意义如下Na2OT—铝酸钠溶液浓度全碱，是指Na2OC+Na2Ok即碳酸钠+苛性钠折算为氧化钠；硅指数铝/硅比是指铝酸钠溶液中达到平衡的硅指数(Al2O3/SiO2，重量比)；Na2Oc，是指碳酸钠，折算为Na2O。
本发明的优点是该工艺嫁接于氧化铝工业生产，工艺简便，技术可靠，不增加三废排放，经济效益高，产量规模大，优于其它酸碱中和沉淀法。
实施例二原液Al2O3浓度30～35g/L；Na2OT80～85g/L；Na2OC2～5g/L；SiO20.1～0.3g/L；苛性比值1.3～1.5；悬浮物含量＜0.001g/L。化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量80～85％；石灰消化成石灰乳，按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝5；温度80～90℃，搅速40～60rpm，反应30～60min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到300000；其余同实施例一。
实施例三原液Al2O3浓度60～65g/L；Na2OT85～90g/L；Na2OC5～7g/L；SiO20.5～0.8g/L；苛性比值1.5～1.8；悬浮物含量＜0.001g/L。化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量85～90％；石灰消化成石灰乳，按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝10；温度90～95℃，搅速60～80rpm，反应60～120min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到200000；其余同实施例一。
实施例四原液Al2O3浓度50～55g/L；Na2OT85～88g/L；Na2OC7～9g/L；SiO20.8～0.9g/L；苛性比值1.8～2.0；悬浮物含量＜0.001g/L。化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量95～98％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝15；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应120～140min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到100000；其余同实施例一。
实施例五原液Al2O3浓度70～75g/L；Na2OT85～90g/L；Na2OC15～16g/L；SiO20.7～0.9g/L；苛性比值1.3～1.5；悬浮物含量＜0.001g/L。化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量95～98％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝18；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应140～180min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到500000；其余同实施例一。
实施例六原液Al2O3浓度60～65g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC17～19g/L；SiO20.6～0.7g/L；苛性比值1.6～1.8；悬浮物含量＜0.001g/L。化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量95～98％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝14；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应220～240min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到10000；其余同实施例一。
实施例七原液Al2O3浓度30～35g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC18～20g/L；SiO20.5～0.6g/L；苛性比值1.8～2.0；悬浮物含量＜0.001g/L。化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量95～98％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝20；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应300～320min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到80000；其余同实施例一。
实施例八原液Al2O3浓度60～65g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC17～19g/L；SiO20.3～0.4g/L；苛性比值1.6～1.8；悬浮物含量＜0.001g/L。化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量95～98％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝13；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应220～240min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到90000；其余同实施例一。
实施例九原液Al2O3浓度80～85g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC2～5g/L；SiO20.4～0.6g/L；苛性比值1.3～1.5；悬浮物含量＜0.001g/L。化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量95～98％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝10；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应300～320min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到100000；其余同实施例一。
实施例十原液Al2O3浓度30～35g/L；Na2OT80～85g/L；Na2OC2～5g/L；SiO20.1～0.3g/L；苛性比值1.3～1.5；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量90～95％；石灰消化成石灰乳，按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝5；温度80～90℃，搅速40～60rpm，反应30～60min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到300000；其余同实施例一。
实施例十一原液Al2O3浓度60～65g/L；Na2OT85～90g/L；Na2OC5～7g/L；SiO20.5～0.8g/L；苛性比值1.5～1.8；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量80～85％；石灰消化成石灰乳，按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝10；温度90～95℃，搅速60～80rpm，反应60～120min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到200000；其余同实施例一。
实施例十二原液Al2O3浓度50～55g/L；Na2OT85～88g/L；Na2OC7～9g/L；SiO20.8～0.9g/L；苛性比值1.8～2.0；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量85～90％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝15；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应120～140min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到100000；其余同实施例一。
实施例十三原液Al2O3浓度70～75g/L；Na2OT85～90g/L；Na2OC15～16g/L；SiO20.7～0.9g/L；苛性比值1.3～1.5；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量85～90％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝18；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应140～180min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到500000；其余同实施例一。
实施例十四原液Al2O3浓度60～65g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC17～19g/L；SiO20.6～0.7g/L；苛性比值1.6～1.8；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量90～95％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝14；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应220～240min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到10000；其余同实施例一。
实施例十五原液Al2O3浓度30～35g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC18～20g/L；SiO20.5～0.6g/L；苛性比值1.8～2.0；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量85～90％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝20；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应300～320min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到80000；其余同实施例一。
实施例十六原液Al2O3浓度60～65g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC17～19g/L；SiO20.3～0.4g/L；苛性比值1.6～1.8；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量80～85％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝13；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应220～240min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到90000；其余同实施例一。
实施例十七原液Al2O3浓度80～85g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC2～5g/L；SiO20.4～0.6g/L；苛性比值1.3～1.5；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量90～95％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝10；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应300～320min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到100000；其余同实施例一。
实施例十八原液Al2O3浓度50～55g/L；Na2OT85～88g/L；Na2OC7～9g/L；SiO20.8～0.9g/L；苛性比值1.8～2.0；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量80～85％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝15；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应120～140min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到100000；其余同实施例一。
实施例十九原液Al2O3浓度70～75g/L；Na2OT85～90g/L；Na2OC15～16g/L；SiO20.7～0.9g/L；苛性比值1.3～1.5；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量90～95％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝18；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应140～180min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到500000；其余同实施例一。
实施例二十原液Al2O3浓度60～65g/L；Na2OT80～90g/L；Na2OC17～19g/L；SiO20.6～0.7g/L；苛性比值1.6～1.8；悬浮物含量＜0.001g/L。纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量90～95％；按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝14；温度95～100℃，搅速80～100rpm，反应220～240min进行脱硅反应；精密滤液中SiO2含量降低至＜0.00015g/L；溶液硅指数A./Si比达到10000；其余同实施例一。
权利要求
1.一种从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺，其特征是包括如下步骤①将一水硬铝石型铝土矿溶出的矿浆，加石灰常压预脱硅处理，并分离赤泥后的铝酸钠溶液精密过滤，使悬浮物含量达到0.0001～0.001g/L；②用生产母液和洗液调整上述溶液中组分浓度为在Na2O-Al2O3-CaO-CO2-SiO2-H2O六元系中，Al2O3浓度30～85g/L；Na2OT80～90g/L；Na2Oc2～20g/L；SiO2＜1.0g/L；苛性比值1.3～2.5；悬浮物含量＜0.001g/L；③石灰消化成石灰乳，按原液中SiO2含量，按分子比CaO/SiO2＝5～20条件下加入溶液，于80～100℃，搅拌速度40～100rpm，反应30～320min进行脱硅反应。
2.一种按照权利要求1所述的从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺，其特征是所述的精密过滤，是指采用纤维、合成纤维或高分子聚合物烧结微孔滤材作为过滤介质的过滤。
3.一种按照权利要求1所述的从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺，其特征是所述的氧化钙是化学沉淀碳酸钙煅烧的氧化钙，有效CaO含量80～98％。
4.一种按照权利要求1所述的从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺，其特征是所述的氧化钙是纯石灰石煅烧的氧化钙，有效CaO含量80～95％。
5.一种按照权利要求1所述的从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺，其特征是脱硅反应终点控制参数为固相产物中固溶二氧化硅系数，以克分子计为0.1～0.3；溶液中二氧化硅含量降低至＜0.00014g/L，直至趋近于零；硅指数铝/硅比10000～500000。
6.一种按照权利要求1所述的从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺，其特征是脱硅反应完成后浆液分离，脱硅形成的固体钙铝渣，用含碳酸钠40～50g/L的碱液稀释，混合均匀；在90～100℃搅拌反应30～180min，分解溶出Al2O3，使碳酸钠苛化成NaOH，送回生产原矿浆预脱硅反应槽套用。
全文摘要
本发明属无机学中间体制备方法,是从拜耳法铝酸钠溶液中脱除二氧化硅的工艺。一水硬铝石型铝土矿溶出的矿浆,加石灰预脱硅分离赤泥后的铝酸钠溶液过滤,悬浮物0.0001～0.001g/L;用生产母液和洗液调整溶液中组分为:Na
文档编号C01F7/47GK1377828SQ0211004
公开日2002年11月6日 申请日期2002年3月5日 优先权日2002年3月5日
发明者刘作霖, 杨根水, 冯运伟 申请人:平顶山市汇源化学工业公司, 刘作霖