用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂及其制备方法

专利名称：用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种脱硅添加剂及其制备方法，特别涉及一种采用铝土矿为原料 碱法生产氧化铝过程中，为有效降低溶液中二氧化硅浓度，降低脱硅产物中钠、 铝含量的用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂及其制备方法和用途。
背景技术：
碱法生产氧化铝，是采用碱(氢氧化钠或碳酸钠)来处理铝土矿石，使矿石中的 氧化铝转变为铝酸钠溶液；矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分硅则成为不溶解的 化合物，将不溶解的残渣(由于含氧化铁而呈红色，故称为赤泥)与溶液分离，经 洗涤之后弃去或综合利用，已回收其中的有用组成；纯净的铝酸钠溶液分解析出 氢氧化铝，经与母液分离、洗涤后进行焙烧得到氧化铝产品；分解母液可循环使 用，处理另外一批矿石。
在上述生产过程中，会有一定数量二氧化硅做为有害进入溶液体系；现有工业 上一般采用溶出脱硅、中压脱硅、添加剂深度脱硅等工艺；且常以加入氧化钙、 碳酸钙、赤泥、铝酸钙、碳铝酸钙等做为脱硅添加剂；通常情况下得到的脱硅产 物的铝硅比在2.0，钠硅比在1.3左右，造成了铝钠的极大损失；因此难以处理低 品位铝土矿资源；且现有脱硅添加剂均不能在氧化钠浓度高于300g/L条件下有效 脱除二氧化硅；因此寻找可以在较大氧化钠浓度范围内有效脱硅，同时减少钠铝 损失，提高碱法生产氧化铝流程中铝土矿可利用范围，是采用铝土矿为原料，碱 法生产氧化铝工艺中，人们所关注的最重要问题之一。

发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于碱法生产氧化铝的脱硅 添加剂及其制备方法，可以应用于较大氧化钠浓度范围之内，有效脱除二氧化硅 的同时，降低脱硅产物中钠、铝含量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。本发明提供的用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂，其特征在于，该脱硅添加剂 为分子式是30 0.&203 'CaiM2//2(9 ， 7 为C<932-或S042—的水合钙盐。
本发明提供的用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂的制备方法，其步骤如下
1) 制备氢氧化铁
以铁盐为原料，用氢氧化钠或氢氧化钾为沉淀剂与铁盐进行反应，制得氢氧化铁;
所述铁盐为氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、硫酸铁或硫酸亚铁；
2) 制备分子式是3<^(9'&2( 3《"^12//20， i 为C"一或S042—的水合钙盐
将步骤l)制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠或者与氧化钙和硫酸钙按照水合 钙盐3CaO. Fe2(93.Ca/12//20i 为0932画或S042-的理论摩尔比进行混合， 加水使反应液中的液固重量比在10 40:1之间进行反应，反应温度20—10(TC， 反应时间10—20小时，制得用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂。
本发明的脱硅添加剂可用于碱法生产氧化铝的脱硅
1) 添加剂用于氢氧化钠或氢氧化钾的碱性介质；其中氢氧化钠溶液中氧化钠或氢 氧化钾溶液中氧化钾的浓度应为100—650g/L，氧化铝含量应在0—260g/L,碳 酸钠或碳酸钾浓度应在0 — 30g/L， 二氧化硅浓度应在0 — 20g/L;
2) 按照摩尔比S/02: 30!0'/^203 .CflrC化-12^20/3<^0'7^203 'OiSC>4 '12H20 = 0.3—1.0向介质中加入水合碳铁酸钙或水合硫铁酸钙；
3) 脱硅反应中，反应温度保持在50—14(TC，反应压力为常压，反应时间为1—5 小时，可有效实现碱性介质中二氧化硅的脱除。
本发明效果如下
.在碱法生产氧化铝的过程中，加入本发明的水合转盐(水合碳铁酸l丐或水合 硫铁酸钙)进行脱硅，二氧化硅会首先进入该脱硅添加剂的层状结构，随后该脱 硅添加剂分解为水合铁石榴石，继续进行二氧化硅的化合吸附，这个过程中仅有 少量的铝与化合物中的铁进行了交换，而钠基本没有进入化合物结构，因此有效 避免了脱硅产物中钠、铝含量过高问题。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步描述本发明。 实施例1
41) 取一定量氯化铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧 化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠按照水合钙盐 30 0，^203.0 093.12//20的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为15:1，在反应温度25'C，反应时间10小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙，其分子式为30^.^203.0/093.12//2(9)。
本实施例的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度100g/L,氧化铝浓度 30g/L、碳酸钠5g/L、 二氧化硅0.32g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸钙二 0.6向含硅溶液中加入该水合碳铁酸钙，在6(TC反应1小时，可有效脱除含硅溶液 中的二氧化硅，脱硅率可达到95%。
实施例2
1) 取一定量氯化铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧 化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和硫酸|丐按照水合转盐 3C"<9.Fe203.0^<94.12//20的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为15:1，在反应温度80'C，反应时间12小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙，其分子式为30 0.^203《必04.12//20)。
本实施例的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度100g/L，氧化铝浓度 30g/L、碳酸钠5g/L、 二氧化硅0.32g/L;按照摩尔比二氧化硅水合硫铁酸钙-0.6向含硅溶液中加入该水合硫铁酸钙，在6(TC反应1小时，可有效脱除含硅溶液 中的二氧化硅，脱硅率可达到95%。
实施例3
1) 取一定量氯化亚铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢 氧化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠按照水合钙盐 3Ca(9.Fe2<93 .CaC<93.12//26>的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量比为20:1，在反应温度3(TC，反应时间14小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅-需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度200g/L，氧化铝浓度 70g/L、碳酸钠8g/L、 二氧化硅1.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸钙= 0.5向含硅溶液中加入该水合碳铁酸钙，在80。C反应2小时，可有效脱除含硅溶液 中的二氧化硅，脱硅率可达到98%。
实施例4
1) 取一定量氯化亚铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢 氧化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和硫酸钙按照水合钙盐 3Ca<9.Fe203.O^04.12//20的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为20:1，在反应温度9(TC，反应时间14小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度200g/L，氧化铝浓度 70g/L、碳酸钠8g/L、 二氧化硅1.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合硫铁酸钙= 0.5向含硅溶液中加入该水合硫铁酸钙，在8(TC反应2小时，可有效脱除含硅溶液 中的二氧化硅，脱硅率可达到98%。
实施例5
1) 取一定量硫酸铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧 化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠按照水合转盐 3。(9.7^03 .CaC(93.12//2<9的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为25，在反应温度20°C，反应时间12小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度300g/L，氧化铝浓度
150g/L、碳酸钠15g/L、 二氧化硅3.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸钙= 0.4向含硅溶液中加入该水合碳铁酸钙，在90。C反应3小时，可有效脱除含硅溶液 中的二氧化硅，脱硅率可达到99%。
实施例6
1) 取一定量硫酸铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧 化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和硫酸钙按照水合钙盐 3Ca0.i^2C>3.0^04.12//20的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为25:1，在反应温度10(TC，反应时间12小时，制得本实施例的用于碱法生产 氧化铝的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度300g/L，氧化铝浓度 150g/L、碳酸钠15g/L、 二氧化硅3. 00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合硫铁酸钙 =0.4向含硅溶液中加入该水合硫铁酸钙，在90'C反应3小时，可有效脱除含硅溶 液中的二氧化硅，脱硅率可达到99%。
实施例7
1) 取一定量硫酸亚铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢 氧化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠按照水合钙盐 3Ca0.i^203 ("093.12//2<9的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为30，在反应温度50'C，反应时间16小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合碳铁酸弼)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度400g/L，氧化铝浓度 200g/L、碳酸钠20g/L、 二氧化硅5.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸钙 =0.5向含硅溶液中加入该水合碳铁酸钙，在10(TC反应4小时，可有效脱除含硅 溶液中的二氧化硅，脱硅率可达到98%。实施例8
1) 取一定量硫酸亚铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢 氧化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和硫酸韩按照水合钙盐 30 小&2(93.0^(94.12//2<9的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为3:1，在反应温度50'C，反应时间16小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度400g/L，氧化铝浓度 200g/L、碳酸钠20g/L、 二氧化硅5.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合硫铁酸钙 =0.5向含硅溶液中加入该水合硫铁酸钙，在100'C反应4小时，可有效脱除含硅 溶液中的二氧化硅，脱硅率可达到98%。
实施例9
1) 取一定量硝酸铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧 化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠按照水合钙盐 3Ca(9. Fe203 CaC(93 12//20的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为25:1，在反应温度30"C，反应时间16小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度500g/L，氧化铝浓度 230g/L、碳酸钠20g/L、 二氧化硅7.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸钙 =0.5向含硅溶液中加入该水合碳铁酸钙，在130'C反应4小时，可有效脱除含硅 溶液中的二氧化硅，脱硅率可达到99%。
实施例10
1)取一定量硝酸铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧化铁；
2 )将制得的氢氧化铁与氧化钙和硫酸钙按照水合钙盐 3CaO.Fe2C>3.CaS04.12//20的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为25:1，在反应温度95'C，反应时间13小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度500g/L，氧化铝浓度 230g/L、碳酸钠20g/L、 二氧化硅7.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合硫铁酸钙 =0.5向含硅溶液中加入该水合硫铁酸钙，在130'C反应4小时，可有效脱除含硅 溶液中的二氧化硅，脱硅率可达到99%。
实施例11
1) 取一定量硝酸亚铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢 氧化铁；
2) 将制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠按照水合钙盐 30^.&203.0 093.12//20的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为30，在反应温度3(TC，反应时间14小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度600g/L，氧化铝浓度 250g/L、碳酸钠25g/L、 二氧化硅10.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸 钙=0.4向含硅溶液中加入该水合碳铁酸钙，在140'C反应3小时，可有效脱除含 硅溶液中的二氧化硅，脱硅率可达到94%。
实施例12
1)取一定量氯化铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧 化铁；
2 )将制得的氢氧化铁与氧化钙和硫酸钙按照水合钙盐 3Ca(9./^化.0^(94.12//2(9的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为30:1，在反应温度85'C，反应时间14小时，制得本实施例的用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅 需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度600g/L，氧化铝浓度
250g/L、碳酸钠25g/L、 二氧化硅10.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸 钙=0.4向含硅溶液中加入该水合硫铁酸钙，在140'C反应3小时，可有效脱除含 硅溶液中的二氧化硅，脱硅率可达到94%。
实施例13
1)取一定量氯化铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧 化铁；.
2 ),将制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠按照水合钙盐 3Ca(9.Fe2C 3.0 093.12//2<9的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为10:1，在反应温度25'C，反应时间20小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合碳铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合碳铁酸f5)用于碱法生产氧化铝的脱硅
需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度600g/L，氧化铝浓度 250g/L、碳酸钠25g/L、 二氧化硅10.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸 钙=0.4向含硅溶液中加入该水合硫铁酸钙，在14(TC反应3小时，可有效脱除含 硅溶液中的二氧化硅，脱硅率可达到94%。
实施例14
1)取一定量氯化铁溶于水中，加入理论量氢氧化钠并沉淀完全，制得氢氧 化铁；
2 )将制得的氢氧化铁与氧化钙和硫酸钙按照水合钙盐 30 小^203 .CaS(94.12//2<9的理论摩尔比进行混合，加水使反应液中的液固重量 比为40:1，在反应温度95'C，反应时间20小时，制得本实施例的用于碱法生产氧 化铝的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)。
本实施例的脱硅添加剂(水合硫铁酸钙)用于碱法生产氧化铝的脱硅 需脱硅的碱法生产氧化铝的含硅溶液中氧化钠浓度600g/L，氧化铝浓度250g/L、碳酸钠25g/L、 二氧化硅10.00g/L;按照摩尔比二氧化硅水合碳铁酸 钙=0.4向含硅溶液中加入该水合硫铁酸钙，在140'C反应3小时，可有效脱除含 硅溶液中的二氧化硅，脱硅率可达到94%。
权利要求
1、一种用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂，其特征在于，该脱硅添加剂为分子式是3CaO·Fe2O3·CaR·12H2O，R为或的水合钙盐。
2、 一种权利要求1所述的用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂的制备方法，其 步骤如下l)制备氢氧化铁以铁盐为原料，用氢氧化钠或氢氧化钾为沉淀剂与铁盐进行反应，制得氢氧化铁; 所述铁盐为氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、硫酸铁或硫酸亚铁； 2)制备分子式是3CaO Fe2<93. Cd, 12//2(9 ， i 为C<932—或S042—的水合钙盐将步骤l)制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠或者与氧化f丐和硫酸钙按照水合 钙盐3CaO.F^q.Q iM2/^0， i 为C<932—或S042—的理论摩尔比混合进行反应，加 水使反应液中的液固比重量比保持在10 40:1之间，反应温度20—100°C，反应 时间为10—20小时，制得用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂。
全文摘要
本发明涉及一种用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂及其制法，该脱硅添加剂的分子式3CaO·Fe₂O₃·CaR·12H₂O，R为CO₃^2-或SO₄^2-；其制备步骤1以铁盐为原料，用氢氧化钠或氢氧化钾为沉淀剂与铁盐进行反应，制得氢氧化铁；铁盐为氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、硫酸铁或硫酸亚铁；2)将步骤1制得的氢氧化铁与氧化钙和碳酸钠或硫酸钙按照水合钙盐3CaO·Fe₂O₃·CaR·12H₂O (R为CO₃^2-或SO₄^2-)的理论摩尔比进行混合进行反应，其液固重量比保持在10～40∶1之间，反应温度20-100℃，反应时间为10-20小时，制得用于碱法生产氧化铝的脱硅添加剂；可有效实现碱性介质中二氧化硅脱除。
文档编号C01F7/06GK101423236SQ20071017678
公开日2009年5月6日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者懿 张, 涛 洪, 郑诗礼 申请人:中国科学院过程工程研究所