专利名称：重结晶方法
发明领域
本发明涉及含有杂质的多晶型化合物的纯化晶体形式的制备。
背景技术：
纯化化合物的常见方法是在溶液中结晶化合物。结晶方法典型地涉及到控制宏观的外部变化如蒸发溶剂等以产生过饱和或调整溶剂的温度以改变溶解度。一般来说这些结晶方法旨在不改变晶体的大小或构型，获得最大化地固体回收和/或纯化。
因此，需要一种结晶方法，它能以较低的能量损耗有效地控制或影响晶体生长与形成新晶体的比率。
发明概要
本发明基于这个发现一些具有多种晶体形式的化学类化合物(即多晶型化合物)在适当的条件下具有意想不到的高的溶解速度和意想不到的稳定的过饱和容量。过饱和容量能通过引入多晶型化合物的第一晶体结构的晶体表面，以高的晶体生长速率产生化合物的相对大的晶体来快速消除。一部分这些化合物存在天然的沉积物如蒸发岩沉积物。所得到的比不溶的杂质更大的晶体根据大小分离的基础能轻易地与不溶的杂质分离。
加工这种岩石的常见步骤是溶解这种矿物以回收并通过澄清的方法如增稠和/或过滤来分离不溶的杂质。此过程中，加入的水必须被除去，一般使用昂贵的方法如蒸发等除去此方法中加入的水。
较具体地，本发明的方法是由包括第二晶体结构和不溶杂质的原料流制备第一晶体结构的多晶型化合物。这种方法包括在一定条件下将原料流加入化合物的饱和盐溶液中以产生至少约5g/l的过饱和。这种方法进一步包括在参数范围内优选地通过化合物的第一晶体结构的现有晶体的快速生长而不是通过成核作用来消除过饱和的处理。以这种方式，控制晶体的粒径分布以得到晶体产物尺寸的理想分布，其晶体尺寸足够大可以根据大小与不溶杂质分离)。由这种方法制备的化合物的第一晶体结构的晶体从饱和盐溶液中回收。
这种方法可包括在结晶器中应用高的、至少约100克原料流每分钟每升溶液的送料速率。这种方法也可包括通过向化合物的饱和盐溶液中加入化合物的第一晶体结构籽晶，优选地通过化合物的第一晶体结构的现有晶体的快速生长而不是成核作用来消除过饱和。制备这种籽晶可通过如下方法除去盐溶液中化合物的第一晶体结构的晶体并筛分被除去的晶体以得到用于重新引入盐溶液中的籽晶尺寸的碎粒，单独制备籽晶，和/或通过部分产物的磨碎或部分溶解。在优选的实施方案中，原料流的粒径小于约150目，籽晶的粒径为约100目至约150目。
通过化合物的第一晶体结构的存在晶体的快速生长优于亲核作用来进行的过饱和的消除也可通过各种各样的方法获得。这些方法可包括在结晶器中维持至少约40％的固体含量，以至少4的搅拌指数搅拌盐溶液，周期性地以至少约5℃降低盐溶液的温度，或在结晶时间的至少约60％时中断原料流的加入。
附图的简要描述
图1是本发明方法的一个实施例的示意流程图。
图2是碳酸钠的相图。
本发明的详细说明1.0介绍
本发明部分基于这个发现具有多种晶体形式的一些化学类化合物(即多晶型化合物)在某些条件下具有意想不到的高的溶解速度并产生高度稳定的过饱和容量，它能通过引入多晶型化合物的第一晶体结构的晶体表面，以高的晶体生长速率产生化合物的第一晶体结构的相对大的晶体来快速消除。可以较高的晶体生长速率得到巨大的生产效率。所得的晶体根据大小分离的基础易于与不溶的杂质分离。控制过饱和的消除使得晶体形成主要发生在现有晶体上，而不是发生亲核作用或新形成晶体的生长。以这种方式，控制晶体的粒径分布以得到产物晶体尺寸的理想分布。
本发明的方法在一定条件下通过将第二晶体结构的化合物原料加入饱和溶液中得到多晶型化合物的过饱和，其中形成多晶型化合物的第一晶体结构的晶体。因此，盐溶液中原料由第二晶体结构转变为第一晶体结构的倾向引起第二晶体结构原料的溶解，从而在形成第一晶体结构之前产生过饱和。而且，已发现一些化学类化合物有令人惊奇地高和稳定的过饱和容量。例如在适当条件下，碳酸钠有约30g/l的过饱和容量，这是当一水合碳酸钠晶体表面不存在时，比本领域技术人员料想到的、更高的数量级且更稳定。因此，本发明包括在多晶型化合物的过饱和容量附近达到并维持高水平的过饱和，以产生导致快速结晶的、用于消除过饱和的强的驱动力。
以这种方式产生的过饱和利用形成化合物的第一晶体结构来消除。第一晶体结构的形成是作为超出过饱和极限的结果，超出过饱和极限造成主要的亲核作用，导致化合物的第一晶体结构的小核云形成。术语“过饱和极限”用于描述一种条件，其中盐溶液中化合物的过饱和水平是不稳定的并通过一次和/或二次成核导致相对自发地形成晶体。这种类型的过饱和消除不具有生产性，因为小核不能容易地生长成大到足以使其能与不溶杂质分离的尺寸。也可通过化合物的第一晶体结构的现有晶体的生长实现过饱和的消除，这在本发明中是理想的。
本发明的方法是基于认识到因为过饱和是由于引入第二晶体结构的原料产生的，在引入原料位置的局部区域能超出过饱和极限。因此，在引入原料附近的局部环境中控制过饱和并消除它是关键的。本发明提供适当的热力学环境，其中通过现有晶体的生长优于亲核作用，优选消除过饱和是容易的。
本发明的方法包括许多控制局部过饱和及消除它的方法以得到消除过饱和的理想机理，优选为现有晶体的生长。本发明的方法的一个因素是使用高速搅拌以快速分散局部高度过饱和区域从而避免超出局部过饱和极限，并使现有晶体的表面与这种过饱和区域接触。使用高速搅拌与标准的结晶实践和技术是背道而驰的。
本发明的方法还包括在现有晶体上提供用于消除过饱和的大量部位，使得如果局部区域的饱和度接近最大水平，即过饱和极限，那么通过在现有晶体表面上形成第一晶体结构而不是通过亲核作用能快速地消除过饱和。通过使用籽晶和/或通过维持结晶器中高的固体含量可提供结晶部位。本发明还可以包括加料过程中的中断以便于通过搅拌分散非常高的过饱和的局部区域和/或在非常高的过饱和的局部区域中在现有晶体上大量地消除过饱。结晶器中温度的控制也用于控制消除过饱和的速率。
这里术语“重结晶”和“结晶”是通用的，指将第二结晶结构的多晶型化合物加入到饱和盐溶液中并从饱和盐溶液中结晶出第一晶体结构的多晶型化合物，也就是说，第二晶体结构的化合物溶于饱和盐溶液中，形成过饱和溶液，因为饱和盐溶液的温度和/或其它条件在第一晶体结构的稳定性范围内，然后过饱和溶液引起第一晶体结构的晶体生长。“饱和盐溶液”指与化合物平衡的溶液。2.0原料流组合物及其引入
2.1组合物
如上所述，本发明的原料流包括第二晶体形式的多晶型化合物，第二晶体形式将会转变为所需的第一晶体形式。例如本发明的方法可用于提纯含有杂质的无水碳酸钠(如煅烧的天然碱(trona))或由稀苏打灰制备稠苏打灰。而且，本发明特别采用具有高含量不溶杂质的原料流。特别地，本发明可用于提纯即使当颗粒被细微地粉碎时杂质仍包含于晶体结构内的原料流。因此，虽然本发明能使用大致纯的原料流，但是本发明特别适于使用具有高于约15％重量不溶杂质、更特别地具有高于约30％重量不溶杂质的原料流。
本发明的多晶型化合物包括具有两种或多种晶体结构的化合物，其中化合物的晶体结构在结晶过程中是独立于一些操作变量的。例如，不同的晶体结构可以是不同的水合状态，操作变量可以是温度。因此，在碳酸钠的例子中，碳酸钠发生在一水合晶体结构和无水晶体结构中。在其它变量中，温度会决定水合碳酸钠处于什么状态。
典型地本发明的包含多晶型化合物的资源盐和蒸发岩化学品。发现层状盐、干盐湖沉积物(干燥的湖床)和曝晒蒸发塘可作为这些矿物。通常通过竖式采矿和现场溶液采矿回收层状盐。通过溶液或矿井采矿回收干盐湖沉积物。实例为在智利的阿塔卡玛(Atacama)生硝石和在瑟尔斯湖(Searles Lake)通过溶液采矿回收的盐化学品。除了碳酸钠，其它合适的多晶型化合物的一些实例包括通常混有脉石和硼砂的四水硼砂(Na2B4O4，4H2O)；煅烧过的硬硼酸钙石(2CaO.3B2O3)；无水钾镁矾(2MgSO4.K2SO4)；通常含有NaCl(约25％)和脉石(约3-4％)的光卤石(MgCl2.KCl6H2O)；源于曝晒塘或浅的干湖如瑟尔斯湖(Searles Lake)(KCl-K2SO4-Na2SO4-Na2CO3)和大盐湖(GreatSaltLake)(Na2SO4-K2SO4)的混合盐；和通常包括少量NaNO3和含有约25％脉石的智利生硝石(NaCl-Na2SO4)。
2.2尺寸
如上所述，在形成第一晶体结构形式的温度和/或其它条件下通过将第二晶体结构的化合物加入到饱和盐溶液中获得过饱和。因而，原料流中化合物溶解，从而在形成第一晶体结构之前产生过饱和并释放出杂质。在其它因素中，原料流溶于饱和盐溶液的速率和完全性由其粒径决定。因为第二晶体结构的未溶原料流的存在会与第一晶体结构化合物的籽晶竞争作为消除过饱和的基材，加入到饱和盐溶液中的原料流应基本完全溶解以确保过饱和消除的大部分是通过籽晶的生长，不是通过未溶原料的生长，并确保原料流晶格内存在的至少部分杂质被释放。如果原料流只是部分溶解，剩余的粒子具有不理想的影响如形成附聚体或消除过饱和以形成化合物的第一和第二晶体结构的混合微粒。因此，为确保微粒的基本完全溶解，原料流的粒径，不管是淤浆形式还是干燥形式，优选小于约100目(Tyler)，特别优选小于约150目，更特别优选小于约200目，最优选小于约400目。应该理解当原料流的粒径在如上范围内时，原料流中存在的任何不溶的杂质也会在如上所述的粒径的限定范围内。
上述粒径的限制使得在结晶器10中原料流中第二晶体结构的多晶型化合物相对快速并完全溶于饱和溶液中。
2.3进料速率
如上所述，令人惊奇地发现，在适当的条件下，一些化学类化合物具有令人惊奇高的过饱和容量。例如，碳酸钠具有约30g/l的过饱和容量，这是高于本领域技术人员所料想到的数量级。因此，本发明包括在所谈论的化合物的过饱和容量附近获得并维持化合物的高的过饱和水平，以产生能引起快速结晶的消除过饱和的强驱动力。例如，此方法包括产生至少约5g/l、优选至少约10g/l、更优选至少约20g/l至30g/l的过饱和。在结晶器的局部体积之内或在结晶器的全部体积之内可计算过饱和。例如，可如下计算过饱和。包括第一和第二晶体结构的化合物的饱和盐的体积，可由结晶容器通过筛子和滤器以除去固体物质得到。然后蒸发得到的盐溶液中的水并重量分析地测定每体积的盐中溶解的化合物的量。超出已知的溶解水平的化合物的数量是过饱和的数量。由于过饱和的高容量和非常快的过饱和的消除，本发明中加入原料流的速率或进料率可以是非常高的。特别地，进料率可为至少约100克/每升体积/每分钟(g/l/min)，优选至少约200g/l/min，较优选至少约400g/l/min，更优选至少约800g/l/min。这些进料率远远高于本领域技术人员和使用通过先前的结晶方法的人所料想到的进料率。
2.4加入方法
可使用任何已知的方法包括利用直接喷射、螺旋进料器和重力进料，将包括第二晶体结构的多晶型化合物的原料流加入饱和盐溶液中。原料流可以是第二晶体结构的化合物在饱和盐溶液中的淤浆或是干的。
干燥的原料流必须在饱和盐溶液中迅速地分散溶解，不然微粒会成为水合的并形成附聚物。如果原料流中的颗粒太大，它们不会完全溶解，这可能会降低产物的纯度；因此原料流的粒径应在以上讨论的范围内。另一方面，细微颗粒趋向于漂浮在饱和盐溶液的上部，变为含水的并形成附聚物。一般来说，以如上讨论的高的原料流加入速率，使第二晶体结构的化合物迅速分散并溶解入饱和盐溶液是困难的。本发明人已发现，通过使用如下讨论的高速搅拌可解决这些问题。
通过加入淤浆形式的原料流，也可避免这些问题，如形成附聚物和细微颗粒的漂浮。通过在大气压下混合第二晶体结构的化合物和饱和盐溶液并将混合物转移至具有理想温度和压力的亲核作用浆原料流容器中以维持化合物的第二晶体结构，可制备淤浆原料流。或者，可将第二结构的化合物和饱和盐溶液直接加料于理想温度和压力下的淤浆原料流容器以形成淤浆原料流。
例如，在高于一水碳酸钠至无水碳酸钠的转变温度(一大气压下在水和碳酸钠的纯系统中为108.5℃)的温度下，淤浆中的固体包括无水碳酸钠晶体和煅烧过的天然碱矿(trona ore)中存在的不溶的物质。本领域技术人员意识到可通过各种方法包括通过加入氯化钠，调节转变温度。制备原料流淤浆的一种方法涉及到在至少高于无水碳酸钠至一水碳酸钠的转变温度的温度下(优选至少高于转变温度约5℃，更优选至少高于转变温度约2℃)将无水碳酸钠与饱和碳酸钠盐溶液混合。“转变温度”指稳定的无水碳酸钠改变其形态转变为稳定的一水碳酸钠的温度。参考实施例，图2中的A行，无水的到一水碳酸钠的转变。图2中的B行表示了七水碳酸钠和一水碳酸钠间的转变温度。可以理解必须在高于大气压下制备淤浆原料流且必须使用在进料淤浆和盐溶液的环境之间维持连续压力封闭的进料机理。
应该进一步理解这种加入无水碳酸钠的方法可用于处理任何水溶液。
2.5煅烧
当天然碱(trona)用作碳酸钠系统中的原料流时，在它加入饱和盐溶液之前必须通过煅烧转变为无水碳酸钠。可使用任何已知的煅烧工艺煅烧天然碱(trona)。例如使用流化床煅烧器进行煅烧。当流化床煅烧器用于煅烧天然碱(trona)矿石时，将天然碱(trona)矿石粉碎并一般分离为三个尺寸范围6×20目，20×100目和-100目。然后在流化床煅烧器中可分别煅烧各种尺寸。然后混合并粉碎煅烧的天然碱(trona)以提供具有上述粒径的原料流。此外，可使用1998年9月11日申请的，申请序号为09/151,694的美国专利(这里引入其全部内容作参考)中公开的使用非直接加热煅烧法煅烧原料流中的天然碱(trona)。
3.0结晶
如图1所示，在结晶器10中将原料流加入饱和的盐溶液中以产生饱和盐溶液内的过饱和。可同时和/或相继加入原料流和饱和的盐溶液。本发明方法控制结晶条件使得通过引入原料产生的过饱和的消除主要发生在第一晶体结构的现有的晶体上而不是亲核作用。
3.1籽晶
本发明的一个实施方案中，通过向结晶器10中引入第一晶体结构的籽晶从而使过饱和消除到现有晶体上。这样，与其它的，其中大量的晶体生长是通过亲核作用或通过亲核作用发生在新形成的晶体上的结晶方法相比，本发明的这种特别的实施方案提供了主要通过使籽晶生长成足够大的晶体，从而可根据大小与不溶的杂质分离，达到消除过饱和。而且通过加入理想的粒径范围的籽晶也能控制产物晶体的尺寸分布。以这种方式使用籽晶，在意义上说晶体生长是多产的它会大到足以根据分离的大小而回收，而不是发生在实际上不能长大到足以与不溶杂质分离的小颗粒上。
可单独制备籽晶或通过如下所述的本结晶方法的部分流程制备。例如，通过从结晶器中移出晶体并筛分晶体以产生用于再引入结晶器中的籽晶大小部分，可制备籽晶。而且，发明方法的至少部分产物可以是连续地，例如，被磨碎或部分溶解至理想的籽晶大小并用作籽晶源。
在间歇的过程中，典型地在加入原料流之前加入籽晶，而在连续的过程中，在本发明的操作过程中典型地连续加入籽晶。正如本发明中所用的，“连续加入“既包括整个过程中所需的间隔加入也包括不间断的加入。
选择籽晶的粒径以便制备出具有可接受的粒径范围的产物。例如在一给定的结晶过程中，要得到给定量的生长，就需要足够大的籽晶则产生的产物晶体会是足够大，从而能根据大小分离的基础与不溶的杂质分离。优选地，籽晶的粒径在约100目(tyler)至约400目的范围内，更优选约100目至约200目，最优选约100目至约150目。或者，籽晶的粒径范围为约2标准筛尺寸或更小。通过以2的平方根或1.414的比率增加或减小筛子中的开孔，即将筛子开口并乘或除以2的平方根或1.414，可表示“标准筛大小”。理想的产物粒径范围决定了所用的籽晶的尺寸范围。例如，狭窄的籽晶尺寸范围导致了狭窄的产物尺寸范围。
加入到饱和盐溶液中的籽晶和原料流的量依赖于结晶器10中的饱和盐溶液的体积。然而，如下所述，加入到饱和盐溶液中的子晶和原料流的总量一般使第一晶体结构的淤浆含有与下面讨论的参数一致的固体含量。正如这里所用的，“第一晶体结构的淤浆”指含有第一晶体结构的固体晶体的饱和盐溶液。这样高的固体含量确保了足够多的表面积以便于盐溶液中能发生大量的亲核作用之前过饱和消除在现有的晶体上。另一个实施方案中，对上述粒径的籽晶和产物来说，加入的籽晶与加入的原料流的比率至少为约1∶1重量，优选至少约5∶1重量，更优选至少约10∶1重量。一般来说，加入饱和盐溶液中的子晶与原料流具有大约相同量的固体含量重量。
3.2固体含量
本发明的控制过饱和消除在第一晶体结构的现有晶体上的另一个方面，是在结晶器10中维持高的固体含量。这种方式中，如果局部区域的过饱和度接近最大水平，可通过形成第一晶体结构而不是通过亲核作用，过饱和迅速消除到现有晶体表面上。应该理解结晶器10中的固体含量既依赖于最佳的结晶器操作的理想密度，也依赖于各种因素包括向饱和盐溶液中加入的籽晶的量和加入的原料流的量和固体密度。控制这些变量使得第一晶体结构的淤浆具有至少约17％重量，优选至少约35％重量的固体，更优选至少约40％重量的固体含量，最优选至少约60％重量的固体含量。或者，颗粒表面积密度，即每体积存在的晶体表面积的总量为至少约40cm2/ml，优选至少约75cm2/ml，更优选至少约95cm2/ml，最优选至少约125cm2/ml。
3.3结晶器中的搅拌
如上所述，由于饱和盐溶液中通过原料溶解产生过饱和，所以小的局部区域能超过盐溶液的过饱和极限。因此，例如通过足够高的搅拌等在引入原料的局部环境中控制过饱和及其消除是关键的。术语“局部的”是指结晶器10中小部分盐溶液的直接环境，而不是结晶器10的总体积之内的化合物的全部量。因此，术语“局部过饱和极限”是指在结晶器的任何体积之内的过饱和程度，在结晶器中通过一次和/或二次成核作用能形成晶核。因此应该理解，在结晶器10之内，当平均过饱和程度低于过饱和极限时，能产生局部区域的高度过饱和，从而在那个局部区域超出过饱和极限，这导致产生不理想的成核作用。为减少或避免这种不理想的成核作用，本发明方法还可以包括通过使用高速搅拌以迅速分散高度局部过饱和区域来控制局部过饱和。高速搅拌使现有晶体的表面与高度局部过饱和区域相接触，从而增加了便于通过增加现有晶体颗粒与局部高度过饱和区域的接触而消除过饱和的、有效的净表面积。搅拌的一种度量是如下所述的定性搅拌指数。术语“搅拌指数”是指结晶器中搅拌的程度。搅拌指数为0说明在混合物内没有可感觉到的搅拌或运动，而搅拌指数为10说明以非常高和快的混合搅拌程度搅动结晶器中的混合物使得发生晶体的降解或机械破裂。表1显示了搅拌指数为0-10的定性特点。
表1优选地，以至少约4、较优选至少约7、更优选至少约8、最优选至少约9的搅拌指数搅动结晶器10中的混合物。
通过检查产物的晶体结构可容易地发现搅拌不充分的证据。搅拌不充分时所得的产物可包括附聚物、长针状晶体或树枝状晶体的存在。
与其它方法相比，本发明中的搅拌最好不产生使用单螺旋桨非挡板搅拌系统时具有的典型的旋涡。本发明的具体实施方案中，通过使用有间距的至少两螺旋桨或其它适当的、包括使用磨耗洗涤器和其它任意能得到如上讨论的所需的搅拌指数的螺旋浆构型的搅拌方法，搅拌第一晶体结构的淤浆。
优选地，使用高于约10马力/1000加仑(hp/1000gal)、更优选至少约100hp/1000gal、最优选至少约200hp/1000gal地搅拌溶液。或者，当螺旋浆系统用于搅拌第一晶体结构的淤浆时，螺旋浆周缘速度为至少约8英寸/秒(ft/sec)，优选至少约10ft/sec，最优选至少约22ft/sec。
通过使用任何提供如上所述搅拌的容器可得到充足的搅拌。例如，这样的容器可包括一种螺旋浆系统；有间距的双螺旋浆系统，如磨耗洗涤器中所用的；结晶器10中有交互的间距的多螺旋浆，或其它提供所需的搅拌指数的构型。因这种搅拌中，重要的是产生饱和盐溶液的固体颗粒和部分溶液的快速互换。
应该注意，高速搅拌是有益的，但应该以不产生大量碰撞破坏的方式进行。术语“碰撞破坏”是指两个或多个颗粒碰撞并导致一个或多个颗粒的粒径减小的过程。
3.4温度控制
如上所述，维持饱和盐溶液的温度使得形成第一晶体结构的构型。例如由图2所示的相图测得，形成一水碳酸钠是有利的。此实施例中，结晶器10中饱和盐溶液的温度维持在约40℃与无水碳酸钠至一水碳酸钠的转变温度之间、优选约70℃与无水碳酸钠至一水碳酸钠的转变温度之间、更优选约90℃与无水碳酸钠至一水碳酸钠的转变温度之间、最优选约98℃与无水碳酸钠至一水碳酸钠的转变温度之间，以确保一水碳酸钠的形成。
本发明人已发现使结晶器中的温度尽可能地接近但低于第一和第二晶体结构间的转变温度会减小原料流形态上转变为第一晶体结构的“驱动力”，即转化率。如下面详细讨论的，这个发现使本发明的方法易于控制并形成更大、更好的晶体。
应该注意，优选主动控制饱和盐溶液的温度应保持相当恒定的温度。例如，如果结晶反应是放热的，需要冷却结晶器以避免过热。此外，除非冷却或加热结晶器以维持恒定的温度，不然饱和盐溶液和原料流之间的温度差能引起温度波动。或者，使饱和盐溶液和原料流之间的温度差足够小使得在原料流的加入过程中，饱和盐溶液不发生显著的冷却或受热。这种情况下，饱和盐溶液和原料流之间的温度差优选为约20℃或更小，更优选为约15℃或更小，最优选为约10℃或更小。
另一个实施方案中，原料流中干燥的物料颗粒的温度为至少约95℃，优选至少约120℃，更优选至少约150℃。
在碳酸钠的实施方案中，可将新煅烧的天然碱(trona)与饱和盐溶液一起直接加入结晶器10中以将结晶器10中混合物的温度维持在如上范围内。当从煅烧器中取出时，新煅烧的天然碱(trona)有较高的颗粒温度。与加入到饱和盐溶液之前重新加热煅烧的天然碱(trona)或饱和盐溶液处于高温然后加入原料流的方法相比，向饱和盐溶液中加入新煅烧的，即热的天然碱(trona)，可大大降低使混合物处于如上所述的温度所需的能量和成本。
如上所述，本发明包括控制过饱和的消除以使现有晶体生长而不是产生亲核作用。正如下面更详细讨论的，本发明的进一步的方面是通过调整温度循环过程中结晶溶液的温度以控制微晶的数量来控制过饱和的消除。
3.5加料中断
当局部过饱和水平超出过饱和极限时会以亲核的方式形成晶体。当过饱和产生速率大于过饱和消除速率时，结晶器中某些地方的过饱和水平最终会超过过饱和极限，导致产生亲核作用(有时称为“雪出”)。因此，为阻止局部区域的过饱和水平超出过饱和极限，可短暂地或间歇地停止将原料流加入饱和盐中以通过允许现有晶体的生长来降低过饱和水平。另外，这样一种加料中断允许任何非常细微物质，其是无意形成的且是热力学不稳定的的溶解。这样，这些细微物质不能作为消除过饱和的部位。更具体地，在至少约60％的结晶时间时，中断或暂停原料流加入。更优选地在至少约30％、最优选至少约5％的结晶时间时暂停原料流加入。例如，如果在10％的结晶时间暂停，每小时的操作过程中会暂停6分钟。应该注意当应用中断时，最好频繁地进行，如通过每隔几分钟或大约每隔五分钟在加料和暂停之间互换。
3.6晶体生长速率
已认为，常规推荐的好的晶体质量所需的晶体生长速率是约2微米/分钟至约5微米/分钟。就一水碳酸钠来说，“好的晶体质量”是指一般大致等微的、宽×长×高(W×L×H)的纵横比为约1∶1.5∶0.75的稍微伸长的晶体。参看实施例，Goldschmidt，Atlas derKrystallformen，128页(CarlWintersUniversitatbuchhandlung，Heidelberg1922)，这里引入其全部内容作参考。当提供类似的晶体质量时，本发明的晶体生长速率显著高于常规推荐的晶体生长速率。本发明的晶体生长速率优选为至少约5微米/分钟，更优选至少约10微米/分钟，最优选为至少约20微米/分钟。已发现有较高的固体对饱和盐溶液的比率时，本发明的晶体生长速率不显著减少。然而也认为晶体生长速率不依赖于籽晶的尺寸。较大的粗晶体生长速率的原因是第一晶体结构的晶体由细微晶体向粗晶体的质量转移。如在当前发明中以较高的晶体生长速率进行的这种机理的操作与本领域技术人员所料想的是相反的。
通过包括样品产物晶体的统计分析的各种各样的方法可测定平均的晶体生长速率。例如，将样品中晶体生长的总量除以总结晶时间和总晶体表面积可得到平均的晶体生长速率。
3.7控制亲核作用
本发明的方法涉及到如3.1-3.6节讨论的控制结晶条件以便在结晶器10中通过使现有晶体生长而不是通过亲核作用消除过饱和。如果在结晶器10中发生大量的一次和/或二次晶体亲核，那末会产生大量的微晶。与较大的晶体相比，微晶有大的表面积与体积比，所以微晶的产生限制了生产性的晶体生长。因为微晶是小的，即使它们较大程度地生长也不会使它们大到足以根据大小分离的基础与不溶的杂质分离。因此，这种生长不具有生产性。然而，应该理解，当此方法包括产生新的籽晶时，一些通过亲核作用形成的新晶体也许是必要的。因此，以这种目的，可使用本发明的方法允许亲核作用以相对可控的量形成新晶体。
因而，本发明的另一方面，是结晶器10中通过一次和/或二次亲核作用在饱和盐溶液中形成的固体的量维持在饱和盐溶液中化合物的总固体量的约10％重量或更少，优选饱和盐溶液中化合物的总固体量的约5％重量或更少，更优选饱和盐溶液中化合物的总固体量的约1％重量或更少，最优选饱和盐溶液中化合物的总固体量的约0.5％重量或更少。例如对某一时刻某限定的晶体组成来说，可通过测定在稍后时刻晶体组成中是否有更小的晶体或与稍前时刻相比较小晶体是否有增加，来测定是否已通过一次和/或二次亲核作用形成了新晶体。也可通过鉴定是否产生了+100目晶体产量的降低来测定是否已通过一次和/或二次亲核作用形成了新晶体。也可以连续的方法通过在希望有稳定组成的时刻鉴定晶体尺寸分布的波动来测定是否已通过一次和/或二次亲核作用形成了新晶体。
本发明的进一步的方面，是控制结晶条件可以维持或减少第一晶体结构的淤浆中、小颗粒尺寸的固体物质部分。较具体地，本发明的方法可包括将淤浆中粒径小于400目的固体的量维持在少于淤浆中化合物总固体的约10％重量，更优选少于淤浆中化合物的总固体的约2％重量，最优选少于淤浆中化合物的总固体的约0.5％重量。
3.8附聚物/聚集体的控制
如以上3.1-3.6节中讨论的，本发明的控制结晶条件的方法也能基本避免大量附聚物和/或聚集体的形成。如果形成大量附聚物和/或聚集体，由于不溶的和可溶的杂质可陷入附聚物和聚集体中，会使任何回收产物的纯度大大减少。因此，本发明的一个方面，在进行结晶过程中，将淤浆中附聚物和/或聚集体形式的固体的量维持在淤浆中化合物的总固体的约10％重量或更少，更优选淤浆中化合物的总固体的约5％重量或更少，最优选淤浆中化合物的总固体的约0.5％重量或更少，进行结晶。
正如这里所用的，术语“聚集体”是指簇状或块状的颗粒或晶体的集合。颗粒能聚集在一起是微弱的力如van der Waals力吸引的结果。术语“附聚物”是指通过比van der Waals力更强的力聚集在一起的颗粒或物料，它可由例如通过没有完全溶解的、用作第一晶体结构的晶体的结晶部位的物料颗粒，或不分散或溶解吸收水以水合的物料形成的。
3.9结晶器压力
装配的结晶器可以在较宽的压力范围内操作。一个实施方案中，在大气压下操作结晶器10。另一个实施方案中，在高达约35磅/平方英寸(psia)、更优选高达约30psia、最优选高达约25psia的任何所需的压力下可操作结晶器10。除非另外标明，否则压力指绝对压力而不是相对即量表的压力。无论是在大气压还是在更高压力下操作，结晶器10中饱和盐溶液的温度维持要利于形成化合物的第一晶体结构。当在压力下操作结晶器10时，最好在相同的压力下引入原料流。可使用如Fulle Kinyon泵(未显示)的压力泵或其它任何类型的能获得理想压力的泵，将干燥的或淤浆的原料流引入结晶器10中。然而，应该认识到原料流可处于独立于结晶过程本身的各种压力下。
3.10多结晶容器
在另一个实施方案中，是在一系列两个或更多的结晶器中进行结晶。以这种方式，在第一结晶器中最初的原料流可用于通过亲核作用产生微晶。然后微晶转移至第二结晶器中用作结晶过程中的随后会长成更大尺寸的籽晶。这样，在第二或一些随后的结晶器中，晶体生长成足够大，使得能根据大小与不溶杂质分离。使用能提供随后晶体生长条件的多罐系统，就不需要如上在3.1节中讨论的籽晶的分离。
4.0分散
再参考图1，结晶器10中至少第一晶体结构的部分晶体与饱和盐溶液是分离的。最好根据大小分离的基础，从产物分离器18中最终回收产物。然而，如上所述，结晶是以高的固体含量如至少约17％的固体含量进行的，产物与这种粘稠的混合物的分离是困难的。因此，如图1所示，为了便于和其它物质分离，分离方法也包括从结晶器10中转移第一晶体结构的至少部分淤浆到分散罐14中以减少淤浆的固体含量。应该注意到分散步骤不应该将溶液稀释至不饱和。不然，产物会溶解发生产物损失。典型地，将具有基本可忽视不计的固体含量的饱和盐溶液加入分散罐14中以将一水合淤浆的固体含量减少到约25％重量或更少，更优选约15％重量或更少，最优选约10％重量或更少。
5.0回收
本发明还包括从第一晶体结构的淤浆中回收产物。回收方法可包括从淤浆中分离特别粒径范围的第一晶体结构的晶体。筛选分离可在分离设备18中进行并可通过任何合适的已知的方法实现。例如可使用如筛选、旋风分离(如旋液分离)或陶析。
一般回收的晶体产物具有高于至少约150目的粒径。优选地，产物具有高于至少约100目、更优选地，高于至少约80目的粒径。更特别地，产物回收的截止尺寸必须大于原料的粒径使得原料中最初的不溶杂质不会与产物一起被回收。
一般使用筛选或旋风分离并避免晶体干燥进行分离第一晶体结构的晶体。这个阶段晶体的干燥可引起晶体和/或杂质的粘结或形成附聚物，从而降低产物的纯度(但不是晶体的纯度)。通过减少或消除溶剂的蒸发或通过用溶剂或溶剂蒸汽覆盖筛网以维持溶剂饱和，可避免或减少晶体的干燥。另一种方法，可使用压力的和/或浸没的尺寸分离方法，它能保证溶剂的局部蒸发最小化或消除。
一旦晶体与饱和盐溶液分离，如果需要，可使用已知的技术脱水(即干燥)。
本发明方法制备的晶体的纯度为至少约99％，更优选至少约99.5％，最优选至少约99.8％。术语“产物的纯度”是指产物的整体纯度，可包括晶体表面存在的杂质或陷入附聚物的杂质。术语“晶体的纯度”是指晶格结构之内的杂质的存在或缺失。换句话说，产物的纯度指通过本发明的方法制备的大批产物的纯度，而晶体的纯度是指产物之内的晶体的纯度。
5.1产物的物理性能
与现有的结晶方法不同，本发明的方法不使用晶体调节剂以改变产物的晶型。在碳酸钠的例子中，大部分产物是如上所述的块状并具有令人惊奇的抗磨耗性。产物的颗粒中优选至少约55％、更优选至少约75％、最优选至少约95％为块状构型。可认为这些块状晶体是被观测的本发明产物中高的堆积密度的反应。本发明的产物的流动堆积密度为至少约0.95g/ml，优选至少约1.0g/ml，更优选至少约1.1g/ml。本发明的另一个实施方案中，产物的填充密度为至少约1.0g/ml，优选至少约1.1g/ml，更优选至少约1.2g/ml。
与通过常规的结晶方法制备的晶体相比，本发明的产物含有较低含量的粉尘，即微晶。不受限于任何理论，认为产物中存在的低的粉尘量是由于本发明的各种新特点包括使用籽晶、主要通过晶体生长而不是通过形成新晶体来消除过饱和及与其它构型相比耐磨耗性更强的块状构型产物。
与通过常规方法制备的产物相比，本发明的产物具有改善的流动性和减少的桥键。可认为在储存容器中块状晶体构型和微晶的存在产生了更高的流动性和更低的桥键。与其它晶体构型如树枝状构型或针状构型晶体相比这种块状晶体构型有平滑的晶面。不受限于任何理论，认为与其它晶体构型相比，块状晶体构型的平滑表面有更小的摩擦力。此外，较大的晶体的比表面积减少，从而减少了颗粒间的粘合。
6.0籽晶分离
再参考图1，将源自产物分离器18的第一晶体结构的於浆的筛下料部分转移到籽晶分离设备22中，以便从筛下料部分中分离出至少部分晶体用作籽晶。筛下料部分包括小于产物分离器18中的截止尺寸的晶体和不溶杂质。为有效地产生籽晶，源自产物分离器18的筛下料部分必须包括大于不溶杂质尺寸的更大的尺寸范围。这样，通过在籽晶分离器中分离籽晶，与不溶杂质分开的籽晶可作为筛上料回收，而且有小晶体的不溶杂质作为筛下料碎粒。通过如上讨论的任何适当的已知方法可完成籽晶分离。如上所述，然后在结晶器中使用以这种方式制备的籽晶。
或者，可进一步以中等尺寸筛选微晶以除去对生产性的生长来说太小的第一相中的不溶颗粒和晶体。
制备籽晶的其它方法包括第一晶体结构晶体的湿粉碎；晶体的干粉碎；通过加水第一晶体结构的部分晶体的溶解；和通过改变淤浆的温度以增加盐溶液中化合物的溶解度的淤浆中晶体的溶解。
7.0增稠过程
接着进一步处理源自籽晶分离器22的筛下料碎粒，它们包括饱和盐溶液，不溶杂质和/或比所需的籽晶尺寸小的第一晶体结构的晶体。如图1所示，将源自籽晶分离器22的筛下料碎粒转移至增稠器26，以便于不溶杂质的沉降。然后，从系统中清除沉降的不溶杂质，而透明的溢出物和/或所得的澄清的饱和盐溶液可被回收再利用。应该理解，沉降过程中可用水或不饱和盐溶液稀释盐溶液，以溶解可能存在的微细晶体。而且，作为系统整体物料平衡的需要可加入补偿水。
在把沉降的不溶杂质从系统中清除之前，可对其进一步浓缩，例如，通过过滤器，以回收至少部分饱和盐溶液。此外，通过过滤可进一步净化透明的溢出物和/或澄清的饱和盐溶液以除去可能存在的任何微细的不溶杂质。
重新使用饱和盐溶液时，为了使再加热源自增稠器的饱和盐溶液的能量消耗最小化，使增稠器中饱和盐溶液的温度比结晶槽中饱和盐溶液的温度保持相差不多于20℃。增稠器中的饱和盐溶液与结晶槽中饱和盐溶液的温度之差，优选为约15℃或更少，更优选约10℃或更少，最优选约5℃或更少。如果对结晶反应是高度放热的化学类化合物来说，没有必要考虑增稠器中盐溶液的温度。
8.0碳酸氢盐的控制
当化合物是碳酸钠时，发现饱和溶液中碳酸氢钠的存在影响晶体的尺寸和/或构型。因此，本发明的方法可进一步包括维持加入到结晶器10中的饱和盐溶液中的碳酸氢钠的浓度低于约10g/l，更优选低于约5g/l，最优选低于约0g/l。当盐溶液中存在的碳酸氢盐的量维持在这一限度之内时，结晶过程生长的碳酸钠晶体就更大。在1998年10月6日申请的、美国专利申请号No.09/167,627(这里引入其全部内容作参考)中公开了一种控制饱和盐溶液中碳酸氢钠水平的方法。
已经被认识到的本发明方法的进一步的优点是不存在碳酸氢盐时，生长的晶体具有更有利的构型，如外形好的块状。与此相比，当大量碳酸氢钠存在时，生长的晶体有针状，树枝状或Jack构型结构和/或有云状中心。因此，与有相当大量的碳酸氢钠存在时制备的晶体相比，根据本发明制得的具有更加紧密的块状构型的晶体能产生有更高堆积密度和更低脆性的物质。
在本发明的优选实施方案中，使用足量的碱以将碳酸氢钠的浓度降低到以上讨论的参数范围之内。优选地，在中和结晶器中最初的碳酸氢钠后，在结晶过程中加入碱，使等量碱的浓度为至少约0.75mol/l，更优选至少约0.50mol/l，最优选至少约0.25mol/l。当氢氧化钠用作碱时，中和结晶器中最初的碳酸氢钠后，所用氢氧化钠的量，优选至少约6g/l，更优选至少约4g/l，最优选至少约2g/l。
9.0老化
本发明的方法还包括将源自结晶器10的第一晶体结构的至少部分淤浆和/或至少部分筛选过的饱和盐溶液转移到老化装置(未显示)中。通过溶解至少部分微晶然后以晶体生长的形式消除过饱和来促使晶体生长，即通过溶解和重结晶的方法将微颗粒的部分质量转化为大颗粒，老化装置允许饱和盐溶液中至少部分晶体的生长。发生这种现象是因为与更大的颗粒相比，特别小的颗粒是热力学更不稳定的。
正如本发明所用的，“老化”是指使饱和盐溶液中存在的一些小微晶溶解和通过现有晶体的生长消除至少部分过饱和的过程。老化可以是一种自然平衡现象，其中晶体不断地溶解并重结晶，或者通过稀释和浓缩饱和盐溶液或仅通过温度循环过程而得到。可利用老化过程制备籽晶或增加产品的量和/或尺寸。如在碳酸钠例子中，当结晶器中饱和盐溶液的温度为约80℃至约90℃时，观察到通过在加入原料流和/或籽晶后搅拌或另外静止约10到约15分钟得到的饱和盐溶液，可大大增加较大的一水碳酸钠晶体的量和尺寸。升高温度时这种现象会以更快的速率发生。
温度循环过程涉及到在至少约10℃、更优选至少约20℃、最优选至少约40℃时改变饱和盐溶液的温度以增加溶解度。或者，在碳酸钠例子中，饱和盐溶液的温度降低到小于约70℃，更优选小于约60℃，最优选小于约50℃，但常常高于十水碳酸钠和一水碳酸钠的转化点35℃。如图2所示，温度降低时碳酸钠的溶解度增加。因此，降低饱和盐溶液的温度可溶解至少部分一水碳酸钠晶体。应该理解，在温度循环过程中一些微晶可完全溶解，一些较大的晶体也可部分溶解。这样，在一个实施方案中，微晶分为粗微晶和小微晶。粗微晶的截止尺寸是在温度循环过程中不能完全溶解的尺寸。然后冷却小微晶碎粒使小微晶完全溶解。接着，这些碎粒重新聚集。如图2中所示的当饱和盐溶液的温度升高时，碳酸钠的溶解度减小。溶解度的减小引起过饱和溶液通过现有晶体的生长或一次和/或二次亲核作用的，过饱和的消除。利用保持一种限制以上讨论的一次和/或二次亲核作用的量的条件，利用老化过程可减少产生的微晶的数量并增加晶体的尺寸。
如前所述，温度循环过程可应用于结晶器中第一晶体结构的全部淤浆中或应用于滑动流，即淤浆的一部分，使得一部分淤浆可通过外部的热交换器循环来改变淤浆的温度。
当温度循环整个应用于全部於浆时，一般地，通过使结晶器的温度约每一个小时循环一次实施此过程。如果温度循环受通过外部热交换器的部分淤浆的影响，则当一部分淤浆通过热交换器连续地循环时，这种温度循环在连续的基础上进行。通过热交换器连续地循环。在温度循环过程的一个具体的实施方案中，热交换器用于温度循环过程中。在这实施方案中，一般来说淤浆的温度改变为至少约5℃，更优选至少约10℃，最优选至少约20℃。10.0微晶的净化
作为提高产品产率的一种方式，可进一步处理除去产物尺寸晶体后剩余的微晶颗粒的淤浆，以回收微晶淤浆中存在的矿物质。微晶淤浆也可包括原料流中存在的杂质和比产物尺寸更小的第一晶体结构的任何微晶。处理微晶淤浆以提高产物产率的一项技术是用如下所述的压力淤浆系统。10.1压力淤浆系统中的结晶
就碳酸钠体系来描述这个过程。在这个过程中，微晶的淤浆增稠至相对较高的固体含量，优选至少约17％固体重量，较优选至少约25％固体重量，更优选至少约40％固体重量，最优选至少约60％固体重量。微晶的淤浆可通过以下装置增稠常规的重力增稠器、膜过滤器、或任何允许倒出微晶淤浆中的饱和盐溶液同时保留固体物的合适的装置。
然后把微晶的增稠淤浆抽到一个在高于一水碳酸钠至无水碳酸钠的转变温度下操作的压力容器中。一般来说，在高于转变温度至少约7℃时操作容器。在压力容器中，要把引入的淤浆加热到一水碳酸钠至无水碳酸钠的转变温度以上。加热使一水碳酸钠向无水碳酸钠转变。然后将得到的无水碳酸钠淤浆加入到原料流或直接加入结晶器中。以这种方式，一水碳酸钠微晶的淤浆被循环至本发明的结晶过程中，从而增加了碳酸钠的回收量。
根据结晶过程每一阶段的产率，用于微晶净化的压力淤浆系统可重复使用。因为本发明的结晶过程的每一阶段中操作和资金的花费都相对较低，所以具有多阶段的压力结晶过程可容易证实是经济可行的。使用多阶段的结晶过程增加了从可耗尽资源如天然碱中得到碳酸钠的产率。11.0产品纯度的控制
虽然本发明的方法提供了如上所述的纯度水平的产物晶体，但在某些情况下，例如，当原料流中存在可溶杂质时，利用多阶段的结晶过程来获得具有上述纯度水平的产品可能是必要的。
在结晶的第一阶段产生晶体。这些晶体机械地与盐分离并在此过程中结晶的第二阶段的盐中再二次成浆。将这种再制得的淤浆加料于如上所述的第二阶段压力淤浆结晶系统。第二阶段中发生的重结晶会产生含有比第一阶段重结晶的产物中存在的更少可溶杂质的晶体。为了得到所需纯度水平的晶体可重复具有许多阶段的这个过程。
下面的实施例仅作为说明的目的，并不限制本发明的范围。实施例1
这个实施例阐述了碳酸钠过饱和的高容量和一种测量它的技术。
在一带有剧烈搅拌器的4升的容器中部分装满65×100目的一水合碳酸钠籽晶的於浆并加热到88℃。将加热到125℃的、小于150目的煅烧过的天然碱迅速地加入容器中。完全加入煅烧过的天然碱后，立即由通过筛子或过滤器去排除籽晶和煅烧过的天然碱而抽提的盐来测定盐中溶解的碳酸钠的浓度。蒸发抽提盐中的水产生固体残余物。重量分析测定每克抽提盐中碳酸钠的量。超出碳酸钠溶解度极限的碳酸钠的数量为过饱和的量。完全加料5分钟后测定第二样品以评定那个时刻过饱和的量和5分钟间隔后过饱和消除的量。
改变加料量进行三组实验。下面表2中显示了0分钟和5分钟时加料的量、加料时间、固体百分比和过饱和量。
表2
表2中的结论表明通过本发明的实践可得到高的过饱和水平。例如在实验3中，加料结束时过饱和为26.3g/l。结论进一步说明过饱和被快速消除。例如在实验3中加料结束时过饱和的量由26.3g/l变为加料结束5分钟后的1.5g/l。
本发明的先前描述仅作为说明和描述的目的。而且说明书并不局限于这里公开形式的发明。因此，与以上说明同等的变化和修改、和相关工艺的技术或知识都在本发明的范围内。这里以上描述的实施方案旨在进一步解释了实施本发明的已知的最佳模式，并使本领域的其它技术人员能够在这个或其它实施方案中应用本发明且进行本发明的特别的应用或使用所需的各种修正。所附的权利要求书在先前技术所允许的程度内包括了可替换的实施方案。
权利要求
1.一种由含有化合物的第二晶体结构形式的原料流制备多晶型化合物的第一晶体结构形式的结晶方法，其包括
(a)将原料流加入化合物的饱和溶液中以产生至少约5g/l的过饱和；
(b)优选通过晶体生长而不是亲核作用来消除过饱和，其中晶体是化合物的第一晶体结构形式；和
(c)由饱和溶液中回收晶体。
2.如权利要求1的结晶方法，其中所述的多晶型化合物选自于碳酸钠、四水硼砂、硬硼酸钙石、无水钾镁矾、无水石膏、光卤石、氯化钾-硫酸钾-硫酸钠-碳酸钠(KCl-K2SO4-Na2SO4-Na2CO3)混合盐、硫酸钠-硫酸钾(Na2SO4-K2SO4)混合盐、和智利生硝石。
3.如权利要求1的结晶方法，其中第一晶体结构是多晶型化合物的一种水合形式。
4.如权利要求1的结晶方法，其中第二晶体结构是多晶型化合物的低水合形式。
5.如权利要求1的结晶方法，其中化合物的晶体结构形式是依赖于温度的。
6.如权利要求1的结晶方法，其中此方法进一步包括将化合物的第一晶体结构形式的籽晶引入过饱和溶液中。
7.如权利要求1的结晶方法，其中消除过饱和的步骤包括在化合物的第一晶体结构形式的籽晶上消除过饱和。
8.如权利要求7的结晶方法，进一步包括筛分回收的晶体以产生籽晶尺寸的碎粒。
9.如权利要求7的结晶方法，其中原料流的粒径小于籽晶的粒径。
10.如权利要求7的结晶方法，其中籽晶的粒径范围为约3标准筛大小或更小。
11.如权利要求7的结晶方法，其中籽晶的粒径为约100目至约150目。
12.如权利要求1的结晶方法，其中原料流的粒径为约150目或更小。
13.如权利要求1的结晶方法，其中优选通过第一晶体形式化合物的生长而不是亲核作用消除过饱和的步骤包括维持至少约17％的固体含量。
14.如权利要求1的结晶方法，其中优选通过第一晶体形式化合物的生长而不是亲核作用消除过饱和的步骤包括以至少为4的搅拌指数搅拌溶液。
15.如权利要求1的结晶方法，其中优选通过第一晶体形式化合物的生长而不是亲核作用消除过饱和的步骤包括以至少为约5℃周期性地改变溶液的温度。
16.如权利要求1的结晶方法，其中优选通过第一晶体形式化合物的生长而不是亲核作用消除过饱和的步骤包括在至少为约5％的结晶时间中断原料流的加入。
17.如权利要求1的结晶方法，其中溶液中通过亲核作用形成的固体的量维持在溶液中化合物的总固体的约5％重量或更少。
18.如权利要求1的结晶方法，其中溶液中粒径为小于约400目的固体的数量维持在溶液中化合物的总固体的约10％重量或更少。
19.如权利要求1的结晶方法，其中溶液中附聚体和/或聚集体形式的固体的数量维持在溶液中化合物的总固体的约10％重量或更少。
20.如权利要求1的结晶方法，其中原料流进一步包含不溶杂质。
21.如权利要求20的结晶方法，其中回收的步骤包括
从溶液中除去部分化合物的第一晶体结构形式；
在第二溶液中分散化合物的第一晶体结构形式；和
在大小分离的基础上将化合物的第一晶体结构形式与不溶杂质分离。
22.如权利要求1的结晶方法，其中加入原料流的速率为至少约100g/L/min。
23.一种由含有化合物的第二晶体结构形式和杂质的原料流制备多晶型化合物的第一晶体结构形式的方法，其包括
(a)以至少约100g/l/min的速率将原料流加入化合物的饱和溶液中以产生至少约5g/l的过饱和；
(b)优选通过第一晶体结构的晶体生长而不是亲核作用消除过饱和，其中消除步骤包括将第一晶体结构的化合物的籽晶加入饱和溶液中，维持至少约17％的固体含量并以至少约为4的搅拌指数搅拌溶液；和
(c)由饱和溶液中回收第一晶体结构的部分晶体，其中所述的回收步骤包括从溶液中除去第一晶体结构的部分晶体，通过加入饱和溶液分散第一晶体结构的部分晶体并在大小分离的基础上将第一晶体结构的晶体与不溶的杂质分离。
24.如权利要求23的方法，其中通过从溶液中除去第一晶体结构的部分晶体并筛分除去的晶体以产生重新加入溶液中的籽晶尺寸碎粒，来制备籽晶。
25.如权利要求23的方法，其中原料流的粒径小于籽晶生长后的籽晶的粒径。
26.如权利要求23的方法，其中籽晶的粒径范围为不大于约3标准筛。
27.如权利要求23的方法，其中原料流的粒径为小于约150目。
28.如权利要求23的方法，其中籽晶的粒径为约100目至约150目。
29.如权利要求23的方法，其中优选通过第一晶体形式化合物的生长而不是亲核作用消除过饱和的步骤进一步包括以至少为约5℃周期性地降低溶液的温度。
30.如权利要求23的方法，其中优选通过第一晶体形式化合物的生长而不是亲核作用消除过饱和的步骤包括在至少为约10％的结晶时间中断原料流的加入。
31.如权利要求23的方法，其中结晶器中溶液中通过一次和/或二次亲核作用形成的固体的量维持在溶液中化合物的总固体的约20％重量或更少。
32.如权利要求23的方法，其中溶液中粒径为小于约400目的固体的数量维持在少于溶液中化合物的总固体的约25％重量。
33.如权利要求23的方法，其中溶液中附聚体和/或聚集体形式的固体的数量维持在溶液中化合物的总固体的约20％重量或更少。
34.如权利要求23的方法，其中饱和溶液处于高于溶液的大气压沸点的温度。
35.一种由含有化合物的第二晶体结构形式和杂质的原料流制备多晶型化合物的第一晶体结构形式的方法，其包括
(a)在一定条件下以至少约400g/l/min的速率将粒径为小于约100目的含有第二晶体结构形式的化合物和杂质的原料流加入化合物的饱和溶液中以产生至少约5g/l的过饱和；
(b)优选通过第一晶体结构的晶体生长而不是亲核作用消除过饱和，其中消除步骤包括将粒径为约150目至100目的第一晶体结构的化合物的籽晶加入饱和溶液中，维持至少约17％的固体含量并以至少约为4的搅拌指数搅拌溶液；和
(c)由饱和溶液中回收第一晶体结构的部分晶体，其中所述的回收步骤包括从溶液中除去第一晶体结构的部分晶体，通过加入饱和溶液分散第一晶体结构的晶体至固含量小于约25％并在大小分离的基础上将粒径大于约100目的第一晶体结构的晶体与不溶的杂质分离。
36.如权利要求35的方法，其中所述原料流的粒径小于约150目。
37.如权利要求36的方法，其中饱和溶液处于高于溶液的大气压沸点的温度。
全文摘要
本发明提供一种制备多晶型化合物的第一晶体结构的晶体的方法,它是通过在一定条件下,其中第一晶体结构的形成是有利的且不蒸发或温度不改变,将第二晶体结构的化合物引入化合物的饱和盐溶液中而实现。由于第二晶体结构的溶解,盐溶液成为过饱和的,这导致了通过形成第一晶体结构的晶体消除过饱和。此方法包括控制过饱和及它的消除以获得第一晶体结构的现有晶体的生长而不是成核作用和形成新晶体。根据大小分离的基础,将所得的晶体与不溶的杂质分离。
文档编号C01D7/00GK1369025SQ0081124
公开日2002年9月11日 申请日期2000年8月4日 优先权日1999年8月5日
发明者韦恩·C·黑曾, 戴尔李·Jr·德纳姆, 鲁道夫·普鲁斯日科, 戴维·R·鲍曼 申请人:环境工程公司