Композиция и усовершенствованный способ для получения гидроксида алюминия
Изобретения относятся к области химии. Способ выделения кристаллов гидроксида алюминия из осадительного раствора осуществляют введением в него модификатора роста кристаллов, включающего жирную кислоту C8-С10, ее соль или их смеси, причем атомы углерода свободны от функциональных групп, масляную основу и воду. При этом получают кристаллы гидроксида алюминия. Эмульгированный модификатор роста кристаллов включает жирную кислоту C8-С10, ее соль или их смеси, масляную основу, где содержание указанной масляной основы в указанном модификаторе составляет по меньшей мере примерно 15% мас., и воду. Для получения кристаллов гидроксида алюминия добавляют к осадительному раствору процесса Байера эмульгированный модификатор роста кристаллов. Изобретения позволяют снизить образование мелкодисперсного продукта с одновременным сдвигом в сторону увеличения размеров оксалатов, которые могут быть легко отделены от получаемого продукта. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 пр.
Эта заявка представляет собой частичное продолжение как заявки США с порядковым номером 11/159467, зарегистрированной 23 июня 2005 года, так и заявки США с порядковым номером 11/434490, зарегистрированной 15 мая 2006 года. Таким образом, заявители претендуют на приоритет регистрации заявки, а соответствующие описания включены в данную заявку путем ссылки.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу выделения представляющих промышленную ценность алюминийсодержащих частиц в ходе процесса Байера или к осадительному раствору. В частности, изобретение относится к композициям и способам, обеспечивающим увеличение размера частиц получаемого гидроксида алюминия без значительного уменьшения выхода осаждения.
Предпосылки изобретения
Гидроксид алюминия получают в промышленном масштабе при помощи хорошо известных способов, таких как процесс Байера. Операторы-технологи оптимизируют соответствующие способы таким образом, чтобы получить максимально возможный выход из технологических растворов алюминатов, и при этом стараются добиться, чтобы в получаемом гидроксиде алюминия распределение кристаллов по размерам носило определенный характер. В большинстве случаев желательно получать продукт с относительно большими размерами кристаллов, так как это удобно на следующих стадиях обработки, необходимых для получения металлического алюминия. Получение зачастую ограничено техническими условиями, в которых проводят кристаллизацию и осаждение. Технические условия меняются от одного завода к другому и включают температурные профили, загрузку затравочных кристаллов, площадь поверхности затравочных кристаллов, продувку диоксида углерода или отходящих газов, количество раствора, чистоту раствора и тому подобное, но не ограничены перечисленным.
На поиск химических добавок и способов достижения оптимального экономически целесообразного выделения были затрачены значительные усилия. Например, в патенте США №4737352 (далее обозначаемом как патент '352), выданном "Nalco", описан способ, обеспечивающий пониженное процентное содержание кристаллов маленького размера и повышенный выход более крупных кристаллов гидроксида алюминия путем добавления масляного раствора поверхностно-активных веществ в маточный раствор во время фазы осаждения.
Ограничения, налагаемые на выход и размеры частиц окиси алюминия, выделяемой из жидкостей процесса Байера, описаны также в патенте США №6168767 (далее обозначаемом как патент '767), озаглавленном "Получение окиси алюминия" и выданном "Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Limited". Описан состав водорастворимого модификатора роста кристаллов, включающий первую композицию полиалкоксилированного неионного поверхностно-активного вещества, и вторую композицию, включающую поверхностно-активное вещество, или его неполиалкоксилированный предшественник. Звенья этиленоксида (ЭО) идентифицируют как важнейшие компоненты состава полиалкоксилированного неионного поверхностно-активного вещества (ПАВ), предпочтительно звенья этиленоксида и пропиленоксида (ПО), которые образуют блок-сополимер этиленоксид-пропиленоксид. В патенте '767 описана композиция, которая "по существу не содержит минерального масла или силиконового масла", при этом в данном патенте неоднократно подчеркивается, что "преимущество модификаторов кристаллизации… состоит в том, что они не требуют присутствия масел" (см., например, колонку 2, строки 21-25; колонку 4, строки 25-35; колонку 5, строки 21-33). Экономическая эффективность при использовании этих компонентов и их приемлемость по сравнению со смесями ПАВ/масло, используемыми сейчас в большинстве составов модификаторов кристаллизации на заводах, осуществляющих процесс Байера, остаются неясными.
Присутствие оксалатов в маточном растворе также влияет на размер частиц и выход продукта при извлечении окиси алюминия. Оксалат натрия часто кристаллизуется и выпадает в осадок в растворе по существу в пределах тех же температурных профилей, что и получаемый гидроксид алюминия. Если ничего не предпринимать, то оксалат представляет собой примесь, которая может действовать как центр кристаллизации, что приводит к образованию слишком большого количества маленьких кристаллов гидроксида и тем самым снижает средний размер частиц получаемого гидроксида алюминия. Кроме того, кристаллы оксалата могут прилипать на поверхности растущего гидроксида алюминия и включаться в осаждаемый продукт. Это затем приводит к образованию избыточных количеств чрезвычайно мелкодисперсного гидроксида алюминия в ходе последующих процессов промывки и прокаливания гидроксида алюминия. Следовательно, эффективное удаление оксалатов из системы играет решающую роль в производстве высококачественного гидроксида алюминия.
Как правило, необработанные осадительные растворы дают кристаллы оксалата натрия игольчатой морфологии. Один из эффективных способов удаления оксалатов состоит в их вынужденной кристаллизации в виде сферических агломератов таких иголок, также известных как "оксалатные шарики". Оксалатные шарики осаждаются совместно с получаемым гидроксидом алюминия, и их можно удалить отсеиванием. Эффективность отсеивания тем выше, чем больше размер оксалатных шариков. И тем не менее, если в шариках есть вросшие включения гидроксида алюминия, то отсеивание может удалить также и ценные алюминийсодержащие частицы. Таким образом, наиболее предпочтительно образование оксалатных шариков более крупного размера и по существу не содержащих включений ценных алюминийсодержащих частиц.
Вопреки непрерывной и продолжающейся по сей день разработке по всему миру до сих пор остаются невыполненными промышленные требования в экономическом решении нужд вышеописанного процесса. Способ такого решения, подходящий для получения кристаллов гидроксида алюминия с увеличенным размером частиц и повышенным выходом, одновременно облегчающий удаление оксалатов, представлен в настоящем изобретении.
Краткое содержание изобретения
В настоящем описании предложен способ выделения кристаллов гидроксида алюминия из осадительного раствора, включающий стадии: (а) получение модификатора роста кристаллов, включающего: (1) жирную кислоту С8-С10, предшественник, соль или их смеси, (2) масляную основу, где содержание указанной масляной основы в указанном модификаторе составляет по меньшей мере приблизительно 15% мас., и (3) воду; (b) эмульгирование модификатора роста кристаллов и (с) добавление эмульгированного модификатора роста кристаллов к осадительному раствору.
В настоящем описании также предложены кристаллы гидроксида алюминия, полученные при помощи способа, включающего добавление модификатора роста кристаллов в осадительный раствор, где модификатор роста кристаллов включает: (а) поверхностно-активную жирную кислоту, предшественник, соль или их смеси, растворенные в масле, точка кипения которого превышает приблизительно 93,33°С (200°F), и эмульгированные в воде, причем длина алкильной цепи указанной жирной кислоты составляет от С8 до С10 атомов углерода, не содержащих функциональных групп, или (b) поверхностно-активную жирную кислоту, предшественник, соль или их смеси, эмульгированные в воде, причем длина алкильной цепи указанной жирной кислоты составляет от С8 до С10 атомов углерода, и атомы углерода не содержат функциональных групп.
В настоящем изобретении дополнительно предложены кристаллы гидроксида алюминия, полученные при помощи способа, включающего добавление модификатора роста кристаллов в осадительный раствор, где модификатор роста кристаллов включает: (а) поверхностно-активную жирную кислоту, предшественник, соль или их смеси, причем длина алкильной цепи указанной жирной кислоты составляет от С8 до С10 атомов углерода, и указанные атомы углерода не содержат функциональных групп; (b) масло, точка кипения которого превышает приблизительно 93,33°С (200°F), и в котором растворена жирная кислота; (с) эмульгатор в количестве не более приблизительно 50% мас.; (d) средство регулирования рН; и (е) воду в количестве от 0% до приблизительно 85% мас.
В настоящем изобретении дополнительно предложен способ выделения кристаллов гидроксида алюминия из осадительного раствора, включающий стадии: (а) получение модификатора роста кристаллов, включающего (1) жирную кислоту С8-С10, предшественник, соль или их смеси, (2) масляную основу, где содержание указанной масляной основы в указанном модификаторе составляет по меньшей мере приблизительно 15% мас., и (3) воду; (b) эмульгирование модификатора роста кристаллов; и (с) добавление эмульгированного модификатора роста кристаллов к осадительному раствору.
В настоящем изобретении дополнительно описан эмульгированный модификатор роста кристаллов, включающий: жирную кислоту С8-С10, предшественник, соль или их смеси; масляную основу, где содержание указанной масляной основы в указанном модификаторе составляет по меньшей мере приблизительно 15% мас.; и воду.
В настоящем изобретении дополнительно описан процесс Байера для получения кристаллов гидроксида алюминия, в ходе которого снижено образование мелкодисперсного продукта с одновременным сдвигом в сторону увеличения размеров частиц на кривой распределения частиц гидроксида алюминия по размерам и сдвигом в сторону увеличения размеров оксалатных шариков, причем процесс включает добавление эмульгированного модификатора роста кристаллов к осадительному раствору, где модификатор роста кристаллов включает жирную кислоту С8-С10, предшественник, соль или их смеси; масляную основу при содержании указанной масляной основы в указанном модификаторе по меньшей мере приблизительно 15% мас.; и воду.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) изображения кристаллических продуктов холостых опытов, проведенных без модификатора роста кристаллов.
A) Мелкие затравочные кристаллы, тест 1, таблица 5.
B) Крупные затравочные кристаллы, тест 2, таблица 5.
Фиг.2 - СЭМ-изображения кристаллических продуктов опытов, проведенных с использованием промышленного продукта.
A) Мелкие затравочные кристаллы, тест 4, таблица 5.
B) Крупные затравочные кристаллы, тест 5, таблица 5.
Фиг.3 - СЭМ-изображения кристаллических продуктов опытов, проведенных с использованием композиции Е.
A) Мелкие затравочные кристаллы, тест 7, таблица 5.
B) Крупные затравочные кристаллы, тест 8, таблица 5.
Подробное описание изобретения
Определения:
Ниже следуют определения, которые относятся к соответствующим терминам, используемым в данном описании.
А: обозначает концентрацию алюминия, выраженную в граммах Al2O3 на литр;
С: обозначает концентрацию гидроксида натрия (или каустика), выраженную в граммах Na2CO3 на литр;
S: обозначает общую концентрацию щелочи, выраженную в граммах Na2CO3 на литр;
А/С: это обозначение отношения оксида алюминия к каустику.
БЭТ: относится к методу Брунауэра-Эммета-Теллера экспериментального определения площади поверхности. Метод основан на анализе изотермы адсорбции азота или других газов на материале.
СЭМ: эта аббревиатура обозначает "сканирующий электронный микроскоп".
МРК: эта аббревиатура обозначает "модификатор роста кристаллов".
Промышленный продукт: модификатор роста кристаллов, включающий жирные кислоты, длина цепи которых превышает десять атомов углерода. Промышленный продукт, обсуждаемый в примерах, можно приобрести у компании "Nalco", г.Напервилль, Иллинойс (Naperville, IL), под названием Nalco Product No. 7837.
Масляная основа: гидрофобная жидкость, которая может состоять из алифатических или ароматических соединений, таких как парафиновые масла, нафтеновые масла или топливные масла.
Кроме того, кубовые остатки или остаточные загрязняющие вещества, остающиеся после получения алкиловых спиртов, представляют собой подходящую гидрофобную жидкость. Предпочтительный вид отходов - это остаток после перегонки спирта С10, температура кипения которого составляет приблизительно 250°С (482°F). Он имеет цвет от светло-желтого до желтовато-коричневого, его удельная плотность составляет приблизительно 0,862, ОН-число составляет приблизительно 90, номер SAP (SAP No.) приблизительно 50, массовый процент производных уксусной кислоты приблизительно 0,07, а карбонильных производных - приблизительно 0,5. Химически он представляет собой 57-73% мас. первичных спиртов С10-С22 с разветвленной цепью (классифицируемых как жирные спирты) и 29-41% мас. смеси длинноцепочечных сложных и простых эфиров (сложные эфиры С18-С33; простые эфиры С18-С22).
Материалы, подходящие в качестве масляной основы, можно использовать в чистом виде, или же в виде смеси, составленной в любых пропорциях. Масляная основа должна удовлетворять лишь двум требованиям: быть растворителем для жирных кислот и иметь температуру кипения, с хорошим запасом превышающую температуру горячего раствора окиси алюминия, в котором происходит осаждение (приблизительно 80°С (176°F)).
Массовое процентное содержание: общая массовая доля одного из реагентов в 100 граммах композиции или смеси. Соответствующую долю другого компонента получаем, вычитая долю первого из 100.
Процентное (%) превышение над контрольным квантильным размером частиц: обычно распределение частиц по размерам представляют тремя квантилями: d(0,1), d(0,5) и d(0,9). Таким образом, 10%, 50% и 90% частиц, соответственно, от общего объема (или массы) всех частиц имеют размер меньше, чем приведенный в таблицах. Процентное (%) превышение над контрольным квантильным размером частиц - это разница между квантильными размерами частиц, полученными в тестах с МРК и в контрольных тестах, поделенная на контрольный квантильный размер частиц.
Эффективное количество: эффективным количеством считаем любую добавку в любой дозировке, которая дает увеличение одной из трех квантилей по сравнению с контрольным образцом, куда добавку не вводили.
Повышенный выход продукта: описание ситуации, когда по окончании стадии осаждения в осадительной емкости образуется повышенное количество твердого гидроксида алюминия. Обычно на это указывает пониженная концентрация гидроксида алюминия в растворе в соответствующем сосуде.
Осадительный раствор: содержащий алюминаты раствор на стадии осаждения гидроксида алюминия в процессе получения оксида алюминия. Этот содержащий алюминаты раствор можно обозначить различными терминами, известными обычным специалистам в данной области техники, например маточный раствор, зеленый щелок, а также подаваемый осадительный раствор гидроксида алюминия.
Термин "осадительный раствор" может также включать раствор алюмината, направляемый на разложение в процессе спекания-карбонизации или на комбинированный процесс Байера и спекания; эти процессы осуществляют при помощи методов, хорошо известных специалистам в данной области, как это описано, например, в патентах США №№4256709 и 3642437 и патентах России №№2184703, 2257347 и 2181695, которые включены сюда путем ссылки на них.
Как описано в патенте США №4737352, выданном "Nalco", при осуществления изобретения на практике на него не влияют различные частные методики осаждения, включающие частные параметры процесса. Это имеет большое значение, так как в результате выходит, что вне зависимости от частных параметров процесса, поддерживаемых внутри осадительного сосуда, применение настоящего изобретения на практике требует только лишь смешения и прямого введения предлагаемой композиции.
Подаваемый осадительный раствор: осадительный раствор, который направляют в осадитель или в процесс осаждения гидроксида алюминия.
Нагретый осадительный раствор: любой раствор, участвующий в процессе получения гидроксида алюминия, имеющий уровень свободной щелочности более 50 граммов Na2CO3 на литр и температуру выше температуры окружающей среды, или выше 25°С.
Отработавший раствор: раствор, получающийся в результате удаления ценных алюминийсодержащих частиц, такой как отработавший раствор после последней стадии разделения, который возвращают обратно в обработку, проводимую в ходе процесса Байера.
Ход теста на осаждение: каждую серию экспериментов проводили с использованием свежего маточного раствора, полученного после восстановления отработавшего раствора из установки. Необходимую массу отработавшего раствора отмеряли в стакан из нержавеющей стали и уменьшали его объем выпариванием до приблизительно 30%. Затем добавляли установленную массу твердого гидроксида алюминия и перемешивали смесь до растворения последней. Этот раствор удаляли с горячей плиты, помещали на чашу весов и добавляли деионизированную воду до необходимой массы. Маточный раствор фильтровали для удаления всех нерастворимых примесей.
Все тесты на осаждение проводили в бутылках "Nalgene®" объемом 250 мл, с вращением с донышка на крышку при скорости вращения 10 оборотов в минуту, в водяном регулируемом термостате "Intronics". Маточный раствор с плотностью 1,30 кг/л (~72°С) помещали в бутылки весовым способом (200 мл=260,0 г) для повышения точности. На крышку соответствующих бутылок при помощи микрошприца дозировали добавку, учитывая общую площадь поверхности затравочных кристаллов (мг/м2), а затем бутылки помещали во вращающийся термостат при 72°С для установления равновесия (20 минут). После установления равновесия бутылки извлекали, быстро вводили в них необходимое количество затравочных кристаллов (50 г/л объема раствора) и немедленно возвращали в водяной термостат. Температуру водяного термостата устанавливали на уровне 72°С. Бутылки вращали на протяжении всей ночи в течение 15 часов.
По истечении 15 часов бутылки извлекали и для каждой из них фильтровали образец суспензии объемом 20 мл через шприцевой фильтр и подвергали раствор анализу. Для того чтобы предотвратить какое-либо последующее осаждение, к оставшейся суспензии добавляли 10 мл раствора глюконата натрия (400 г/л) и хорошо перемешивали. Твердые остатки собирали при помощи вакуумной фильтрации, тщательно промывали горячей деионизированной водой и сушили при 110°С. Распределение частиц по размерам и удельную площадь поверхности определяли на измерителе частиц "Malvern", который хорошо известен специалистам в данной области техники. Распределение частиц по размерам удобно представлять в виде трех квантилей: d(0,1), d(0,5) и d(0,9). Они представляют такой размер частиц, при котором общий объем частиц (или их масса) составляет менее приблизительно 10%, 50% и 90%, соответственно.
Предпочтительные воплощения изобретения
В одном из воплощений данного изобретения осадительный раствор включен в процесс Байера.
Предлагаемый здесь подготовленный модификатор роста кристаллов содержит жирную кислоту, масляную основу и воду.
Предлагаемые подготовленные модификаторы роста кристаллов содержат жирные кислоты в различных формах или сочетаниях форм. Например, алкильная цепь жирной кислоты может быть насыщенной, ненасыщенной, разветвленной, неразветвленной, замещенной или же представлять собой сочетание этих форм.
В одном из воплощений изобретения указанная кислота имеет углеродный скелет, который не содержит функциональных групп.
В одном из воплощений изобретения предлагаемый модификатор роста кристаллов включает смесь жирных кислот С8-С10. Подходящую смесь можно приобрести у фирмы "Procter and Gamble" под торговым названием C-810L. Эта смесь имеет среднюю молекулярную массу 154 г/моль и следующий приблизительный состав по длинам цепей жирных кислот: С6<6%, С8 53-60%, С10 34-42% и C12<2%. Специалистам в данной области техники известны многие другие промышленно выпускаемые жирные кислоты, которые пригодны для применения в настоящем изобретении. Предлагаемую МРК-композицию можно также подготовить в виде раствора смеси жирных кислот в парафиновой масляной основе и с концентрацией 150 г/л. Подходящие парафиновые масла можно приобрести у фирмы "Exxon Mobil Corporation" под торговым названием Escaid 110.
Полученные в соответствии с настоящим описанием модификаторы роста кристаллов могут содержать различные количества масляной основы.
В одном из воплощений изобретения содержание масляной основы в указанном модификаторе роста кристаллов составляет от приблизительно 15% до приблизительно 85% мас.
В другом воплощении изобретения содержание масляной основы в указанном модификаторе роста кристаллов составляет от приблизительно 20% до приблизительно 50% мас.
В еще одном воплощении изобретения содержание масляной основы в указанном модификаторе роста кристаллов составляет от приблизительно 15% до приблизительно 99% мас.
Полученные в соответствии с настоящим описанием модификаторы роста кристаллов могут содержать различные количества воды.
В одном из воплощений изобретения содержание воды в модификаторе роста кристаллов находится в интервале от приблизительно 30% до приблизительно 60% мас.
Полученный модификатор роста кристаллов эмульгируют перед его добавлением в осадительный раствор. Модификатор роста кристаллов можно получить в виде эмульсии "вода в масле" или "масло в воде". Существуют различные механизмы эмульгирования этих трех компонентов, которые известны обычным специалистам в данной области. Например, эмульсию можно создать путем механического воздействия, такого как перемешивание, химического воздействия, такого как изменение рН смеси, или же сочетанием этих способов.
Модификаторы роста кристаллов в виде микроэмульсий представляют собой форму, предпочтительную для добавления к осадительному раствору. Микроэмульсии значительно отличаются по структуре от обычных эмульсий. Обычные эмульсии состоят из отдельных капелек масла в воде или капелек воды в масле с резким переходом между этими двумя фазами. В микроэмульсиях же размер частиц меняется в интервале от 10 до 600 нм, так что они выглядят как прозрачные или опалесцентные однофазные составы.
В отличие от обычных эмульсий микроэмульсии термодинамически стабильны. Это означает, что микроэмульсии образуются спонтанно, когда компоненты приводят в контакт друг с другом, и остаются стабильными до тех пор, пока неизменны сами компоненты. Таким образом, получение микроэмульсий можно свести к простому замешиванию - без необходимости прибегать к дорогому и энергозатратному смешиванию. Кроме того, микроэмульсии не склонны к разделению или расслоению, что означает стабильность при длительном хранении. Для восстановления микроэмульсий при их замерзании или при воздействии на них высоких температур требуется лишь легкое перемешивание.
Эмульгированный модификатор роста кристаллов можно вводить в осадительный раствор различными путями. В одном из воплощений изобретения эмульгированный модификатор роста кристаллов добавляют в осадительный раствор на следующих стадиях процесса Байера: а) в подаваемый осадительный раствор, b) в суспензию затравочных кристаллов, с) напрямую в осадительную емкость, и d) сочетают эти способы добавления.
Эмульгированный модификатор роста кристаллов можно добавлять в осадительный раствор при помощи различных способов добавления. Одним из способов добавления является прямое введение.
Количество модификатора роста кристаллов, необходимое для получения требуемого эффекта, зависит от параметров процесса осаждения. Чаще всего это количество определяется площадью поверхности доступных твердых частиц гидратированного оксида алюминия в осадительном растворе. Твердые частицы включают гидроксид алюминия, введенный в качестве затравочных кристаллов, или же образовавшийся в виде новых кристаллов или агломератов во время разделения осадительного раствора. Подходящее количество модификатора роста кристаллов может находиться в интервале от приблизительно 0,01 до приблизительно 30 мг на квадратный метр доступной площади затравочных кристаллов гидроксида алюминия, а предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 15 мг на квадратный метр. В общем случае можно использовать МРК в количестве менее приблизительно 8 мг/м2.
В случае когда невозможно достаточно точно определить доступную площадь гидроксида алюминия, контролирующий осаждение технолог может дозировать модификатор роста кристаллов по объему. В этом случае количество модификатора роста кристаллов может находиться в интервале от приблизительно 0,01 до приблизительно 400 мг на литр осадительного раствора, предпочтительно от приблизительно 0,05 до приблизительно 200 мг на литр осадительного раствора. В общем случае можно использовать МРК в количестве менее приблизительно 100 мг/л.
Добавление модификатора роста кристаллов к осадительному раствору уменьшает процент образующихся в процессе Байера мелких кристаллов тригидрата окиси алюминия по существу без уменьшения общего выхода продукта и тем самым увеличивает выход кристаллов тригидрата окиси алюминия с размером частиц, оптимальным для получения металлического алюминия. Также происходит сдвиг размера оксалатных шариков в сторону более крупных размеров.
В одном из воплощений изобретения добавление эмульгированного модификатора роста кристаллов приводит к тому, что размер частиц по меньшей мере половины массы выделенных кристаллов превышает 325 меш (44-45 микрон).
В другом воплощении изобретения осаждаемые оксалатные шарики имеют размер в интервале от приблизительно 200 до приблизительно 10000 мкм.
В еще одном воплощении изобретения осаждаемые оксалатные шарики имеют размер порядка приблизительно 300 мкм.
Добавление модификатора роста кристаллов также обеспечивает более высокую эффективность процесса Байера, когда выход более крупных частиц тригидрата окиси алюминия повышен, а отделение и сбор тригидрата оксида алюминия из щелочного раствора улучшены.
Оксалатные шарики и указанные кристаллы гидроксида алюминия можно разделить при помощи различных методик разделения.
В одном из воплощений изобретения разделение проводят при помощи способа разделения, содержащего одно или более сит.
В другом воплощении изобретения разделение проводят при помощи способа разделения, содержащего один или более циклонных сепараторов.
Приведенные ниже примеры даны для того, чтобы помочь понять настоящее изобретение, и их не следует понимать как ограничение сущности и объема изобретения.
ПРИМЕР 1
Следующие тесты были проведены для подтверждения того, что в ряду композиций для роста кристаллов, использующих линейные жирные кислоты, оптимальные качества достигаются в случае использования кислоты в интервале длин цепей С8-С10. В тестах использовали процедуру осаждения, описанную выше.
Жирные кислоты с чистотой более 98% и линейной цепью в интервале длин С4-С18 были приобретены у корпорации "Sigma-Aldrich" (www.aldrich.com). Жирные кислоты включали бутановую, гексановую, октановую, декановую, тетрадекановую и октадекановую кислоты.
Зеленый щелок с соотношением А/С=0,66-0,70 был выделен из отработанного раствора Североамериканского глиноземного завода (North American alumina plant). Температура осаждения составляла 72°С, время выдержки составляло 15 часов, а количество внесенных затравочных кристаллов составляло 50 г/л. Затравкой служил тригидрат окиси алюминия С31, удельная площадь поверхности которого, определенная по методу БЭТ, составляла 0,38 м2/г.
Кристаллические композиции были получены в виде 15% растворов индивидуальных жирных кислот в 85% парафиновом растворителе, который можно приобрести у "Exxon Mobil Corporation" под торговым названием Escaid 110. Композиции с модификатором роста кристаллов были испытаны при равной дозе 3 мг на квадратный метр поверхности затравочных кристаллов (60 частей на млн (ppm) в сравнении с зеленым щелоком).
Отраженные в таблице 1 результаты показывают, что длины цепи жирной кислоты имеют значительное влияние на укрупнение зерен осажденного продукта. Удлинение углеродной цепи приводит к резкому увеличению размеров частиц продукта для жирных кислот С8 и С10, вслед за которыми следует постепенное уменьшение. Этот эффект более явно выражен для частиц меньшего размера, как это представлено квантилью d(0,1). Сходный эффект будет наблюдаться, если присутствие частиц меньшего размера измерять другой характеристикой, используемой в промышленности, такой как процентное уменьшение до фракции 325 меш (это эквивалентно 44-45 микронам).
| Таблица 1 | |||||||
| Влияние длины цепи жирной кислоты на гранулометрический состав осадка | |||||||
| Цепь | Доза (мг/м2) | Квантильный размер частиц, мкм | Превышение (%) над контр. квантильным размером частиц | ||||
| d(0,1) | d(0,5) | d(0,9) | d(0,1) | d(0,5) | d(0,9) | ||
| Контроль 1 | - | 42,7 | 69,3 | 111,1 | |||
| Контроль 2 | - | 42,9 | 69,5 | 111,3 | |||
| Среднее | 42,8 | 69,4 | 111,2 | ||||
| Бутановая (С4) | 3 | 43,1 | 69,6 | 111,0 | |||
| Бутановая (С4) | 3 | 43,0 | 69,5 | 111,2 | |||
| Среднее | 43,0 | 69,5 | 111,1 | 0,5 | 0,1 | 0 | |
| Гексановая (С6) | 3 | 43,2 | 69,9 | 112,0 | |||
| Гексановая (С6) | 3 | 43,3 | 70,0 | 112,1 | |||
| Среднее | 43,2 | 70,0 | 112,1 | 0,9 | 0,9 | 0 | |
| Октановая (С8) | 3 | 44,3 | 71,7 | 114,6 | |||
| Октановая (С8) | 3 | 44,8 | 72,4 | 115,7 | |||
| Среднее | 44,5 | 72,0 | 115,2 | 4,0 | 3,8 | 3,6 | |
| Декановая (С10) | 3 | 44,3 | 74,9 | 124,8 | |||
| Декановая (С10) | 3 | 44,9 | 74,1 | 123,3 | |||
| Среднее | 44,6 | 74,5 | 124,1 | 4,2 | 7,2 | 11,6 | |
| Тетрадекановая (С14) | 3 | 43,4 | 73,4 | 122,0 | |||
| Тетрадекановая (С14) | 3 | 43,5 | 73,6 | 122,6 | |||
| Среднее | 43,5 | 73,5 | 122,3 | 1,6 | 5,9 | 9,9 | |
| Октадекановая (С18) | 3 | 42,6 | 71,8 | 119,1 | |||
| Октадекановая (С18) | 3 | 42,7 | 72,1 | 120,2 | |||
| Среднее | 42,6 | 72,0 | 119,7 | -0,5 | 3,7 | 7,6 |
ПРИМЕР 2
Следующие результаты указывают на то, что композиции с модификатором роста кристаллов, приготовленные в виде микроэмульсий, дают характеристики, эквивалентные характеристикам, обеспечиваемым безводными композициями.
Нижеописанные композиции с модификатором роста кристаллов были испытаны в тех же самих условиях, что и в предыдущем примере.
Композиция А (безводный раствор):
15% смеси кислот С8-С10, приобретенной у фирмы "Procter and Gamble Chemicals" под торговым названием C-810L,
85% парафинового масла, приобретенного у фирмы "Exxon Mobil Corporation" под торговым названием Escaid 110.
Композиция В (микроэмульсия):
15% смеси кислот С8-С10, приобретенной у фирмы "Procter and Gamble Chemicals" под торговым названием C-810L,
30% парафинового масла, приобретенного у фирмы "Exxon Mobil Corporation" под торговым названием Escaid 110,
5% эмульгатора - этоксилированного С10-16 спирта, и
45% воды.
Таблица 2 показывает, что влияние композиции В на укрупнение зерен схоже с влиянием композиции А для всех трех перечисленных квантильных размеров частиц.
| Таблица 2 | |||||||
| Сравнение влияния композиций с МРК, приготовленных в виде углеводородных растворов и водных эмульсий, на укрупнение зерна | |||||||
| Пример | Доза МРК (мг/м2) | Квантильный размер частиц, мкм | Превышение (%) в среднем над контр. квантильным размером частиц | ||||
| d(0,1) | d(0,5) | d(0,9) | d(0,1) | d(0,5) | d(0,9) | ||
| Контроль 1 | - | 43 | 70 | 111 | |||
| Контроль 2 | - | 44 | 70 | 112 | |||
| Среднее | - | 43 | 70 | 112 | |||
| Композиция А | 3 | 47 | 75 | 119 | |||
| Композиция А | 3 | 48 | 76 | 120 | |||
| Среднее | 3 | 47 | 76 | 120 | 8 | 8 | 7 |
| Композиция В | 3 | 46 | 75 | 119 | |||
| Композиция В | 3 | 47 | 75 | 120 | |||
| Среднее | 3 | 47 | 75 | 120 | 8 | 7 | 7 |
ПРИМЕР 3
Нижеприведенные тесты были проведены для сравнения характеристик предлагаемых композиций в виде эмульсии с характеристиками промышленного продукта.
Условия проведения тестов были теми же самыми, что и раньше, за исключением того, что композиции испытывали с тремя разными дозировками.
Композиция С:
15% смеси кислот С8-С10, приобретенной у фирмы "Procter and Gamble Chemicals" под торговым названием C-810L,
30% остатка после перегонки С 10 спирта, приобретенного у фирмы "Nalco Company" под торговым названием NALCO 99DA115,
15% эмульгатора - этоксилированного пропоксилированного С14-18 спирта, приобретенного у фирмы "Nalco Company" под торговым названием NALCO 60096,
20% раствора гидроксида калия (50%),
20% воды.
Композиция D:
15% смеси кислот С8-С10, приобретенной у "Procter and Gamble Chemicals" под торговым названием C-810L,
20% остатка после перегонки С10 спирта, приобретенного у "Nalco Company" под торговым названием NALCO 99DA115,
25% эмульгатора - этоксилированного пропоксилированного С14-18 спирта, приобретенного у "Nalco Company" под торговым названием NALCO 60096,
18% раствора гидроксида калия (50%),
22% воды.
Таблица 3 показывает, что эмульсии, представленные композициями С и D, обеспечивают характеристики, обуславливающие укрупнение зерна, равные или превосходящие характеристики промышленного продукта при каждом уровне дозировки в каждой из трех перечисленных квантилей.
| Таблица 3 | |||||||
| Сравнение влияния промышленного продукта и эмульсий с МРК на укрупнение зерна | |||||||
| Пример | Доза МРК (мг/м2) | Квантильный размер частиц, мкм | Превышение (%) в среднем над контр. квантильным размером частиц | ||||
| d(0,1) | d(0,5) | d(0,9) | d(0,1) | d(0,5) | d(0,9) | ||
| Контроль 1 | - | 40,8 | 65,3 | 103,9 | |||
| Контроль 2 | - | 41,3 | 66,2 | 105,1 | |||
| Среднее | - | 41,1 | 65,8 | 104,5 | |||
| Промышленный продукт | 1 | 42,8 | 68,6 | 108,0 | 4 | 4 | 3 |
| Промышленный продукт | 3 | 44,2 | 70,2 | 111,0 | 8 | 7 | 6 |
| Промышленный продукт | 5 | 45,3 | 71,8 | 113,3 | 10 | 9 | 8 |
| Композиция С | 1 | 42,9 | 68,4 | 108,6 | 4 | 4 | 3 |
| Композиция С | 3 | 44,2 | 70,1 | 110,7 | 8 | 7 | 6 |
| Композиция С | 5 | 45,1 | 71,9 | 113,3 | 10 | 9 | 8 |
| Композиция D | 1 | 43,1 | 68,6 | 109,2 | 5 | 5 | 4 |
| Композиция D | 3 | 44,9 | 71,4 | 111,5 | 9 | 8 | 7 |
| Композиция D | 5 | 45,9 | 72,5 | 114,4 | 12 | 10 | 9 |
ПРИМЕР 4
Помимо увеличения размера частиц получаемого гидроксида алюминия усовершенствованные композиции с модификатором роста кристаллов способствуют кристаллизации оксалата натрия в шарики более крупного размера, по существу не содержащие включений гидроксида алюминия. Образование более крупных шариков способствует удалению оксалата из рабочего раствора, а чистота шариков предотвращает потерю необходимых ценных частиц алюминия.
Нижеприведенные тесты были проведены для сравнения обуславливающих кристаллизацию оксалата характеристик усовершенствованной композиции Е, приготовленной из 15% жирной кислоты C-810L и 85% остатка от перегонки С10 спирта, с характеристиками промышленного продукта.
Тесты были проведены с использованием раствора, содержащего: А 153,6 г/л, С 220,2 г/л, S 266,9 г/л, А/С 0,698 г/л.
В тестах использовали крупные и мелкие затравочные кристаллы гидроксида алюминия, приобретенного на Североамериканском глиноземном заводе, а также затравочные кристаллы С31, как показано в таблице 4.
| Таблица 4 | ||||
| Параметры образцов затравочных кристаллов | ||||
| Затравочные кристаллы | d(0,1), мкм | d(0,5), мкм | d(0,9), мкм | Удельная поверхность (метод БЭТ), м2/г |
| С31 | 4,2 | 33,5 | 79,0 | 0,0380 |
| Заводские, крупные | 50,3 | 89,0 | 149,0 | 0,0867 |
| Заводские, мелкие | 27,06 | 65,15 | 121,7 | 0,1570 |
Начальный отработанный раствор из установки содержал 3,2 г/л оксалата натрия. Для создания лучших условий для сравнения этот раствор дополнительно обрабатывали оксалатом натрия (0,5 г/л), чтобы в начале тестов получить в испытуемом растворе общую концентрацию оксалата натрия 3,7 г/л. В таблице 5 перечислены концентрации оксалата натрия в испытуемом растворе до и после тестов.
Отраженные в таблице 5 результаты показывают, что обе композиции с модификатором роста кристаллов значительно улучшили образование оксалатных шариков. Образовавшиеся в присутствии композиции Е оксалатные шарики были значительно крупнее и содержали меньше гидроксида алюминия, чем шарики, образовавшиеся в присутствии промышленного продукта.
| Таблица 5 | ||||||||
| Влияние композиции Е и промышленного продукта на осаждение оксалата | ||||||||
| № теста | МРК композиция | Доза МРК, мг/м2 (ppm) | Тип затравочных кристаллов | Кол-во затрав. кристаллов, г/л | [NaOX] в растворе до теста, г/л | [NaOX] в растворе после теста, г/л | Δ [NaOX] (до - после), г/л | Размер оксалатного шарика, мкм |
| 1 | Контроль | 0 (0) | Заводские, мелкие | 100 | 3,7 | 2,1 | 1,6 | Нет |
| 2 | Контроль | 0 (0) | Заводские крупные | 150 | 3,7 | 2,2 | 1,5 | Нет |
| 3 | Пром. продукт | 3,0 (60) | С31 | 50 | 3,7 | 2,1 | 1,6 | <200 |
| 4 | Пром. продукт | 3,8 (0) | Заводские мелкие | 100 | 3,7 | 2,2 | 1,5 | <200 |
| 5 | Пром. продукт | 4,6 (0) | Заводские крупные | 150 | 3,7 | 2,0 | 1,7 | <200 |
| 6 | Композиция Е | 3,0 (60) | С31 | 50 | 3,7 | 2,3 | 1,4 | <500 |
| 7 | Композиция Е | 3,8 (60) | Заводские мелкие | 100 | 3,7 | 2,5 | 1,2 | <500 |
| 8 | Композиция Е | 4,6 (60) | Заводские крупные | 150 | 3,7 | 2,4 | 1,3 | <500 |
СЭМ-изображения осадков показаны на Фиг.1-3. В контрольном тесте (без модификатора роста кристаллов) оксалат натрия оседал в форме иголок, включенных в тригидрат окиси алюминия, при введении как мелких, так и крупных затравочных кристаллов, как это показано на Фиг.1. Промышленный продукт вызвал образование агломератов оксалата натрия размером вплоть до 200 мкм с небольшими включениями гидроксида алюминия, как можно наблюдать на Фиг.2. В присутствии композиции Е осаждались шарики оксалата натрия размером вплоть до 500 мкм с гораздо меньшим количеством включений гидроксида алюминия, как можно наблюдать на Фиг.3. Таким образом, использование композиции Е может приводить к меньшим потерям ценных частиц алюминия во время удаления агломератов оксалата натрия.
Хотя выше изобретение было подробно описано с целью иллюстрации, следует понимать, что такая подробность служит единственно этой цели, и что специалисты в данной области могут вносить изменения, оставаясь при этом в пределах сущности и объема настоящего изобретения, за исключением тех случаев, когда ограничения может накладывать формула изобретения.
1. Способ выделения кристаллов гидроксида алюминия из осадительного раствора, представляющего собой содержащий алюминаты раствор на стадии осаждения гидроксида алюминия в процессе получения оксида алюминия или раствор алюмината, направляемый на разложение в процессе спекания-карбонизации или на комбинированный процесс Байера и спекания, включающий стадии: (а) получение модификатора роста кристаллов, включающего: (1) жирную кислоту C8-С10, ее соль или их смеси, причем атомы углерода свободны от функциональных групп, (2) масляную основу, где содержание указанной масляной основы в указанном модификаторе роста кристаллов составляет по меньшей мере приблизительно 15 мас.% и (3) воду;
(b) эмульгирование модификатора роста кристаллов, и (с) добавление эмульгированного модификатора роста кристаллов к осадительному раствору.
2. Способ по п.1, где указанный осадительный раствор включен в процесс Байера.
3. Способ по п.2, где размер частиц по меньшей мере половины массы выделенных кристаллов превышает 325 меш.
4. Способ по п.2, где содержание масляной основы в указанном модификаторе роста кристаллов составляет от приблизительно 15% до приблизительно 85 мас.%.
5. Способ по п.2, где содержание масляной основы в указанном модификаторе роста кристаллов составляет от приблизительно 20% до приблизительно 50 мас.%.
6. Способ по п.2, где содержание масляной основы в указанном модификаторе роста кристаллов составляет от приблизительно 15% до приблизительно 99 мас.%.
7. Способ по п.2, включающий подачу осадительного раствора в осадительную емкость и добавление к осадительному раствору суспензии затравочных кристаллов, в котором добавление указанного эмульгированного модификатора роста кристаллов к осадительному раствору осуществляют на следующих стадиях процесса Байера: а) в подаваемый осадительный раствор, b) в суспензию затравочных кристаллов, с) напрямую в осадительную емкость и d) сочетают эти способы добавления.
8. Способ по п.2, где содержание воды в модификаторе роста кристаллов находится в интервале от приблизительно 30% до приблизительно 60 мас.%.
9. Кристаллы гидроксида алюминия, полученные при помощи способа, включающего добавление модификатора роста кристаллов в осадительный раствор, где модификатор роста кристаллов включает (а) жирную кислоту, ее соль или их смеси, растворенные в масле, температура кипения которого превышает приблизительно 93,33°С (200°F), и эмульгированные в воде, причем длина алкильной цепи жирной кислоты составляет от C8 до С10 атомов углерода, свободных от функциональных групп, или (b) поверхностно-активную жирную кислоту, ее соль или их смеси, эмульгированные в воде, причем длина алкильной цепи указанной жирной кислоты составляет от C8 до С10 атомов углерода, и атомы углерода свободны от функциональных групп.
10. Кристаллы гидроксида алюминия, полученные посредством способа, включающего добавление модификатора роста кристаллов в осадительный раствор, где модификатор роста кристаллов включает: (а) жирную кислоту, ее соль или их смеси, где длина алкильной цепи указанной жирной кислоты составляет от C8 до С10 атомов углерода, и указанные атомы углерода свободны от функциональных групп; (b) масло, точка кипения которого превышает приблизительно 93,33°С (200°F), и в котором растворена жирная кислота; (с) эмульгатор в количестве не более приблизительно 50 мас.%; (d) средство регулирования рН; и (е) воду, в количестве от 0% до приблизительно 85 мас.%.
11. Способ по п.10, где указанный осадительный раствор включен в процесс Байера.
12. Способ выделения кристаллов гидроксида алюминия из осадительного раствора, представляющего собой содержащий алюминаты раствор на стадии осаждения гидроксида алюминия в процессе получения оксида алюминия или раствор алюмината, направляемый на разложение в процессе спекания-карбонизации или на комбинированный процесс Байера и спекания, включающий стадии: (а) получение модификатора роста кристаллов, включающего (1) жирную кислоту C8-С10, ее соль или их смеси, (2) масляную основу, где содержание указанной масляной основы в указанном модификаторе составляет по меньшей мере примерно 15 мас.%, и (3) воду; (b) эмульгирование модификатора роста кристаллов; и (с) добавление эмульгированного модификатора роста кристаллов к осадительному раствору.
13. Способ по п.12, где указанный осадительный раствор включен в процесс Байера.
14. Эмульгированный модификатор роста кристаллов, включающий: жирную кислоту C8-C10, ее соль или их смеси; масляную основу, где содержание указанной масляной основы в указанном модификаторе составляет по меньшей мере примерно 15 мас.%; и воду.
15. Процесс Байера для получения кристаллов гидроксида алюминия, включающий добавление к осадительному раствору эмульгированного модификатора роста кристаллов по п.14, представляющего собой содержащий алюминаты раствор на стадии осаждения гидроксида алюминия в процессе получения оксида алюминия или раствор алюмината, направляемый на разложение в процессе спекания-карбонизации или на комбинированный процесс Байера и спекания.
