一種拜耳法循環堿液中鈉鋁分離的方法技術

本發明專利技術涉及一種利用反應萃取技術分離拜耳法循環堿液中鈉和鋁，從而獲得幾乎不含鋁的較高濃度氫氧化鈉堿液的方法。是用溶解于脂肪醇、烷烴、或脂肪醇和烷烴混合物的、酚羥基鄰位被叔丁基取代、其它間位或對位被烷氧基、羥烷基或烷基取代的烷基酚為萃取劑，將拜耳法循環堿液中的部分鈉經反應萃取轉移至油相，并用低濃度的反萃稀釋液將油相負載的鈉轉移至水相而獲得高濃度氫氧化鈉堿液的過程。反萃后實現萃取劑的再生循環，提鈉后的萃余液可進一步分解得氫氧化鋁。該過程的萃取反萃過程可操作在拜耳法循環堿液濃度區間。本發明專利技術的應用，可為我國中低品位鋁土礦資源高效開發利用、以及我國目前堆存的2億噸赤泥資源化利用提供高分子比堿液來源。

【技術實現步驟摘要】

，涉及一種利用反應萃取技術分離循環堿液中的鈉和鋁，從而獲得幾乎不含鋁的氫氧化鈉堿液及可用于種分的低分子比鋁酸鈉溶液的方法。
技術介紹
拜耳法是全球氧化鋁生產的主要方法，全球約90%的氧化鋁采用該法生產。它主要包括兩大工序，即鋁土礦的溶出和鋁酸鈉溶液的晶種分解。但拜耳法流程目前還存在如下問題(1)由于鋁酸鈉溶液的特殊穩定性，其晶種分解不完全，只有約50%左右的分解率，使得鋁酸鈉溶液中一半的鋁在拜耳法系統循環，極大程度地限制了氧化鋁的產出率，同時循環液只有一部分有效游離堿具有溶出作用，因此產出率受限；( 我國鋁土礦資源大多為中低品位一水硬鋁石型，鋁硅比低，采用拜耳法處理時大量的氧化鋁、氧化鈉以鈉硅渣的形態進入赤泥，造成嚴重的資源浪費和生態污染。眾多氧化鋁工作者開展了高壓水化學法和水熱法回收赤泥中堿、鋁的研究工作，但這些方法要求采用分子比(分子比即為氧化鈉和氧化鋁的摩爾比)在8以上的高分子比鋁酸鈉溶液處理赤泥，而拜耳法系統中只有分子比約為3的循環堿液，因此如何經濟獲得高分子比堿液成為關鍵問題，技術關鍵為鋁酸鈉溶液中氧化鋁和氧化鈉的高效分離，獲得幾乎不含鋁的高分子比的氫氧化鈉堿液。為獲得高分子比的鈉堿液，目前主要方法有(1)蒸發結晶法，將種分母液蒸發到堿濃度500g/L以上，使鋁以鋁酸鈉晶體析出，同時制得高分子比堿液，但此法蒸發水量大 (12t &0/tAl203)，能耗高；( 水合鋁酸鈣法，是向種分母液中添加石灰，使鋁生成水合鋁酸鈣沉淀從而制備高分子比的鋁酸鈉溶液，水合鋁酸鈣返回鋁土礦溶出工序回收鋁，或將水合鋁酸鈣經碳堿溶出后經碳分制取氧化鋁，但該過程只適于處理堿濃度較低的溶液；(3) 醇解法，添加一定量的晶種，采用甲醇深度分解種分母液，使種分母液中的鋁以氫氧化鋁析出，但目前僅處于實驗室研究階段，且甲醇回收代價高。鋁酸鈉循環堿液中鈉鋁分離有采用液液萃取方法的研究報道。中國專利 ZL200610000862. X對美國橡樹嶺國家實驗室針對處理核廢物時堿回收采用的萃堿體系進行了全面分析，并在此基礎上提出采用取代烷基碳鏈長度為13-18的烷基酚為主體萃取劑在60-100度的萃鈉技術。然而，經分析和實驗驗證，仍然存在如下問題(1)萃取溫度較高，高溫不利于萃取反應的進行，并且升高溫度會增大萃取劑的溶解損失；( 萃取和反萃是逆過程，萃取容易則反萃難，反之亦然。如萃取劑酸性強，甚至可萃取較低堿濃度體系中的鈉，但反萃只能獲得低濃度的堿液；如萃取劑酸性弱，反萃可以獲得較高堿濃度的堿液， 但只能用于萃取較強堿濃度體系中的鈉。C13-C18烷基酚酸性仍然較強，其為主體萃取劑的有機體系對氫氧化鈉濃度110g/L的堿液體系萃取效果就比較顯著；但由于我國拜耳法系統一般在氫氧化鈉濃度220-400g/L之間操作，因此C13-C18烷基酚體系反萃時難以獲得高濃度氫氧化鈉的反萃液，將帶來額外的蒸發能耗。
技術實現思路
本專利技術的目的是為突破現有技術存在的不足，對萃取體系，主要是萃取劑，進行進一步改性。通過萃取劑結構的優化設計，改變萃取劑的萃取性能，使其適于在拜耳法操作的堿濃度區間進行萃取和反萃。在較低溫度下，通過鈉在油相的轉移調整，使鋁酸鈉循環堿液中的分子比降至氫氧化鋁種分要求，負載油相反萃獲得幾乎不含鋁的高分子比和高濃度的堿液，實現反萃液高效循環。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的。—種拜耳法循環堿液中鈉鋁分離的方法，是采用具有某特定結構特征的有機物與循環堿液接觸，使其中的部分鈉轉移至油相，從而調整原堿液中的分子比，經多次接觸后降至氫氧化鋁可種分析出的最大值，飽和了鈉的油相則與稀堿液接觸獲得較高濃度堿液作為出口的方法。其特征在于該方法的操作過程包括(a)用不溶于水的脂肪醇、烷烴、或脂肪醇和烷烴混合物為稀釋劑，用不溶于水、溶解于脂肪醇或者烷烴的、酚羥基鄰位被具空間位阻的叔丁基取代、其它間位或對位被烷氧基、羥烷基或烷基取代的烷基酚為萃取劑；用稀釋劑稀釋的一定濃度萃取劑的有機體系與鋁酸鈉溶液在20-60°C按照油水比1-10 1攪拌接觸5-30分鐘；(b)反應結束后，將步驟(a)獲得的混合液恒溫靜置分層；(c)步驟(b)分離出來的油相與步驟(d)獲得的低濃度堿液在20-60°C按照油水比1-10 1攪拌接觸5-30分鐘；(d)步驟(C)結束后，將油水混合液恒溫靜置分層；分離出來的水相為幾乎不含鋁的氫氧化鈉堿液，將其部分稀釋后返回至步驟(c)，其余作為本分離系統出口 ；油相重新返回步驟(a)循環利用；(e)將步驟(b)分離出來的水相重新按照步驟(a)至步驟(d)的順序循環，當步驟(b)得到的水相分子比在1.6以下時，停止循環，此水相作為本分離系統另一出口，用于進一步分解獲得氫氧化鋁。本專利技術的方法，其特征在于稀釋劑為C6-C11的脂肪醇、C6-C16的烷烴、或C6-C11 的脂肪醇和C6-C16的烷烴混合物。本專利技術的方法，其特征在于烷基酚萃取劑的其它間位或對位被碳原子數為13-16 的烷基部分取代或完全取代。本專利技術的方法，其特征在于萃取劑濃度為0. 5-2. 5摩爾/升。本專利技術的方法，其特征在于鋁酸鈉溶液的成分特征為氫氧化鈉濃度250_450g/ L，分子比 2. 0-4. 0。本專利技術的方法，其特征在于反萃前液為稀釋至氫氧化鈉50_130g/L的反萃稀釋液。，是對國內外已有研究基礎的改進和創新；采用脂肪醇、烷烴或者脂肪醇和烷烴混合物稀釋的具有特定結構的烷基酚為萃取劑，萃取分離循環堿液中的鈉，從而調整分子比至氫氧化鋁可種分要求；此結構的烷基酚利用鄰位叔丁基基團的空間位阻、以及其它間位和對位烷基、烷氧基或羥烷基的疏水性能，調整萃取劑的萃取性能，驗證了其萃取平衡等溫線曲線特征優于國外內已有研究結果的特性，可用于本專利技術針對的中高濃度的拜耳循環堿液體系，萃取效率高，油相可反萃獲得較高濃度的、幾乎不含鋁的氫氧化鈉液作為系統出口，終萃余液可通過種分進一步提取氫氧化鋁。本專利技術的應用，可為我國中低品位鋁土礦資源高效開發利用、以及我國目前堆存的2億噸赤泥資源化利用提供高分子比堿液來源。具體實施方案將氫氧化鈉濃度250_450g/L、分子比2. 0-4. 0的鋁酸鈉溶液放置在萃取槽中； 用C6-C11的脂肪醇、C6-C16的烷烴、或脂肪醇和烷烴混合物為稀釋劑，用鄰位被叔丁基取代、其它間位或對位被烷氧基、羥烷基或C13-C16的烷基取代的烷基酚為萃取劑；稀釋劑稀釋的萃取劑有機體系與鋁酸鈉溶液在萃取槽中攪拌接觸5-30分鐘，控制萃取溫度為 20-60°C，萃取油水體積比1-10 1;反應結束后，進行保溫靜置實現油水分離；分離出來的油相與50-130g/L的反萃稀釋液在20-60°C按照油水比1-10 1攪拌接觸5_30分鐘；再進行保溫靜置油水分離操作；油相返回至萃取系統循環利用，反萃堿液部分稀釋做反萃前液循環，部分作為系統出口 ；萃取步驟油水分離獲得的萃余液繼續萃取，直至分子比降至1.6 以下后亦作為萃取系統出口，進一步提取氫氧化鋁。下面結合實例對本專利技術的工藝作進一步的說明。實施例1用C8-C10的脂肪醇稀釋的2mol/L的2_叔丁基_5_甲氧基苯酚(CAS 19545-75-6)作為萃取劑在50°C萃取NaOH濃度為400g/L、分子比為3.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種拜耳法循環堿液中鈉鋁分離的方法，其特征在于該方法的操作過程包括：（ａ）用不溶于水的Ｃ６－Ｃ１１的脂肪醇、Ｃ６－Ｃ１６的烷烴、或Ｃ６－Ｃ１１的脂肪醇和Ｃ６－Ｃ１６的烷烴混合物為稀釋劑，用不溶于水、溶解于脂肪醇或者烷烴的、酚羥基鄰位被具空間位阻的叔丁基取代、其它間位或對位被烷氧基、羥烷基或Ｃ１３－Ｃ１６的烷基部分取代或完全取代的烷基酚為萃取劑；用稀釋劑稀釋的、萃取劑濃度為０．５－２．５摩爾／升的有機體系與氫氧化鈉濃度為２５０－４５０ｇ／Ｌ、分子比為２．０－４．０的鋁酸鈉溶液在２０－６０℃按照油水比１－１０∶１攪拌接觸５－３０分鐘；（ｂ）反應結束后，將步驟（ａ）獲得的混合液恒溫靜置分層；（ｃ）步驟（ｂ）分離出來的油相與步驟（ｄ）獲得的氫氧化鈉稀堿液在２０－６０℃按照油水比１－１０∶１攪拌接觸５－３０分鐘，使得步驟（ｂ）獲得的負載油相中的鈉洗下來，實現萃取劑的再生；（ｄ）步驟（ｃ）結束后，將油水混合液恒溫靜置分層；分離出來的水相為幾乎不含鋁的氫氧化鈉堿液，將其部分稀釋至５０－１３０ｇ／Ｌ的氫氧化鈉稀堿液后返回至步驟（ｃ），其余作為本萃?。摧头蛛x系統出口；油相重新返回至步驟（ａ）循環利用；（ｅ）將步驟（ｂ）分離出來的水相重新按照步驟（ａ）至步驟（ｄ）的順序循環，當步驟（ｂ）得到的水相分子比在１．６以下時，停止循環，此水相作為本萃?。摧头蛛x系統另一出口，用于進一步分解獲得氫氧化鋁。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭詩禮，張盈，王曉輝，馬淑花，王少娜，杜浩，張懿，
申請(專利權)人：中國科學院過程工程研究所，
類型：發明
國別省市：11