СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЩЕЛОКА ПРОЦЕССА БАЙЕРА Российский патент 2002 года по МПК C01F7/06 C02F5/12 

Процесс Байера, используемый для очистки боксита в процессе получения алюминия, хорошо известен. Это наиболее широко используемый в мире способ и детали его технологического оформления известны.

В процессе переработки бокситов способом Байера образуются некоторые нерастворимые вещества, которые отлагаются на стенках используемых в этом процессе устройств и оборудования, таких как трубы, автоклавы, насосы, теплообменники, отстойники, фильтры и т.п. В число этих веществ входят титанаты, силикаты, тригидраты и т.п. Силикаты в виде нерастворимых алюмосиликатов натрия часто называют ПДС, продуктами десиликатизации. Эти вещества отличаются от заводских или рудных и, помимо того, что они существуют в виде отложений, присутствуют в загрязняющих количествах в различных технологических потоках. Наличие этих веществ является отрицательным с точки зрения осуществления процесса Байера, т.к. они приводят к технологическим потерям. Кроме того, образование отложений на оборудовании, устройствах и т.д., например, на стенках трубок теплообменников, автоклавов, отстойников, фильтров и трубопроводов значительно снижает их производительность, поскольку прохождение технологических потоков по трубопроводам значительно затрудняется и снижается теплоперенос в технологическом потоке. В настоящее время удаление отложений осуществляется вручную, с помощью отбойных молотков, динамита и т. п., что является довольно дорогостоящим.

Промышленные предприятия явились инициаторами в нахождении путей решения проблемы отложений, например растворением, осаждением и т.д., и путем модификации условий осуществления некоторых стадий процесса Байера.

Например, в Европейской патентной заявке 0582399 А2 говорится об использовании соединений аммония, соединений ароматических аминов и других соединений аминов, все из которых имеют определенную формулу, с целью изменения кремнийсодержащих материалов в процессе Байера. Примерами таких добавок являются гидроксид тетраметиламмония; аминотри(метилен)фосфорная кислота; трипропиламин и т. п. Аналогично в заявке Европейского патентного ведомства 0586070 А2 для изменения кремнийсодержащих материалов в технологических жидкостях процесса Байера используют полимерные соединения четвертичного аммония и полиаминные соединения, такие как поли DADMAC и полиакриламиды.

Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к использованию полимеров, содержащих группы гидроксамовой кислоты или ее солей, имеющих средневесовую молекулярную массу примерно от 1000 до менее примерно 10000, для обработки щелоков процесса Байера, содержащих образующие отложения компоненты, чтобы изменить морфологию указанных компонентов и/или образующихся из них отложений, уменьшив таким образом количество образующихся отложений и/или облегчив удаление существующих отложений в устройствах и оборудовании процесса Байера.

Использование содержащих гидроксамовые группы полимеров с целью исключения образования отложений за счет осаждения соединений щелочноземельных металлов, как то, содержащих ионы кальция, бария и т.п. из жидких сред, описано в патенте США 4532046. Однако заявители не указывают на то, что эти полимеры могут быть использованы для обработки щелоков процесса Байера, которые содержат титанаты, силикаты и т.п. и которые имеют высокие температуру и рН, например свыше 14.

Также известно, что полимеры гидроксамовой кислоты используют, например, в качестве ингибитора жестких промышленных охлаждающих вод, см. патент США 5308498; однако ингибирование коррозии железа и стали также связано с наличием соединений щелочноземельных металлов, например, содержащих ионы кальция, магния и т.п.

Кроме того, высокомолекулярные полимеры, содержащие группы гидроксамовой кислоты или ее солей, известны как эффективные флоккулянты процесса Байера, используемые для удаления суспендированных твердых веществ, см., например, патент США 4767540. Однако в этом патенте нет указаний на то, что раскрытые в нем полимеры являются эффективными с точки зрения изменения структуры накипи или ингибирования образования отложений.

Описание изобретения, включая предпочтительные варианты его осуществления
Настоящее изобретение заключается в способе обработки щелока процесса Байера, содержащего образующие отложения компоненты, который заключается в том, что в суспензионный смеситель процесса Байера, автоклав, расширитель или входящий в него загрузочный или рециркулируемый поток добавляют эффективное количество ингибирующего процесс образования отложений или модифицирующего отложения полимера, содержащего группы гидроксамовой кислоты или ее соли, со средневесовой молекулярной массой выше примерно 10000.

Указанный рециркуляционный поток представляет собой отработанный щелок.

Полимеры, содержащие группы гидроксамовой кислоты или ее соли, могут быть различными и должны быть достаточно стабильны и сохранять свою эффективность при высоких температурах, например, в пределах 100-290^oС, и сильнощелочной среде, например, при общем содержании щелочи в расчете на эквивалент карбоната натрия от 80 до 400 г/л.

Может быть использован любой водорастворимый полимер, содержащий группы гидроксамовой кислоты или ее соли, особенно те полимеры, которые содержат боковые группы формулы

где R представляет собой атом водорода или катион. Эти полимеры могут представлять собой производные полимеров, содержащих боковые сложноэфирные, амидные, ангидридные, нитрильные и т.д. группы, по реакции их с гидроксиламином или его солями.

Примеры полимеров, которые могут быть использованы для такой химической реакции с целью прививки к ним боковых групп гидроксамовой кислоты или ее соли, включают полимеры на основе сложных эфиров акриловой, метакриловой, кротоновой и др. кислот, как, например, те, что получают из метилакрилата, этилакрилата, трет-бутилакрилата, метилметакрилата, этил-метакрилата, циклогексилметакрилата, диметиламиноэтилакрилата, метилкротоната и т.п.; полимеры на основе малеинового ангидрида и его сложных эфиров; нитрильные полимеры, например, полученные из акрилонитрила, метакрилонитрила и т.п.; акриламидные полимеры, как, например, те, что получают из акриламида, метакриламида и т.п., или тройные сополимеры вышеуказанных сложных эфиров, нитрилов и амидов и т.д.

Полимеры, содержащие группы гидроксамовой кислоты или ее соли, хорошо известны и описаны в патентах США 3345344, 4480067, 4532046, 4536296 и 4587306, которые все включены в данную заявку в качестве ссылок. Общая методика их получения включает взаимодействие полимера, содержащего боковые реакционноспособные группы, в растворе с гидроксиламином или его солями при температуре, лежащей в диапазоне примерно от 10^oС до 100^oС, в течение нескольких часов при повышенном значении рН. Таким образом, примерно от 1 до 90% доступных реакционноспособных групп полимера может быть замещено группами гидроксамовой кислоты или ее соли. Гидроксамовый полимер, помимо возможности его использования в виде водного раствора, может быть использован в виде латекса или обратной эмульсии. Например, водный раствор акриламида или акриламида и сомономера, например, акриловой кислоты, можно добавить к углеводородному маслу в присутствии соответствующего эмульгатора с целью получения эмульсии типа "вода-в-масле", в которой масло является дисперсионной средой, а раствор мономера представляет собой дисперсную фазу. Полимеризация полимера приводит к образованию эмульсии типа "вода-в-масле", в которой масло представляет собой дисперсионную среду, а раствор полимера является дисперсной фазой. Последующее гидроксамирование полимера приводит к образованию эмульсии гидроксамового полимера типа "вода-в-масле", которая может быть использована как таковая при осуществлении настоящего изобретения или обращена в воду с образованием разбавленного водного раствора гидроксамового полимера, который может быть применен в настоящем изобретении.

Используемые при осуществлении настоящего изобретения полимеры должны иметь степень гидроксамирования примерно от 1 до 90 мол.%, предпочтительно примерно от 5 до 75 мол.%, и наиболее предпочтительно - примерно от 10 до 50 мол.%.

Приемлемые соли гидроксиламина включают сульфаты, сульфиты, фосфаты, перхлораты, гидрохлориды, ацетаты, пропионаты и т.п., рН реакционной среды доводят до величин примерно 3-14, предпочтительно более 7,0, с помощью добавления к раствору кислоты или основания.

При осуществлении настоящего способа может быть использован любой водорастворимый полимер при условии, что после гидроксамирования он действует таким образом, что изменяет морфологию существующего отложения или образующий отложение компонент в жидкости, уменьшая таким образом количество образовавшегося отложения и/или облегчая удаление существующего отложения в устройствах и оборудовании процесса Байера. Предпочтительными полимерами являются сополимеры (алк)акриламида с акриловой кислотой, акрилатом натрия, метакриловой кислотой, метакрилатом и т.п., взятых в количестве до 95 мол.%.

Средневесовая молекулярная масса полимеров, используемых при осуществлении настоящего изобретения, должна быть выше примерно 10000, предпочтительно выше примерно 100000, наиболее предпочтительно - выше примерно миллиона, и еще более предпочтительно - выше 10 миллионов.

Гидроксамовый полимер может быть непосредственно введен в устройство, оборудование и т.п., в котором необходимо ингибировать, модифицировать и т. д. процесс образования отложений, например, в суспензионные смесители, автоклавы, расширители. Однако предпочтительно вводить гидроксамовый полимер во входящий поток или рециркуляционный поток или поток, поступающий в любые из этих устройств или установок.

Количество добавляемого гидроксамового полимера зависит в основном от содержания обрабатываемого щелока, и обычно все, что требуется, это количество его, обеспечивающее ингибирование образования отложения. Однако обычно следует использовать не менее примерно 0,1 мг гидроксамового полимера на литр щелока, предпочтительно - не менее примерно 1,0 мг/л.

Могут быть использованы большие или меньшие количества гидроксамового полимера, чем указаны выше, и все это входит в объем притязаний настоящего изобретения.

Представленные ниже примеры даны только с целью пояснения сущности настоящего изобретения и не ограничивают объема его притязаний, за исключением объема, охватываемого приведенной ниже формулой изобретения. Все части и проценты являются массовыми, если это специально не указывается.

Пример 1
Титанатные отложения
Серию лабораторных варок провели в присутствии различного количества гидроксамовых полимеров, добавленных к приготовленной суспензии. Для каждой варки 125 г боксита помещали в варочный котел вместе с одним литром варочного щелока установки по производству оксида алюминия, имеющего удельную плотность 1,269 г/л, и различными количествами гидроксамового полимера. Гидроксамовый полимер имел средневесовую молекулярную массу примерно 350000 и содержал примерно 65% гидроксамовых функциональных групп. Варочный котел закрыли и нагрели до 143^oС в течение 15 мин. После охлаждения примерно до 90^oС варочный котел открыли и полученные суспензии отфильтровали. Фильтраты поместили в емкости для хранения и следили за образованием отложений на стенках емкости для хранения. Полученные результаты представлены в табл.1.

Пример 2
Уменьшение количества титанатного отложения
Небольшие количества рутила (8 мг) и отходы флотации глины, содержащие анатаз (148 мг), добавили приблизительно к 30 мл отработанного щелока процесса Байера и кипятили в течение 1 ч. Пробу объемом 10 мл из каждого опыта профильтровали через микропористый фильтр примерно 45 микрон наряду с холостой пробой и в каждые 20 мл оставшихся растворов добавили 0,5 мл 0,1% гидроксамового полиакриламида (HP) с молекулярной массой примерно 500000 и кипятили еще в течение 20 мин. Отфильтровали еще 10 мл и профильтрованные образцы проанализировали на содержание Ti (табл.2).

Величины содержания Ti 0,4 и 0,6 близки к пределам растворимости Ti в этой системе. Более высокие значения в обработанных HP растворах показывают, что титан стабилизирован в растворе и будет иметь меньшую тенденцию к осаждению в технологическом оборудовании в виде титанатных отложений.

Изобретение предназначено для уменьшения количества отложений в процессе Байера. Способ заключается в обработке щелока процесса Байера, содержащего образующие отложения компоненты, путем добавления в суспензионный смеситель, автоклав, расширитель или входящий в него загрузочный или рециркулируемый поток процесса Байера эффективного количества полимера, содержащего группы гидроксамовой кислоты или ее соли и имеющего средневесовую молекулярную массу выше примерно 10000, эффективно ингибирующего образования или модифицирующего отложения. Изобретение позволяет снизить количество титановых отложений в процессе Байера. 6 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ обработки щелока процесса Байера, содержащего образующие отложения компоненты, предусматривающий добавление в суспензионный смеситель, автоклав, расширитель, или входящий в него загрузочный или рециркулируемый поток процесса Байера эффективного количества полимера, содержащего группы гидроксамовой кислоты или ее соли и имеющего средневесовую молекулярную массу выше примерно 10000, эффективно ингибирующего образование или модифицирующего отложения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный полимер добавляют в суспензионный смеситель. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный полимер добавляют во входящий поток автоклава. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный полимер добавляют в поток, направляемый по рециклу в автоклав. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный рециркуляционный поток представляет собой отработанный щелок. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная средневесовая молекулярная масса полимера составляет более 1 млн. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная средневесовая молекулярная масса полимера составляет более 10 млн.