ЭМУЛЬСИИ ТИПА "ВОДА В МАСЛЕ В ВОДЕ" ГИДРОКСАМАТНЫХ ПОЛИМЕРОВ И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК B01D21/01 C02F1/56 C01F7/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к флокулянтам и способам их применения и, более конкретно, к флокулянтам в виде эмульсии гидроксаматного полимера и к способам флокулирования твердых частиц в промышленных обрабатываемых потоках. Флокулянты и способы настоящего изобретения находят применение в таких промышленных способах, как способ Байера извлечения оксида алюминия из бокситной руды.

Предпосылки создания изобретения

Промышленные способы, которые используют жидкую среду, наиболее часто используют технологию разделения твердые частицы - жидкость. В случае водных систем часто используются флокулянты для улучшения способа разделения. Указанные способы осуществляются в различных отраслях, таких как выделение минеральных твердых материалов из водных систем, получение пульпы и бумаги и обработка бумажных отходов, а также обработка промышленных и городских отходов. В настоящее время флокулянты изготавливаются и продаются либо как твердые порошковые формы, которые трудны для растворения, либо как жидкие формы, которые являются более легкими в обращении и применении. Жидкие формы включают эмульсии типа «вода в масле» водорастворимых полимеров. Они используются в течение многих десятилетий в различных промышленных применениях. Однако указанные формы продукта имеют некоторые недостатки. Одна из проблем использования формы продукта типа «вода в масле» имеет место, когда встречаются низкие температуры (ниже температуры замерзания эмульсии). Часто эмульсия типа «вода в масле» становится обращенной в процессе оттаивания, образуя нерастворимые гели, которые превращают продукт в неиспользуемый. Водные растворы водорастворимых полимеров также имеют тенденцию к замерзанию при выдержке при низких температурах, делая их неподходящими для неблагоприятного климата. Формы эмульсии типа «вода в масле» также страдают от необходимости предварительного разбавления в водной среде перед использованием, таким образом, вводя дополнительные затраты на емкости для хранения и специальное оборудование растворения. Когда способом является способ Байера, стадия предварительного разбавления приводит к дополнительной проблеме, поскольку она вводит воду в способ, делая необходимым введение дополнительной каустической соды для того, чтобы поддержать щелочность системы.

Поэтому имеется необходимость в улучшенных формах продукта флокулянта, которые могут использоваться в промышленных способах с преодолением указанных недостатков.

Способ Байера почти везде используется для получения оксида алюминия из боксита. В данном способе необработанная бокситная руда сначала обрабатывается раствором каустической соды при температуре в интервале 140-250°C. Это дает в результате растворение (варку) большей части алюминийсодержащих минералов, особенно тригидрата оксида алюминия Al(OH)₃ (гибсита) и моногидрата алюминия - бемита, с получением перенасыщенного раствора алюмината натрия (полный щелок). Получаемые концентрации растворенных материалов являются очень высокими, причем концентрации гидроксида натрия составляют более 150 г/л, а растворенного оксида алюминия - более 120 г/л. Любые нерастворенные твердые частицы, обычно оксиды железа, которые известны как красный шлам, затем отделяются физически от алюминатного раствора. Обычно для улучшения осаждения и удаления мелких твердых частиц используется полимерный флокулянт. Оставшиеся суспендированные твердые частицы удаляются стадией фильтрации. Отфильтрованный прозрачный раствор или щелок охлаждают и вводят в него в качестве зародышеобразователя тригидрат оксида алюминия с осаждением части растворенного оксида алюминия. После осаждения оксида алюминия указанный истощенный или израсходованный щелок повторно нагревают и повторно используют для растворения более свежего боксита.

В осветленный натрийалюминатный щелок вводят в качестве зародышеобразователя кристаллы тригидрата оксида алюминия, чтобы вызвать осаждение оксида алюминия в форме тригидрата оксида алюминия Al(OH)₃. Частицы или кристаллы тригидрата оксида алюминия затем отделяются от концентрированного каустического щелока. Кристаллы тригидрата оксида алюминия обычно отделяются от щелока, в котором они образуются, осаждением и/или фильтрацией. Крупные частицы осаждаются легко, но мелкие частицы осаждаются медленно, давая потери выхода. Мелкие частицы также могут забивать фильтры. Мелкие частицы тригидрата оксида алюминия, которые не осаждаются легко, наиболее часто рециклируются обратно на варку с израсходованным щелоком. Неизвлеченный тригидрат оксида алюминия затем повторно варится и повторно осаждается во втором цикле способа Байера, излишне затрачивая энергию и снижая способность экстрагировать оксид алюминия израсходованного щелока. Поэтому весьма желательно осаждать как много больше тригидрата с тем, чтобы ограничить вредные последствия указанных проблем.

Канадский патент № 825234, октябрь 1969 г., использует декстран, сульфат декстрана и комбинации с анионными солями для улучшения флокуляции и фильтрации тригидрата оксида алюминия из его щелочных растворов. Патент США № 5041269, август 1991 г. (Moody et al.) использует флокулянт для извлечения кристаллов тригидрата оксида алюминия, содержащий комбинацию декстрана или некоторых других полисахаридов вместе с анионным полимерным флокулянтом, включающим акриловый мономер.

Предусмотренный декстран, однако, является плохим флокулянтом для кристаллов, дающим плохое осветление надосадочной жидкости.

Патент США 4767540 описывает использование гидроксаматных полимеров для флокулирования суспендированных твердых частиц в способе Байера.

Заявка на Австралийский патент AU-B-46114/93 описывает использование некоторых гидроксаматных полимеров для осветления твердых частиц гидрата в способе Байера.

US 6608137 описывает эмульсии типа "вода в масле" гидроксаматных полимеров. Указанные полимеры должны сначала растворяться и предварительно разбавляться в водной среде (часто в щелоке способа Байера) перед тем, как они могут быть введены в осаждаемый/осветляемый щелок способа Байера.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание новых композиций с высокими характеристиками, дисперсий типа "вода в масле в воде" водорастворимых полимеров, которые могут вводиться непосредственно в промышленные обрабатываемые потоки, такие как потоки способа Байера, без предварительного разбавления, таким образом, исключая необходимость в дорогостоящих сосудах для хранения и связанного с этим насосного и разбавительного оборудования. Эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматных полимеров настоящего изобретения также показывают улучшенную стабильность при хранении по сравнению с существующими растворами и эмульсиями типа "вода в масле" полимеров, особенно при воздействии экстремальных условий низкой температуры.

Также задачей настоящего изобретения является создание более эффективного способа Байера, в котором флокуляция, осаждение, осветление и отделение твердых частиц способа Байера, включая тригидрат оксида алюминия и твердых частиц красного шлама, из обрабатываемых потоков улучшается при введении в обрабатываемый поток эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера.

Указанные и другие задачи настоящего изобретения описаны подробно ниже.

Подробное описание изобретения

В одном варианте настоящее изобретение предусматривает композицию эмульсии типа "вода в масле в воде" водорастворимого полимера, в которой непрерывная водная или водяная фаза состоит из водного раствора водорастворимой соли. Предпочтительно, эмульсия типа "вода в масле в воде" представляет собой эмульсию типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера. Прерывной фазой является эмульсия типа "вода в масле" водорастворимого полимера, предпочтительно, водорастворимого гидроксаматного полимера. Термины «эмульсия», «микроэмульсия» или «дисперсия» используются тождественно с указанием, что полимер присутствует в форме небольших частиц или капель, диспергированных в масляной фазе эмульсии типа "масло в воде". Размер частиц может составлять от 0,01 мкм до 50 мкм, и они могут быть в форме микроэмульсии или микродисперсии. Частицы могут также содержать мало или немного воды в интервале от 0 до 90% остального полимера. Предпочтительно, размер частиц находится в интервале 0,05-10 мкм. Эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера могут быть получены смешением эмульсии или дисперсии типа "вода в масле" гидроксаматного полимера с водным или водяным раствором водорастворимой соли. Водорастворимой солью может быть любая соль, которая предотвращает растворение полимера. Предпочтительно, соль представляет собой соль, содержащую алюминий или кальций.

Согласно другому аспекту данного изобретения предусматривается улучшенный способ флокуляции, осветления и отделения твердых частиц от промышленного обрабатываемого потока, содержащий введение в обрабатываемый поток эмульсии, или дисперсии, типа "вода в масле в воде" водорастворимого полимера. Когда обрабатываемым потоком является поток способа Байера, твердые частицы состоят из красного шлама (отходов) или твердых частиц тригидрата оксида алюминия (продукта). Эмульсия, или дисперсия, типа "вода в масле в воде" водорастворимого полимера вводится в количестве, эффективном для улучшения осветления указанного обрабатываемого потока, при снижении количества суспендированных твердых частиц, присутствующих в надосадочной жидкости. Когда обрабатываемым потоком является поток способа Байера, предпочтительным флокулянтом является эмульсия типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера, но может включать другие флокулянты, таки как полимеры акриловой кислоты.

Гидроксаматные полимеры являются хорошо известными специалистам в данной области техники и специально рассматриваются, когда являются способами их получения, в заявке на патент Соединенного королевства 2171127 и в патентах США №№ 3345344, 4480067, 4532046, 4536296 и 4587306, 4767540 и 6608137, которые поэтому приводятся здесь в качестве ссылки. Обычно указанные гидроксаматные полимеры могут быть получены взаимодействием боковых реакционных групп в растворе с гидроксиламином или его солью при температуре в интервале от примерно 50°C до 100°C. От примерно 1 до 90% доступных реакционных групп полимера могут быть замещены гидроксамовыми группами в соответствии с указанными методиками.

Эмульсии типа "вода в масле в воде" полимеров данного изобретения могут быть получены при введении в раствор водорастворимой соли эмульсии типа "вода в масле" полимера, наиболее предпочтительно, гидроксаматного полимера. Предпочтительно, порядок введения может быть обратимым, т.е. водный раствор водорастворимой соли может быть введен в эмульсию типа "вода в масле" полимера, который является, наиболее предпочтительно, гидроксаматным полимером. Альтернативно, порядок введения может быть обратным, т.е. водный раствор водорастворимой соли может быть введен в эмульсию типа "вода в масле" гидроксаматного полимера. Предпочтительно, полимером является гидроксаматный полимер, когда обрабатываемым субстратом является поток способа Байера. Способы получения эмульсии типа "вода в масле" гидроксаматного полимера описаны в US 6608137, который поэтому приводится здесь в качестве ссылки. Обычно полимер главной цепи получается при образовании эмульсии типа "вода в масле" водорастворимого мономера, такого как акриламид, при диспергировании мономерной фазы в масле и надосадочной фазе и проведении полимеризации в отсутствие кислорода традиционной технологией полимеризации, например, при введении редокс-инициаторов, термических инициаторов, например, азо-инициаторов, или при применении УФ-излучения в присутствии УФ-инициаторов. Полимерная главная цепь затем взаимодействует с гидроксиламином с образованием гидроксаматного полимера. Концентрация гидроксаматного полимера, присутствующего в эмульсии типа "вода в масле" гидроксаматного полимера, может находиться в интервале от 1 до 60%, обычно в интервале от 10 до 30%. Концентрация соли, присутствующей в водном растворе, должна быть такой, как при предварительном растворении гидроксаматного полимера. Предпочтительный интервал концентрации водорастворимой соли составляет от 0,1 до 10% по отношению к эмульсии типа "вода в масле в воде". Наиболее предпочтительно, интервал составляет 1-5%. Подходящие водорастворимые соли включают алюминат натрия, сульфат натрия, хлорид натрия, хлорид калия и т.п. Соли алюминия являются предпочтительными. Отношение эмульсии типа "вода в масле" гидроксаматного полимера к водному раствору водорастворимой соли, которая используется для получения дисперсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера, может находиться в интервале от 1:99 до 99:1, предпочтительно, от 10:90 до 90:10, наиболее предпочтительно, 20-50%.

Может использоваться любая эмульсия "вода в масле" гидроксаматного полимера. Гидроксамовые полимеры или гидроксаматные полимеры являются хорошо известными в технике и могут быть получены послеполимеризационным получением производного из полимеров, содержащих боковые реакционные группы, такие как боковые сложноэфирные, амидные, ангидридные и нитрильные группы и т.п., при их взаимодействии с гидроксиламином или его солью при температуре в интервале от примерно 20°C до примерно 100°C в течение нескольких часов. Мономеры, подходящие для получения предшественника полимеров, включают акриламид и сложные эфиры (мет)акриловой кислоты, такие как метилакрилат. От примерно 1 до 90 мол.% доступных реакционных групп предшественника полимера могут быть замещены гидроксамовыми группами в соответствии с указанными методиками. Такое послеполимеризационное получение производного может осуществляться в эмульсии типа "вода в масле" или в дисперсной форме, как описано в US 6608137. Молекулярная масса гидроксаматного полимера может находиться в интервале от 1000 до 50х10⁶. Гидроксаматный полимер, предпочтительно, имеет средневесовую молекулярную массу не менее примерно 0,1 млн, предпочтительно, с ХВ примерно 0,5-40 дл/г при измерении в 1М NaCl при 30°C.

Степень гидроксамации может находиться в интервале от 1 до примерно 90 мол.% и, предпочтительно, в интервале от примерно 5 до примерно 75 мол.% и, наиболее предпочтительно, от примерно 10 до примерно 50 мол.%.

Гидроксаматный полимер в предпочтительном варианте является преимущественно анионным, хотя он может также содержать неионные или катионные звенья. В полимер могут быть введены анионные мономерные звенья, иные, чем звенья гидроксамового мономера, и ими обычно являются карбоновые кислоты или сульфокислоты, и ими обычно являются производные (мет)акриловых кислот, сульфоалкилакриламиды, такие как 2-сульфопропилакриламид или акриламидодиметилпропилсульфокислота.

Полимеры, используемые в настоящем изобретении, используются при введении их либо непосредственно в обрабатываемый поток как эмульсия типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера, либо в форме предварительно разбавленных водных растворов. Обрабатываемым потоком может быть любой промышленный обрабатываемый поток, из которого необходимо удалить твердые частицы. Указанные способы могут включать способы обогащения минеральных соединений, такие как используются в извлечении оксида алюминия, фосфата и других промышленных минералов, меди, цинка, свинца и благородных металлов, в производстве пульпы и бумаги, для переработки бумажных отходов, а также для переработки промышленных и городских отходов. Предпочтительно, обрабатываемым потоком является поток способа Байера, например, поток, содержащий красный шлам или твердые частицы тригидрата оксида алюминия. Эмульсия типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера вводится в обрабатываемый поток, содержащий красный шлам или твердые частицы тригидрата оксида алюминия, в количестве, по меньшей мере достаточном для осаждения суспендированных твердых частиц. Обычно для достижения наилучших результатов должно использоваться по меньшей мере примерно 0,1 мг гидроксаматного полимера на 1 л обрабатываемого потока. Более предпочтительно, вводится не менее 1,0 мг гидроксаматного полимера. Понятно, что более высокие количества, чем уже установлено, могут использоваться без отступления от объема изобретения, хотя обычно достигается точка, в которой дополнительные количества гидроксаматного полимера не улучшают степень отделения по сравнению с уже достигнутыми максимальными степенями отделения. Таким образом, когда достигается указанная точка, использование избыточных количеств является неэкономичным.

Введение эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера улучшает прозрачность надосадочной жидкости, снижая в результате количество суспендированных твердых веществ, которые обычно являются очень мелкодисперсными. Улучшение прозрачности надосадочной жидкости минимизирует потери тригидрата оксида алюминия и улучшает фильтрацию надосадочной жидкости при снижении забивания фильтра или исключает необходимость фильтрации.

Предполагается, что осветляющая добавка гидроксаматного полимера будет улучшать разделение оксид алюминия - каустический щелок на вакуумном фильтре при образовании более пористого осадка на фильтре.

Когда обрабатываемым потоком является поток красного шлама, достигаются лучшие степени осаждения и прозрачность надосадочной жидкости по сравнению с известными полимерами. Также неожиданно было установлено, что эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера данного изобретения являются более эффективными флокулянтами для обработки красных шламов, которые загрязняются кремнийсодержащими минералами, общеизвестными как продукты обескремнивания, или ПОК (DSP).

Сравнительный пример А

Продукт Superfloc HF80 представляет собой коммерчески доступную эмульсию типа "вода в масле", содержащую полимер, имеющий примерно 60 мол.% гидроксаматных групп. Он выпускается фирмой Cytec Industries Inc. of Garret Mountain, Нью-Джерси.

Примеры 1-6

Получение эмульсий типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера

Шесть (6) образцов стабильных полимерных эмульсий типа "вода в масле в воде" получают при использовании следующей методики. Концентрации компонентов в каждом из 6 образцов показаны в таблице 1. Порошковые тригидрат алюмината натрия (Na₂O·Al₂O₃·3H₂O) и гидроксид натрия растворяют в деионизированной воде. Затем быстро вводят продукт Superfloc HF80 в интенсивно перемешиваемый раствор алюмината натрия и гидроксида натрия с образованием стабильных эмульсий типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера.

Примеры 7-15

Получение эмульсий типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера

Стабильные эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматных полимеров получают при использовании следующей методики. 250 г/л гидрата сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃·18H₂O) и 100% гидроксида натрия растворяют в деионизированной воде. Затем продукт примера А быстро добавляют к интенсивно перемешиваемому каустическому раствору сульфата алюминия. В таблице 2 представлены несколько составов эмульсии типа "вода в масле в воде", которые получают по указанной методике.

Таблица 2 Пример Части
250 г/л
раствора
сульфата
алюминия Части
Al₂(SO₄)₃
18H₂O в
составе % Al₂(SO₄)₃
18H₂O в
составе Части
NaOH в
составе % NaOH
в составе Части
деионизи-
рованной
воды Части
продукта
примера А в сос-таве % про-
дукта
примера
А в составе рН ко-
нечного
состава Объ-емная
вяз-
кость
(сП) 7 24 6 2 1,8 0,6 169,2 105 35 11,9 1040 8 40 10 3,3 1,8 0,6 108,2 150 50 11,4 762 9 40 10 3,3 1,2 0,4 153,8 105 35 10,8 765 10 40 10 3,3 0,6 0,2 199,4 60 20 9,6 117 11 40 10 3,3 1,8 0,6 198,2 60 20 10,3 32 12 24 6 2 1,2 0,4 214,8 60 20 11,1 45 13 24 6 2 1,2 0,4 124,8 150 50 11,8 1145 14 24 6 2 1,2 0,4 169,8 105 35 11,5 835 15 40 10 3,3 0,6 0,2 109,4 150 50 11 840

Пример 16

Получение эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера

Стабильные эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматных полимеров получают при использовании следующей методики. Сто пятьдесят (150) ч. раствора сульфата алюминия добавляют с интенсивным перемешиванием и при постоянной скорости в течение 30-40 мин к 150 ч. продукта примера А. Раствор сульфата алюминия получают с использованием 18,6 ч. 48% гидрата сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃·14H₂O) и 131,4 ч. деионизированной воды. Концентрация продукта примера А в конечном продукте составляет 50%, а концентрация Al₂(SO₄)₃·14H₂O составляет 2,97%. Объемная вязкость конечного продукта составляет 780 сП, и рН составляет 10,1. Данный пример показывает, что водная фаза может быть добавлена к эмульсии типа "вода в масле" гидроксаматного полимера с получением стабильной эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера.

Пример 17

Получение эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера

Стабильные эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматных полимеров получают при использовании следующей методики. Сто пятьдесят (150) ч. 2,2% раствора хлорида кальция (CaCl₂) в деионизированной воде добавляют с интенсивным перемешиванием и при постоянной скорости в течение 43 мин к 150 ч. продукта примера А. Концентрация продукта примера А в конечном продукте составляет 50%, а концентрация CaCl₂ составляет 11%. Конечный продукт, стабильная эмульсия типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера, имеет объемную вязкость 10750 сП и рН 10,1.

Пример 18

Продукт примера 15 термически циклируют в течение 4 циклов от комнатной температуры до температуры в интервале от -20°C до -30°C для имитации циклов замораживания, которому продукт может подвергаться при использовании в экстремальном климате. После оттаивания до комнатной температуры продукт повторно смешивают с образованием стабильной эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера.

Примеры 19-21

Растворимость эмульсий типа "вода в масле в воде" примеров 8 и 15 сравнивают с растворимостью продукта примера А в 150 г/л гидроксида натрия в деионизированной воде при 60°C. Указанные условия являются подобными условиям, находящимися в питании третьей тарелки в очистке оксида алюминия, когда осаждаемый тригидрат оксида алюминия флокулируется, осаждается и отделяется от щелока. Нарастание крутящего момента/вязкости раствора определяется при использовании двигателя смешения, способного увеличивать крутящий момент для поддержания скорости перемешивания, когда вязкость увеличивается. Таблица 3 показывает, что продукт сравнительного примера А (пример 20) не растворяется в имитированном щелоке третьей тарелки, тогда как эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера данного изобретения быстро растворяются (примеры 19, 21). Поэтому эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера могут быть быстро введены в поток способа Байера без использования дополнительной стадии разбавления.

Таблица 3 Пример Образцы Время максимального крутящего момента 19 Пример 15 Максимальный крутящий момент в 50 с 20 Пример А Крутящий момент не увеличивается в
течение 5 мин 21 Пример 8 Максимальный крутящий момент в 100 с

Примеры 22-29

Характеристику флокуляции продукта примера 1 сравнивают с характеристикой флокуляции оксид алюминия-гидратных флокулянтов-аналогов, декстрана и продукта примера А, в имитированном питании третьей тарелки, как показано в таблице 4. Суспензию получают при использовании истощенного щелока от очистки оксида алюминия. Истощенный щелок насыщают 74,8 г/л оксида алюминия в его точке кипения. Раствор затем охлаждают и выдерживают при 70°C, и затем 34 г/л оксида алюминия суспендируют в щелоке. Флокулянты разбавляют до концентрации полимера 0,01%, чтобы способствовать получению очень низких доз. 200 мл аликвоту суспензии затем обрабатывают флокулянтами. Время осаждения и прозрачность надосадочной жидкости определяют как функцию дозы. Таблица 4 показывает, что эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера являются эффективными тригидратными флокулянтами.

Таблица 4 Пример Полимер Доза полимера
(ч/млн) Время
осаждения
(с) Прозрачность
надосадочной
жидкости (NTU) Пример 22 Пример А 0,75 58 286 Пример 23 Декстран 0,75 160 >1000 Пример 24 Пример 1 0,75 84 861 Пример 25 Пример А 1,5 37 236 Пример 26 Декстран 1,5 81 >1000 Пример 27 Пример 1 1,5 62 388 Пример 28 Декстран 2,25 52 >1000 Пример 29 Пример 1 2,25 55 271

Примеры 30-38

Характеристику флокуляции эмульсий типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера примеров 11 и 15 сравнивают с характеристикой флокуляции двух коммерческих гидратных флокулянтов-аналогов, декстрана и продукта примера А, в питании третьей тарелки, полученном из очистки оксида алюминия. Питание тарелки имеет температуру 70°C и содержание каустика 228 г/л. Флокулянты вводят в питание третьей тарелки без предварительного разбавления. Флокулянты добавляют к 1 л суспензии третьей тарелки в 1 л градуированном цилиндре. Флокулянт и суспензия тщательно смешивают 10 перемещениями вверх и вниз плунжера (перфорированный диск слегка меньшего диаметра, чем диаметр цилиндра с 1/8 дюйм стержнем, присоединенным к центру одной стороны диска). Поверхность раздела осаждения гидрата рассчитывают по времени на деления от 900 до 700 мл. Прозрачность надосадочной жидкости также измеряют через 1 мин после прекращения смешения. В таблице 5 представлены результаты указанных экспериментов и показано, что эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера данного изобретения работают намного лучше, чем флокулянты-аналоги.

Таблица 5
Испытания на осаждение тригидрата оксида алюминия Пример Полимер Доза
полимера
(мл) Доза
полимера
(ч/млн) Время
осаждения
(с) Прозрач-
ность
надосадоч-
ной жид-кости (NTU) Пример 30 Декстран 0,8 800 24 383 Пример 31 Пример 15 0,8 800 4 303 Пример 32 Пример 11 0,8 800 11 265 Пример 33⁽¹⁾ Пример 11 0,8 800 10 374 Пример 34 Декстран 0,4 400 20 300 Пример 35 Пример 15 0,4 400 3 323 Пример 36 Пример 11 0,4 400 13 287 Пример 37 Пример А 0,4 400 93 650   Сравнительный         Пример 38 не полимер 0 0 129 806

В таблице 6 показана флокуляция красного шлама, полученного из продувки автоклава очистки оксида алюминия эмульсиями типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера (примеры 11 и 15). Твердые частицы в продувке составляют 39,3 г/л, температура продувки составляет >100°C, концентрация каустика составляет 204 г/л, и соотношение оксид алюминия/каустик (А/С) составляет 0,765. Продукты примеров 11 и 15 все вводят в обрабатываемый поток продувки без предварительного разбавления. Флокулянты добавляют к 1 л образцам продувки автоклава в 1 л градуированном цилиндре. Флокулянт и суспензию тщательно смешивают 5 или 10 перемещениями вверх и вниз плунжера (перфорированный диск слегка меньшего диаметра, чем диаметр цилиндра с 1/8 дюйм стержнем, присоединенным к центру одной стороны диска). Поверхность раздела осаждения гидрата рассчитывают по времени на деления от 900 до 700 мл. Таблица 6 показывает, что эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера могут быть введены непосредственно в поток способа Байера, содержащий твердые частицы красного шлама, без необходимости стадии предварительного разбавления.

Таблица 6
Осаждение красного шлама                 Доза полимера Осаждение   Пример Полимер (мл) (ч/млн) Время (с) Скорость
(фунт/ч) Пример 39 Пример 15 0,2 200 37,2 22,85   Пример 15 0,4 400 15,1 56,29   Пример 15 0,6 600 14,8 57,43   Пример 15 1 1000 5,8 146,55             Пример 40 Пример 11 0,2 200 22,4 37,95   Пример 11 0,4 400 15,9 53,46   Пример 11 0,6 600 11,1 76,58   Пример 11 1 1000 8,8 96,59            

Пример 41

Получение эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера

Стабильную эмульсию типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера получают при использовании следующей методики. 150 ч. гидрата сульфата алюминия (Al₂(SO₄)₃·14H₂O) растворяют в 177,5 ч. деионизированной воды. Полученное добавляют с интенсивным перемешиванием к 105 ч. примера А.

Пример 42

Получение эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера

В соответствии с методикой примера 42 стабильную эмульсию типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера получают из эмульсии типа "вода в масле" коммерчески доступной эмульсии типа "вода в масле" гидроксаматного полиакриламида, подобного продукту примера А, за исключением того, что степень гидроксамации составляет около 25 мол.%. Это обозначается сравнительным примером В.

Примеры 43-54

Испытания на флокуляцию красного шлама

В таблице 7 показаны результаты испытаний на осаждение красного шлама, сравнивающие характеристику примеров 42 и 43 эмульсий типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера настоящего изобретения с характеристикой продуктов-аналогов. Данные ясно показывают, что полимеры данного изобретения дают лучшие скорости осаждения и прозрачность (ниже NTU).

Таблица 7 Пример   Полимер Доза
полимера
(г/т) Скорость
осаждения
(фунт/ч) Прозрачность
надосадочной
жидкости
(NTU) 43 Сравнительный Пример А 37,50 2,70 >1000 44 Изобретение Пример 41 37,50 4,10 343,00 45 Сравнительный Пример А 50,00 3,90 704,00 46 Изобретение Пример 41 50,00 6,50 222,00 47 Сравнительный Пример А 62,50 4,70 504,00 48 Изобретение Пример 41 62,50 7,30 150,00 49 Сравнительный Пример В 18,80 1,40 >1000 50 Изобретение Пример 42 18,80 3,10 >1000 51 Сравнительный Пример В 25,00 6,70 >1000 52 Изобретение Пример 42 25,00 8,10 878,00 53 Сравнительный Пример В 37,50 12,90 858,00 54 Изобретение Пример 42 37,50 16,90 674,00

Примеры 55-58

Испытания на осаждение красного шлама проводят аналогично примерам 43-54, за исключением того, что к щелоку добавляют 7,5 % по отношению к твердым частицам красного шлама синтетического продукта обескремнивания ((ПОК)(DSP)), находящегося как загрязнение в контурах красного шлама в способе Байера. Данные ясно показывают, что полимеры данного изобретения дают лучшие скорости осаждения и прозрачность (ниже NTU), даже когда присутствуют ПОК.

Таблица 8 Пример   Полимер Доза
полимера
(г/т) Скорость
осаждения
(фунт/ч) Прозрачность
надосадочной
жидкости
(NTU) 55 Сравнительный Пример А 45,50 1,70 994,00 56 Изобретение Пример 41 45,50 3,90 260,00 57 Сравнительный Пример В 27,30 3,40 >1000 58 Изобретение Пример 42 27,30 4,60 >1000

Группа изобретений относится к флокулянтам и способам их применения для флокуляции и отделения суспендированных твердых частиц от промышленного обрабатываемого потока. Способ флокуляции включает следующие стадии: введение в поток водорастворимого полимера в количестве, эффективном для флокуляции суспендированных твердых частиц; отделение флокулированных твердых частиц от него. При этом водорастворимым полимером является гидроксаматный полимер эмульсии типа "вода в масле в воде", непрерывная фаза которой содержит водорастворимую соль, например, содержащую алюминий или кальций. Обрабатываемым потоком является поток способа Байера, в частности, поток тригидрата оксида алюминия или поток красного шлама. В качестве гидроксаматного полимера используют, например, полимер акриламида. Композиция, содержащая эмульсию типа "вода в масле в воде" водорастворимого полимера, включающего гидроксаматный полимер, в качестве непрерывной фазы включает водный раствор водорастворимой соли алюминия или кальция. При этом гидроксаматный полимер является производным акриламида или сложного акрилатного эфира. Группа изобретений обеспечивает улучшение стабильности водорастворимого полимера при хранении, особенно при низких температурах, и упрощение его использования в качестве флокулянта. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 табл.

1. Способ флокуляции и отделения суспендированных твердых частиц от промышленного обрабатываемого потока, содержащего суспендированные твердые частицы, включающий следующие стадии:
введение в поток водорастворимого полимера в количестве, эффективном для флокуляции суспендированных твердых частиц; и отделение флокулированных твердых частиц от него, в котором водорастворимым полимером является гидроксаматный полимер эмульсии типа "вода в масле в воде", непрерывная фаза которой содержит водорастворимую соль.

2. Способ по п.1, в котором обрабатываемым потоком является поток способа Байера.

3. Способ по п.2, в котором обрабатываемым потоком является обрабатываемый поток тригидрата оксида алюминия.

4. Способ по п.2, в котором обрабатываемым потоком является обрабатываемый поток красного шлама.

5. Способ по п.1, в котором гидроксаматным полимером является полимер акриламида.

6. Способ по п.1, в котором непрерывная фаза эмульсии типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера содержит водорастворимую соль, содержащую алюминий или кальций.

7. Способ по п.1, в котором обрабатываемым потоком является обрабатываемый поток тригидрата оксида алюминия.

8. Способ по п.1, в котором обрабатываемым потоком является обрабатываемый поток красного шлама.

9. Способ по п.2, в котором эмульсия типа "вода в масле в воде" гидроксаматного полимера получается смешением в любом порядке эмульсии типа "вода в масле" гидроксаматного полимера с раствором водорастворимой соли, содержащей алюминий или кальций.

10. Способ по п.1, в котором водорастворимый полимер вводят в обрабатываемый поток как полимер эмульсии типа "вода в масле в воде".

11. Способ по п.10, в котором полимером является гидроксаматный полимер эмульсии типа "вода в масле в воде".

12. Способ по п.11, в котором гидроксаматным полимером является полимер акриламида.

13. Способ по п.12, в котором обрабатываемым потоком является поток способа Байера.

14. Способ по п.13, в котором обрабатываемым потоком является обрабатываемый поток либо красного шлама, либо тригидрата оксида алюминия.

15. Композиция, содержащая эмульсию типа "вода в масле в воде" водорастворимого полимера, включающего гидроксаматный полимер, в которой непрерывной фазой является водный раствор водорастворимой соли алюминия или кальция.

16. Композиция по п.15, в которой гидроксаматный полимер является производным акриламида или сложного акрилатного эфира.

17. Композиция по п.15, в которой полимером является полимер акриламида или сложного акрилатного эфира.