水合鋁硅酸鈉的低溫濕化學(xué)分解方法
【專利摘要】水合鋁硅酸鈉的低溫濕化學(xué)分解方法涉及有色金屬冶金，尤其涉及根據(jù)堿性濕化學(xué)法制備礬土的領(lǐng)域。當(dāng)根據(jù)堿性濕化學(xué)法制備礬土?xí)r，在待加工礦物中獲得的二氧化硅會結(jié)合成為不溶于堿性介質(zhì)的水合鋁硅酸鈉(Na2Al2Si2O8·2H2O)。本發(fā)明可保證在加工赤泥時以濕化學(xué)法分解結(jié)晶的水合鋁硅酸鈉制成鋁酸鈉、硅酸凝膠和一種鐵礦產(chǎn)物。將鋁酸鈉重新提供給礬土生產(chǎn)工藝，所述硅酸凝膠和鐵礦產(chǎn)物均為商品。
【專利說明】水合鋁硅酸鈉的低溫濕化學(xué)分解方法
[0001]本發(fā)明涉及有色金屬冶金，尤其涉及根據(jù)堿性濕化學(xué)法制備礬土的領(lǐng)域。
[0002]將鋁硅酸鹽礦物加工成礬土的堿性濕化學(xué)法尤其可用于低硅鋁土礦，僅在有限條件下可用于其它鋁硅酸鹽礦物(高硅鋁土礦)或者不可用(粘土，類似于鋁土礦的巖石或硅線石)，原因是水合鋁硅酸鈉會使得氧化鈉和氧化鋁之類的有用成分損失很高(參見 Spravocnik metal lurga pocvetnym metal lam.Proizvodstvo glinozema, M.,Metallurgija,1970, S.141)。
[0003]當(dāng)根據(jù)堿性濕化學(xué)法制備礬土?xí)r，在待加工礦物中獲得的二氧化硅會結(jié)合成為不溶于堿性介質(zhì)的水合鋁硅酸鈉Na2Al2Si2O8.2H20。形成水合鋁硅酸鈉會引起可用成分的損失，所述可用成分指的是加工高品位鋁土礦時的堆存赤泥中的氧化鈉和氧化鋁。當(dāng)加工二氧化硅含量很高的低品位鋁土礦時，赤泥中可用成分的損失很高，從而必須通過燒結(jié)對其進(jìn)行再加工。
[0004]已知可按照拜爾燒結(jié)法依次加工高娃招土礦(參見A.1.Lajner, Proizvodstvoglinozema,M.,Metallurgija, 1961, S.575)。按照該方法所述,將 Al2O3 和 Na2O 含量很高的赤泥在石灰石和蘇打構(gòu)成的混合物中進(jìn)行燒結(jié)。將由于浸析燒結(jié)餅而分離出硅的鋁酸鹽溶液與拜爾法的鋁酸鹽溶液混合， 旨在使其共同分解。該方法的缺點(diǎn)是投資大、燃料消耗量很高、污染環(huán)境的排放很嚴(yán)重，赤泥的成分會使得預(yù)備配料的燒結(jié)難以進(jìn)行。
[0005]已知有一種通過燒結(jié)粘土制備帆土的堿性法(ibid.SS.142-143)。該方法的本質(zhì)在于燒結(jié)粘土、石灰石和純堿構(gòu)成的配料，在高溫下從配料中所含的氧化鋁形成固態(tài)鋁酸鈉，將其轉(zhuǎn)移到溶液中，隨后從該溶液中分離出氫氧化鋁，二氧化硅在燒結(jié)時結(jié)合成為不溶于堿性溶液的硅酸二鈣。由于材料、能量和燃料的耗用量很高、投資大而且污染環(huán)境的排放很嚴(yán)重，因此該方法失去了其技術(shù)意義。
[0006]已知還有一種從高硅鋁礦制備礬土的堿酸法(參見RF-PS Nr.2440296，Kl.CO 1F7/20, veroifentlicht 2012)。按照該方法所述,浸析原料形成水合堿金屬招娃酸鹽，在低溫下采用一種強(qiáng)酸的稀溶液處理淤泥的方式使得水合堿金屬鋁硅酸鹽分解，鋁和堿金屬這時進(jìn)入溶液之中。然后從該溶液分離出氫氧化鋁。堿酸法的主要缺點(diǎn)在于強(qiáng)酸的回收很復(fù)雜。
[0007]本發(fā)明的任務(wù)在于，闡述一種以濕化學(xué)法分解水合鋁硅酸鈉從而在將鋁土礦加工成礬土?xí)r減少有用成分損失的方法，以及從其它鋁硅酸鹽巖石生產(chǎn)礬土。
[0008]可按照以下所述解決該任務(wù):
[0009]利用循環(huán)螯合物，即利用乙二胺醋酸的鈉鹽和弱酸構(gòu)成的混合物的水溶液，在低溫下分解結(jié)晶水合鋁硅酸鈉。通過分解水合鋁硅酸鈉產(chǎn)生鋁螯合物、硅酸和弱酸的鈉鹽的可溶性化合物。
[0010]Na2Al2ASi2O8.2H20+2NaxH(4_x)edta+2x/yHyA —
[0011]— 2Na [Aledta] +2H4Si04+2x/yNayA+2H20 [I]
[0012]其中A是某種弱酸的陰離子，
[0013]X是乙二胺四醋酸的羧基的氫原子被鈉原子的取代度，并且表示1、2、3或4，[0014]y是弱酸的堿度，并且表示I或2。
[0015]然后在所獲得的溶液中加入凝結(jié)劑，接著進(jìn)行加熱使得硅酸凝結(jié)，將所形成的硅酸凝膠從溶液中分離出來，加入溶液與過量碳酸氫鈉進(jìn)行反應(yīng)使得鋁螯合物分解:
[0016]Na [Aldta]+4NaHC03 = NaAl [CO3] (OH)2 丨 +Na4edta+3C02+H20 [2]
[0017]通過分解鋁螯合物形成片鈉鋁石沉淀物和螯合物的母液，然后將片鈉鋁石沉淀物從母液中分離出來，接著將其蒸發(fā)濃縮、冷卻下來，然后利用氣態(tài)二氧化碳在壓力下通過碳酸化使其再生，并且將結(jié)晶析出的碳酸氫鈉從溶液中分離出來。
[0018]Na4edta+(4-χ) CO2+(4-χ) H2O — NaxH(4_x) edta+(4-χ) NaHCO3 丨 [3]
[0019]NayA+yC02+yH20 = HyA+yNaHC03 I [4]
[0020]再生產(chǎn)物也就是螯合物和弱酸的溶液以及碳酸氫鈉均為循環(huán)產(chǎn)物。
[0021 ] 然后灼燒片鈉鋁石形成鋁酸鈉:
[0022]NaAl [XO3] (OH)2 — NaA102+H20 個 +CO2 個 [5]
[0023]將鋁酸鈉溶解在鋁酸鹽溶液之中，然后重新將其加入按照拜爾法制備礬土。
[0024]以下附圖解釋了本發(fā)明的實(shí)施例: [0025]附圖1加工赤泥；
[0026]附圖2以堿性濕化學(xué)法將粘土加工成礬土，弱酸是碳酸；
[0027]附圖3以堿性濕化學(xué)法將粘土加工成礬土，弱酸是醋酸。
[0028]實(shí)施例1-加工赤泥(參見附圖1)。
[0029]赤泥的固相組成:Na20-12.8 %, Α1203_18.6 %, Si02_19.2 %, Fe203_33.9 %,Ti02-4.3%0
[0030]在以下條件下分解赤泥的固相:
[0031]-循環(huán)螯合物溶液:
[0032]-乙二胺四醋酸二鈉的濃度:120g/dm3，醋酸的濃度:7%，
[0033]-溫度:25°C，
[0034]-分解時間:3小時，
[0035]-液相:固相比例:10: I。
[0036]從不溶性沉淀物中濾出反應(yīng)產(chǎn)物的液相。沉淀物的組成(鐵礦產(chǎn)物):Na2O-0.31%, Al203-4.70%, Si02_3.40%, Fe203-75.3%, Ti02_7.3%0
[0037]從赤泥的固相萃取到液相中的Na2O為98.8%, Al2O3為89.0%。
[0038]然后將液相在120°C溫度下保持2小時使得硅酸凝結(jié)。所產(chǎn)生的硅酸凝膠具有組成:Na20-l.5%, Al2O3-L 4%和Si02_77.9%，將其濾出，然后使得不含硅的溶液在90°C溫度下與30%化學(xué)計量比過量的碳酸氫鈉溶液進(jìn)行反應(yīng)使其分解。分解過程中產(chǎn)生片鋁酸鈉沉淀物，組成如下:Na20-20.4%,Al203-34.4%, SiO2-0.4%和 Fe2O3-0.03%。然后濾出該沉淀物，在700°C溫度下將其灼燒30分鐘。所形成的鋁酸鈉具有以下成分:Na20-36.3%,Α1203-62.2 %，SiO2-0.8 %和 Fe2O3-0.1 %。
[0039]實(shí)施例2:以堿性濕化學(xué)法將粘土加工成礬土(參見附圖2)。
[0040]在以下條件下使用苛性堿溶液對組成為Na2O-0.25 %、Al203_37.50 %、Si02-44.80%、Fe2O3-L 59%和 Ti02_2.51% 的粘土配料進(jìn)行浸析:
[0041]Na2Oky 濃度:120g/dm3，[0042]液相:固相比例:7: I,
[0043]浸析時間:5小時，
[0044]浸析溫度:102°C。
[0045]濾出并且洗滌浸析過程中形成的固相。粘土浸析產(chǎn)物的固相化學(xué)組成如下:Na20-19.0%, Al203-29.70%, Si02-36.30%，F(xiàn)e2O3-L 50%和 Ti02_2.50%。材料的組成:主要是水合鋁硅酸鈉(NA2.Al2.Si2O8.2H20)。
[0046]在以下條件下分解水合鋁硅酸鈉:
[0047]-循環(huán)螯合物溶液:
[0048]-乙二胺四醋酸二鈉的濃度:100g/dm3，
[0049]-液相:固相比例:10: 1，
[0050]-溫度:25°C，
[0051]-CO2-壓力:40 巴，
[0052]-分解時間:4小時。
[0053]從含雜質(zhì)的不溶性沉淀物中分離出反應(yīng)產(chǎn)物的液相，在CO2-壓力為16巴、溫度為120°C的條件下保持2小時使得硅酸凝結(jié)。所形成的硅酸凝膠具有組成:Si02-84.60%,Al2O3-O- 63%，Na2O-L 15%，將其濾出，然后使得不含硅酸的溶液在25°C溫度下與30%化學(xué)計量比過量的碳酸氫鈉溶液進(jìn)行反應(yīng)使其分解。
[0054]從溶液中濾出片鈉鋁石沉淀物。沉淀物的組成:Na20_21.40%, Al203_36.80%,SiO2-0.81%。將片鈉鋁石在700°C溫度下灼燒0.5小時。所獲得的鋁酸鈉具有以下組成:Na20-35.80%, Al203-61.50%, SiO2-L 40%。
[0055]實(shí)施例3:以濕化學(xué)法將粘土加工成礬土(參見附圖3)。
[0056]與示例2 —樣浸析粘土配料。
[0057]在以下條件下分解水合鋁酸鈉:
[0058]-循環(huán)螯合物溶液:
[0059]-乙二胺四醋酸二鈉的濃度:100g/dm3，醋酸的濃度:7%，
[0060]-溫度:25°C，
[0061]-分解時間:1.5小時。
[0062]從含雜質(zhì)的不溶性沉淀物中分離出反應(yīng)產(chǎn)物的液相，將其在120°C溫度下保持2小時使得硅酸凝結(jié)。所形成的硅酸凝膠具有組成:Si02-83.50 %，Al2O3-0.50 %，Na2O-0.60 %，F(xiàn)e2O3-0.05 %，將其濾出，然后使得不含硅的溶液在90°C溫度下與30 %化學(xué)計量比過量的碳酸氫鈉進(jìn)行反應(yīng)使其分解。
[0063]從溶液中過濾分離出片鈉鋁石沉淀物。沉淀物的組成:Na20_21.30 %，Α1203-36.70%, SiO2-0.51%。
[0064]將片鈉鋁石在700°C溫度下灼燒0.5小時。所獲得的鋁酸鈉具有以下組成:Na20-35.9 %，Α1203_62.0 %，SiO2-0.83 % 。
【權(quán)利要求】
1.水合鋁硅酸鈉的低溫濕化學(xué)分解方法，其特征在于，在弱酸存在的情況下使用螯合物的循環(huán)溶液在低溫下分解水合鋁硅酸鈉時形成鋁螯合物、硅酸和弱酸的鈉鹽的可溶性化合物，從溶液中分離出不溶性雜質(zhì)，在溶液中加入凝結(jié)劑，加熱到100~120°C使得硅酸凝結(jié)，從溶液中分離出所形成的硅酸凝膠，將不含硅酸凝膠的鋁螯合物溶液與過量碳酸氫鈉進(jìn)行反應(yīng)使其分解，從而形成片鈉鋁石沉淀物和母液，分離出片鈉鋁石沉淀物，將母液蒸發(fā)濃縮，將其冷卻下來，使用氣態(tài)二氧化碳在至少16巴壓力下通過碳酸化使其再生形成碳酸氫鈉沉淀物，將其從螯合物溶液中分離出來，在700~900°C溫度下燒灼片鈉鋁石形成鋁酸鈉，然后將其重新加入制備礬土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，不僅使用乙二胺四醋酸的鈉鹽、而且也使用乙二胺四醋酸本身作為循環(huán)螯合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，片鈉鋁石的分解溫度為20~45°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用與30~100%化學(xué)計量比過量的碳酸氫鈉進(jìn)行反應(yīng)的方式分解鋁螯合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從溶液中分離出固相也就是分離出硅酸凝膠和片鈉鋁石的步驟中使用相應(yīng)成分的循環(huán)晶種溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，螯合物、弱酸和碳酸氫鈉的溶液的再生產(chǎn)物均為循環(huán)產(chǎn)物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分離的硅酸凝膠是一種商品。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥分解過程中的不溶性雜質(zhì)是適合于將生鐵熔煉成鈦渣的鐵礦產(chǎn)物。`
【文檔編號】C22B3/04GK103508460SQ201210599325
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】A·維爾特 申請人:普利森投資有限公司