專利名稱：用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種脫硅添加劑及其制備方法，特別涉及一種采用鋁土礦為原料堿法 生產氧化鋁過程中，為有效降低溶液中二氧化硅濃度，降低脫硅產物中鈉、鋁含量的用于堿 法生產氧化鋁的脫硅添加劑及其制備方法和用途。
背景技術：
堿法生產氧化鋁，是采用堿(氫氧化鈉或碳酸鈉)來處理鋁土礦石，使礦石中的氧 化鋁轉變?yōu)殇X酸鈉溶液；礦石中的鐵、鈦等雜質和絕大部分硅則成為不溶解的化合物，將不 溶解的殘渣(由于含氧化鐵而呈紅色，故稱為赤泥)與溶液分離，經洗滌之后棄去或綜合利 用，已回收其中的有用組成；純凈的鋁酸鈉溶液分解析出氫氧化鋁，經與母液分離、洗滌后 進行焙燒得到氧化鋁產品；分解母液可循環(huán)使用，處理另外一批礦石。在上述生產過程中，會有一定數量二氧化硅做為有害進入溶液體系；現有工業(yè)上 一般采用溶出脫硅、中壓脫硅、添加劑深度脫硅等工藝；且常以加入氧化鈣、碳酸鈣、赤泥、 鋁酸鈣、碳鋁酸鈣等做為脫硅添加劑；通常情況下得到的脫硅產物的鋁硅比在2. 0，鈉硅比 在1. 3左右，造成了鋁鈉的極大損失；因此難以處理低品位鋁土礦資源；且現有脫硅添加劑 均不能在氧化鈉濃度高于300g/L條件下有效脫除二氧化硅；因此尋找可以在較大氧化鈉 濃度范圍內有效脫硅，同時減少鈉鋁損失，提高堿法生產氧化鋁流程中鋁土礦可利用范圍， 是采用鋁土礦為原料，堿法生產氧化鋁工藝中，人們所關注的最重要問題之一。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種用于堿法生產氧化鋁的脫硅添 加劑及其制備方法，可以應用于較大氧化鈉濃度范圍之內，有效脫除二氧化硅的同時，降低 脫硅產物中鈉、鋁含量。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的。本發(fā)明提供的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑，其特征在于，該脫硅添加劑為 分子式是3Ca0 · Fe2O3 · CaR · 12H20的水合鈣鹽，其中R為CO32—或^^―。本發(fā)明提供的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑的制備方法，其步驟如下1)制備氫氧化鐵以鐵鹽為原料，用氫氧化鈉或氫氧化鉀為沉淀劑與鐵鹽進行反應，制得氫氧化 鐵；所述鐵鹽為氯化鐵、氯化亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵或硫酸亞鐵；2)制備分子式是3Ca0 · Fe2O3 · CaR · 12H20的水合鈣鹽，其中R為CO32—或SO42一將步驟1)制得的氫氧化鐵與氧化鈣和碳酸鈉或者與氧化鈣和硫酸鈣按照3Ca0 · Fe2O3 · CaR · 12H20的水合鈣鹽，其中R為CO32—或SO42—的理論摩爾比進行混合，加水使 反應液中的液固重量比在10 40 1之間進行反應，反應溫度20-100°C，反應時間10-20 小時，制得用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑。本發(fā)明的脫硅添加劑可用于堿法生產氧化鋁的脫硅1)添加劑用于氫氧化鈉或氫氧化鉀的堿性介質；其中氫氧化鈉溶液中氧化鈉或 氫氧化鉀溶液中氧化鉀的濃度應為100-650g/L，氧化鋁含量應在0-260g/L，碳酸鈉或碳酸 鉀濃度應在0_30g/L，二氧化硅濃度應在0-20g/L ；按照摩爾比SiO2 :3Ca0 'Fe2O3 .CaCO3 · 12H20/3Ca0 'Fe2O3 .CaSO4 ·12Η20 = 0. 3-1. 0 向介質中加入水合碳鐵酸鈣或水合硫鐵酸鈣；脫硅反應中，反應溫度保持在50-140°C，反應壓力為常壓，反應時間為1-5小時， 可有效實現堿性介質中二氧化硅的脫除。本發(fā)明效果如下在堿法生產氧化鋁的過程中，加入本發(fā)明的水合鈣鹽(水合碳鐵酸鈣或水合硫鐵 酸鈣)進行脫硅，二氧化硅會首先進入該脫硅添加劑的層狀結構，隨后該脫硅添加劑分解 為水合鐵石榴石，繼續(xù)進行二氧化硅的化合吸附，這個過程中僅有少量的鋁與化合物中的 鐵進行了交換，而鈉基本沒有進入化合物結構，因此有效避免了脫硅產物中鈉、鋁含量過高 問題。
具體實施例方式下面結合實施例進一步描述本發(fā)明。實施例11)取一定量氯化鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和碳酸鈉按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaCO3 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為15 1，在反應溫度25°C，反應時 間10小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣，其分子式 為 3Ca0 · Fe2O3 · CaCO3 · 12H20)。本實施例的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度100g/L，氧化鋁濃度30g/L、 碳酸鈉5g/L、二氧化硅0. 32g/L;按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0.6向含硅溶液中 加入該水合碳鐵酸鈣，在60°C反應1小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅率可達 到 95%。實施例21)取一定量氯化鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaSO4 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為15 1，在反應溫度80°C，反應時 間12小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣，其分子式 為 3Ca0 · Fe2O3 · CaSO4 · 12H20)本實施例的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度100g/L，氧化鋁濃度30g/L、碳酸鈉5g/L、二氧化硅0. 32g/L ；按照摩爾比二氧化硅水合硫鐵酸鈣=0. 6向含硅溶液中 加入該水合硫鐵酸鈣，在60°C反應1小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅率可達 到 95%。實施例31)取一定量氯化亞鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化 鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和碳酸鈉按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaCO3 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為20 1，在反應溫度30°C，反應時 間14小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度200g/L，氧化鋁濃度70g/L、 碳酸鈉8g/L、二氧化硅1.00g/L;按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0.5向含硅溶液中 加入該水合碳鐵酸鈣，在80°C反應2小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅率可達 到 98%。實施例41)取一定量氯化亞鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化 鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaSO4 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為20 1，在反應溫度90°C，反應時 間14小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度200g/L，氧化鋁濃度70g/L、 碳酸鈉8g/L、二氧化硅1. 00g/L ；按照摩爾比二氧化硅水合硫鐵酸鈣=0. 5向含硅溶液中 加入該水合硫鐵酸鈣，在80°C反應2小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅率可達 到 98%。實施例51)取一定量硫酸鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和碳酸鈉按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaCO3 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為25，在反應溫度20°C，反應時間 12小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度300g/L，氧化鋁濃度150g/ L、碳酸鈉15g/L、二氧化硅3. 00g/L ；按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0. 4向含硅溶 液中加入該水合碳鐵酸鈣，在90°C反應3小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅率 可達到99%。實施例61)取一定量硫酸鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaSO4 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為25 1，在反應溫度100°C，反應
5時間12小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度300g/L，氧化鋁濃度150g/ L、碳酸鈉15g/L、二氧化硅3. 00g/L ；按照摩爾比二氧化硅水合硫鐵酸鈣=0. 4向含硅溶 液中加入該水合硫鐵酸鈣，在90°C反應3小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅率 可達到99%。實施例71)取一定量硫酸亞鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化 鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和碳酸鈉按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaCO3 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為30，在反應溫度50°C，反應時間 16小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度400g/L，氧化鋁濃度200g/ L、碳酸鈉20g/L、二氧化硅5. 00g/L ；按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0. 5向含硅溶 液中加入該水合碳鐵酸鈣，在100°C反應4小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅 率可達到98%。實施例81)取一定量硫酸亞鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化 鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaSO4 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為3 1，在反應溫度50°C，反應時 間16小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度400g/L，氧化鋁濃度200g/ L、碳酸鈉20g/L、二氧化硅5. 00g/L ；按照摩爾比二氧化硅水合硫鐵酸鈣=0. 5向含硅溶 液中加入該水合硫鐵酸鈣，在100°C反應4小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅 率可達到98%。實施例91)取一定量硝酸鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和碳酸鈉按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaCO3 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為25 1，在反應溫度30°C，反應時 間16小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度500g/L，氧化鋁濃度230g/ L、碳酸鈉20g/L、二氧化硅7. 00g/L ；按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0. 5向含硅溶 液中加入該水合碳鐵酸鈣，在130°C反應4小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅 率可達到99%。實施例10
1)取一定量硝酸鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaSO4 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為25 1，在反應溫度95°C，反應時 間13小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度500g/L，氧化鋁濃度230g/ L、碳酸鈉20g/L、二氧化硅7. 00g/L ；按照摩爾比二氧化硅水合硫鐵酸鈣=0. 5向含硅溶 液中加入該水合硫鐵酸鈣，在130°C反應4小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅 率可達到99%。實施例111)取一定量硝酸亞鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化 鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和碳酸鈉按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaCO3 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為30，在反應溫度30°C，反應時間 14小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度600g/L，氧化鋁濃度250g/ L、碳酸鈉25g/L、二氧化硅10. 00g/L;按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0. 4向含硅溶 液中加入該水合碳鐵酸鈣，在140°C反應3小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅 率可達到94%。實施例121)取一定量氯化鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaSO4 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為30 1，在反應溫度85°C，反應時 間14小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度600g/L，氧化鋁濃度250g/ L、碳酸鈉25g/L、二氧化硅10. 00g/L;按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0. 4向含硅溶 液中加入該水合硫鐵酸鈣，在140°C反應3小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅 率可達到94%。實施例131)取一定量氯化鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和碳酸鈉按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaCO3 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為10 1，在反應溫度25°C，反應時 間20小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合碳鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度600g/L，氧化鋁濃度250g/ L、碳酸鈉25g/L、二氧化硅10. 00g/L;按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0. 4向含硅溶 液中加入該水合硫鐵酸鈣，在140°C反應3小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅率可達到94%。實施例141)取一定量氯化鐵溶于水中，加入理論量氫氧化鈉并沉淀完全，制得氫氧化鐵；2)將制得的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照水合鈣鹽3Ca0 · Fe2O3 · CaSO4 · 12H20 的理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比為40 1，在反應溫度95°C，反應時 間20小時，制得本實施例的用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)。本實施例的脫硅添加劑(水合硫鐵酸鈣)用于堿法生產氧化鋁的脫硅需脫硅的堿法生產氧化鋁的含硅溶液中氧化鈉濃度600g/L，氧化鋁濃度250g/ L、碳酸鈉25g/L、二氧化硅10. 00g/L;按照摩爾比二氧化硅水合碳鐵酸鈣=0. 4向含硅溶 液中加入該水合硫鐵酸鈣，在140°C反應3小時，可有效脫除含硅溶液中的二氧化硅，脫硅 率可達到94%。
權利要求
1. 一種用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑的制備方法，該脫硅添加劑為分子式是 3Ca0 · Fe2O3 · CaR · 12H20的水合鈣鹽，其中R為SO2;,其特征在于，其步驟如下1)制備氫氧化鐵以鐵鹽為原料，用氫氧化鈉或氫氧化鉀為沉淀劑與鐵鹽進行反應，制得氫氧化鐵； 所述鐵鹽為氯化鐵、氯化亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵或硫酸亞鐵；2)制備分子式是3Ca0· Fe2O3 · CaR · 12H20的水合鈣鹽，其中R為將步驟1)制得 的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照3Ca0 · Fe2O3 · CaR · 12H20水合鈣鹽，其中R為^O42一的 理論摩爾比進行混合，加水使反應液中的液固重量比保持在10 40 1之間，反應溫度 20-100°C，反應時間為10-20小時，制得用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑的制法，該脫硅添加劑的分子式3CaO·Fe2O3·CaR·12H2O，R為；其制備步驟1)以鐵鹽為原料，用氫氧化鈉或氫氧化鉀為沉淀劑與鐵鹽進行反應，制得氫氧化鐵；鐵鹽為氯化鐵、氯化亞鐵、硝酸鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵或硫酸亞鐵；2)將步驟1)制得的氫氧化鐵與氧化鈣和硫酸鈣按照水合鈣鹽3CaO·Fe2O3·CaR·12H2OR為的理論摩爾比進行混合進行反應，其液固重量比保持在10～40∶1之間，反應溫度20-100℃，反應時間為10-20小時，制得用于堿法生產氧化鋁的脫硅添加劑；可有效實現堿性介質中二氧化硅脫除。
文檔編號C01F7/06GK102139903SQ201110038448
公開日2011年8月3日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權日2007年11月2日
發(fā)明者張懿, 洪濤, 鄭詩禮 申請人:中國科學院過程工程研究所