Композиция и усовершенствованный способ получения гидроксида алюминия

КОМПОЗИЦИЯ И УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ Усовершенствованный способ и композиция для получения кристаллов гидроксида алюминия в маточном растворе способа Байера включает добавление модификатора кристаллизации, включающего жирную кислоту C8-C10, ее предшественник, соль или смеси. Алкильная цепь этой жирной кислоты - модификатора кристаллизации - не содержит функциональных групп. Этот модификатор дает результаты в промышленном масштабе в присутствии и в отсутствие углеводородного масла, которое растворяет эту жирную кислоту. 014988 Данное изобретение относится к усовершенствованному получению кристаллов гидроксида алюминия по способу Байера. В частности, данное изобретение относится к композициям и способам увеличения размера частиц кристаллов гидроксида алюминия без снижения выхода. Гидроксид алюминия (известный также как тригидрат алюминия) применяют для получения первичного металлического алюминия с использованием процессов электролитического восстановления. Гидроксид алюминия получают в промышленном масштабе с помощью хорошо разработанного способа,известного как способ Байера. В этом способе критическими в отношении экономичного извлечения представляющего ценность алюминия являются стадии, включающие кристаллизацию и осаждение переведенного в раствор гидроксида алюминия из технологических растворов. Экономичное извлечение осуществляют путем оптимизации двух значительных в промышленном отношении параметров: выхода и среднего размера частиц. Попытки увеличить выход и размер частиц гидроксида алюминия, извлеченного из раствора по способу Байера, с целью обеспечить оптимизацию значительного в промышленном отношении продукта потерпели неудачу. При резком росте стоимости энергии за последние несколько лет операторы переработки гидроксида алюминия продолжают искать оптимальные параметры для получения коммерчески приемлемого продукта - гидроксида алюминия. Несмотря на усилия выявить химические добавки и способы снижения количества нежелательных частиц оксида алюминия при сохранении эффективности процесса, ни одно из них не было полностью успешным в увеличении выхода и размера частиц оксида алюминия, полученного из технологических растворов способа Байера. Плоды этих усилий включают технологические добавки, способствующие фильтрованию, такие как коагулянты или флокулянты, возможно содержащие полиакриловые кислоты (ПАК), модификаторы кристаллизации и обезвоживающие агенты. Например, в патенте США 4737352 (далее "патент '352") описан способ, обеспечивающий сниженное процентное содержание кристаллов малого размера и увеличение выхода более крупных кристаллов путем добавления к маточному раствору смеси поверхностно-активного вещества, диспергированного в масле, в ходе фазы осаждения данного процесса. Формула изобретения этого патента ограничивала это поверхностно-активное вещество талловой жирной кислотой. Однако в описании патента '352 раскрывают это поверхностно-активное вещество как любую жирную кислоту, имеющую алкильную насыщенную или ненасыщенную цепь по меньшей мере из четырех атомов углерода, возможно, содержащую по меньшей мере одну функциональную группу. Кроме того, в описании раскрывают в качестве предпочтительной жирную кислоту с C8 алкильной цепью и функциональными группами; эта жирная кислота не заявлена в формуле изобретения, и преимущества этой жирной кислоты не раскрыты или не объяснены путем фактического или конструктивного сведения к практике. В этом описании определяют усовершенствованный способ как обработку горячего зеленого щелочного раствора способа Байера смесью поверхностно-активное вещество/масло. В этом описании не объясняют, не описывают и никоим образом не предполагают, что длина углеродной цепи жирной кислоты является фактором, включающим новизну. Два имеющихся в продаже модификатора роста кристаллов, имеющие цепи жирных кислот более чем из десяти атомов углерода, были внедрены в производство, и в примерах, поясняющих изобретательский уровень указания длины цепи жирной кислоты, в усовершенствованном получении гидроксида алюминия, они названы коммерческим продуктом 1 и коммерческим продуктом 2. В патенте '352 описан класс жирных кислот в масле, который приводит к получению улучшенного коммерческого продукта. Как описано в примерах, композиции жирных кислот,описанные в настоящем патенте, описывают виды жирных кислот, дающие неожиданные результаты по сравнению с прототипом. Ограничения по выходу и размеру частиц оксида алюминия, получаемого из технологических растворов способа Байера, описаны также в патенте США 6168767 (далее "патент '767"), озаглавленном"Получение оксида алюминия", выданном компании Ciba Specialty Chemicals Water Treatments Limited. Состав растворимого в воде модификатора кристаллизации, включающий первую композицию из полиалкоксилированного не ионного поверхностно-активного вещества и вторую композицию, включающую поверхностно-активное вещество, или его предшественник, которое не является полиалкоксилированным, предположительно дает увеличенный размер кристаллов без снижения выхода. Группы этиленоксида (ЭО) указаны в качестве существенного компонента состава в полиалкоксилированном не ионном поверхностно-активном веществе, предпочтительно группы этиленоксида и пропиленоксида (ПО) образуют блок-сополимер этиленоксид-пропиленоксид. Эффективность этих компонентов по цене и их приемлемость в сравнении со смесями поверхностно-активное вещество/масло, применяемыми в большей части составов модификаторов кристаллизации на большинстве работающих по способу Байера перерабатывающих заводов, в настоящее время остается спорной. Несмотря на усилия, направленные на удовлетворение требований, возникающих при постоянном и продолжающемся развитии способа Байера по всему миру, потребности промышленности в улучшенном продукте - оксиде алюминия - остаются неудовлетворенными. Для того чтобы удовлетворить указанные выше давно ощущаемые, но нерешенные потребности,был разработан способ и композиция для получения кристаллов гидроксида алюминия в способе Байера с увеличенными размером частиц и выходом. Этот результат достигают путем добавления жирных ки-1 014988 слот C8-C10, их предшественников, солей или смесей, причем углеродная цепь указанной жирной кислоты не содержит функциональных групп. В зависимости от параметров системы обработки этот модификатор кристаллизации C8-C10 вводят в чистом виде или растворенным в масляной основе. Таким образом, описанная и предписываемая здесь композиция включает в качестве активного ингредиента поверхностно-активную жирную кислоту C8-C10, ее предшественник, соль или смеси, имеющую алкильную цепь из C8-C10, насыщенных или ненасыщенных, разветвленных или неразветвленных атомов углерода, при этом указанные атомы углерода не содержат функциональных групп; и указанная жирная кислота растворена в масле с температурой кипения выше примерно 93,33C (200F). Эту смесь жирная кислота/масло вводят в раствор процесса Байера в соответствии с описанным здесь способом. Вторая описанная и предписываемая композиция включает в качестве активного ингредиента поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или смеси, имеющую алкильную цепь из C8-C10 насыщенных или ненасыщенных, разветвленных или неразветвленных атомов углерода, при этом указанные атомы углерода не содержат функциональных групп. Эту жирную кислоту вводят в раствор в чистом виде в соответствии с описанным здесь способом. Соответствующую композицию модификатора кристаллизации включают в данном способе в количестве, эффективном для того, чтобы сдвинуть распределение частиц по размерам для кристаллов гидроксида алюминия таким образом, чтобы получаемые кристаллы характеризовались пониженным образованием мелкодисперсного продукта без существенного снижения общего выхода продукта - гидроксида алюминия. Как это используют здесь, определенные ниже термины обозначают следующее. Примерно - равно или находится в пределах двух целых чисел от указанной величины. Коммерческий продукт 1 и коммерческий продукт 2 - внедренные в промышленность модификаторы роста кристаллов, имеющие цепи жирных кислот из более чем десяти атомов углерода, как описано в"патенте '352", назывались и называются коммерческими продуктами 1 и 2. Композиция модификатора кристаллизации - перечень, описание и обозначенные соотношения исходных материалов, применяемых для изготовления указанной добавки, включающей жирную кислотуC8-C10. Жирная кислота, имеющая длину алкильной цепи из C8-C10 атомов углерода, представляет собой продукт C-810, поступающий в продажу от Proctor and Gamble. Это желтая жидкость со средней молекулярной массой примерно 154 г/моль и приблизительной композицией из жирных кислот со следующей длиной цепи: C66%, C8 - 53-60%, C10 - 34-42% и C122%. Углеродная цепь может быть насыщенной или ненасыщенной, разветвленной или неразветвленной и не содержит функциональных групп. Парафиновое масло включает в основном прямые, насыщенные или ненасыщенные углеводородные цепи. В масле Escaid 110 также содержится некоторое количество циклических углеводородов и его также классифицируют как парафиновое. Массовое процентное соотношение - общая массовая доля одного реагента в 100 г композиции или смеси. Соответствующая доля другого компонента равна разности 100 и последней величины. Отсутствие присоединенных функциональных групп - в любой алкильной цепи любой длины единственными атомами, составляющими эту цепь, являются водород и углерод. Нагретый раствор способа Байера - любой раствор в процессе Байера, имеющий уровень свободной щелочности выше 100 г/л Na2CO3 и температуру выше температуры окружающей среды или 25C. Оборотный раствор - раствор после конечной стадии классификации, который снова возвращают в способ Байера для выщелачивания.% увеличения относительно контрольных параметров по размеру частиц - распределение частиц по размерам обычно представляют с помощью трех параметров, d(0,1), d(0,5) и d(0,9). Таким образом, соответственно 10, 50 и 90% общего объема (или массы) частиц меньше, чем величина размера, приведенная в таблице. % увеличения относительно контрольных параметров по размеру частиц представляет собой разницу между соответствующими параметрами размера частиц при введении добавки и в контрольном опыте, разделенную на этот параметр для контрольного опыта. Эффективное количество - эффективное количество предполагает некоторую дозу некоторой добавки, которая приводит к увеличению одного или всех трех параметров по сравнению с контрольным опытом, где добавку не вводили. Увеличенный выход продукта - достигают большего содержания твердой фазы гидроксида алюминия в емкости для осаждения после завершения стадии осаждения. Обычно на это указывает более низкая концентрация гидроксида алюминия в растворе для соответствующей емкости. Характеристики смеси жирная кислота/масло. Взятая для примера жирная кислота C8-C10 представляет собой продукт C-810, поступающий в продажу от Proctor and Gamble, диспергированный с концентрацией 150 г/л в имеющемся в продаже парафиновом углеводородном масле ESCAID 110. Как описано в патенте США 4737352, выданном Nalco, где впервые был описан класс составов жирная кислота таллового масла/масло, на практике на данное изобретение не оказывают влияния различные запатентованные технологии осаждения, включающие запатентованные параметры процесса. Это имеет большое значение, поскольку это устанавливает, что, не-2 014988 смотря на запатентованные параметры процесса, поддерживаемые внутри емкости для осаждения, данное изобретение для реального использования на практике требует только смешивания и введения в технологическую линию раствора с одним или двумя компонентами, что и составляет обработку. Эти компоненты представляют собой (А) - жирную кислоту C8-C10, которая не будет разлагаться до чего-либо меньшего, чем эквивалентное количество таллового масла, в присутствии горячего (до 82,22-87,78C(18Q-190F концентрированного щелочного раствора (например, с содержанием щелочи 200 г/л), совместно с (Б) - маслом, которое является основой для этой жирной кислоты. Это масло должно служить только растворителем для поверхностно-активного вещества и иметь температуру кипения в безопасной степени выше температуры горячего зеленого раствора Байера, из которого происходит осаждение. Предпочтительно эта жирная кислота может содержать основную цепь по меньшей мере из восьми атомов углерода без каких-либо функциональных групп, которыми обычно модифицируют такие соединения. Так как C8-C10 растворимы в масле, единственным ограничением в вопросе, какое масло следует выбрать, является ограничение по температуре кипения примерно выше 93,33C (200F). Масло-основа может быть маслом, выбранным из парафинового ряда, оно может быть ароматическим маслом (например, нафтеновым маслом) или же оно может быть любой их смесью. Раствор немодифицированной жирной кислоты C8-C10 в низшем ароматическом или парафиновом масле в качестве масла-основы, в массовом соотношении примерно 15:85, при этом дозировка составляет примерно от 1 до 50 ppm (частей на миллион). Технологический раствор. В примерах используют маточный раствор (загрузку) для осаждения гидроксида алюминия, который представляет собой горячий щелочной раствор, полученный после удаления красного шлама в способе Байера. Знание способа Байера в целом не является необходимым для понимания концепции данного изобретения: жирная кислота C8-C10 в присутствии или в отсутствие масла. Зеленый раствор после отделения красного шлама представляет собой горячий щелочной фильтрат; промышленно полученный зеленый раствор содержит алюминий в виде растворенного алюмината натрия. Этот раствор и рециркулируемые мелкие частицы - зародыши кристаллизации тригидрата алюминия - загружают в подходящую емкость для осаждения или в ряд соединенных емкостей. Здесь загрузку охлаждают при перемешивании,чтобы воздействовать на содержимое, вызывая осаждение кристаллов гидроксида алюминия на зародышах кристаллизации, которые являются точками роста. Полное удаление материала в виде мелких частиц (например, -325 меш или меньше) является нежелательным. После осаждения должен оставаться источник зародышей кристаллизации для рециркуляции, чтобы в непрерывном процессе обеспечивать следующие поколения повторного роста. Кратко, процесс осаждения включает зародышеобразование с последующим (а) начальным ростом кристаллов и (б) агломерацией этих кристаллов в крупные или напоминающие песчинки частицы гидроксида алюминия, которые впоследствии сушат, а часто прокаливают, чтобы получить Al2O3 в виде представляющего ценность коммерческого продукта. Нижеприведенные примеры демонстрируют улучшенный коммерческий продукт, полученный путем использования приведенных и описанных способов и композиций. Для оценки эффективности жирных кислот C8-C10 применяли следующие методы стандартные предварительной обработки, сравнительной предварительной обработки и испытания: Испытания на осаждение: подготовка раствора. Каждую группу испытаний проводили с использованием свежего маточного раствора, полученного при восстановлении промышленного оборотного раствора. "Оборотный раствор" представляет собой термин, применяемый в способе Байера для описания раствора после конечной стадии классификации,который снова возвращается на выщелачивание. Желаемую массу оборотного раствора отмеряли в стакан из нержавеющей стали, и этот объем уменьшали путем испарения примерно до 30%. К этому добавляли установленное количество по массе твердого гидроксида алюминия и смесь перемешивали до тех пор, пока он не растворится. Этот раствор убирали с электроплитки и помещали на весы, добавляли деионизированную воду до достижения желаемой массы. Маточный раствор фильтровали для удаления любого нерастворимого материала. Окончательный состав раствора включалC (общее содержание каустика или свободная щелочность)=23010 г/л Na2CO3;S (сода, общее содержание щелочи, общая щелочность)=26010 г/л Na2CO3,так что A/C=0,660,05. Испытания на осаждение: оценка добавки. Все испытания на осаждение были проведены в 250 мл сосудах Nalgene, вращаемых с донышка на крышку со скоростью 10 об/мин в водяной бане Intronics с регулируемой температурой. Маточный раствор, имеющий плотность 1,30 кг/л (72C), помещали в эти сосуды по массе (200 мл=260 г) для повышенной точности. Добавку вводили в соответствии с общей площадью поверхности зародышей кристаллизации (мг/м 2) через крышку соответствующих сосудов с использованием микрошприцев, затем сосуды-3 014988 помещали во вращающуюся баню для установления равновесия при 72C (20 мин). После установления равновесия сосуды вынимали, быстро вводили необходимое количество затравки (50 г/л, в расчете на объем раствора) и немедленно возвращали в водяную баню. Температуру водяной бани устанавливали на 72C. Сосуды вращали в течение ночи (15 ч). По истечении 15 ч сосуды вынимали и для каждого сосуда образец суспензии объемом 20 мл фильтровали через шприцевой фильтр и раствор подвергали анализу. Чтобы избежать любого дальнейшего осаждения, к оставшейся суспензии добавляли 10 мл раствора глюконата натрия (400 г/л) при хорошем перемешивании. Твердое вещество собирали посредством фильтрации под вакуумом, тщательно промывали горячей деионизированной водой и сушили при 110C. Распределение частиц по размерам и удельную площадь поверхности определяли на установке для определения размера частиц Malvern, которая хорошо известна в данной области. Распределение частиц по размерам обычно задают тремя параметрами, d(0,1), d(0,5) и d(0,9). Они представляют размер частиц, при котором общий объем (или масса) частиц составляет менее 10, 50 и 90% соответственно. Образцы оценивали путем сравнения: (1) контрольного образца без введения добавки; (2) образцов с введенными коммерческим продуктом 1 и коммерческим продуктом 2 и (3) образцов с введением чистого продукта C8-C10 и смеси C8-C10/масла. Композиции. Продукт А представляет собой имеющуюся в продаже от Proctor and Gamble жирную кислоту C8C10, называемую C-810. Концентрация составляет 150 г/л в имеющемся в продаже парафиновом углеводородном масле, называемом Escaid 110. Продукт B представляет собой образец C12-C15 лауриловой кислоты от Aldrich chemicals. Концентрация составляет 150 г/л в имеющемся в продаже парафиновом углеводородном масле, называемом Escaid 110. Продукт C представляет собой образец C16-C18 олеиновой жирной кислоты от Aldrich chemicals. Концентрация составляет 150 г/л в имеющемся в продаже парафиновом углеводородном масле, называемом Escaid 110. Таблица 1 Таблица 2 Влияние жирных кислот на размер частиц гидроксида алюминия по Байеру при 65C. Результаты приведены в сравнении с коммерческим продуктом 1-4 014988 Эффективность углеродной цепи длиной от C8 до C10 была подтверждена методами испытаний,описанными выше, за исключением того, что жирную кислоту вводили в раствор в чистом виде и в сравнении с контрольным опытом (без добавки) и коммерческим продуктом 1. Чистый продукт C8-C10 показал улучшенное поведение по сравнению с контрольным опытом в отношении размера частиц гидроксида алюминия в сравнении с контрольным опытом при 72C. Хотя данное изобретение было подробно описано с целью иллюстрации, следует понимать, что эти подробности относятся исключительно к данной задаче, и специалисты могут произвести изменения в них, не удаляясь от объема данного изобретения, кроме тех случаев, когда это может быть ограничено формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора процесса Байера путем добавления к этому раствору модификатора кристаллизации, где модификатор кристаллизации включает жирную кислоту от C8 до C10, ее предшественник, соль или их смеси, причем углеродная цепь указанной жирной кислоты не содержит функциональных групп. 2. Способ по п.1, в котором модификатор растворен в масле-основе, имеющем температуру кипения выше примерно 93,33C (200F). 3. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора процесса Байера путем добавления к этому раствору модификатора кристаллизации, где модификатор кристаллизации включает:(а) поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или смеси, при этом указанная жирная кислота имеет длину алкильной цепи от C8 до C10 атомов углерода, причем указанные атомы углерода не содержат функциональных групп, и указанная жирная кислота растворена в масле, имеющем температуру кипения примерно выше 93,33C (200F), или(б) поверхностно-активную жирную кислоту, предшественник, ее соль или их смеси, при этом указанная жирная кислота имеет длину алкильной цепи от C8 до C10 атомов углерода и указанные атомы углерода не имеют функциональных групп. 4. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора процесса Байера путем добавления модификатора кристаллизации, включающего добавку - жирную кислоту C8-C10, которую вводят в раствор в чистом виде, причем указанная жирная кислота не содержит функциональных групп. 5. Способ извлечения кристаллов гидроксида алюминия из маточного раствора процесса Байера путем добавления к этому раствору модификатора кристаллизации, где модификатор кристаллизации включает:(а) поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или их смеси, при этом указанная жирная кислота имеет длину алкильной цепи от C8 до C10 атомов углерода и указанные атомы углерода не содержат функциональных групп и(б) масло с температурой кипения выше примерно 93,33C (200F), в котором растворена жирная кислота (а). 6. Способ по п.1, в котором модификатор кристаллизации представляет собой композицию, включающую:(б) жирную кислоту, предшественник жирной кислоты, ее соль или их смеси, имеющую длину алкильной цепи от C8 до C10 атомов углерода, при условии, что основная цепь этого компонента на основе жирной кислоты не содержит функциональных групп, и(в) возможно, углеводородное масло, в котором растворена жирная кислота (б). 7. Способ по п.6, в котором массовое соотношение жирной кислоты (б) и масла-носителя (в), в котором растворена указанная жирная кислота, составляет примерно 15:85. 8. Способ получения гидроксида алюминия из маточного раствора процесса Байера, содержащего водный алюминат натрия и полученного путем отделения не растворимых в сильной щелочи взвешенных твердых веществ, включающий добавление в указанный раствор модификатора кристаллизации,выбранного из:(а) поверхностно-активной жирной кислоты, ее предшественника, соли или их смесей, причем указанная жирная кислота имеет длину алкильной цепи от C8 до C10 атомов углерода, указанные атомы углерода не содержат функциональных групп, и эта жирная кислота растворена в масле с температурой кипения выше примерно 93,33C (200F) или(б) поверхностно-активной жирной кислоты, ее предшественника, соли или их смесей, причем указанная жирная кислота имеет длину алкильной цепи от C8 до C10 атомов углерода и указанные атомы углерода не содержат функциональных групп; где модификатор добавляют в количестве, эффективном для сдвига распределения частиц по размерам для кристаллов гидроксида алюминия, так что полученные кристаллы характеризуются понижен-5 014988 ным образованием тонкодисперсных частиц продукта. 9. Композиция модификатора кристаллизации для получения гидроксида алюминия посредством процесса Байера, где указанный модификатор кристаллизации включает:(а) поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или их смеси, причем указанная жирная кислота имеет длину алкильной цепи от C8 до C10 атомов углерода, указанные атомы углерода не содержат функциональных групп, и эта жирная кислота растворена в масле с температурой кипения примерно выше 93,33C (200F) или(б) поверхностно-активную жирную кислоту, ее предшественник, соль или их смеси, причем указанная жирная кислота имеет длину алкильной цепи от C8 до C10 атомов углерода и указанные атомы углерода не содержат функциональных групп. 10. Процесс Байера для получения кристаллов гидроксида алюминия, характеризующихся пониженным образованием мелкодисперсных частиц продукта, одновременно со смещением распределения частиц гидроксида алюминия по размерам в сторону увеличения без существенного снижения общего выхода продукта - гидроксида алюминия, включающий добавление в процесс Байера композиции модификатора кристаллизации по п.9.