[发明专利]一种氧化铝生产中碱性料液的分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离氧化铝生产时碱性料液中氢氧化钠和偏铝酸钠的方法。

背景技术

氧化铝的生产方法主要有拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳-烧结联合法等。其中，拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，产量约占全世界氧化铝总产量的95％，原理是先对铝土矿进行粉碎、湿磨，然后用苛性钠(NaOH)溶液加热溶出铝土矿中的氧化铝，分离残渣(赤泥)后，得到含有氢氧化钠和偏铝酸钠的碱性料液。对该碱性料液的处理过程一般为：降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间搅拌，偏铝酸钠分解析出氢氧化铝沉淀。经过过滤，液相即含有NaOH的母液适当处理后返回铝土矿的湿磨、溶出等工序；而固相，即氢氧化铝沉淀则进行洗涤，于950-1200℃煅烧，得到氧化铝成品。以上过程中，在引入晶种分解偏铝酸钠之前，没有对碱性料液进行分离浓缩，料液中碱即NaOH含量非常高，不利于偏铝酸钠的分解，除需要长时间搅拌，消耗能源、延长工艺流程以外，分解程度也会受到明显影响，由此氢氧化铝的产率也会降低。此外，过滤后的母液会残留较多偏铝酸钠组分，进而影响母液的循环使用。

针对以上问题，如果能有合适的方法，在引入晶种之前对碱性料液中的氢氧化钠和偏铝酸钠进行分离，则有望在晶种沉淀过程中降低能耗、减少时间、提高氢氧化铝的产率；另外，母液中碱的纯度也会得到提高，有利于其循环使用。膜分离方法具有高效、低能耗、绿色环保等特点，所以值得借鉴和使用。目前膜法分离，包括电渗析、扩散渗析等主要是针对碱性废液的处理。例如，铝或铝合金用NaOH溶液进行蚀刻后，会产生含有大量NaOH、氢氧化铝和偏铝酸钠等的废液，针对此类废液，美国专利US 5,141,610和US 5,198,085报道了用电解电渗析的方法进行处理。运行过程中，废液中的OH^-离子电解生成氧气，或者与电极反应生成的H⁺离子中和生成水；钠离子通过阳离子交换膜迁移到阴极室，与阴极室电解水产生的OH^-离子结合，生成NaOH得到回收；偏铝酸根等离子在阳极室或反应室水解生成固态沉淀如氢氧化铝。再间歇性的将阳极室或反应室的溶液抽出，通过冷却、结晶和过滤等过程将氢氧化铝等沉淀分离，溶液则返回继续进行电渗析实验。该法对碱和铝等的回收率很高，但是操作过程为间歇、不连续的，不利于实际生产过程。在阳极室或反应室中产生的氢氧化铝等沉淀会对膜造成污染，所以难以适用于铝含量很高的碱性料液的处理。此外，废液中的OH^-离子不能被直接回收利用，相反，需要通过电极反应生成OH^-，过程较为复杂，需要能耗较大。

针对氧化铝生产过程中产生的赤泥废液，中国专利“赤泥废液膜法回收碱工艺”(公开号：CN1150578A)报道了纳滤、精滤和电渗析集成进行浓缩回收的工艺，但是该工艺属于氧化铝生产过程中碱性料液与残渣(赤泥)分离后的下端工艺流程，主要目的是回收赤泥废液中的碱，对碱性料液的分离没有指导意义。

因此，目前尚无通过电渗析方法分离氧化铝生产时碱性料液中氢氧化钠和偏铝酸钠的报道。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种氧化铝生产时碱性料液中的氢氧化钠和偏铝酸钠通过电渗析进行分离的方法，旨在解决现有氧化铝生产中晶种沉淀过程能耗高、时间长、产率不够高，以及母液中碱的纯度较低等问题。

本发明为解决以上技术问题，采用如下技术方案：

本发明氧化铝生产中碱性料液的分离方法，其特点在于：通过电渗析装置分离所述碱性料液中的氢氧化钠和偏铝酸钠；所述电渗析装置由分别位于两侧的阳极室和阴极室，及夹在阳极室和阴极室中间的电渗析隔室构成；所述电渗析隔室是由通过阳离子交换膜与阴离子交换膜间隔排列构成的一个或多个碱回收室和料液室单元重复排列组成；所述阳极室是由阳极和构成电渗析隔室的、且与所述阳极相邻的阳离子交换膜间隔构成；所述阴极室是由阴极和构成电渗析隔室的、且与所述阴极相邻的阳离子交换膜间隔构成；

所述碱性料液按如下方法进行分离：在阳极室与阴极室中通入强电解质溶液，在碱回收室中通入稀碱液，在料液室中通入所述碱性料液，在阳极与阴极之间施加直流电，使得氢氧化钠在碱回收室中富集，料液室中氢氧化钠浓度逐渐降低，实现碱性料液中氢氧化钠和偏铝酸钠的分离。

本发明氧化铝生产中碱性料液的分离方法，其特点也在于：本发明的阳离子交换膜与阴离子交换膜都采用耐碱的膜；阳极与阴极选用钛涂钌电极。