[發明專利]用于對氧化鋁生產中的堿性料液進行電滲析和電解電滲析集成處理的裝置及處理方法

有效

• 申請號: 201410487005.1
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104211098A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 吳翠明;顏海洋;吳永會
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C01F7/02
• 分類號: C01F7/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明屬于氧化鋁生產中堿性料液的分離技術領域，具體涉及對該堿性料液進行電滲析和電解電滲析集成處理方法和裝置。

背景技術

氧化鋁的生產方法主要有拜耳法、堿石灰燒結法和拜耳-燒結聯合法等。其中，拜耳法一直是生產氧化鋁的主要方法，產量約占全世界氧化鋁總產量的95％，原理是先對鋁土礦進行粉碎、濕磨，然后用苛性鈉(NaOH)溶液加熱溶出鋁土礦中的氧化鋁，分離殘渣(赤泥)后，得到含有氫氧化鈉和偏鋁酸鈉的堿性料液。對該堿性料液的處理過程一般為：降低溫度，加入氫氧化鋁作晶種，經長時間攪拌，偏鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁沉淀。經過過濾，液相即含有NaOH的母液適當處理后返回鋁土礦的濕磨、溶出等工序；而固相，即氫氧化鋁沉淀則進行洗滌，于950-1200℃煅燒，得到氧化鋁成品。以上過程中，在引入晶種分解偏鋁酸鈉之前，沒有對堿性料液進行分離濃縮，料液中堿即NaOH含量非常高，不利于偏鋁酸鈉的分解，除需要長時間攪拌，消耗能源、延長工藝流程以外，分解程度也會受到明顯影響，由此氫氧化鋁的產率也會降低。此外，過濾后的母液會殘留較多偏鋁酸鈉組分，堿的純度不高，進而影響母液的循環使用。

針對以上問題，已公布的一項中國專利(CN?104016388A)提出在引入晶種之前，用電滲析膜分離裝置對堿性料液中的氫氧化鈉和偏鋁酸鈉進行分離，并驗證了膜分離的可行性。分離前期即堿回收率較低時，分離速度較快，能耗較低，鋁泄漏率也不高。例如，當使用7張有效面積為20cm²的離子交換膜時，運行3小時堿回收率為60-70％，能耗為～3kW?h/kg，鋁泄漏率為～15％。然而分離后期由于料液中堿濃度明顯下降，偏鋁酸根離子通過膜的速度加快，所以鋁泄漏率會快速升高，分離效率明顯下降。例如，當堿回收率達到81.6％時，鋁泄漏率高達25.5％，所以不得不提前終止分離。因此，堿回收率和回收堿液濃度無法進一步提高，回收的堿液不能直接進行循環使用，還需加入新堿(NaOH)，提高了生產成本，也增加了化學品的消耗。

美國專利US?5,141,610和US?5,198,085報道了用電解電滲析的方法對鋁及鋁合金的蝕刻廢液進行處理。該蝕刻液的主要成分為氫氧化鈉和偏鋁酸鈉等，與氧化鋁生產中堿性料液成分類似。運行過程中，廢液通入陽極室或反應室，在直流電場的作用下，其中的OH^-離子電解生成氧氣，或者與電極反應生成的H⁺離子中和生成水；鈉離子通過陽離子交換膜遷移到陰極室，與陰極室電解水產生的OH^-離子結合，生成NaOH；偏鋁酸根離子則保持在陽極室或反應室，泄漏率接近為零。由于運行過程中該室離子濃度明顯下降，為降低后期膜堆電阻和運行電壓，需引入強電解質溶液如Na₂SO₄。到運行后期，隨著NaOH濃度降低，偏鋁酸根等離子會逐漸水解生成固態沉淀如氫氧化鋁，間歇性的將該室中所有組分抽出，通過冷卻、結晶和過濾等過程將氫氧化鋁等沉淀分離，溶液則返回繼續進行電解電滲析實驗，一直到Na⁺離子(包括NaOH和偏鋁酸鈉離解出的所有Na⁺離子)回收率接近100％。該法對堿的回收率很高，鋁泄漏率接近為零。但是操作過程為間歇、不連續的，不利于實際生產過程。在陽極室或反應室中引入的強電解質溶液雖然能明顯降低運行電壓，但是不利于氫氧化鋁沉淀后續的分離和提純等過程。另外，同一批廢液反復進行電解電滲析分離，在陽極室或反應室中反復產生的氫氧化鋁等沉淀還會對膜造成較為嚴重的污染，所以難以適用于鋁含量較高的堿性料液的處理。此外，廢液中的OH^-離子不能被直接回收利用，相反，需要通過電極反應生成OH^-離子，過程較為復雜，分離時間較長。

因此，目前報道的電滲析過程具有分離速度較快，可直接分離、利用OH^-離子的優點，在分離前期鋁泄漏率較低，但是在深度分離時存在高鋁泄漏的缺陷，所以無法獲得較高的堿回收率；電解電滲析在深度分離時具有“零”鋁泄漏率的優勢，可以達到很高的堿回收率，但存在污染較為嚴重，不能直接分離、利用OH^-離子等缺陷。至今尚無通過電滲析和電解電滲析集成的方法分離氧化鋁生產時堿性料液中氫氧化鈉和偏鋁酸鈉的報道。

發明內容

本發明的目的是提出一種用電滲析和電解電滲析集成裝置對氧化鋁生產時堿性料液中的氫氧化鈉和偏鋁酸鈉進行分離的方法和裝置，以克服現有技術的上述缺陷。

為實現上述發明的目的，采用如下技術方案：