用于控制氧化铝的沉淀的电解方法

专利名称：：用于控制氧化铝的沉淀的电解方法专利说明用于控制氧化铝的沉淀的电解方法发明领域本发明涉及用于控制氧化铝从拜耳(Bayer)法溶液中沉淀的电解方法。
背景技术：
：拜耳法被广泛用于从含氧化铝的矿石如铝土矿制备氧化铝。该方法包括在通常称为煮解的工序中，使含氧化铝的矿石与再循环的苛性铝酸盐溶液在高温下接触。从所得到的浆液中移除固体并且将溶液冷却以诱导过饱和的状态。向溶液中加入氧化铝作为晶种，以诱导从其中沉淀更多的氢氧化铝。将沉淀的氧化铝从苛性铝酸盐溶液(称为废液)中分离，其中将一部分氧化铝再循环用作晶种，而将剩余物作为产物回收。将剩余的苛性铝酸盐溶液再循环用于进一步煮解含氧化铝的矿石。沉淀反应总体可以用以下关于氢氧化铝的沉淀的化学方程式表示。类似的方程式可以制订用于碱式氢氧化铝的沉淀Al(OH)4-(水溶液)+Na+(水溶液)→Al(OH)3(固体)+OH-(水溶液)+Na+(水溶液)随着沉淀反应进行，液体的A/TC比从约0.7降低至约0.4(其中A表示氧化铝浓度，以gL-1的Al2O3形式表示，而TC表示总苛性碱(caustic)浓度，[NaOH]+[NaAl(OH)4]，以gL-1的碳酸钠的形式表示)。在较低的A/TC值，沉淀的速率由于随着体系接近平衡的过饱和水平降低以及液体中“游离苛性碱”水平增加而显著变慢。已知的是，拜耳法溶液的TC和TA(其中TA表示总碱浓度，[NaOH]+[NaAl(OH)4]+[Na2CO3]，以gL-1的碳酸钠的形式表示)以许多方式影响勃姆石和三水铝石在那些溶液中的溶解度。通常，多于一半的氧化铝保持溶解于溶液中，以通过设备的煮解流程(circuit)再循环。原则上，如果在沉淀过程中形成的氢氧化物的一些可以被移除，则液体的A/TC比将增加，并且上述反应的平衡将向右移动，从而有利于氧化铝的更多沉淀。此外，据信还可以通过降低拜耳液体中苛性碱的水平来诱导和控制过饱和，其益处在于实现超过在现有实践下可获得的收率的增加。液体碳酸盐化(carbonation)是在氧化铝工业中用于将氢氧化物转化成碳酸盐的技术，并且已被用于增加氧化铝的沉淀收率。然而，除了产生与现有实践相比质量较差的氧化铝以外，液体碳酸盐化使得石灰的过多购买成本成为必要，这需要从碳酸钠再生苛性碱。此外，再苛性化(recausticisation)步骤是效率低的，并且不导致苛性碱的完全再生。单独基于氧化铝溶解性，钠离子的移除与氢氧化物的中和结合应当产生比通过碳酸盐化的氢氧化物中和更大的沉淀收率的增加。这是因为前者导致TC和TA同时降低，而后者导致TC降低但TA保持恒定(其中TC和TA分别表示总苛性碱浓度和总碱浓度，均以gL-1碳酸钠的形式表示)。对于给定的TC的值，氧化铝在具有较高TA的溶液中更易溶。以上对本发明背景的讨论意在促进对本发明的理解。然而，应当理解，该讨论并不是确认或承认所提及的材料中的任何一项是如在本申请的优先权日之前在澳大利亚或任何其它地方的公知常识的一部分。
发明内容本领域技术人员应当认识到，本文中描述的发明易于进行不同于具体描述的那些的变化和改变。应当理解，本发明包括所有这样的变化和改变。本发明还独立或总体包括在说明书中提及或指出的所有步骤、特征、组合物和化合物，以及任意两个以上的步骤或特征的任意和所有组合。本发明的范围不受本文中描述的具体实施方案的限制，所述的具体实施方案仅意在出于示例的目的。功能相同的产品、组合物和方法明确地在如本文中所述的发明的范围内。本文中引用的所有出版物(包括专利、专利申请、期刊文章、实验室手册、书籍或其它文献)的全部公开内容通过引用结合在此。根据本发明，提供一种用于控制氧化铝从拜耳法溶液中沉淀的方法，该方法包括以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，其中不将所述拜耳法液体引导至所述第二区域。有利地，通过不将拜耳法液体引导至第二区域，可以从第二区域产生相对纯的苛性碱流。这样的流可以用在拜耳流程中，例如用于清洗铝土矿(以萃取杂质)或其中清洁的苛性碱有用的任何其它应用。此外，拜耳法液体在沉淀步骤之后可以用于拜耳流程中的其它位置。例如，与正常废液相比，其具有较低的TC/TA含量和较低的氧化铝含量，从而使其能够更有效地用石灰苛性化(causticisation)。应当理解，可以提供多于两个区域，并且可以提供多于一个离子渗透膜。根据本发明，提供一种用于控制氧化铝从拜耳法溶液中沉淀的方法，所述方法包括以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，其中所述苛性碱溶液具有以Al2O3计的20gL-1的最大氧化铝浓度。苛性碱溶液中较低的氧化铝含量可能有利于铝土矿清洗，因为此清洗流将不被再循环回到拜耳液体中，从而减少氧化铝损失。应当理解，可以提供多于两个区域，并且可以提供多于一个离子渗透膜。根据本发明，提供一种用于控制氧化铝从拜耳法溶液中沉淀的方法，所述方法包括以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，其中提供至少第三区域和至少两个离子渗透膜。如本文中所使用的，术语“氧化铝”应当认为包括而不限于任何形式的氢氧化铝、碱式氢氧化铝或三氧化二铝。优选地，不将拜耳法液体引导至第二区域。在提供多于一个离子渗透膜的情况下，离子渗透膜优选为基本上共面的，使得相邻的离子渗透膜优选允许带相反电荷的离子的转移。在本发明的一种形式中，提供至少一个阴离子渗透膜和至少一个阳离子渗透膜。在提供至少一个阴离子渗透膜和至少一个阳离子渗透膜的情况下，多个膜可以构成(comprise)电渗析单元。在本发明的第二种形式中，提供至少一个双极性膜和至少一个阳离子渗透膜。在提供至少一个双极性膜和至少一个阳离子渗透膜的情况下，多个膜可以构成电渗析单元。在提供一个离子渗透膜的情况下，离子渗透膜优选为阳离子渗透膜并且所述离子为阳离子。优选地，所述阳离子为钠阳离子。应当理解，阳离子从一个区域至另一个区域的转移将包括多于一种阳离子从第一区域至第二区域的转移。优选地，一个区域配置有阳极而另一个区域配置有阴极。应当理解，阳离子从一个区域至另一个区域的转移伴随有拜耳法液体中氢氧离子的伴随中和以及在第二区域中氢氧离子的产生，或在电渗析单元的情况下，伴随有氢氧根从一个区域至另一个区域并且在与阳离子转移相反的方向上的转移，以保持溶液电荷平衡。本发明提供与采用碳酸盐化来降低拜耳法溶液中的氢氧根浓度的方法相比显著的优点，因为碳酸盐化降低TC而不影响TA，但是本发明同时降低拜耳法液体的TC和TA。此外，本发明提高拜耳法液体的A/TC，从而提高氧化铝的沉淀效率。本发明提供与采用溶剂萃取以萃取物种从而控制拜耳液体中氧化铝的沉淀的方法相比显著的优点，因为液体不需要与有机溶剂接触，其可能导致有机相的组分与设备液体的组分之间的不利反应。此外，采用独立的相分离阶段或随后的反提取阶段以从有机相中以苛性碱的形式回收纯碱都不是必需的。优选地，所述方法包括以下另外的步骤在拜耳法液体中沉淀氧化铝。氧化铝在碱性溶液中比在水中更可溶，并且有利地，拜耳法液体中钠离子浓度的降低可以增加氧化铝的沉淀。有利地，本发明的方法可以用于控制沉淀的氧化铝的形式，并且影响诸如勃姆石、三水铝石、三羟铝石、三斜三水铝石(doyleite)和诺三水铝石(nordstrandite)的形式的形成。应当理解，氧化铝可以是任何上述形式的混合物。有利地，通过移除纯碱和沉淀氧化铝，废液中的任何杂质均被浓缩，这可能使得流更适于杂质移除技术，如液体急冷(从而以钠的复盐的形式移除碳酸根和硫酸根)。优选地，该方法包括以下另外的步骤在拜耳法液体中放入氧化铝晶种。在本发明的一种形式中，以下步骤在拜耳法液体中放入氧化铝晶种，在以下步骤之前进行在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜。在本发明的第二种形式中，以下步骤在拜耳法液体中放入氧化铝晶种在以下步骤之后进行在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；应当理解，最佳晶种量(seedingrate)取决于许多因素，包括晶种和液体性质以及沉淀流程的设计，并且可以高于50gL-1，并且优选在50至1300gL-1的范围内。优选地，以下步骤导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移；在比用于煮解铝土矿的温度低的温度进行。优选地，以下步骤在拜耳法液体中沉淀氧化铝，在高达所述液体在该压力下的沸点的温度进行。有利地，本发明可以消除降低拜耳法液体的温度以增进过饱和的需要。已知的是，沉淀速率随温度降低。在三水铝石沉淀流程中，沉淀在约90℃开始，并且在约60℃，在沉淀相完成时结束。在不限于理论的情况下，据信本发明的方法可以允许氧化铝在与液体在该压力下的沸点一样高的温度沉淀。本发明可以用于不在煮解中初始增加TC的情况下，将沉淀收率提高至超过目前的极限值。它还可以提供在没有可感知的液体冷却的情况下诱导过饱和的手段。在不限于理论的情况下，据信钠/铝酸根离子对存在于沉淀的氧化铝的表面上或表面附近，并且阻碍氧化铝进一步沉积到表面上。有利地，从拜耳法溶液中移除钠可以增加氧化铝沉淀。重要的是，本发明不主张溶液pH的可测量的降低。拜耳液体pH高于可测量的极限值(＞14)，并且发现沉淀收率的显著增加可以通过由本方法发明促进钠离子浓度降低来得到，从而液体pH仍保持远高于14的值。应当理解，离子渗透膜应当基本上抵抗在电解条件下的腐蚀或降解。应当理解，离子渗透膜的选择取决于许多因素，包括离子传输的选择性，包括钠离子传输的选择性。另外的因素包括离子传输的传导性和速率、机械、尺寸和化学稳定性、对结垢和中毒的抵抗性以及膜寿命。在本发明的特定形式中，阳离子渗透膜可以包含全氟聚合物如磺化四氟乙烯共聚物、羧酸酯聚合物、聚苯乙烯基聚合物、二乙烯基苯聚合物，或钠传导陶瓷如β-氧化铝，或它们的组合。在本发明的高度特定形式中，阳离子渗透膜为Nafion115、Nafion117、Nafion324、Nafion440、Nafion350、Nafion900系列、FumatechFKB、FumatechFKL膜、AstomCMB或AstomCMX膜。已知全氟膜具有高的对高pH条件下的化学侵蚀的抵抗性。据信稳定性和有利的物理性质归因于基本上惰性且强的聚合物的主链，其含有规则的用离子基团封端的侧链。离子基团的选择是重要的，因为它们影响与迁移离子的相互作用、离子交换聚合物的pKa、聚合物的溶剂化以及固定的离子基团之间相互作用的性质和程度。在电渗析单元的情况下，阴离子渗透膜优选为NeoseptaAHA膜或FumatechFAP膜。应当理解，电极材料应当表现出高导电性和低电阻，并且基本上抵抗在电解条件下的腐蚀。拜耳液体是高度腐蚀性的，但是在阳极产生H+。应当理解，电极材料的选择在技术人员读者的能力和知识范围内。因为拜耳液体含有阴离子，比如氟离子、硫酸根等，所以可能在阳极与溶液的界面处发生氢氟酸、硫酸等的产生(尽管溶液是高度苛性的)。合适的阳极材料包括铂涂覆的铌、铂涂覆的钛或蒙乃尔合金(Monel)。应当理解，仅在阴极处产生碱，因此阴极材料的选择可以比阳极材料更广。合适的阴极包括不锈钢或气体扩散电极(氧去极化阴极)。应当理解，必须控制电流密度，因为增加电流密度将提高产物形成的速率，但是其还增加能量消耗。对于较高的电流密度，对于给定量的萃取的苛性碱，可以需要较小的膜面积。对于采用一个阳离子交换膜的体系，优选的电流密度可以介于20mA/cm2和600mA/cm2之间。更优选地，电流密度介于150mA/cm2和350mA/cm2之间。尽管具有尽可能高的苛性碱溶液的苛性碱浓度是有利的，但是如果其过高，则电流效率可能由于氢氧离子从苛性碱溶液向拜耳法液体的反扩散而受损。苛性碱溶液可以来源于拜耳流程。应当理解的是，在苛性碱溶液来源于拜耳流程的情况下，溶液的苛性碱浓度应当低于拜耳法液体的苛性碱浓度。非限制的实例包括拜耳湖水(Bayerlakewater)或浓缩物。优选地，苛性碱浓度不高于约8MNaOH或25％NaOH。应当理解，如果苛性碱浓度过低，则电流密度可能由于较低的导电性而降低。在本发明的一种形式中，以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜，在拜耳法侧流(sidestream)中进行。在本发明的一种形式中，在拜耳法包括以下步骤的情况下用苛性碱溶液煮解铝土矿；液固分离以提供残余物和拜耳液体；和从拜耳液体中沉淀氧化铝；以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和以下步骤导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，在以下步骤之前进行从所述拜耳液体中沉淀氧化铝。在本发明的第二种形式中，在拜耳法包括以下步骤的情况下用苛性碱溶液煮解铝土矿；液固分离以提供残余物和拜耳液体；和从拜耳液体中沉淀氧化铝；和以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，在以下步骤之后进行从所述拜耳液体中沉淀氧化铝。在以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，在以下步骤之后进行的情况下从所述拜耳液体中沉淀氧化铝，所述方法可以包括以下另外的步骤从拜耳法液体中沉淀另外的氧化铝。在本发明的第三种形式中，在拜耳法包括以下步骤的情况下用苛性碱溶液煮解铝土矿；液固分离以提供残余物和拜耳液体；和从拜耳液体中沉淀氧化铝；和以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向所述其它区域转移，在以下步骤的过程中进行从所述拜耳液体中沉淀氧化铝。本发明的方法可以作为间歇法进行，其中第一区域以第一隔室的形式提供，第二区域以第二隔室的形式提供，并且离子渗透膜设置在第一隔室和第二隔室之间。将拜耳法液体引入第一隔室中，将苛性碱溶液引入第二隔室中，并且在第一隔室和第二隔室之间施加电势固定的时间，之后将耗减钠离子和氢氧离子的拜耳法液体从第一隔室移除，并且将具有提高的氢氧化钠浓度的苛性碱溶液从第二隔室移除。备选地，本发明的方法可以作为连续法进行，其中第一区域以第一隔室的形式提供，第二区域以第二隔室的形式提供，并且离子渗透膜设置在第一隔室和第二隔室之间。将拜耳法液体连续引入第一隔室中，将苛性碱溶液连续引入第二隔室中，并且在第一隔室和第二隔室之间连续施加电势。将经处理的耗减了钠离子和氢氧离子的拜耳法液体连续地从第一隔室移除，并且将具有提高的氢氧化钠浓度的苛性碱溶液连续地从第二隔室移除。再备选地，本发明的方法可以作为连续法用电池中的许多隔室进行，其中相邻的隔室交替地被阳离子渗透膜和阴离子渗透膜分隔。每隔一个区域含有拜耳法液体的原料溶液，并且氢氧根不是被在阳极产生的质子中和，而是通过阴离子膜将其从原料溶液中移除，从而形成较纯的苛性碱(钠离子经由阳离子膜来自相对侧)。据信，与使用单一离子渗透膜的电解相比，该方法消耗较少的能量，因为被电解形成质子和氢氧根且随同形成氢和氧的水的量被最小化。任选地，该布置可以包括代替阴离子渗透膜的双极性膜。双极性膜直接使水分裂，从而产生氢氧离子和质子，没有氢和氧形成。附图简述现在将参照本发明的8个实施方案和附图仅通过实施例描述本发明，在附图中图1a是拜耳流程的示意性流程图；图1b是显示如何可以将根据第一个实施方案的方法在拜耳流程中使用的示意性流程图；图2a是根据本发明的第二个实施方案的电化学池的示意图；图2b是根据本发明的第三个实施方案的电化学池的示意图；图3是显示苛性碱强度(causticstrength)对电流效率的影响的图示；图4是显示当在较高A/TC比率运行电池时电流效率变化的图示；图5是显示对于各种阳极在阳极电解液中铁浓度的变化的图示；和图6是显示对于各种阳极在阳极电解液中镍浓度的变化的图示。图7是根据本发明的第四个实施方案的电化学池的示意图；图8是根据本发明的第五个实施方案的电化学池的示意图；图9是根据本发明的第六个实施方案的电化学池的示意图；图10是显示在使用气体扩散电极作为阳极的条件下，温度对电压和电流密度的影响的图示；图11是显示在使用气体扩散电极作为阴极的条件下，温度对电压和电流密度的影响的图示；图12是显示在使用常规平板电极的条件下，温度对电压和电流密度的影响的图示；图13是显示与常规电极相比，起到阳极或阴极的作用的气体扩散电极对电压和电流密度的影响的图示；图14是根据本发明的第七个实施方案的电化学池的示意图；图15是显示双极性膜的效果的图示；图16是显示跨过FKB膜的Al传输的量的图示；图17是根据本发明的第八个实施方案的电化学池的示意图；图18是显示电渗析的过程中拜耳废液的浓度曲线的图示；图19是显示电流密度对电压和电荷的影响的图示；和图20是显示对于9％w/w的恒定阴极电解液苛性碱浓度，电流密度对电压和电荷的影响的图示。实施本发明的最佳方式本发明集中于通过钠离子在电势梯度的影响下经由离子渗透膜从拜耳法溶液中的传输来控制拜耳法中的氧化铝沉淀。通过小心控制萃取条件，可以控制氧化铝从铝酸盐溶液中的沉淀。图1a显示使用单煮解流程的用于精炼厂的拜耳法流程的示意性流程图，该拜耳法流程包括以下步骤在苛性碱溶液中煮解12铝土矿14；将混合物液固分离16成残余物18和液体20；从液体20沉淀氧化铝22；分离氧化铝22和液体24；和将液体24再循环至煮解12。根据本发明的第一个实施方案并且在图1b中最清楚地看到，另外提供电化学池26，其包括被阳离子渗透膜32分隔的阳极电解液隔室28和阴极电解液隔室30，其中泵送液体24通过阳极电解液隔室28，泵送苛性碱溶液33通过阴极电解液隔室30。跨过电化学池26施加电势，并且将钠离子跨过膜32传输至阴极电解液隔室30。同时，在阳极处由水的氧化产生的质子中和阳极电解液中的氢氧根。将经处理的液体34移出，并且可以加入晶种以引起氧化铝沉淀36。应当理解，废液在移除沉淀的氧化铝36之后可以进一步处理，之后返回到煮解，如图1b中的虚线所示。根据本发明的第二个实施方案，在图2a中最清楚地看到，另外提供电化学池37，其包含多个交替的阳极电解液隔室38和阴极电解液隔室40，每个隔室交替地被阳离子渗透膜42和阴离子渗透膜44分隔，其中泵送液体24通过阳极电解液隔室38，泵送苛性碱溶液33通过阴极电解液隔室40。跨过电化学池37施加电势，并且将钠离子跨过阳离子渗透膜42传输至阴极电解液隔室40。同时，氢氧离子跨过阴离子渗透膜44传输至阴极电解液隔室40。总之，此过程降低液体24的苛性并且增加阴极电解液的苛性。将经处理的液体34泵出阳极电解液隔室38并且可以加入晶种以引起氧化铝沉淀36。离开阴极电解液隔室40的溶液45具有增加的苛性。根据本发明的第三个实施方案，在图2b中最清楚地看到，另外提供电化学池46，其包含多个交替的阳极电解液隔室48和阴极电解液隔室50，每个隔室交替地被阳离子渗透膜52和双极性膜54分隔。泵送液体24通过阳极电解液隔室48，泵送苛性碱溶液33通过阴极电解液隔室50。跨过电化学池46施加电势，并且将钠离子跨过阳离子渗透膜52传输至阴极电解液隔室50。同时，在阳极处由水的氧化产生的质子中和阳极电解液中的氢氧根。将经处理的液体34泵出阳极电解液隔室48并且可以加入晶种以引起氧化铝沉淀36。离开阴极电解液隔室50的溶液56具有增加的苛性。以下实施例起到更全面地描述使用上述发明的方式以及描述对于进行本发明的各种方面所预期的最佳模式的作用。应当理解，这些实施例不以任何方式起到限制本发明的真正范围的作用，而是出于示例目的而提供的。除非另外说明，全部实验均采用分隔的流动池，其由被可得自杜邦(DuPont)的阳离子膜分隔的阳极电解液隔室和阴极电解液隔室构成。Nafion是磺化四氟乙烯共聚物。确定Nafion膜的分子量的常规方法如光散射和凝胶渗透色谱法是不可用的，因为Nafion是不可溶的。相反，将当量(EW)和材料厚度用于描述最可以商购获得的膜。将EW定义为按每摩尔的磺酸基计的Nafion的重量。例如，Nafion117表示1100gEW+0.007厚度。将阳极电解液(来自申请人在西澳大利亚Kwinana的精炼厂的拜耳废液)泵送通过阳极电解液隔室，而将阴极电解液(苛性碱)泵送通过阴极电解液隔室。阴极电解液为由氢氧化钠或氢氧化钾制备的合成溶液。在设备中，设想一部分的阴极电解液从电池流出，送至用于在煮解之前与废液混合，并且在将阴极电解液向回再循环通过电池之前用湖水或浓缩物代替以降低苛性。在跨过电池施加电势的情况下，钠离子被跨膜传输到阴极电解质。同时，在阳极处由水的氧化产生的质子中和阳极电解液中的氢氧根。阳极H2O→e-+1/2O2(气体)+2H+(水溶液)阳极电解液H+(水溶液)+OH-(水溶液)→H2O阴极H2O+e-→OH-(水溶液)+1/2H2(气体)阴极电解液Na+(水溶液)+OH-(水溶液)→NaOH(水溶液)以上方程式清楚地显示阳极电解液中的氢氧根如何被在阳极形成的质子中和，并且在阴极伴随形成氢氧离子。这些反应的组合将苛性碱从阳极电解液中移除，并且使阳极电解液关于氧化铝溶解度过饱和。然后阳极电解液可以与用于氧化铝的沉淀的氧化铝晶种接触。含有高水平的苛性碱的阴极电解液可以再次用于拜耳流程中。低浓度阴极电解液可以用于铝土矿清洗。较高浓度阴极电解液可以在送至煮解之前直接加入废液中，或在煮解之前的研磨阶段的过程中自身与铝土矿结合。将三水铝石用作所有涉及沉淀的实验的晶种，它们使用放置在旋转水浴中的250mL容量的聚丙烯瓶以分批的形式进行。除非另外说明，按每100mL的液体计，使用10g的晶种用于沉淀实验。实验条件和溶液组成意在复制存在于精炼厂的氧化铝沉淀流程的后段的那些条件和组成。在接触时间结束时，通过过滤收集沉淀的氧化铝，用热水清洗，在烘箱中于105℃干燥并且称重。含水滤液通过添加葡萄糖酸钠而稳定以防止当将液体冷却至室温时从溶液中沉淀三水铝石，并且通过滴定和ICP分析TC和氧化铝含量。来自沉淀实验的所有固体样品由XRD分析并且发现仅含有三水铝石。整个电解装置容纳在通风橱中以促进在电极产生的氢和氧的适当通风。将拜耳废液从12L储存器泵送通过阳极电解液池入口并且离开返回到储存器。围绕罐的底部缠绕的加热带用于将阳极电解液加热至90℃。使储存器和所有管道绝热以减少热损失。将较小的2L储存器用于阴极电解液并且也使其绝热。两个储存器均在顶部配置有用自来水冷却的冷凝器以减少从电解液的水损失。对于阴极电解液浓度保持恒定的那些实验，将蠕动泵用于将水输送至阴极电解液储存器。除非另外说明，对于所有实验均监测流量、温度、入口压力、电池电压、电流和电荷。对于实验1-12，阳极电解液在传输至阳极电解液储存器之前被预热至90℃。在各个实验之前、之中和之后采集各个电解液的样品，并且对总苛性碱、钠和氧化铝进行分析。向各个最终阳极电解液的等分样品中添加葡萄糖酸钠以抑制Al(OH)3的沉淀。通过原子吸收光谱法(波长309.6nm，0.7nm狭缝，Al灯电流10mA，乙炔燃料＝1.0，一氧化二氮氧化剂＝2.4)测量铝含量。准备在5.0mg/L至40.0mg/L范围内的四点校正曲线，并且将含有Al的阳极电解液样品稀释1∶2500，并且将阴极电解液样品稀释1∶50。钠含量通过离子色谱法(具有AS40自动取样器的DionexDX320系统；分析柱，4mmIonPacCS12A和CG12A保护柱(GuardColumn)；流量1.0mL/min；CSRS超抑制器(UltraSuppressor)，电流110mA；检测器范围0.1μs；洗脱液浓度梯度10分钟内由20mMMSA(甲磺酸)至35mMMSA；数据收集时间10分钟)测量。在2.0mg/L至100mg/L的范围内准备用于Na+和K+的四点校正曲线。所有阳极电解液样品用去离子水稀释1∶2500，阴极电解液样品稀释1∶5000。所有样品定量化由线性校正进行，并且每5至10个样品以及在每个序列结束时分析标样。总苛性碱分析通过pH滴定进行，使用0.4997N硫酸(西格玛奥德里奇目录(SigmaAldrichcat.)319570)，采用考虑游离氢氧根和铝酸根结合氢氧根([OH-]+[Al(OH)4-])的完全中和的专有程序至预定的pH终点。在此程序中，将液体阳极电解液的2mL等分样品分散于30mL的400g/L葡萄糖酸钠溶液与8mL的去离子水的混合物中。使用相同程序滴定阴极电解液样品。部分A使用两隔室池和阳离子渗透膜通过电解从废液移除苛性碱作为电流密度的函数的电解表1中的实验1、2和3使用氢氧化钾阴极电解液进行，以监测阴极电解液隔室中钠浓度的提高并且为研究的变量建立基线。实验1使用1MKOH阴极电解液在150mA/cm2的电流密度进行。初始A/TC比率为0.40，并且在90℃进行电解6.7小时以提供0.52的最终A/TC比率和TC为196g/LNa2CO3的阳极电解液。对于Na+和OH-电流效率分别为94.7％和93.5％。进行实验2以确定较高电流密度对电池性能的影响。在350mA/cm2，试验在90℃进行3.2小时，在A/TC比率接近实验1的A/TC比率时停止。与实验1相比，对于Na+和OH-的电流效率略微改善。在与实验2相同的条件下进行实验3，但是至较高A/TC比率。在0.62的比率，对于Na+和OH-的电流效率分别为95％和96％。在较高A/TC比率存在一些电流效率略微降低的迹象。尽管电池在运行至阳极电解液中低苛性碱浓度(163g/LNa2CO3)的条件下表现良好，但是即使在添加葡萄糖酸钠之后在冷却之后仍在样品瓶中存在一些氢氧化铝的沉淀。在实验3之后将电池拆开以检查结垢。在阴极电解液流动通道中有少量铝酸盐的积累，并且在Nafion324膜上有一些起泡。据信流动构架中的铝酸盐沉积物归因于氧化铝在低苛性碱浓度下的不溶性，而膜起泡可能由与电池的初始启动和测试有关的许多问题包括流量、高电流密度和高A/TC比率而导致。在研究的剩余部分的过程中没有观察到膜起泡。表1.作为电流密度的函数的电解。作为阴极电解液苛性碱强度的函数的电解为了将苛性阴极电解液在拜耳流程中再循环，如果其为高度苛性是有利的。如表2中所示，在不同阴极电解液(NaOH)浓度进行测试以确定对电流效率、水传输和氢氧根反迁移的影响。实验4、5、6和7通过泵入水以稀释Na+的积累而在接近开始时阴极电解液浓度的阴极电解液浓度下进行。四个实验的结果显示跨膜水传输介于1.2和2.0摩尔/摩尔Na+之间。如图3中所示，Na+电流效率随着阴极电解液浓度增加而降低。在7-8M的苛性碱浓度下，观察到电流效率为约90％，并且决定在接近此范围的阴极电解液浓度进行剩余的研究。约1.5％的通过的电荷归结于Al3+传输，而剩余部分归结于OH-反迁移。应当指出，用于苛性碱制备的此膜的性能显著好于预测的性能。据信这归因于电解液(特别是阳极电解液)的高渗透强度，其控制膜的含水量且限制氢氧根的反迁移并且还导致低的水传输速率。表2.作为阴极电解液苛性碱强度的函数的电解。作为膜的函数的电解Nafon324是两种具有不同当量(1100和1500)的磺化膜的增强复合材料并且典型地用于制备高浓度NaOH(12-20％)。阴极侧的高当量层限制氢氧根反迁移。可以用于高强度苛性碱中的备选的膜是Nafion400系列膜，即典型用于强KOH的制备中的单层、较低当量(1100)磺化物(sulfonate)。如表3中所示，实验8在与实验6相同的条件下，使用Nafion424膜代替Nafion324膜进行。该实验运行4.25小时，通过536500库仑的电荷，并且将3.6摩尔Na+传输至阴极电解液。与处于6.2伏的实验6相比，具有所述膜的条件下的平均电池电压较低，在5.2伏，并且电流效率仅为65％。据信低效率归因于低当量膜为更开放的结构，从而允许了氢氧根反迁移的高速率。表3.作为膜的函数的电解。作为温度的函数的电解已知在拜耳流程中使用多个在不同温度运行的沉淀器，并且进行测试以确定温度在电解中的影响。如表4中所示，实验9在60℃进行，并且所有其它条件与实验6相同。实验9进行3.75小时，使用6.0L废液阳极电解液和25％NaOH阴极电解液，通过473400库仑的电荷。通过以1.7mL/min泵入水，将阴极电解液浓度保持恒定于8MNaOH。输送至阴极电解液的钠的量为4.5摩尔，并且效率为88.7％。最终A/TC比率为0.58，并且平均电池电压为7.2V，这是在较低温度所预期的。在电池中没有膜结垢或Al(OH)3沉淀的迹象。表4.作为温度的函数的电解。作为起始A/TC比率的函数的电解为了模拟使用具有较高A/TC比率的液体的电解，将氢氧化铝加入废液中从而提高该比率。电解还在较低温度下进行以模拟位于精炼厂沉淀堤(precipitationbanks)中途的罐中的温度。例如，在实验11(参见图4)中，将128g的Al(OH)3加入6L的废液并且将混合物加热至高于90℃直至所有的固体溶解。所得到的A/TC为0.52。电解在阴极电解液苛性碱浓度为7.2M的条件下于75℃运行。如表5中所示，所有其它条件类似于实验6。初始Al2O3浓度为112g/L，而总苛性碱为214g/LNa2CO3。电解进行2.2小时，通过273500库仑的电荷，将A/TC比率提高至0.665。传输至阴极电解液的钠的量为2.6摩尔，并且产生的最终阴极电解液浓度为7.6MNaOH，其通过添加水保持恒定。Na+电流效率为91％。结果表明，这应当能够使具有任何A/TC的液体过饱和，条件是其在抑制氧化铝的自发沉淀的条件下进行。表5.作为初始A/TC比率的函数的电解。作为电极材料的函数的电解如表6中所示，测试各种材料用于作为合适的阳极。不锈钢被用作用于所进行的电解试验的阴极，并且在整个研究的过程中没有显示老化的迹象。当研究电解条件时，使用作为稳定的阳极的铂涂覆的铌。在小的未分隔的玻璃池中，使用废液作为电解液对若干材料进行测试。在250mA/cm2于80℃随着时间测试镍、不锈钢316和DSAO2(EltechEC600)。DSA(尺寸稳定阳极)具有在玻璃池中2小时之后剥落的IrO2涂层，但是Ni和不锈钢均显示为处于良好状态。容纳SS316阳极的玻璃池在液体中持续电解25小时而没有表观损坏。将不锈钢阳极安装在电解池中用于进一步测试。实验10、11和12在此阳极没有可见的劣化迹象的条件下进行。各个实验的电池性能良好，其中效率在87至91％的范围内。对阳极电解液进行进一步测试以确定是否发生了任何通过视觉检查不明显的腐蚀。通过原子吸收对来自实验10、11和12中的每一个的样品还有来自Pt/Nb阳极实验(实验8)的样品进行铁的分析。图5显示实验10、11和12的Fe浓度升高，据信是在阳极表面腐蚀的结果。实验12在150mA/cm2进行，以确定腐蚀是否是电流密度的函数。基于Fe分析，腐蚀速率在较低电流密度较高，但是与90℃相反，当在75℃(实验11)进行时，则较低。表6.作为电极的函数的电解。使用小的分隔的玻璃池进行另外的实验以筛选其它材料用于用作合适的阳极。在图6中，使用50mL的废液阳极电解液和25％NaOH阴极电解液在分隔的玻璃池中测试镍、蒙乃尔合金和哈斯特洛伊合金C(HastelloyC)作为阳极。每个样品于90℃在350mA/cm2电解1至2小时。通过原子吸收对阳极电解液中的每一个进行Ni的分析。哈斯特洛伊合金C是用于化学加工以及纸浆和纸张生产中的耐热合金，并且已知其在高温下的高耐腐蚀性。然而，在实验条件下，腐蚀在视觉和数量上是明显的。镍和蒙乃尔合金阳极在相同条件下也略微腐蚀。对于Ni阳极检测到镍为15mg/L，而使用蒙乃尔合金阳极为13mg/L。在实验13中，用镀铂的钛阳极代替SS316阳极，并且在标准条件(如在实验6中并且提供于表7中)下运行。在35A运行的条件下，通过5.5摩尔电荷，基于阴极电解液浓度的提高而移除4.89摩尔OH-，从而导致89％的效率。在实验以后将池拆开以检查阳极。阳极看起来被磨损(即，一些Pt损失)，然而没有确定腐蚀的程度。表7.作为电极的函数的电解。集中于测试非晶碳电极的另外的工作还显示它们随着时间显著地腐蚀。另一方面，镀铂的铌电极当在350mA/cm2和70℃电解时，在大于500小时的测试之后没有显示腐蚀的迹象。结果讨论实验表明仅使用阳离子渗透膜通过电解可以以高(90％)效率实现苛性碱从拜耳废液中的移除，同时产生可以再循环回到拜耳流程中的高达25％的NaOH。据信10％的效率低(inefficiency)归因于氢氧根的反迁移和铝向阴极电解液的传输，并且电荷的1.5至2％归因于Al3+传输。90％效率在以下条件下得到电流密度350mA/cm2；温度90℃；和阴极电解液浓度8MNaOH。在这些条件下，可以从液体中移除70g/L以Na2CO3形式计的TC，从而将A/TC比率提高至0.65而没有膜的短期结垢或池中的Al(OH)3沉淀问题。平均电池电压为6伏，并且随着电极和电流密度变化。应当指出，实验池中的电极间间隙显著大于在商购电解池中的情况，并且预期电池电压将低1-2伏。实施例1以下实施例表明，可以通过使用膜电解移除纯碱而使废液过饱和，并且加入晶种以产生与没有经过之前电解的废液的对照样品相比显著量的氧化铝。将来自申请人的Kwinana精炼厂的TC为241(表示为g/L的碳酸钠)和A/TC为0.48的沉淀前(ex-precipitation)液体(LXP)的样品分成两部分。所述部分中的一部分使用Nafion324膜在90℃进行电解，从而将TC降至167g/L并且将A/TC增至0.68。将LXP和电解液体(各100mL)均转移至独立的聚丙烯瓶中，并且向各个溶液中加入三水铝石晶种(10g)。将瓶密封并且放置在70℃的旋转水浴中24小时，之后通过过滤收集固体，在105℃干燥，并且称重。两种滤液均进行氧化铝和TC含量分析。两个实验的结果提供于表8中，其中实验14是指电解废液，而实验15是指未处理的LXP(对照实验)。清楚地，与对照相比，电解废液产生了显著的收率提高，其等于额外的24.6g/L另外的水合物的收率。该实施例表明，通过使用膜电解移除纯碱可以使LXP再次过饱和，并且可以通过对液体另外加入晶种得到显著的氧化铝收率。表8.氧化铝沉淀结果。*回收的固体，对加入的晶种水合物进行校正部分B使用两隔室池、气体扩散电极和阳离子渗透膜通过电解从废液移除苛性碱。电池电压的降低和因而功率成本的降低可以通过利用气体扩散电极代替常规平板电极来实现。在氢去极化阳极处，根据下式发生氢的氧化H2→2H++2e-E0＝0.0V相对于SHE(在pH0)此反应发生在比根据下式在平板电极发生的备选的生成氧的阳极反应显著更低的电势2H2O→O2+4H++4e-E0＝1.23V相对于SHE(在pH0)类似地，在氧去极化阴极处，根据下式发生氧的还原O2+2H2O+4e-→4OH-E0＝0.401V相对于SHE(在pH14)与备选的生成氢的阴极反应相比H2O→H2+2OH-E0＝0.8277V相对于SHE(在pH14)此外，析出气体反应所需的超电势较高，进一步增加了可以通过气体扩散电极的使用得到的能量节省。气体扩散电极实验在活性表面积为10cm2的Microcell(ElectrocellAB，瑞典)中进行。测试的电池构造为1.如图7中所示气体扩散电极作为阳极；2.如图8中所示气体扩散电极作为阴极；和3.如图9中所示的采用平板电极的常规装置。在所有结构中均使用面向阴极的Nafion350膜，即采用具有较高当量聚合物的双层结构的膜，以将氢氧离子的反迁移最小化。气体扩散电极为ELATRLT140E-WSI(E-TEK，新泽西，美国)。ELATR电极具有面向溶液的Nafion涂层以将溶液穿透最小化。将来自申请人在Kwinana的精炼厂的废液用作阳极电解液，将5％NaOH用作阴极电解液。在40、50和60℃的温度对每个构造产生电压-电流密度曲线，并且将结果提供于图10-12中。在所有情况下，可以看到，溶液的电池电压随着溶液温度降低由于导电性下降而升高。重要的是，从图13证明，当使用气体扩散电极作为阳极或阴极时，与根本不使用气体扩散电极时相比，实现了约1.1V的电压降低。此较低的电压等于能量消耗的显著降低。在60℃的恒温和167mA/cm2的电流密度对Kwinana废液进行另外的电解实验。结果总结于表9中。表9.使用氧去极化阴极的拜耳废液的电解。此试验表明，可以在保持非常低水平的铝跨膜迁移的同时(在阴极电解液中仅检测到89mg/L的Al)，在阴极电解液隔室中以85％的电流效率回收8％苛性碱。此外，废液的A/TC比率在运行过程中从0.35增至0.71，这表示显著量的关于氧化铝溶解度的过饱和。这在比不使用气体扩散电极(即使用常规平板电极)所得到的电池电压低得多的介于3-3.4V之间的范围内的电池电压下实现。部分C使用含有阳离子渗透膜和双极性膜的多隔室池通过电渗析从废液移除苛性碱。用于双极性膜电渗析的电池为每侧具有0.2m2有效电极面积的Eurodia电渗析套件(EurodiaElectrodialysisstack)(EUR2B-9)。该电池由镀铂的钛阳极和不锈钢阴极与9对FumatechFKB阳离子膜62和Neosepta双极性BP-1膜64，以及在两端66的Nafion115膜构成，参见图14。将原料(LXP液体)24和浓缩物(10％氢氧化钠)33以约3L/min(0.3L/min/隔室)泵送通过独立的电池隔室。邻近电极提供电极润洗液(rinse)(NaOH)68。将由0.2M氢氧化钠构成的独立电极润洗液泵送至阳极和阴极，并且在将两种电解液脱气的罐中的电池出口处合并。电池在26伏(2.1V/电池+3V/电极)的恒定电压下运行。使用特氟隆(Teflon)涂覆的浸渍加热器将废液阳极电解液原料加热至所需温度(40或60℃)。表10的实验17在40℃的恒温、26V的恒定电池电压和通过以15mL/min加入水保持恒定的阴极电解液中10％的氢氧化钠浓度下运行。在电池入口处测量的原料流量为3L/min且压力为4.4psi，而对于浓缩物流为2.9L/min且反压为4.4psi。电渗析套件在相等的入口压力下运行，以防止流动隔室之间的交叉流动泄漏。实验运行6.5小时，其中在运行的过程中采集若干样品用于分析。废液原料苛性碱总浓度以Na2CO3形式计从237降至142g/L，并且电流效率为74％。平均电流密度为56mA/cm2，并且LXP液体的A/TC比率从0.322增至0.516，参见图15。除了在60℃的较高温度下，实验18在与实验17相同的条件下运行。实验在恒定的26伏运行7小时，从而将废液中的总苛性碱以Na2CO3形式计从248g/L降至129g/L，电流效率为83％。向阴极电解液中加入水以保持浓度恒定，其以4L的3.4M(12.3％)NaOH开始，并且以12.9L的2.8M(10.3％)NaOH结束。Al2O3废液浓度从76g/L至71g/L降低7％，主要由归因于跨FKB膜的水传输以及少量Al2O3传输至苛性碱的废液的稀释所导致，参见图16。废液原料体积从10L增至10.6L，但是铝的总质量下降非常小，从14.9摩尔至14.7摩尔。A/TC比率从0.306增至0.551，并且平均电流密度为60mA/cm2。表10.使用双极性膜的拜耳废液的电渗析。部分D使用含有阳离子渗透膜和阴离子渗透膜的多隔室池通过电解从废液移除苛性碱。电渗析包括离子在电场的影响下通过膜的传输。重要的是，如果在多隔室池中使用交替的阳离子渗透膜和阴离子渗透膜，则可以在不将水分裂以保持电荷平衡的条件下将离子传输至相邻隔室中。例如，当将Kwinana液体泵送通过电渗析套件的原料隔室并且在阳极和阴极之间施加电势时，带正电荷的阳离子如钠通过阳离子渗透膜朝向阴极迁移，而带负电荷的阴离子通过阴离子渗透膜朝向阳极迁移。阳离子渗透膜排斥阴离子(OH-、Cl-、Al(OH)4-、SO4-)的通过，而阴离子渗透膜排斥阳离子的通过。总结果是液体或原料流中NaOH浓度的降低，以及浓缩物流中NaOH浓度的升高。与需要水的分裂以保持电荷平衡的布置相比，此类型的布置可以导致能量节省。在以下实验中使用的构造显示于图17中。整个电解装置容纳在通风橱中以适当通风，还有规律地采取液体的样品并且分析总苛性碱、铝、硫酸根和氯离子。电渗析运行在FuMaTechFT-ED100-4-10(Fuma-TechGmbH，德国)中进行。套件由DSA-O2阳极、镀铂的钛阴极以及NeoseptaAHA阴离子70与FumatechFKL阳离子72交换膜的组合构成。NeoseptaAHA膜具有高机械强度并且是碱稳定(basestable)的。由于其低氢氧化物泄漏性而选择FKL膜。有10对各自具有0.01m2的运行表面积的ED膜。原料隔室由具有300WPTFE涂覆的浸渍加热器的2.5L聚丙烯储存器、5微米聚丙烯过滤器和IwakiWMD-30LFX离心循环泵构成。在运行的过程中监测入口压力和溶液温度(保持在60℃)。浓缩物或碱回路(baseloop)由2加仑聚丙烯储存器和IwakiWMD-30LFX离心循环泵构成。在运行的过程中监测入口压力和流量。根据运行，将5％或9％苛性碱用作起始浓缩物。在运行过程中，缓慢测量去离子水以保持恒定的碱浓度。电极润洗回路由2LPTFE储存器和IwakiWMD-30LFX离心循环泵组成。在进入阳极隔室和阴极隔室之前，将电极润洗溶液(0.05MNa2SO4)分成两个流。在主储存器中将离开隔室的溶液合并。预期此构造将保持润洗溶液中的pH中性。电极反应显示在下面。阴极H2O+e-→1/2H2+OH-阳极H2O→1/2O2+2H++2e-通过加入浓硫酸将电极润洗溶液保持在2.5-4的pH。由GWModelGPR-1810HDDC电源向套件施加功率。在运行的过程中监测并且记录电池电压，并且采集各个流的若干样品用于稍后的分析。在由实验23开始的各个实验之后，在高达55℃的温度用10％NaOH清洗电池的原料侧约1小时。在5％w/w的恒定阴极电解液苛性碱浓度和不同电流密度下的电渗析关于来自申请人的Kwinana精炼厂的拜耳废液的电渗析的结果总结于表11中。在此系列的实验(编号19-21)中，阴极电解液隔室中的苛性碱浓度保持在约5％w/w。明显的是，在高达0.79的A/TC比率下得到了介于71.4至74.8％之间的范围内的电流效率。据信主要的效率低(inefficiency)是由占电荷的约12-17％的氢氧根物种跨过阳离子交换膜的反迁移所导致的。反迁移是基于保持电极润洗隔室中恒定pH所需的酸的量估计的。存在于液体中的其它阴离子物种的传输占电荷的剩余部分。表11.在5％w/w的恒定阴极电解液苛性碱浓度下的拜耳废液的电渗析图18显示拜耳废液在电渗析实验的过程中的典型浓度曲线。值得注意的是，占总电荷的～6-8％的液体中的几乎全部氯离子都在运行的早期阶段过程中被移除。可忽略量的硫酸根也被移除(＜总电荷的1％)，并且对于两种不同电荷密度的为了移除苛性碱以提供5％w/wNaOH的阴极电解液浓度所得到的典型电池电压显示于图19中。图19中描绘的曲线表明，与电流密度无关，随着经处理的液体的苛性碱含量持续下降，电压经过最小值。在最小值处测量到在50mA/cm2为0.5V/对膜(membranepair)的电压而在100mA/cm2为1V/对膜的电压(假定3V的最终电极反应)。在最小电压下的样品的分析表明A/TC比率为0.46-0.48。水传输值测量为按每摩尔的通过电荷计介于1至1.7摩尔水之间。拜耳废液在9％w/w的恒定阴极电解液苛性碱浓度的电渗析Kwinana废液在9％w/w的恒定阴极电解液苛性碱浓度、50mA/cm2的电流密度和不同的最终A/TC比率下的电解的结果提供于表12(实验22-23)中。与对于5％w/w的阴极电解液苛性碱浓度所得到的结果(71-75％)相比，存在电流效率(降至介于62-63％之间)的显著降低，这归因于较高水平的氢氧根反迁移。还存在归因于阴极电解液的较高导电性的电池电压的下降(与0.5V/对膜相比降至0.4V/对膜)。在从阳极电解液中移除苛性碱至A/TC比率为0.79的过程中，电流效率和电压均没有显著变化。表12.拜耳废液在9％w/w的恒定阴极电解液苛性碱浓度的电渗析在两种不同电流密度，即50mA/cm2(实验23)和100mA/cm2(实验25)，在9％w/w苛性碱的恒定阴极电解液浓度下进行的实验的结果提供于表13中。表13.拜耳废液在9％w/w的恒定阴极电解液苛性碱浓度和不同电流密度的电渗析两个实验的电流效率非常类似，接近63％。然而，在较低的电流密度下确实显现较高水平的氢氧根向阳极电解液隔室中的反迁移。此外，在较高的电流密度下，存在进入阴极电解液隔室中的水传输量的显著差异，与1.2摩尔/摩尔电荷相比，其显著较高，为2.2摩尔/摩尔电荷。在100mA/cm2电流密度下，当阴极电解液含9％w/w苛性碱时，与5％w/w苛性碱(实验21的1V/对膜)相比，总电池电压较低(0.8V/对膜，实验25)。用于在阴极电解液中9％w/w下移除苛性纯碱的典型电池电压显示于图20中。在最小电压处的样品的分析表明0.49至0.51的A/TC比率。在若干个实验中，电池电压在经过最小值之后显著增大。这可能归因于当阳极电解液的A/TC比率在电解过程中增加至超过临界点时，池中的固体沉淀。总之，成功地示出了使用含有阳离子渗透膜和阴离子渗透膜的电池的拜耳废液的电渗析，其是在高达100mA/cm2的电流密度和介于按每对膜计0.5-1V之间的电池电压下使拜耳液体关于氧化铝溶解度过饱和的手段。以介于62-63％之间的电流效率回收了高达9％w/w的苛性纯碱强度。较高的效率可以通过降低所回收的苛性碱的强度实现。效率的损失被产生的较高强度苛性碱的导电性增加而略微抵消，并且介于0.1-0.2伏/对膜之间的电压节省可以通过将苛性碱产品的强度从5增至9％w/w而实现(取决于电荷密度)。重要的是，显示了具有低A/TC比率如0.34的拜耳废液可以过饱和至A/TC比率高于0.7。因此，可以向经处理的液体加入晶种以沉淀更多的氧化铝产品。与电解相比，采用电渗析从拜耳液体中移除苛性碱的主要优点在于其显著地较不能源密集。表示为按每公吨生产的氧化铝计的比较功率成本的实例显示于表14中，所述比较功率成本的实例与使用两种技术的苛性碱提取与废液的再次过饱和有关。该数据基于所得到的实验数据。表14.拜耳液体的电解相对于电渗析的按每公吨生产的氧化铝计的功率消耗的比较诸如对于技术人员读者明显的变化和改变被认为在本发明的范围内。权利要求1.一种用于控制氧化铝从拜耳法溶液中沉淀的方法，所述方法包括以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，其中不将所述拜耳法液体引导至所述第二区域。2.根据权利要求1所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中提供多于两个区域和多于一个离子渗透膜。3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述苛性碱溶液具有以Al2O3计的20gL-1的最大氧化铝浓度。4.根据权利要求2所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中提供至少一个阴离子渗透膜和至少一个阳离子渗透膜。5.根据权利要求2至4中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中多个所述离子渗透膜构成电渗析单元。6.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中提供双极性膜。7.根据权利要求2所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中提供至少一个双极性膜和至少一个阳离子渗透膜。8.根据权利要求6或权利要求7中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中多个所述渗透膜构成电渗析单元。9.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述方法包括以下另外的步骤在所述拜耳法液体中沉淀氧化铝。10.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述方法还包括以下另外的步骤在所述拜耳法液体中放入氧化铝晶种。11.根据权利要求10所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中以下步骤在所述拜耳法液体中放入氧化铝晶种，在以下步骤之前进行在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜。12.根据权利要求10所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中以下步骤在所述拜耳法液体中放入氧化铝晶种，在以下步骤之后进行在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜。13.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中以下步骤导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，在比用于煮解铝土矿的温度低的温度进行。14.根据权利要求9至13中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中以下步骤在所述拜耳法液体中沉淀氧化铝；在高达所述液体在该压力下的沸点的温度进行。15.根据权利要求4至14中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述阳离子渗透膜包含全氟聚合物如磺化四氟乙烯共聚物、羧酸酯聚合物、聚苯乙烯基聚合物、二乙烯基苯聚合物，或钠传导陶瓷如β-氧化铝，或它们的组合。16.根据权利要求4至14中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述阴离子渗透膜为NeoseptaAHA膜或FumatechFAP膜。17.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述阳极包含铂涂覆的铌、铂涂覆的钛或蒙乃尔合金。18.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述阴极包含不锈钢或气体扩散电极(氧去极化阴极)。19.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述苛性碱浓度不大于约8MNaOH或25％NaOH。20.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述苛性碱溶液来源于拜耳流程中。21.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，在所述拜耳法包括以下步骤的情况下用苛性碱溶液煮解铝土矿；液固分离以提供残余物和拜耳液体；和从所述拜耳液体中沉淀氧化铝；以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和以下步骤导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，在以下步骤之前进行从所述拜耳液体中沉淀氧化铝。22.根据权利要求1至20中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，在所述拜耳法包括以下步骤的情况下用苛性碱溶液煮解铝土矿；液固分离以提供残余物和拜耳液体；和从所述拜耳液体中沉淀氧化铝；以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，在以下步骤之后进行从所述拜耳液体中沉淀氧化铝。23.根据前述权利要求中的任一项所述的用于控制氧化铝沉淀的方法，其中所述方法作为间歇法或连续法进行。24.一种基本上如以上参照实施例描述的用于控制氧化铝沉淀的方法。25.一种基本上如以上参照附图描述的用于控制氧化铝沉淀的方法。全文摘要一种用于控制氧化铝从拜耳法溶液中沉淀的方法，该方法包括以下步骤在包含拜耳法液体的第一区域和包含苛性碱溶液的第二区域之间施加电势，其中在所述第一区域和所述第二区域之间提供离子渗透膜；和导致离子跨过所述离子渗透膜从一个区域向另一个区域转移，其中不将所述拜耳法液体引导至所述第二区域。文档编号C01F7/00GK101772468SQ200880102218公开日2010年7月7日申请日期2008年6月27日优先权日2007年6月27日发明者约翰·贝西达,戈登·帕金森,J·戴维·亨德尔斯申请人:美铝澳大利亚有限公司