本发明涉及一种氧化铝生产过程中使用的阻垢剂，属于化工
技术领域：
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背景技术：
：工业上广泛使用碱法直接从铝土矿或烧结的铝土矿浸出氧化铝的方法生产氧化铝，通常有所谓拜耳法或烧结法之分。烧结法于1858年发明，其为在高温下烧结纯碱和铝土矿组成的炉料，得到固体铝酸钠的烧结产物，然后用纯碱溶解铝酸钠，除杂后通入CO2气体分解以制取氢氧化铝，剩余的铝酸钠溶液通过蒸发去除过量的水重新用于处理下一批铝土矿。拜耳法由1887年由奥地利工程师卡尔·约瑟夫·拜耳发明，其基本原理是用浓氢氧化钠转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的铝酸钠溶液通过蒸发去除过量的水重新用于处理下一批铝土矿，实现了连续化生产。拜耳法全流程主要加工工序为：矿石的破碎、均化及湿磨、高温高压溶出、赤泥分离洗涤、叶滤、种子分解、母液蒸发及氢氧化铝焙烧。在碱法处理矾土的过程中会生成一些不溶性物质，这些物质容易在所用的装置和设备(例如管道、蒸煮罐、泵、换热器等)的壁上沉积成积垢。构成这些积垢的不溶性物质包括钛酸盐、硅酸盐、三水合物等。这些物质的存在对于氧化铝生产的运作是有害的，因为他们造成了加工损耗，并且，在设备和装置之类(例如换热管器煮罐和管道壁等)上的积垢沉积严重降低了它们的效率，因为通过管道的物流流动严重受阻，向物流的热交换被减少。故此，去除积垢就成了氧化铝厂节能降耗的关键。氧化铝生产过程中结垢的化学成份及物相组成的研究表明：套管预热器加热管的结疤主要物相成分基本上是钠硅渣的单一相，仅有少量的赤铁矿等夹杂物。蒸发器上的结疤主要是铝硅酸钠，特别是以钙霞石的形态析出，这是因为在蒸发过程中氧化硅在铝酸钠溶液中的溶解度随着蒸发温度的升高而降低，蒸发过程中氧化硅在母液中的含量呈过饱和状态，以铝硅酸钠的形式析出在罐壁形成结疤。另外，蒸发过程的结疤中还含有一定量的碳酸盐、硫酸盐。目前，主要采用酸洗和火烧或水力等机械清理生产过程产生的结疤。当然，还有以下可能的解决办法：1)在溶液进入热交换器之前加入晶种(如DSP，有意地让过饱和的二氧化硅析出)；2)改变生产过程结疤的晶形，使其贴附管壁的能力减小，较易清理下来；3)在热交换管内表面，涂上“防粘附”材料涂层；4)在溶液中加入添加剂，添加剂选择性吸附在热交换管的表面上，使换热表面更疏水；5)加入添加剂，阻止生产过程完全析出。第一种选择，用生产过程或DSP本身做晶种，人为地析出二氧化硅。如在生产过程配置预脱硅工序或深度脱硅工序。专利EP0582399和EP0586070证实，季胺盐和季胺聚合物都可改变生产过程中硅析出物的晶形和结构，有利于防止结疤，但其用量大，且没有直接证明结疤问题真正得到缓解。用防粘附材料，例如聚四氟乙烯，做热交换管内部的涂层，也是不现实的。因为任何涂层要有一定厚度以维持其机械牢固性，这便大大减小热传导能力。一种疏水性有机硅聚合物加入在铝酸钠溶液的加热和蒸发过程中有阻垢效果(Kazakov,V.G.,Potapov；N.G.；Bobrov,A.E.,Tsvetn.Met.,1979,(1),45-48)，这种硅酸盐类聚合物对减少传热损失有效。此类材料也许实际是在热交换管内壁上形成一薄的、生产过程似乎不太粘附的涂层。但仅在用量特别高的时候，才有一定作用。Addai-Mensah,J.,Gerson,A.R.,Jones,R.andZbik,M.,提出添加一种组成不明的聚合物，添加量为300mg/l，可使钢表面上的生产过程结疤减少到接近原来的37％。其效果很有限(LightMetals(2001)13-1)。Heitner,HowardI.Spitzer,DonaldP.提出一种疏水性改造的含硅有机胺聚合物用作抑制铝硅酸盐结疤，该方法在较低的添加量时效果非常好，但只能在固含低于200ppm的情况下有效。对固含高于2000ppm的蒸发原液使用效果明显降低，特别是带有排盐蒸发器的固含量高达50000ppm(LightMetals(2005)183-188)。综上所述，目前没有一种方法能够完美解决铝酸盐溶液结疤的阻垢剂。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供了一种氧化铝生产过程中使用的阻垢剂，其能有效解决铝酸钠溶液中固体含量较高时热交换表面结疤的阻垢问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种氧化铝生产过程中使用的阻垢剂，包括阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，所述阳离子表面活性剂包括至少一种有机阳离子化合物，所述阴离子表面活性剂包括至少一种聚羧酸阴离子聚合物的均聚物或共聚物。本发明的阻垢剂，其阳离子表面活性剂组分与铝酸钠溶液中的杂质离子如SO42-、CO32-、有机阴离子等发生置换吸附，可以有效降低这些结垢成分在铝酸钠溶液中的浓度，从而抑制铝酸钠溶液中结垢物的析出、沉积和附着，同时阳离子表面活性剂可以中和换热表面的电荷，也可以阻止结垢物在热交换表面沉积。阴离子表面活性剂可以与铝酸钠溶液中的铝硅酸钠等相互作用成核，这些晶核悬浮铝酸钠溶液中起晶种作用，可防止铝酸钠溶液中铝硅酸钠在热交换表面上析出、沉积和附着。更优选地，所述有机阳离子化合物选自咪唑类有机阳离子化合物、咪唑类有机阳离子化合物的衍生物、阳离子聚合物中的一种或几种。更优选地，所述咪唑类阳离子类化合物选自1-丁基-3-甲基咪唑溴盐(BMIMBr)和/或1-辛基-3-甲基咪唑氯盐([OMIM]Cl)。这类化合物的蒸汽压低，在强碱性、高温环境中稳定。更优选地，所述咪唑类有机阳离子化合物的衍生物为1-乙基-3-甲基咪唑甲基磷酸酯盐。更优选地，所述阳离子聚合物选自聚乙烯胺(PVAM)或聚乙烯亚胺(PEI)类聚合物中一种或几种。更优选地，所述聚羧酸阴离子聚合物的均聚物或共聚物选自聚羧酸一元均聚物、聚羧酸二元共聚物和聚羧酸三元共聚物中的一种或几种。更优选地，所述聚羧酸一元均聚物选自丙烯酸的均聚物、甲基丙烯酸的均聚物和聚丙烯酸甲酯(PMA)中的一种或几种，丙烯酸的均聚物、甲基丙烯酸的均聚物的分子结构如下：或者更优选地，所述聚羧酸二元共聚物选自丙烯酸-马来酸共聚物(MA/AA)，其中丙烯酸基团的聚合度与马来酸基团的聚合度的比为0.5:1～1:0.5，优选为1:1；和/或苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)，其中，苯乙烯基团的聚合度与马来酸基团的聚合度的比为0.5:1～1:0.5，优选为1:1。丙烯酸-马来酸共聚物的分子结构如下：苯乙烯-马来酸酐共聚物的分子结构如下：更优选地，所述三元羧酸聚合物为丙烯酸-甲基丙烯酸-马来酸共聚物(PMMA)。更优选地，这些聚羧酸阴离子聚合物均聚物或共聚物的平均分子量应在1000～20000，最优选在2000～5000。当分子量超过20000时，阻垢性能几乎丧失。更优选地，所述阳离子表面活性剂与所述阴离子表面活性剂的质量比为1:9～9:1。两者采用特定的配比，使铝酸钠溶液体系中不溶物质析出很少，很好地解决使氧化铝生产过程的阻垢问题。更优选地，所述阳离子表面活性剂与所述阴离子表面活性剂的质量比为3:7～7:3，最优选为1:1。更优选地，所述阻垢剂在铝酸钠溶液中添加量为50～1000ppm，更优选为100～1000ppm，最优选为300ppm。药剂添加量在上述范围可以解决不同条件下结疤问题。本发明的有益效果：本发明是一种阴离子和阳离子聚合物的组合物，具有以下优点：⑴用量少；⑵阻垢率高达90％以上，阻垢效果显著；⑶与其他同类产品相比，在解决高固含的铝酸钠溶液结垢问题上有优异的表现。具体实施方式以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。试验方法如下：试验溶液为来自某工厂的循环母液，溶液的主要成分组成如下表：Al2O3Na2OkSiO2Na2OcSO42-122g/l232g/l3.2g/l24.5g/l2.3g/l在250ml的PP瓶中注入150ml的上述溶液，然后利用定量加样器加入一定量本发明的阻垢剂，充分搅拌，再置入试验挂片，一切准备后将PP瓶放入在恒温水浴锅中在95℃的条件下恒温16小时，取出试验挂片烘干称重。计算出结疤量和阻垢率。其中：阻垢率(％)＝(空白结疤量-试验结疤量)/空白结疤量×100％实施例1：在1组PP瓶中分别注入150ml的如上述溶液，其中3个溶液中不加阻垢剂作为空白组A1取平均值，其他溶液中加入300ppm的不同聚甲基丙烯酸+1-丁基-3-甲基咪唑溴盐组成不同的阻垢剂(具体见表1)，按如上方法试验，试验结果如下表1：表1表中结果为3次平行试验的平均值。实施例2：在1组PP瓶中分别注入150ml的如上述溶液，其中3个溶液中不加阻垢剂作为空白组B1取平均值，其他溶液中加入300ppm的不同阴阳离子组成的阻垢剂(具体见表2)，比例为1:1按如上方法试验，试验结果如下表2：表2表中结果为3次平行试验的平均值。实施例3：在1组PP瓶中分别注入150ml的如上述溶液，其中3个溶液中不加阻垢剂作为空白组C1取平均值，其他溶液中加入剂量不同的相同组成的阻垢剂(具体见表3)，比例为1:1，按如上方法试验，试验结果如下表3：表3表中结果为3次平行试验的平均值。实施例4：在1组PP瓶中分别注入150ml的如上述溶液，并且在溶液中加入0.6g氢氧化铝固体(即溶液固含在4000ppm)，其中3个溶液中不加阻垢剂取平均值，其他溶液中加入300ppm的不同阴阳离子组成的阻垢剂(具体见表4)，比例为1:1按如上方法试验，试验结果如下表4：表4表中结果为3次平行试验的平均值。最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3