由載有雜質的有機鹽中除去雜質的方法和組合物的製作方法

2023-06-04 14:24:16

專利名稱：由載有雜質的有機鹽中除去雜質的方法和組合物的製作方法
由載有雜質的有機鹽中除去雜質的方法和組合物背景領域本公開的主題主要涉及用於處理工業方法料流的方法及組合物。更具體而言，其涉及用於由載有雜質的有機鹽中去除雜質的方法。相關技術通常被稱為「離子液體」的某些有機鹽，因為這些有機鹽具有的獨特性質，在エ業應用中正越來越多地作為可重複使用(即「緑色」)的溶劑和試劑而研究。然而，以エ業級 別將這些有機鹽回收或再生為可用形式還沒有得以解決。無論這些有機鹽是用於提取所希望的產物、提取雜質、或是作為反應溶劑，廣泛認可的是雜質和/或產物會在系統中積累並最終造成系統失效。利用有機鹽來從生產料流(process stream)中提取雜質的ー個方法實例為Bayer法。在典型的商用Bayer法中，將粗鋁土礦研磨成很細的分散態。然後將粉化的礦石加入漿液混合機中，在這裡使用廢液和加入的苛性鈉(氫氧化鈉)製備漿液。然後將該鋁土礦漿液稀釋並送至一系列蒸煮器，在所述蒸煮器中所有氧化鋁的約98 %由可含有三水合及一水合形式的氧化鋁的礦石中提取出。從蒸煮器中出來的流出物流經一系列的閃蒸器或吹卸槽，在這裡回收熱量和冷凝物，而蒸餾漿液則被冷卻並達到大氣壓。離開閃蒸操作的鋁酸鹽液體通常含有約1-20%的固體，其包括在鋁土礦礦石和用於蒸煮礦石的鹼性材料之間反應後留下的不溶殘留物以及在蒸煮期間沉澱的不溶組分。較粗的固體顆粒通常使用「砂槽」旋風分離器除去。為了從液體中分離較細的固體顆粒，通常將漿液加入沉渣機(也稱為「傾析器」、「殘渣增稠機」或「傾料增稠機」)的中央井中，在此用絮凝劑進行處理。當沉漿沉降後，稱為「綠色」或「母液」液體的澄清鋁酸鈉溶液溢出沉渣機槽上部的擋流板，並流入隨後的處理步驟。沉降的固體(通常稱作「紅色沉漿」)從沉渣機的底部離開並流經ー個逆流的洗滌迴路(稱為洗滌列車)以進一歩回收鋁酸鈉和蘇打。溢出沉渣機(沉渣機或增稠機溢流)的鋁酸鹽液體仍含有多種溶解的或不溶解的雜質，通常每升包括50-200mg不溶解的懸浮固體。然後通常通過過濾除去不溶解的懸浮固體以進一歩純化該液體，得到每升液體具有約IOmg或更少不溶解懸浮固體的濾液。然後將較純形式的氧化鋁由濾液中作為氧化鋁三水合物的晶體而沉澱出。可以將剩餘的有機鹽水溶液或廢液濃縮形成「濃」液體，其他的氧化鋁三水合物可以從其中沉澱出並可以產生其他的廢液。所述廢液流通常回到初始的蒸煮步驟並在與額外的苛性鹼組合後用作其他礦石的蒸煮劑。鋁土礦礦石通常含有有機和無機雜質，數量依賴於鋁土礦源。在蒸煮的早期階段，Bayer液體含有許多種有機化合物，包括多元酸、多羥基酸、醇類和苯酚類、苯羧酸、腐殖酸和灰黃黴酸、木質素、纖維素和其他碳水化合物。在諸如那些存在於Bayer體系的鹼性氧化條件下，這些複雜的有機分子斷裂形成其他化合物，例如甲酸、琥珀酸、こ酸、乳酸和草酸的鈉鹽。在這些之中主要為草酸鈉。草酸鈉在鹼性溶液中的溶解性低，因此若沒有足夠控制，趨於以針狀形式(像微細的針)在Bayer迴路區中沉澱，在所述Bayer迴路區中鹼性增加或溫度下降。這些微細的草酸鈉針可以使氧化鋁的三水合物成核並抑制其凝聚，導致微細的不希望的三水鋁石顆粒，其難以分級且對於煅燒而言較小。形成過量的微細顆粒可以在過濾增稠機溢出液體的過程中導致濾布中的細孔堵塞，因此過濾速度不希望地下降。在煅燒階段中，草酸鹽可以分解以使微細的氧化鋁顆粒具有高的鈉含量，進而可能増加鋁生產的成本且隨後形成不希望水平的ニ氧化碳排放。此外，由於草酸鈉的形成(I)可能提高規模成長；(2)可能提高液體的沸點；(3)可能在迴路中觀察到鹼性損失(由於形成有機鈉鹽)；和/或(4)Bayer液體粘度和密度可能増加，導致材料運送成本的増加。草酸鹽和/或其它有機物，諸如葡糖異己酸鹽、葡糖酸鹽、酒石酸鹽和甘露醇的存在可以降低三水鋁石的沉澱率。葡糖酸鹽的存在可以降低三水鋁石的成長速率。在Bayer液體中存在腐殖物質很常見。由於其表面活性劑的性質，中等和高分子量的腐殖物質通常 是液體起泡沫的原因並且幹擾紅色沉漿的絮凝。Bayer液體中具有高含量的有機材料還可以導致凝聚效率和紅色沉漿迴路中上層清液澄清的下降。含有高含量有機物質的氧化鋁三水合物還可能生產出具有不希望的顔色和/或雜質水平高的最終產物。由於Bayer方法是循環的，進入方法料流的有機物質隨著方法的每個循環而積累，由方法的輸入和輸出流體而決定穩定狀態下的雜質濃度。在Bayer方法中，紅色沉眾迴路和三水鋁石產品均為有機雜質的排出路徑。已經顯示可以使用某些有機鹽(即「離子液體」)以從Bayer方法中除去雜質。為了使成本最小化，可能希望重複使用所用的有機鹽來除去雜質。關於有機鹽(即「離子液體」)的回收或再生，已經報導了幾種方法。疏水性有機鹽已經通過使用有機鹽不溶而雜質溶解於其中的溶劑來從中萃取雜質而再生。然而，該方法顯示並不完全有效，這是由於多個再生循環之後有機鹽會失去活性。在另ー個再生方法中，顯示氯化鈉為有機溶劑中與季銨鹽絡合的乳酸的有效萃取齊U。該再生方法為簡單的離子交換操作。某些有機鹽的其他再生方法包括但並不限於使用超臨界的ニ氧化碳、全蒸發、蒸餾雜質、使用鹼性溶液、電解和納米過濾。然而，迄今所知的方法還沒有用於大的エ業應用所需的規模。發明概述本發明的ー個方面涉及從有機鹽中除去雜質的方法，所述方法包括提供載有雜質的有機鹽溶液；並且將載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成兩相混合物，其中進行有效混合以降低在載有雜質的有機鹽中雜質的濃度，從而由有機鹽中除去了雜質並且形成了雜質下降的有機鹽溶液相和提取溶液相。本發明的另一方面涉及組合物，其包含含有陽離子和陰離子的洗滌過的有機鹽，其中所述陽離子選自鱗離子、銨離子、鋶離子、吡啶鎗離子、噠嗪鎗離子、嘧啶鎗離子、吡嗪鎗離子、吡唑鎗離子、咪唑鎗離子、噻唑鎗離子、噁唑鎗離子、吡咯烷鎗離子、喹啉鎗離子、異喹啉鎗離子、胍鎗離子、哌啶鎗離子和甲基嗎啉鎗離子，其中所述陰離子選自氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、氫氧根、烷基硫酸根、ニ烷基磷酸根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞磷酸根、亞硝酸根、次氯酸根、亞氯酸根、氯酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氫根、羧酸根、ニ(三氟甲磺醯基)亞氨基([NTF2D、四氟硼酸根和六氟磷酸根。本發明的另ー個方面涉及從エ業方法料流中除去雜質的方法，所述方法包括提供有機鹽溶液，所述有機鹽溶液含有雜質萃取量的有機鹽，其中所述有機鹽溶液與包含雜質的エ業方法料流至少部分不互溶；並且將エ業方法料流與有機鹽溶液混合以形成第一個兩相混合物，其中進行有效混合以降低雜質在エ業方法料流中的濃度，形成含有載有雜質的有機鹽溶液的相和含有減少雜質的エ業方法料流的相；將所述載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成第二個兩相混合物 ，其中將載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液有效混合以降低雜質在載有雜質的有機鹽溶液中的濃度並形成了雜質下降的有機鹽溶液；並且任選將雜質下降的有機鹽溶液與洗滌溶液混合以形成第三個兩相混合物，其中進行有效混合以形成洗滌過的有機鹽相和洗滌溶液相。本發明的另ー個方面涉及從有機鹽中除去雜質的方法，所述方法包括提供載有雜質的有機鹽溶液，其中在載有雜質的有機鹽溶液中的雜質由Bayer方法料流得到；並且將載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成兩相混合物，其中進行有效混合以降低載有雜質的有機鹽中雜質的濃度，從而由有機鹽中除去了雜質並且形成了雜質下降的有機鹽溶液相和提取溶液相。本發明的另ー個方面涉及從有機鹽中除去雜質的方法，所述方法包括提供載有雜質的有機鹽溶液，其中所述雜質選自腐殖酸鹽、腐殖酸鹽的分解產物、金屬、草酸鹽、こ酸鹽、甲酸鹽、硫酸鹽、氯化物、氟化物、磷酸鹽及它們的組合；並且將載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成兩相混合物，其中進行有效混合以降低載有雜質的有機鹽中雜質的濃度，從而由有機鹽中除去了雜質並且形成了雜質下降的有機鹽溶液相和提取溶液相。在下面對這些以及其他的實施方案進行詳細描述。附圖
簡述參考示例性實施方案的附圖圖I為雜質的去除隨含有有機鹽的相中氫氧化物含量的變化而變化的示意圖；和圖2為總的有機碳的分配圖。本發明的一些實施方案的詳述在此說明的多個實施方案涉及用於從エ業方法料流中除去某些化合物(即雜質)的組合物和使某些有機鹽再生的方法。合適的有機鹽的實例在這裡進行描述並且包括所謂的「離子液體」。所述有機鹽並不限於包含某些陽離子或陰離子。然而，在一個實施方案中，所述有機鹽包含季鹽有機陽離子。季鹽有機陽離子的實例包括鱗離子、銨離子、鋶離子、吡啶鎗離子、噠嗪鎗離子、嘧啶鎗離子、吡嗪鎗離子、吡唑鎗離子、咪唑鎗離子、噻唑鎗離子、噁唑鎗離子、吡咯烷鎗離子、喹啉鎗離子、異喹啉鎗離子、胍鎗離子、哌啶鎗離子和甲基嗎啉鎗離子。本領域熟練技術人員應理解前述季鹽有機陽離子的實例包括它們的取代物，包括如下結構
權利要求
1.一種從有機鹽中除去雜質的方法，所述方法包括 提供載有雜質的有機鹽溶液； 以及將所述載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成兩相混合物， 其中進行有效混合以降低載有雜質的有機鹽中雜質的濃度，從而由有機鹽中除去雜質，並且形成雜質下降的有機鹽溶液相和主提取溶液相。
2.根據權利要求I的方法,其中所述載有雜質的有機鹽溶液包含基於載有雜質的有機鹽溶液的總重量為約1-97重量％的水。
3.根據權利要求I的方法，其中所述混合包括將所述載有雜質的有機鹽溶液和提取溶液加入在線混合器中。
4.根據權利要求I的方法，其中所述混合包括將所述載有雜質的有機鹽溶液和提取溶液加入連續混合器/沉降器裝置中。
5.根據權利要求I的方法，其中所述提取溶液包含具有選自以下組中的陰離子的化合物氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、氫氧根、烷基硫酸根、ニ烷基磷酸根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞磷酸根、亞硝酸根、次氯酸根、亞氯酸根、氯酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氫根、羧酸根、ニ(三氟甲磺醯基)亞胺([NTF2D、四氟硼酸根和六氟磷酸根。
6.根據要求利用I的方法，其中所述載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液以[I 100]-[1 0.01]的載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液的質量比進行混合。
7.根據權利要求I的方法，其還包括 從主提取溶液相中至少部分地分離雜質下降的有機鹽溶液，以形成分離的雜質下降的有機鹽溶液和分離的提取溶液相。
8.根據權利要求7的方法，其還包括 將分離的雜質下降的有機鹽溶液加入エ業方法料流中。
9.根據權利要求8的方法，其中所述エ業方法料流選自Bayer方法料流、核廢物料流、來自高離子強度體系的鹽水、和來自採礦操作的洗脫液。
10.根據權利要求7的方法，其還包括 將雜質下降的有機鹽溶液與洗滌溶液以形成兩相混合物的有效的量混合，其中所述混合有效進行以形成洗滌過的有機鹽相和主洗滌溶液相。
11.根據權利要求10的方法，其中所述分離的雜質下降的有機鹽溶液與洗滌溶液以[I 100]-[1 0.01]的分開的濃度降低相與洗滌溶液的質量比進行混合。
12.根據權利要求10的方法，其中所述洗滌溶液包括選自以下組中的陰離子氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、氫氧根、烷基硫酸根、ニ烷基磷酸根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞磷酸根、亞硝酸根、次氯酸根、亞氯酸根、氯酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氫根、羧酸根、ニ(三氟甲磺醯基)亞胺([NTF2D、四氟硼酸根和六氟磷酸根。
13.根據權利要求I的方法，其中所述雜質選自腐殖酸鹽、腐殖酸鹽的分解產物、金屬、草酸鹽、こ酸鹽、甲酸鹽、硫酸鹽、氯化物、氟化物、磷酸鹽及它們的組合。
14.根據權利要求I的方法，其中存在於載有雜質的有機鹽溶液中的有機鹽包含選自以下組中的李鹽有機陽尚子鱗、按、琉、批澱鐵、啦嚷鐵、喃澱鐵、批嚷鐵、批卩坐鐵、味卩坐鐵、唾卩坐鐵、惡卩坐鐵、卩比略燒鐵、喧琳鐵、異喧琳鐵、狐鐵、喊澱鐵和甲基嗎琳鐵。
15.根據權利要求I的方法，其中存在於載有雜質的有機鹽溶液的有機鹽包含選自以下組中的陽尚子鱗、按、琉、批澱鐵、啦嚷鐵、喃澱鐵、批嚷鐵、批卩坐鐵、味卩坐鐵、唾卩坐鐵、惡卩坐鐵、卩比略燒鐵、喧琳鐵、異喧琳鐵、狐鐵、喊澱鐵和甲基嗎琳鐵；和 選自以下組中的陰離子氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、氫氧根、烷基硫酸根、ニ烷基磷酸根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞磷酸根、亞硝酸根、次氯酸根、亞氯酸根、氯酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氫根、羧酸根、ニ(三氟甲磺醯基)亞胺([NTF2D、四氟硼酸根和六氟磷酸根。
16.根據權利要求I的方法，其中存在於載有雜質的有機鹽溶液中的有機鹽選自辛基三丁基氯化鱗、I-辛基_2，3- ニ甲基咪唑鎗氯化物、I- 丁基-3-甲基咪唑鎗氯化物、I- 丁基-2，3-ニ甲基咪唑鎗氯化物、丁基甲基吡咯烷鎗、辛基(三丁基)氫氧化鱗、四丁基氫氧化鱗、四丁基氫氧化銨、四癸基(三丁基)氯化鱗、八(三丁基)氯化銨、四癸基(三己基)溴化鱗、四己基氯化銨、三丁基(己基)氯化鱗、四癸基(三己基)氯化鱗、四丁基氯化鱗、四丁基氯化銨、三丁基甲基氫氧化銨、四戊基氫氧化銨、ニ甲基ニ可可基季氯化銨、硬質醯胺丙基ニ甲基-2_羥基こ基硝酸銨、こ基四癸基ニ(十一烷基)氯化銨、牛油脂基烷基三甲基氯化銨、四己基溴化銨、丁基甲基吡咯烷鎗、ニ(三氟甲基磺醯基)亞胺、N，N，N，-三甲基-I-十二烷基氯化銨、苄基ニ甲基可可基烷基氯化銨、N，N- ニ甲基-N-十二烷基甘氨酸基甜菜喊、1_羊基-2, 3- ニ甲基咪唑鐵氯化物、ニ丁基-8-輕基羊基氯化鱗、四戍基氫氧化鱗及它們的組合。
17.一種組合物，其包含 具有以下陽離子和陰離子的洗滌過的有機鹽，所述陽離子選自鱗、銨、鋶、吡啶鎗、噠嗪鐵、喃澱鐵、批嚷鐵、批卩坐鐵、味卩坐鐵、BH卩坐鐵、嚼卩坐鐵、批略燒鐵、喧琳鐵、異喧琳鐵、狐鐵、喊啶鎗和甲基嗎啉鎗，所述陰離子選自氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、氫氧根、烷基硫酸根、ニ烷基磷酸根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞磷酸根、亞硝酸根、次氯酸根、亞氯酸根、氯酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氫根、羧酸根、ニ(三氟甲磺醯基)亞胺([ntf2]-)、四氟硼酸根和六氟磷酸根。
18.—種從エ業方法料流中除去雜質的方法，該方法包括 提供包含雜質萃取量的有機鹽的有機鹽溶液，其中所述有機鹽溶液與包含雜質的エ業方法料流至少部分不混溶； 將所述エ業方法料流與有機鹽溶液混合以形成第一個兩相混合物，其中有效進行混合以降低エ業方法料流中雜質的濃度，以形成含有載有雜質的有機鹽溶液的相和含有雜質下降的エ業方法料流的相； 將所述載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成第二個兩相混合物，其中使載有雜質的有機鹽溶液和提取溶液進行有效混合，以降低雜質在載有雜質的有機鹽溶液中的濃度，並形成雜質下降的有機鹽溶液；和 任選將雜質下降的有機鹽溶液與洗滌溶液混合以形成第三個兩相混合物，其中進行有效混合以形成洗滌過的有機鹽相和洗滌溶液相。
19.根據權利要求18的方法，其中所述提取溶液包含具有選自以下組中陰離子的化合物氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、氫氧根、烷基硫酸根、ニ烷基磷酸根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞磷酸根、亞硝酸根、次氯酸根、亞氯酸根、氯酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氫根、羧酸根、ニ(三氟甲磺醯基)亞胺([NTF2D、四氟硼酸根和六氟磷酸根。
20.根據權利要求18的方法，其中將所述載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液以[I 100]-[1 0.01]的有機鹽溶液對提取溶液的質量比進行混合。
21.根據權利要求18的方法，其中所述洗滌溶液包含選自氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、氫氧根、烷基硫酸根、ニ烷基磷酸根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞磷酸根、亞硝酸根、次氯酸根、亞氯酸根、氯酸根、高氯酸根、碳酸根、碳酸氫根、羧酸根、ニ(三氟甲磺醯基)亞胺([NTF2D、四氟硼酸根和六氟磷酸根的陰離子。
22.根據權利要求18的方法，其中將所述雜質下降的有機鹽溶液與洗滌溶液以[I 100]-[1 0.01]的雜質下降的有機鹽溶液與洗滌溶液的質量比進行混合。
23.根據權利要求18的方法，其中所述洗滌溶液包含氫氧化鈉。
24.根據權利要求18的方法，其中所述雜質選自腐殖酸鹽、腐殖酸鹽的分解產物、金屬、草酸鹽、こ酸鹽、甲酸鹽、硫酸鹽、氯化物、氟化物、磷酸鹽及它們的組合。
25.根據權利要求18的方法，其中所述エ業方法料流選自Bayer方法料流、核廢物料流、來自高離子強度體系的鹽水、來自採礦操作的洗脫液。
26.一種從有機鹽中除去雜質的方法，該方法包括 提供載有雜質的有機鹽溶液，其中載有雜質的有機鹽溶液中的雜質由Bayer方法料流得到；和 將載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成兩相混合物， 其中進行有效混合以降低載有雜質的有機鹽中雜質的濃度，從而由有機鹽中除去雜質，並且形成雜質下降的有機鹽溶液相和主提取溶液相。
27.一種從有機鹽中除去雜質的方法，該方法包括 提供載有雜質的有機鹽溶液，其中所述雜質選自腐殖酸鹽、腐殖酸鹽的分解產物、金屬、草酸鹽、こ酸鹽、甲酸鹽、硫酸鹽、氯化物、氟化物、磷酸鹽及它們的組合；和 將載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成兩相混合物， 其中進行有效混合以降低載有雜質的有機鹽中雜質的濃度，從而由有機鹽中除去雜質，並且形成雜質下降的有機鹽溶液相和主提取溶液相。
全文摘要
本發明涉及通過使載有雜質的有機鹽溶液與提取溶液混合以形成兩相混合物而從載有雜質的有機鹽溶液中除去雜質的方法，其中所述有效混合使載有雜質的有機鹽中的雜質濃度得以下降，因此從有機鹽中除去了雜質並形成了雜質下降的有機鹽溶液相和提取溶液相。
文檔編號B01D17/02GK102655921SQ201080056992
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月1日 優先權日2009年12月15日
發明者J·裡恩, M·泰勒, S·格裡芬 申請人:塞特克技術公司