Применение кремнийсодержащих полимеров для улучшения флоккуляции красного шлама в процессе байера

Применение кремнийсодержащих полимеров для улучшения флоккуляции красного шлама в процессе байера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к удалению суспендированных твердых частиц из потоков оксида алюминия процесса Байера при контактировании потоков с Si-содержащими полимерами.

Предпосылки создания изобретения

Боксит представляет собой основной исходный материал для почти всех получаемых соединений оксида алюминия. В ходе получения соединений алюминия большая часть боксита очищается до гидроксида алюминия в процессе Байера. Процесс Байера включает горячее выщелачивание боксита раствором NaOH в автоклавах с получением перенасыщенных растворов алюмината натрия, из которых Al(OH) высаждается введением затравки. Процесс очистки Байера подразделяется на шесть основных стадий процесса: измельчение боксита; получение исходных материалов; варка боксита; отделение, промывка и удаление нерастворимого остатка боксита; осаждение гидроксида алюминия (тригидрата); и прокаливание до безводного оксида алюминия. Процесс отделения твердого остатка боксита от перенасыщенного зеленого щелока вблизи его точки кипения известен как «осветление».

На стадии осветления грубые твердые частицы обычно удаляются циклоном с «песколовкой». Для отделения мелких твердых частиц от щелока суспензию обычно подают в центральный резервуар отстойника шлама, где ее обрабатывают композицией флоккулянта, которая может быть на основе ряда флоккулянтов, включая крахмал, муку, полиакрилатную полимерную соль, сополимер акрилатная соль/акриламид и/или водорастворимые полимеры, содержащие боковые группы гидроксамовой кислоты или соли. Когда шлам отстаивается, осветленный раствор алюмината натрия, называемый зеленым щелоком, перетекает в слив наверху емкости отстаивания шлама и пропускается на последующие стадии процесса. Раствор алюмината натрия обычно охлаждают для улучшения перенасыщения и затем в него вводят затравку, например затравку гиббсита с предыдущих циклов начального осаждения желаемого конечного продукта Al(OH)₃.

Осевшие твердые вещества в результате операции флоккуляции, известные как красный шлам, выводят из днища отстойника шлама и пропускают через контур противоточной промывки для извлечения алюмината натрия и соды. Алюминатный щелок, перетекающий из отстойника, может еще содержать значительные количества суспендированных твердых веществ. Указанный щелок обычно дополнительно осветляется фильтрацией с получением фильтрата, который имеет очень низкий уровень содержания суспендированных твердых веществ. В зависимости от уровня силикатов в боксите красный шлам и/или алюминатный щелок могут содержать алюмосиликаты натрия. Растворенные алюмосиликаты натрия могут осаждаться с образованием накипи. Нерастворимые алюмосиликаты натрия, также известные как продукт десиликации ((ПДС) (DSP)), могут оставаться суспендированными в красном шламе и/или алюминатном щелоке.

Оксид алюминия в относительно чистой форме высаждается из фильтрата как кристаллы тригидрата оксида алюминия. Оставшаяся жидкая фаза возвращается на начальную стадию варки и после повторного составления дополнительным каустиком используется как агент, способствующий варке дополнительной руды.

Суспендированные твердые вещества, предпочтительно, отделяются с относительно высокой скоростью, если весь процесс Байера должен быть эффективным. Эффективное удаление твердых веществ из потоков процесса Байера было главным требованием в течение многих лет. Среди способов ускорения отделения твердых веществ из потоков процесса, а также обеспечения более чистого отделения компонентов, находятся способы, рассмотренные в патенте США № 3390959, который использует полиакрилаты в качестве флоккулянтов, и в патенте США № 3681012, который использует комбинации полиакрилатов и крахмала в контурах извлечения оксида алюминия процесса Байера. Патент США № 4083925 рассматривает использование полиакриламида в отстойнике шлама. В патенте США № 4678585 описывается, что на различных стадиях в контуре извлечения оксида алюминия процесса Байера используется обработка различными композициями флоккулянта. Патент США № 4767540 описывает процесс удаления твердых веществ из потоков процесса Байера при контактировании и смешении потока процесса Байера с гидроксаматированными полимерами. Гидроксаматированные полимеры могут использоваться с анионным полиакрилатом. Патент США № 5516435 и патент США № 5539046 используют смеси эмульсий гидроксаматированных полимеров с полиакрилатными эмульсиями для удаления суспендированных твердых веществ из потоков оксида алюминия процесса Байера. Другие полимеры, рассмотренные для обработки красного шлама в процессе Байера, включают полимеры, содержащие фосфоновую кислоту (патент США № 5534235), водную непрерывную эмульсию полимеров метилакрилата (патент США № 6036869) и полимеры, содержащие салициловую кислоту (патент США № 6527959).

Кремнийсодержащие полимеры были рассмотрены для осветления воды. Например, патент США № 3779912 использует кремнийсодержащие аминометилфосфонаты для флоккуляции суспендированных твердых веществ в воде. Сополимеры галогенида диаллилдиметиламмония и винилтриалкоксисилана рассматриваются в качестве коагулянта, используемого для деэмульгирования маслянистых сточных вод (патент США № 5560832), обезвоживания минеральных суспензий (патент США № 5597475) и осветления сточных вод (патент США № 5679261). Патент США № 6605674 рассматривает использование винилтриалкоксисиланов в качестве сшивающих агентов для модификации структуры неионных, катионных и анионных водорастворимых полимеров и использование структурно модифицированных полимеров в качестве флоккулянтов. Ни один из вышеуказанных патентов на кремнийсодержащие полимеры не относится к обработке суспендированных твердых веществ из потоков процесса Байера.

Было рассмотрено использование кремнийсодержащих полимеров для регулирования алюмосиликатной накипи, смотри патент США № 6814873 и опубликованные заявки на патент США №№ 2004/0162406А1, 2005/0010008А2 и 2005/0274926А2. Указанные публикации описывают способы применения кремнийсодержащих полимеров для ингибирования растворенных алюмосиликатов (таких как алюмосиликат натрия) против осаждения на поверхностях с образованием накипи, но не для флоккулирования ПДС.

Теперь было найдено, что значительно улучшенная флоккуляция суспендированных твердых веществ, особенно ПДС, из потоков процесса Байера может быть получена при введении и эффективном смешении кремнийсодержащего полимера в поток процесса Байера в отдельности или затем с последующим или в сочетании с традиционным флоккулянтом. Указанная обработка является особенно эффективной для обработки твердых остатков боксита, имеющих высокое содержание силикатов и алюмосиликатов натрия, по сравнению с существующими способами, как приведено в указанных выше патентах. Такое снижение содержания суспендированных твердых веществ может значительно снизить необходимость фильтрации. Поскольку суспендированные твердые вещества могут содержать нежелательные загрязнения, снижение содержания суспендированных твердых веществ, достигаемое при осуществлении настоящего изобретения, может также дать улучшенную чистоту получаемого продукта оксида алюминия.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение предусматривает кремнийсодержащие полимеры, композиции флоккулянта и процессы снижения содержания суспендированных твердых веществ в технологическом потоке процесса Байера получения оксида алюминия. Процессы включают контактирование потока процесса Байера с таким кремнийсодержащим полимером и/или композицией флоккулянта с флоккуляцией суспендированных твердых веществ в потоках процесса Байера. В предпочтительных вариантах осуществления кремнийсодержащие полимеры и композиции флоккулянта, описанные здесь, являются особенно используемыми для флоккуляции суспендированного ПДС в потоках процесса Байера. Поток процесса Байера, который может преимущественно контактировать с кремнийсодержащими полимерами и/или композициями флоккулянта в соответствии с настоящим изобретением, может быть любой частью питания, например питанием отстойника, переливом отстойника, выпускаемой выгрузкой или из контура осаждения оксида алюминия (т.е. извлечения). Потоком процесса Байера, контактирующим с полимером, может быть также питание к аппарату промывки шлама в ряду промывных аппаратов.

Вариант предусматривает композицию флоккулянта, содержащую кремнийсодержащий полимерный флоккулянт для ПДС и анионный полимерный флоккулянт для красного шлама процесса Байера. Массовое отношение количества кремнийсодержащего полимерного флоккулянта к количеству анионного полимерного флоккулянта в указанной композиции флоккулянта может находиться в интервале от примерно 100:1 до примерно 1:10, например в интервале от примерно 10:1 до примерно 1:2, такое как примерно 1:1. Другой вариант предусматривает способ флоккуляции, содержащий смешивание композиции флоккулянта с потоком процесса Байера в количестве, эффективном для флоккуляции, по меньшей мере, части суспендированных в нем твердых веществ, где суспендированные твердые вещества выбраны из группы, состоящей из красного шлама, ПДС и их смесей.

Другой вариант предусматривает способ флоккуляции, содержащий смешивание кремнийсодержащего полимерного флоккулянта с потоком процесса Байера в количестве, эффективном для флоккуляции в результате, по меньшей мере, части суспендированного в нем ПДС; и отделение, по меньшей мере, части таким образом образованного флоккулированного ПДС.

Другой вариант предусматривает водорастворимые и вододиспергируемые кремнийсодержащие полимеры, имеющие присоединенную к ним кремнийсодержащую группу, где кремнийсодержащий полимер конфигурирован так, что кремнийсодержащая группа улучшает способность кремнийсодержащего полимера флоккулировать суспендированный ПДС. В варианте осуществления кремнийсодержащей группой является -Si(OR)₃, где R представляет собой Na⁺, K⁺ или NH₄ ⁺. В другом варианте количество кремнийсодержащей группы в кремнийсодержащем полимере составляет, по меньшей мере, примерно 5% мас. Другой вариант предусматривает способ флоккуляции, содержащий смешивание такого кремнийсодержащего полимера с потоком процесса Байера в количестве, эффективном для флоккуляции, по меньшей мере, части суспендированных в нем твердых веществ, где суспендированные твердые вещества выбраны из группы, состоящей из красного шлама, ПДС и их смесей.

Другой вариант предусматривает гидроксаматированный водорастворимый или вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, имеющий присоединенную к нему кремнийсодержащую группу. Другой вариант предусматривает способ флоккуляции, содержащий смешивание такого гидроксаматированного кремнийсодержащего полимера с потоком процесса Байера в количестве, эффективном для флоккуляции, по меньшей мере, части суспендированных в нем твердых веществ, где суспендированные твердые вещества выбраны из группы, состоящей из красного шлама, ПДС и их смесей.

Указанные и другие варианта описаны более подробно ниже.

Подробное описание изобретения

Последующее описание и примеры иллюстрируют предпочтительные варианты настоящего изобретения подробно. Специалистам в данной области техники будет известно, что имеются многочисленные вариации и модификации данного изобретения, которые охватываются его объемом. Следовательно, не следует считать, что описание предпочтительных вариантов ограничивает объем настоящего изобретения.

Теперь установлено, что различные кремнийсодержащие полимеры являются используемыми в качестве флоккулянтов для суспендированных твердых веществ процесса Байера, в частности, содержащих суспендированный ПДС. Примеры кремнийсодержащих полимеров, используемых в описанных здесь способах флоккуляции (например, в качестве флоккулянтов ПДС), включают кремнийсодержащие полимеры, описанные в патенте США № 6814873 и в опубликованных заявках на патент США №№ 2004/0162406А1, 2005/0010008А2 и 2005/0274926А2, каждая из которых приводится поэтому в качестве ссылки в своей полноте и, в частности, в целях описания кремнийсодержащих полимерных флоккулянтов и способов их получения. Другие примеры кремнийсодержащих полимерных флоккулянтов для ПДС описаны здесь. Специалисты в данной области техники могут использовать рутинное экспериментирование ввиду предусмотренного здесь руководства для идентификации кремнийсодержащих полимерных флоккулянтов, используемых в описанных здесь способах, например, в качестве флоккулянтов для ПДС.

Вариант предусматривает водорастворимый и вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, имеющий присоединенную к нему кремнийсодержащую группу, где кремнийсодержащий полимер конфигурирован так, что кремнийсодержащая группа улучшает способность кремнийсодержащего полимера флоккулировать суспендированный ПДС.

Вариант предусматривает водорастворимый и вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, например полимер, который содержит присоединенную к нему кремнийсодержащую группу (группы), такую как силан. В варианте осуществления кремнийсодержащий полимер, который является флоккулянтом для ПДС, например, конфигурирован так, что кремнийсодержащая группа (группы) улучшает способность кремнийсодержащего полимера флоккулировать суспендированный ПДС. Кремнийсодержащий полимер может быть включен в композицию флоккулянта. В варианте осуществления композиция флоккулянта содержит анионный полимер, такой как анионный полимерный флоккулянт для красного шлама процесса Байера. Ниже описаны различные кремнийсодержащие полимеры и способы их применения.

Примеры кремнийсодержащих полимеров включают кремнийсодержащие полимеры, имеющие боковые силановые группы, например присоединенные боковые кремнийсодержащие группы формулы (I):

-Si(OR)3

(I),

в которой каждый R представляет собой независимо водород, С_1-20-алкил, С_1-20-алкенил, С_6-12-арил, С_7-20-арилалкил, ион металла группы I, ион металла группы II или NR'₄ ⁺, где каждый R' представляет собой независимо водород, С_1-20-алкил, С_1-20-алкенил, С_6-12-арил и С_7-20-арилалкил, и где R и R' являются каждый независимо незамещенным, гидроксизамещенным или бета-гидроксизамещенным. Примеры R-групп включают низшие алкил-группы, например, С_1-6-алкил-группы и С_1-3-алкил-группы, фенил, бензил, Na⁺, K⁺ и NH₄ ⁺. Количество кремнийсодержащей группы в кремнийсодержащем полимере может варьироваться в относительно широком интервале, и полимер может быть конфигурирован с обеспечением улучшенной флоккуляции твердых веществ.

Рутинное экспериментирование, информированное руководством, предусмотренным здесь, может использоваться для выбора кремнийсодержащего полимера, который является эффективным для частного применения, например, при выборе главной цепи полимера, молекулярной массы, кремнийсодержащей группы и ее количества, чтобы получить полимер, который является эффективным для флоккуляции ПДС. Например, рутинное экспериментирование, информированное руководством, предусмотренным здесь, может использоваться для конфигурирования полимера, так что кремнийсодержащая группа (группы) улучшает способность кремнийсодержащего полимера флоккулировать суспендированный ПДС. Подходящие количества кремнийсодержащих групп в кремнийсодержащем полимере могут варьироваться в зависимости от типа полимера и применения. Например, в варианте осуществления кремнийсодержащий полимер содержит, по меньшей мере, примерно 1% мас. -Si(OR)₃- группы, например, по меньшей мере, 5% мас. Si(OR)₃- группы. Рутинное экспериментирование, информированное руководством, предусмотренным здесь, может использоваться для выбора полимера, имеющего подходящую молекулярную массу. Например, молекулярная масса кремнийсодержащего полимера может варьироваться в широком интервале, например, от примерно 1000 до примерно 15000000, и часто примерно 10000 или более, или примерно 100000 или более, например, в интервале от примерно 10000 до примерно 10000000, таком как примерно 100000-5000000. Молекулярные массы, как описано здесь, являются средневесовыми, как определено вытеснительной по размеру хроматографией высокого давления (детектирование световым рассеянием), если не указано иное.

В некоторых вариантах осуществления группой -Si(OR)₃ является триметоксисилановая группа (R=метил) или триэтоксисилановая группа (R=этил). Другие алкил-группы также могут быть преимущественно использованы в качестве R в таковых группах формулы (I). Термин «алкил», как использовано здесь, представляет собой широкий термин и используется в обычном смысле, включая (без ограничения) неразветвленный или разветвленный, нециклический или циклический, ненасыщенный или насыщенный алифатический углеводород, содержащий один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь, девять или десять углеродных атомов, тогда как термин «низший алкил» имеет такое же значение как «алкил», но содержит один, два, три, четыре, пять или шесть углеродных атомов. Типичные насыщенные неразветвленные алкил-группы включают метил, этил, н-пропил, н-бутил, н-пентил, н-гексил и т.п. Примеры насыщенных разветвленные алкил-групп включают изопропил, втор-бутил, трет-бутил, изопентил и т.п. Типичные насыщенные циклические алкил-группы включают циклопропил, циклобутил, циклопентил, циклогексил, -СН₂-циклопропил, -СН₂-циклобутил, -СН₂-циклопентил, -СН₂-циклогексил и т.п. Типичные ненасыщенные циклические алкил-группы включают циклопентенил и циклогексенил и т.п. Циклические алкил-группы могут также называться как «гомоциклические кольца» и включают ди- и полигомоциклические кольца, такие как декалин и адамантан. Ненасыщенные алкил-группы содержат, по меньшей мере, одну двойную или тройную связь между смежными углеродными атомами (называются как «алкенил» или «алкинил» соответственно). Типичные неразветвленные и разветвленные алкенил-группы включают этиленил, пропиленил, 1-бутенил, 2-бутенил, изобутиленил, 1-пентенил, 2-пентенил, 3-метил-1-бутенил, 2-метил-2-бутенил, 2,3-диметил-2-бутенил и т.п. Типичные неразветвленные и разветвленные алкинил-группы включают ацетиленил, пропинил, 1-бутинил, 2-бутинил, 1-пентинил, 2-пентинил, 3-метил-1-бутинил и т.п. Хотя незамещенные алкил-группы являются обычно предпочтительными, замещенные алкил-группы также могут преимущественно использоваться.

В некоторых вариантах осуществления R может представлять собой или включать арил-группу. Термин «арил», как использовано здесь, представляет собой широкий термин и используется в обычном смысле, включая (без ограничения) ароматический карбоциклический остаток, такой как фенил или нафтил, а также арилалкил- и алкиларил-остатки. Термин «арилалкил», как использовано здесь, представляет собой широкий термин и используется в обычном смысле, включая (без ограничения) алкил, имеющий, по меньшей мере, один водородный атом алкила, замещенный арил-остатком, таким как бензил, -СН₂-(1- или 2-нафтил), -(СН₂)₂-фенил, -(СН₂)₃- фенил, -СН-(фенил)₂ и т.п. Термин «алкиларил», как использовано здесь, представляет собой широкий термин и используется в обычном смысле, включая (без ограничения) арил, имеющий, по меньшей мере, один водородный атом алкила, замещенный алкил-остатком. Особенно предпочтительные арил-группы включают С_6-12-арил- и С_6-12-аралкил-группы.

Хотя незамещенные алкил- или арил-группы являются обычно предпочтительными, в некоторых вариантах осуществления также могут преимущественно использоваться замещенные алкил- или арил-группы. Термин «замещенный», как использовано здесь, представляет собой широкий термин и используется в обычном смысле, включая (без ограничения) любую из вышеуказанных групп (например, алкил, арил), в которой, по меньшей мере, один атом водорода замещен заместителем. В случае кето-заместителя (-С(=О)-) замещаются два атома водорода. В случае замещения «заместители» в контексте предпочтительного варианта включают галоген, гидрокси, циано, нитро, сульфонамид, карбоксамид, карбоксил, простой эфир, карбонил, амино, алкиламино, диалкиламино, алкокси, алкилтио, галоидоалкил и т.п. Альтернативно, один или более углеродных атомов R-группы могут быть замещены гетероатомом, например, азотом, кислородом или серой.

В некоторых вариантах осуществления кремнийсодержащая группа включает в качестве заместителей одну или более гидрокси-групп, например, бета-гидрокси-группу. Например, в некоторых вариантах осуществления кремнийсодержащий полимер включает одну или более гидроксаматных групп (-CONH(OH)). Любой из кремнийсодержащих полимеров, описанных здесь, может быть гидроксаматированным. Например, вариант предусматривает гидроксаматированный водорастворимый или вододиспергируемый кремнийсодержащий полимер, имеющий кремнийсодержащую группу, присоединенную к нему.

Боковая кремнийсодержащая группа (группы) может быть связана непосредственно с атомом (например, углеродным атомом) в главной цепи кремнийсодержащего полимера или с главной цепью полимера через подходящую соединительную группу. Примеры соединительных групп включают полностью насыщенные линейные С_1-6-алкильные цепи, а также алкильные цепи с простыми эфирными связями (например, алкокси- или поли(алкокси)- соединительные группы). Другие соединительные группы включают алкильные цепи с амидными связями и гидрокси-заместителями, например:

-C(=O)(NH)CH₂CH₂CH₂-

-NHCH₂CHOHCH₂OCH₂CH₂CH₂-

-NHC(=O)(NH)CH₂CH₂CH₂-

В варианте осуществления боковые кремнийсодержащие группы вводятся в главную цепь или присоединяются к главной цепи полимера и/или к любой подходящей части полимера (например, в качестве концевой группы, к привитой части или боковой цепи и т.п.). В других вариантах осуществления может быть желательно ввести другие боковые группы помимо кремнийсодержащей боковой группы. Примеры других боковых групп включают карбоксилатные группы, такие как -С(=О)О^- или -С(=О)ОН, амидные группы, такие как -С(=О)NH₃, гидроксаматированные группы, такие как -С(=О)NHO^- и аминогруппы, такие как -NH₂. Как заметит специалист в данной области техники, могут также использоваться другие боковые группы.

В некоторых вариантах осуществления главная цепь полимера содержит повторяющиеся звенья замещенного этилена, например, -[CH₂C(R^x)H]-, где R^x содержит силановую группу с или без соединительной группы, как описано в другом месте, или другой боковой заместитель. Может быть использован единственный вид соединительной группы или может быть использована комбинация соединительных групп. В некоторых вариантах осуществления дополнительные атомы водорода повторяющегося звена этилена могут быть замещены боковой силановой группой или некоторой другой боковой группой.

Кремнийсодержащие полимеры, описанные здесь, могут быть получены рядом путей. Смотри, например, патент США № 6814873 и опубликованные заявки на патент США №№ 2004/0162406А1, 2005/0010008 и 2005/0274926, каждая из которых приводится здесь в качестве ссылки и, в частности, в целях описания кремнийсодержащих полимеров и способов их получения. Например, в некоторых вариантах осуществления они могут быть получены полимеризацией мономера, содержащего группу -Si(OR)₃ формулы (I), или сополимеризацией такого мономера с одним или более сомономеров. Подходящие силановые мономеры включают, но не ограничиваются этим, винилтриэтоксисилан, винилтриметоксисилан, аллилтриэтоксисилан, бутенилтриэтоксисилан, γ-N-акриламидопропилтриэтоксисилан, пара-триэтоксисиланстирол, 2-(метилтриметоксисилан)-акриловую кислоту, 2-(метилтриметоксисилил)-1,4-бутадиен, N-триэтоксисилилпропилмалеимид и другие продукты взаимодействия малеинового ангидрида и других ненасыщенных ангидридов с аминосоединениями, содержащими группу -Si(OR)₃. Мономеры или получаемые повторяющиеся звенья могут быть гидролизованы водным основанием либо до, либо после полимеризации. Подходящие сомономеры включают, но не ограничиваются этим, винилацетат, акрилонитрил, стирол, акриловую кислоту и ее эфиры, акриламид и замещенные акриламиды, такие как акриламидометилпропансульфокислота. Сополимерами также могут быть привитые сополимеры, такие как привитой сополимер акриловой кислоты и винилтриэтоксисилана или привитой сополимер винилацетата, кротоновой кислоты и винилтриэтоксисилана. Указанные полимеры могут быть получены в целом ряду растворителей, таких как ацетон, тетрагидрофуран, толуол, ксилол и т.п. В некоторых случаях полимер является растворимым в растворителе реакции и может быть удобно извлечен отгонкой растворителя, или, если полимер является нерастворимым в растворителе реакции, продукт может быть удобно извлечен фильтрацией; однако может быть использован любой подходящий способ извлечения. Подходящие инициаторы включают 2,2'-азобис-(2,4-диметилвалеронитрил) и 2,2-азобисизобутиронитрил, бензоилпероксид, гидропероксид кумола и т.п.

В некоторых вариантах осуществления кремнийсодержащие полимеры, описанные здесь, могут быть получены взаимодействием соединения, содержащего группу -Si(OR)₃, а также реакционную группу, которая может взаимодействовать либо с боковой группой, либо с атомом главной цепи существующего полимера. Полиамины могут взаимодействовать с рядом соединений, содержащих одну или более групп -Si(OR)₃, с получением полимеров, которые могут быть использованы в предпочтительных вариантах осуществления. Реакционной группой может быть алкилгалоидная группа, такая как хлоропропил, бромоэтил, хлорометил, бромоундецил или другая подходящая группа. Соединение, содержащее одну или более групп -Si(OR)₃, может содержать эпокси-функциональность, такую как глицидоксипропил, 1,2-эпоксиамил, 1,2-эпоксидецил или 3,4-эпоксициклогексилэтил. Реакционная группа может также представлять собой комбинацию гидроксильной группы и галоида, такую как 3-хлоро-2-гидрокси-пропил. Реакционный остаток может также содержать изоцианатную группу, такую как изоцианатопропил или изоцианатометил, которая взаимодействует с образованием мочевинной связи. Кроме того, могут использоваться силаны, содержащие ангидридные группы, такие как триэтоксисилилпропилянтарный ангидрид. Реакции могут проводиться либо без растворителя, либо в подходящем растворителе. Кроме того, другие функциональные группы, такие как алкил-группы, могут быть введены при взаимодействии других аминогрупп или атомов азота на полимере с алкилгалоидами, эпоксидами или изоцианатами. Полиамины могут быть получены рядом способов. Например, они могут быть получены полимеризацией с раскрытием кольца азиридина или подобных соединений. Они также могут быть получены реакциями поликонденсации аминов, таких как аммиак, метиламин, диметиламин, этилендиамин или подобное, с реакционными соединениями, такими как 1,2-дихлорэтан, эпихлоргидрин, эпибромгидрин или подобные соединения.

Полимеры, содержащие ангидридные группы, могут взаимодействовать с рядом кремнийсодержащих соединений (например, содержащих одну или более групп -Si(OR)₃) с получением вариантов кремнийсодержащих полимеров, описанных здесь. Подходящие исходные полимеры включают гомополимер малеинового ангидрида и сополимеры малеинового ангидрида с такими мономерами, как стирол, этилен, простой метилвиниловый эфир и т.п. Исходным полимером также может быть привитой сополимер, такой как привитой сополимер 1,4-бутадиена и малеинового ангидрида, или привитой сополимер этилена и малеинового ангидрида, или подобное. Другие подходящие ангидридные мономеры включают итаконовый и цитраконовый ангидриды. Подходящие реакционные силановые соединения включают, но не ограничиваются этим, γ-аминопропилтриэтоксисилан, бис-(γ-триэтоксисилил-пропил)амин, N-фенил-γ-аминопропилтриэтоксисилан, пара-аминофенилтриэтоксисилан, 3-(мета-аминофеноксипропил)триметоксисилан, γ-аминобутилтриэтоксисилан и т.п. Другие функциональные группы могут быть введены в полимер при взаимодействии с аминами, спиртами и другими соединениями.

Полимеры, содержащие гидроксильные группы, могут взаимодействовать с эпокси-функциональностью, такой как глицидоксипропилтриметоксисилан. Примеры полимеров, которые содержат гидроксильные группы, включают полисахариды, такие как крахмал и гидроксиэтилцеллюлоза.

В варианте осуществления кремнийсодержащий полимер выбран из группы, состоящей из кремнийсодержащего полиэтиленимина, сополимера винилтриэтоксисилана, сополимера акриловой кислоты и триэтоксисилилпропилакриламида, сополимера акриловой кислоты и триэтоксивинилсилана, кремнийсодержащего полисахарида (например, кремнийсодержащего крахмала или кремнийсодержащей целлюлозы, такой как гидроксиэтилцеллюлоза), кремнийсодержащего сополимера стирол/малеиновый ангидрид, кремнийсодержащего сополимера малеиновый ангидрид/простой алкилвиниловый эфир (например, кремнийсодержащего сополимера малеиновый ангидрид/простой метилвиниловый эфир) и их смесей.

В варианте осуществления кремнийсодержащий полимер содержит повторяющиеся звенья, причем повторяющиеся звенья содержат первое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R¹)H]- и второе повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R²)H]-, где R¹ представляет собой -С(=О)О^- и где R² представляет собой -C(=O)NHCH₂CH₂CH₂CH₂Si(O^-)₃. В варианте осуществления количество первого повторяющегося звена составляет, по меньшей мере, примерно 90%, например, по меньшей мере, примерно 96% по числу по отношению к общему числу повторяющихся звеньев в полимере.

В варианте осуществления кремнийсодержащий полимер содержит повторяющиеся звенья, причем повторяющиеся звенья содержат первое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R¹)H]-, второе повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R²)H]-, третье повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R³)H]-, четвертое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R⁴)H]-, и пятое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R⁵)H]-, где R¹ представляет собой С(=О)NH₂, где R² представляет собой -С(=О)О^-, где R³ представляет собой -C(=O)NHO^-, где R⁴ представляет собой -NHCH₂CH(OH)CH₂OCH₂CH₂CH₂Si(O^-)₃ и где R⁵ представляет собой -NH₂. В варианте осуществления кремнийсодержащий полимер содержит до примерно 50% по числу первого повторяющегося звена, до примерно 90% по числу второго повторяющегося звена, от примерно 1% до примерно 60% по числу третьего повторяющегося звена, от примерно 1% до примерно 30% по числу четвертого повторяющегося звена и от примерно 1% до примерно 30% по числу пятого повторяющегося звена. В варианте осуществления первое повторяющееся звено и второе повторяющееся звено вместе составляют примерно 80-85% повторяющихся звеньев, третье повторяющееся звено составляет примерно 5-15% по числу повторяющихся звеньев, и четвертое и пятое повторяющиеся звенья вместе составляют оставшуюся часть повторяющихся звеньев.

В варианте осуществления кремнийсодержащий полимер содержит повторяющиеся звенья, причем повторяющиеся звенья содержат первое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R¹)H]-, второе повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R²)H]-, третье повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R³)H]-, четвертое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R⁴)H]-, и пятое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R⁵)H]-, где R¹ представляет собой С(=О)NH₂, где R² представляет собой -С(=О)О^-, где R³ представляет собой -C(=O)NHO^-, где R⁴ представляет собой -NHC(=O)NHCH₂CH₂CH₂Si(O^-)₃ и где R⁵ представляет собой -NH₂. В варианте осуществления первое повторяющееся звено и второе повторяющееся звено вместе составляют примерно 65-70% по числу повторяющихся звеньев, третье повторяющееся звено составляет примерно 20-30% по числу повторяющихся звеньев, и четвертое и пятое повторяющиеся звенья вместе составляют оставшуюся часть повторяющихся звеньев.

В варианте осуществления кремнийсодержащий полимер содержит повторяющиеся звенья, причем повторяющиеся звенья содержат первое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R¹)H]-, второе повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R²)H]-, третье повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R³)H]-, четвертое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R⁴)H]-, и пятое повторяющееся звено, имеющее структуру -[CH₂C(R⁵)H]-, где R¹ представляет собой С(=О)NH₂, где R² представляет собой -С(=О)О^-, где R³ представляет собой -C(=O)NHO^-, где R⁴ представляет собой -NHCH₂CH(ОН)CH₂OCH₂CH₂CH₂Si(O^-)₃ и где R⁵ представляет собой -NH₂. В варианте осуществления первое повторяющееся звено и второе повторяющееся звено вместе составляют примерно 80-85% по числу повторяющихся звеньев, третье повторяющееся звено составляет примерно 5-15% по числу повторяющихся звеньев, и четвертое и пятое повторяющиеся звенья вместе составляют оставшуюся часть повторяющихся звеньев.

Композиции флоккулянтов и способы их применения, описанные здесь, могут включать любой подходящий флоккулянт или комбинации флоккулянтов. Например, вариант предусматривает композицию флоккулянта, содержащую кремнийсодержащий полимерный флоккулянт, как описано здесь (например, кремнийсодержащий полимерный флоккулянт для ПДС), и полимерный флоккулянт для красного шлама процесса Байера. В варианте осуществления полимерный флоккулянт для красного шлама процесса Байера может представлять собой анионный полимерный флоккулянт. В варианте осуществления массовое отношение количества кремнийсодержащего полимерного флоккулянта к количеству анионного полимерного флоккулянта в композиции флоккулянта находится в интервале от примерно 100:1 до примерно 1:10, например, в интервале от примерно 10:1 до примерно 1:2, такое как примерно 1:1.

Полимерные флоккулянты, используемые в процессе Байера, включают анионные полимеры, известные специалистам в данной области техники как используемые в качестве полимерных флоккулянтов для красного шлама процесса Байера. Примеры используемых анионных полимерных флоккулянтов включают гомополимеры акриловой кислоты или акрилатов, сополимеры акриловой кислоты или акрилатных мономеров, гомополимеры метакриловой кислоты или метакрилатов, сополимеры метакриловой кислоты или метакрилатных мономеров, полиакриламиды, соли щелочного металла, щелочноземельного металла или аммония указанных кислот, полимеры, содержащие группы гидроксамовой кислоты или соли, или комбинацию любых представителей из вышеуказанного. В варианте осуществления анионный полимерный флоккулянт представляет собой гидроксаматированный полимер, например гидроксаматированный полиакриламид. Количество повторяющихся звеньев в анионном полимере может варьироваться в широком интервале. Например, в варианте осуществления анионный полимерный флоккулянт содержит, по меньшей мере, примерно 50% анионных повторяющихся звеньев. Средневесовая молекулярная масса анионных полимерных флоккулянтов обычно составляет примерно 1000 или более, например, примерно 10000 или более, примерно 100000 или более, примерно 1000000 или более или примерно 5000000 или более. В некоторых вариантах осуществления молекулярная масса составляет 30000000 или менее. Специалисты в данной области техники заметят, что вышеуказанное предусматривает описание интервалов между каждым из установленных значений, и, таким образом, будет понятно, например, что анионный полимерный флоккулянт может иметь средневесовую молекулярную массу от примерно 5000000 до примерно 30000000.

Другие типы флоккулянтов, обычно используемых в процессе Байера, включают неионные флоккулянты, такие как крахмал (например, предварительно желатинизированный из зерна и картофеля), полисахари