DE1280230B - Verfahren zur Herstellung von wasserfreier Tonerde und Vorrichtung fuer dieses Verfahren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

COIf

Deutsche Kl.: 12 m - 7/34

Nummer: 1280230

Aktenzeichen: P 12 80 230.1-41 (Sch 34731)

Anmeldetag: 28. Februar 1964

Auslegetag: 17. Oktober 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wasserfreier Tonerde, bei welchem feuchtes Tonerdehydrat (Aluminiumhydroxid, Al(OH)₃) vor der Kalzinierung im Gasstrom mit den aus dem Druckrohrofen austretenden Abgasen vorgetrocknet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Tonerdehydrat wird im industriellen Maßstab gewöhnlich aus dem Mineral, dem Bauxit, nach dem Bayer-Verfahren durch alkalischen Aufschluß ίο gewonnen. Nach dem Filtrieren und Waschen erhält man ein Hydrat, das im allgemeinen ungefähr 10 bis 15°/o freie Feuchtigkeit (chemisch nicht gebun- " denes Wasser) enthält. Die Überführung dieses Produktes in wasserfreie Tonerde umfaßt also die folgenden Vorgänge: Aufheizen des Hydrates, Austreiben der freien Feuchtigkeit oder Trocknen, Austreiben des chemisch gebundenen Wassers und Rekristallisation des wasserfreien Produktes oder die eigentliche Kalzinierung, wobei sich die verschiedenen Stufen überschneiden können.

Die Kalzinierung des Tonerdehydrates erfolgt heute meistens im Gegenstrom im Drehrohrofen, an dessen einem Ende im allgemeinen das Material in kaltem und nassem Zustand eingefüllt wird, während am anderen Ende der Brennstoff (Rohöl, Gas usw.) zugeführt wird, der die für die Kalzinierung nötige Hitze erzeugt.

Es besteht heute das Bestreben, die Produktion des Drehrohrofens immer mehr zu steigern; dies führt naturgemäß zu einer Erhöhung der Austrittstemperatur der Abgase des Ofens. Man stellt dabei Temperaturen von 300 bis 400⁰C fest an Stelle von 250 bis 300⁰C beim früher üblichen Betrieb. Dies ist hauptsächlich der Fall bei Öfen, die schon vor mehreren Jahren gebaut wurden, und die meist für die heutigen Anforderungen zu kurz sind. Da es in den meisten Fällen und aus verschiedenen Gründen unmöglich ist, die bestehenden öfen zu verlängern, ist man darauf angewiesen, andere Methoden zu finden, die in den Abgasen enthaltene Wärme zurückzugewinnen. So hat man beispielsweise Wärmeaustauscher installiert, welche es erlauben, die dem Ofen zugeführte Luft vorzuheizen; aber diese Lösung ist nur beschränkt wirksam. Andererseits ist auch schon vorgeschlagen worden, das feuchte Hydrat im Gegenstrom vorzutrocknen mittels eines Systems von Zyklonen, die am Eingang des Drehrohrofens angeordnet und mit den aus letzterem austretenden Abgasen geheizt werden. Da aber das feuchte Hydrat die Tendenz hat, sich zu mehr oder weniger großen Klumpen zusammenzuballen, gestaltet sich der Wärme-Verfahren zur Herstellung von wasserfreier
Tonerde und Vorrichtung für dieses Verfahren

Anmelder:

Schweizerische Aluminium A. G., Chippis
(Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. phil. E. Jung, Patentanwalt,
8000 München 23, Siegesstr. 26

Als Erfinder benannt:

Luigi Filippi, Porto Marghera, Veneto;

Dr.-Ing. Hans Dinner, Mogliano, Veneto (Italien)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 7. März 1963 (2886)

austausch nach diesem Prinzip ungünstig. Zudem ist die notwendige Apparatur sehr umfangreich.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die Unzulänglichkeiten der bekannten Methoden zu vermeiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von wasserfreier Tonerde, bei welchem feuchtes Tonerdehydrat vor der Kalzinierung im heißen Gasstrom mit den aus dem Drehrohrofen austretenden Abgasen vorgetrocknet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vortrocknung in einem Parallelstromtrockner erfolgt, in welchem man das Hydrat am gleichen Ende wie die aus dem Drehrohrofen kommenden Gase einführt, wobei es während seines Durchgangs durch den Trockner mittels einer an sich bekannten, sich drehenden, mit Schaufeln versehenen Rührwelle beständig aufgeworfen wird und am anderen Ende in an sich bekannter Weise vom Gas getrennt und in noch heißem Zustand in den Drehofen gebracht wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen der Einlaufseite des Drehrohrofens vorgeschalteten Parallelstromtrockner mit einer in seinem unteren Teil angeordneten sich drehenden und mit Schaufeln versehenen Rührwelle, in dessen eines Ende eine Rohrleitung für die Zuführung der Drehrohrofenabgase und eine Rohrleitung zum Zuführen des feuchten Tonerdehydrats mündet, während sein anderes Ende im unteren Teil

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einen Entleerungstrichter für die Austragung des Beim Austritt aus dem Trockner kann das getrock-

grobkörnigen Teils des getrockneten Hydrates sowie nete Hydrat zwei verschiedene Wege einschlagen, im oberen Teil eine zu einem Zyklon führende Rohr- Einerseits werden die leichtesten Teile vom Gasstrom leitung aufweist, wobei der Entleerungstrichter einer- durch die Gasabzugsleitung 11 mitgerissen, welche seits und das Austragsende des Zyklons andererseits 5 zum Zyklon 12 führt, wo eine erste Ausscheidung mit dem Drehrohrofen durch geeignete Leitungen von festen und gasförmigen Bestandteilen vor sich für das vorgetrocknete Gut verbunden sind. geht. Das ausgeschiedene feine Hydrat sammelt sich

Es hat sich gezeigt, daß die aus dem Drehrohrofen unten im Zyklon und wird durch das Austragsende 13 kommenden Gase, die noch erhitzte Feingutteilchen zum hinteren Ende des Sammlers 14 geführt, von enthalten, wenn sie entsprechend dem erfindungs- io wo es durch den Austritt 15 an die Versorgungsgemäßen Verfahren zur Vortrocknung des Feucht- schnecke 16 abgegeben wird, welche die regelmäßige gutes im Gleichstrom verwendet werden, eine aus- Versorgung des Kalzinierdrehrohrofens gewährleistet, gezeichnete Wirkung haben. Die Nachteile der bis- Die sehr feinen Teilchen bleiben im Schwebe-

herigen Verfahren, wie Klumpenbildung des Gutes zustand in den aus dem Zyklon austretenden Gasen und schlechten Wärmeübergang, sind nicht festzu- 15 und werden mit diesen durch die Abluftleitung 17 stellen. zu einer weiteren Batterie von Zyklonen oder elektro-

Insbesondere die heißen Feingutteilchen, die in statischen Filtern, die in der Zeichnung nicht darden Drehrohrofenabgasen enthalten sind, tragen gestellt sind, geführt, welche die endgültige Entwesentlich zur guten Ausnutzung der Ofenabwärme staubung der Gase gewährleisten, welch letztere im Vortrockner sowie zur Verringerung der Klumpen- ao dann in die Atmosphäre entlassen werden. Auf bildung bei. ihrem Wege werden die Gase durch den in die Ab-

Die Vorrichtung wird an Hand der Zeichnungen luftleitung 17 eingebauten Ventilator 18 beschleunigt, beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel der Erfin- Der zurückgehaltene Hydratstaub wird durch die dung darstellen. Abluftleitung 17 in die Sammelgrube 20 am Fuße

F i g. 1 ist eine Seitenansicht, 25 des Elevators 21 geleitet, von welchem nachstehend

F i g. 2 eine Frontalansicht entsprechend der die Rede sein wird.

Linie A-A und Andererseits fallen beim Ausgang aus dem Trock-

F i g. 3 ein Installationsplan. ner 2 die schwersten Teile, die infolge ihres Gewichtes

Die Vorrichtung umfaßt an der Einlaufseite des vom Gasstrom nicht mitgeführt werden können, Kalzinierdrehrohrofens 1 einen Parallelstromtrock- 30 durch den Entleerungstrichter 22, dann über eine ner 2, bestimmt zum Vortrocknen des feuchten Ton- Gleitbahn 23 in die Sammelgrube 20 am Fuße des erdehydrates. Dieser Trockner, dessen Hauptteil aus Elevators 21, wo sie sich mit den feinen, staubföreinem geschweißten Stahlblechgehäuse von birnen- migen, von der Entstaubung der Gase herrührenden förmigem Vertikalquerschnitt mit feuerfester Isolie- und durch die Staubrücklaufleitung 19 zugeführten rung besteht, ist in seinem unteren Teil mit einer 35 Teilchen vermischen.

Rührwelle 3 ausgerüstet, die eine Anzahl Schaufeln 4 Der Elevator 21, welcher beispielsweise vom

trägt. Angetrieben durch einen Elektromotor 5, hat Bechertyp sein kann, fördert das Gemisch von grobdiese Welle die Aufgabe, das im heißen Gasstrom körnigem und staubförmigem Hydrat zu einem zu trocknende Material aufzuwerfen und umzu- oberen Trichter 24, von wo das Material über die wirbeln. Der Trockner ist durch eine Rohrleitung 6 40 Gleitbahn 25 in den Sammler 14 hinabgeht, von wo verbunden mit der Austrittsöffnung für die heißen es, zusammen mit den feinen, vom Zyklon 12 her-Gase des Drehrohrofens 1, welche Rohrleitung an kommenden Teilen, der Versorgungsschnecke 16 des eine der Stirnseiten des Trockners anschließt. Kalzinierofens zugeführt wird.

Das aus den Filtern mit einem Gehalt an freier Damit bei Bedarf der Trockner 2, z. B. für eine

Feuchtigkeit von 10 bis 15% austretende Tonerde- 45 Reparatur, abgeschaltet werden kann, ohne daß es hydrat gelangt zu der Vorrichtung auf einem Trans- nötig wird, den Betrieb des Drehrohrofens 1 zu portband 7, welches das Material in einen Einfüll- unterbrechen, erstreckt sich der Sammler 14 bis trichter 8 entleert, wo es von einem weiteren Trans- unter das Ende des Transportbandes 9; dies erlaubt portband 9 übernommen wird, dessen Geschwindig- es, das feuchte Hydrat von diesem Transportband 9 keit die Zufuhr des Hydrates zum Trockner 2 regu- 50 direkt der Versorgungsschnecke 16 des Drehrohrliert. Dieses Transportband 9 führt das Hydrat in ofens zuzuführen. Ferner erfolgt die Ableitung der die vertikale Rohrleitung 10, die in der Nähe des Gase aus dem Drehrohrofen in diesem Fall durch Rohranschlusses für die heißen Gase am Trockner die Rohrleitung 26, welche sie direkt den Staubanschließt. Auf diese Weise gelangt das feuchte filtern zuführt, wonach der Staub über die Staub-Hydrat in den heißen Gasstrom und wird durch 55 rücklaufleitung 19, den Elevator 21 und die Gleitdiesen in der Folge nach und nach zum Ausgang bahn 27 zum Eingang des Sammlers 14 geleitet wird, des Trockners transportiert. Die Masse des feuchten Wenn es, aus Gründen der Wärmetechnik oder der Hydrates sowie die größten und schwersten Einzel- Geschwindigkeit des Gasumlaufs, nicht tunlich ist. teile fallen immer wieder auf den Grund des Trock- die Gesamtheit der Abgase durch den Trockner zu ners, von wo sie durch die Drehung der Rührwelle 3 60 leiten, ist es mit HMe eines Schiebers möglich, nur nach oben in den heißen Gasstrom aufgeworfen einen Teil der heißen Gase dem Trockner 2 zuzuwerden. Unter der Schlagwirkung der Schaufeln 4 leiten und den Rest durch die Rohrleitung 26 abzuwerden diese massierten Teile häufig wieder in klei- führen.

nere Bruchteile zerbrochen. So wird das Hydrat im In nächster Nähe der Vorrichtung sind mit Vorteil

Trockner zum großen Teil von seiner freien Feuchtig- 65 zwei Behälter 28 für feuchtes Hydrat vorgesehen, keit (chemisch nicht gebundenes Wasser) befreit, so die dazu dienen, vorübergehende Mengenunterschiede daß der Gehalt an solcher Feuchtigkeit unter 5%, zwischen Hydratproduktion und Bedarf der Kalzivorzugsweise unter 3 %> sinkt. nierung auszugleichen.

Man rechnet im allgemeinen damit, daß aus dem Trockner 50 bis 85% des getrockneten Hydrates durch den Gasstrom in der Richtung auf den Zyklon 12 mitgenommen werden, während 15 bis 50% des trockenen Hydrates durch den Entleerungstrichter 22 weggehen und durch den Elevator 21 hinauf befördert werden müssen. Diese Zahlen sind jedoch nur als Hinweise zu verstehen, da zahlreiche Faktoren die Verteilung beeinflussen können: Größe und Aufbau der Hydratkörner, Wassergehalt des Hydrates beim Eintritt in den Trockner und beim Austritt daraus, Temperatur und Fortbewegungsgeschwindigkeit der Trocknungsgase im Trockner und in der aufsteigenden Gasabzugsleitung 11.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung bieten den Vorteil einer guten Rückgewinnung der in den Abgasen des Drehrohrofens enthaltenen Wärme. Dank der im Trockner durch die Rührwelle hervorgebrachten intensiven Umwälzung vollzieht sich der Wärmeaustausch zwischen den heißen Ga en und dem feuchten Hydrat besonders schnell. Bei gleicher Wärmemenge, welche dem Drehrohrofen durch den Brennstoff zugeführt wird, gestattet die Inbetriebnahme des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die Produktion des Drehrohrofens um 10 bis 15% zu erhöhen. Die auf diese Weise eingesparte Wärmemenge beträgt 100 bis 200 kcal je Kilogramm kalzinierte Tonerde, je nach der Temperatur der Abgase. Die Einschaltung des Trockners in die Bahn der Abgase des Drehrohrofens, die immer eine bedeutende Menge feiner Hydrat- oder Tonerdeteilchen mit sich führen, bietet außerdem den Vorteil, daß sich diese mit dem im Trockner verteilten feuchten Hydrat vermischen und daß so ein bedeutender Teil dieser Partikel zurückgehalten wird.

Darüber hinaus hat die Vorrichtung gemäß der Erfindung dank ihres geringen Raumbedarfes den Vorteil, ohne Schwierigkeiten an der Einlaufseite eines bestehenden Drehrohrofens angeordnet werden zu können. Aber auch im Falle einer vollständigen Neuinstallation wird es wirtschaftlicher sein, gemäß der Erfindung einen verhältnismäßig kurzen Drehrohrofen mit einem Trockner mit Rührwerk zu kombinieren, als einen sehr langen Drehrohrofen vorzusehen. Tatsächlich sind am Eingang eines Drehrohrofens die Wärmeaustauschverhältnisse zwischen den heißen Gasen und dem feuchten, zu Klumpen geballten Hydrat niemals so günstig wie unter den im Trockner mit Rührwerk herrschenden Verhältnissen, wo eine viel intensivere Durchmischung des feuchten Materials und der heißen Gase stattfindet.

ao Zum Nachweis der Vorteile, die durch Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der zu dessen Durchführung dienenden erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erzielen sind, wurden die Betriebsdaten dreier handelsüblicher Drehrohröfen unteres schiedlicher Länge miteinander verglichen. Zum Vergleich wurde der kürzeste Ofen (älterer Bauart) einmal in herkömmlicher Weise und das andere Mal erfindungsgemäß mit vorgeschaltetem Paralleltrockner betrieben. Dies sind Versuche A und B der nachstehenden Tabelle, in der die Daten der Versuche zusammengefaßt sind (A mit Vortrockner, B ohne Vortrockner). Die Versuche C und D wurden, wie auch aus den Kenndaten der Öfen ersichtlich ist, mit zwei längeren öfen gefahren.

mit Vertrockner

ohne Vertrockner

1. Effektive Leistung

(Al₂O₃), t/T

2. Größe der Drehöfen

Gesamtlänge, m

Nutzlänge, m

Innendurchmesser, m

Innenquerschnitt, m^a

nützliche Mantelfläche, m^a

Gesamtinnenvolumen, m⁸

nützliches Innenvolumen, m^s .. Drehgeschwindigkeit, U/min ..

3. Thermische Angaben
Kalorienverbrauch, kcal/kg ... Gastemperatur, °C

Drehofenaustritt

Vortrockneraustritt

Elektrofiltereintritt

Elektrofilteraustritt

4. Spezifische Leistung (effektiv)
t/T m² (nützliche Mantelfläche) t/T m³ (Nutzvolumen)

5. Erzeugte Tonerde
Absolute Dichte

(theoretisch 3,99), g/cm³

Schüttwinkel, Grad ,

Schüttgewicht, g/l

205

43 43 2,10 3,50 285 150 150 1

1090

405 210 195 160

0,72 1,37

3,90 45 600 bis 750 150

43
43
2,10
3,50
285
150
150
1

1350
340

235

0,53
1,00

3,80

38 bis 39
750 bis 850

380

80	101
76	95
2,90	3,20
6,60	8,10
690	965
530	820
500	780
0,95	0,8
1100	1250
200 bis 220	350

185

0,55
0,76

3,93
46

785

750

0,78
0,96

3,85 bis 3,90

40 bis 43

800 bis 850

- Aus den Daten der vorstehenden Tabelle ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise trotz der kleinsten Ofenlänge die höchste spezifische Leistung in bezug auf das Nutzvolumen erzielt wird, während gleichzeitig die erzeugte Tonerde eine besonders gute Qualität (höherer Schüttwinkel bei geringerem Schüttgewicht und gutem Kalzinationsgrad) für die weitere Verarbeitung in der elektrolytischen Aluminiumerzeugung aufweist. ■ Beim Betrieb des modernen langen Ofens C hat sich außerdem gezeigt, daß dieser sehr empfindlich auf Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt des Feuchthydrates reagiert, worunter die Tonerdequalität leidet. Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise läßt sich dagegen unter praktisch vollkommen konstanten Ofenbedingungen arbeiten, und Lawinenbildungen im Ofen selbst werden vollständig ausgeschaltet, während gleichzeitig auch keine Spannungen in der Ofenauskleidung auftreten, da diesem kein feuchtes Material zugeführt wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von wasserfreier .- Tonerde, bei welchem feuchtes Tonerdehydrat vor der Kalzinierung im heißen Gasstrom mit den aus dem Drehrohrofen austretenden Abgasen

- vorgetrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortrocknung in einem

. Parallelstromtrockner erfolgt, in welchem man : das Hydrat am gleichen Ende wie die aus dem . Drehrohrofen kommenden Gase einführt, wobei es während seines Durchgangs durch den Trockner mittels einer an sich bekannten, sich drehenden, mit Schaufeln versehenen Rührwelle beständig

- aufgeworfen wird und am anderen Ende in an sich bekannter Weise vom Gas getrennt und in noch heißem Zustand in den Drehofen gebracht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen der Einlaufseite des Drehrohrofens (1) vorgeschalteten Parallelstromtrockner (2) mit einer in seinem unteren Teil angeordneten, sich drehenden und mit Schaufeln (4) versehenen Rührwelle (3), in dessen eines Ende eine Rohrleitung (S) für die Zuführung der Drehrohrofenabgase und eine Rohrleitung (10) zum Zuführen des feuchten Tonerdehydrats mündet, während sein anderes Ende im unteren Teil einen Entleerungstrichter (22) für die Austragung des grobkörnigen Teils des getrockneten Hydrates sowie im oberen Teil eine zu einem Zyklon (12) führende Gasabzugsleitung (11) aufweist, wobei der Entleerungstrichter (22) einerseits und das Austragsende (13) des Zyklons (12) andererseits mit dem Drehrohrofen(l) durch geeignete Leitungen für das vorgetrocknete Gut verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entleerungstrichter (22) des Trockners (2) und das Austragsende (13) des Zyklons (12) mit einem Sammler (14) verbunden sind, dessen Austritt (15) in die Versorgungsschnecke (16) des Kalzinierofens (1) mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entleerungstrichter (22) über eine Gleitbahn (23) mit einer Sammelgrube (20) für vorgetrocknetes Hydrat in Verbindung steht, aus welcher ein Elevator (21) in einen Trichter (24) fördert, der zum Sammler (14) mündende Gleitbahnen (25, 27) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Sammelgrube (20) eine Staubrücklaufleitung (19) mündet, welche durch ein in die Abluftleitung (17) des Zyklons (12) eingebautes Elektrofilter oder Multizyklon beschickt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 180 712; deutsche Auslegeschrift Nr. 1028 106.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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