DE1592159B2 - Verfahren zum klaeren von technischen natriumaluminatloesungen aus dem alkalischen aufschluss von bauxiten - Google Patents
Verfahren zum klaeren von technischen natriumaluminatloesungen aus dem alkalischen aufschluss von bauxitenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klären von technischen Natriumaluminatlösungen
aus dem alkalischen Aufschluß von Bauxiten durch Zusatz von Manganverbindungen und gegebenenfalls
Calciumcarbonat als Fällungshilfsmittel, mit dessen Hilfe der Hauptanteil der in löslicher oder
kolloidaler Form enthaltenen Verunreinigungen entfernt werden kann und das eine sehr bedeutsame
technische Anwendung bei der Tonerdeherstellung durch den als »Bayer-Verfahren« bekannten alkalischen
Aufschluß der Bauxite findet.
Durch die Einwirkung von heißer und konzentrierter Natronlauge auf Bauxit wird eine stark
alkalische Natriumaluminatlösung erhalten, die Eisenoxyd suspendiert enthält.
Nach dem Austrag aus den Aufschlußbehältern wird dieses Gemisch im allgemeinen mit Wasser
verdünnt, um die Konzentration an Natronlauge zu verringern: Hierauf wird das Gemisch geklärt, bei
einer Temperatur von etwa 100° C filtriert und schließlich
durch Verdünnen hydrolysiert, um das Aluminiumhydroxyd auszufällen. Die filtrierte Aluminatlösung
enthält als Verunreinigungen unter anderem noch Eisen, Titan, Blei und Kupfer gelöst. Einige dieser
Elemente, vor allem Eisen und Titan, sind bei der Mehrzahl der weiteren Verwendungen der Tonerde
außerordentlich störend, insbesondere bei der Herstellung von Aluminium. Im allgemeinen beträgt der
Gehalt an löslichem Eisen, berechnet als Fe2O3,
6 bis 50 mg/1 und der Titangehalt, berechnet als TiO2, 2 bis 6 mg/1. Diese Mengen hängen jedoch
ebenso wie die der übrigen Begleitstoffe selbstverständlich von der Zusammensetzung des behandelten
Bauxites ab.
Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, um den Gehalt an gelöstem Eisen in den Natriumaluminatlaugen
herabzusetzen, so vor allem die Oxydation der Aluminatlösungen mit Luft oder anderen Oxydationsmitteln. Einige dieser Oxydationsmittel
können mit dem Eisen unlösliche Komplexverbindungen bilden, beispielsweise die Alkali- und
Erdalkalipermanganate (französische Patentschrift 1 397 418). Die bisher erhaltenen Resultate sind jedoch
unbefriedigend und auch unzuverlässig reproduzierbar. Sie hängen in einem weiten Bereich von den übrigen,
in der Aluminatlösung enthaltenen Begleitstoffen ab. Die Verwendung von Permanganat als Oxydationsmittel
für das Eisen ist mit zwei wesentlichen Nachteilen verbunden:
1. Die Abtrennung der gebildeten unlöslichen Verbindungen durch Klären, Filtrieren oder Zentrifugieren
ist schwierig und erfordert die Zugabe größerer Mengen an Klär- oder Filtrierhilfsmitteln,
im allgemeinen von Kalk, wodurch aber merkliche Verluste an Tonerde in Form von Calciumaluminat
auftreten und insbesondere beim Klären lange Verweilzeiten in Kauf genommen werden müssen, die für
die üblichen Tonerdeaufschlußanlagen nicht praktikabel sind. Auch wird nach der genannten Patentschrift
der Resteisengehalt nur auf etwa die Hälfte innerhalb von 3 Stunden verringert.
2. Der Zusatz von löslichen Manganverbindungen zu der Lösung führt dazu, daß nach dem Filtrieren
eine beträchtliche Restmenge an Mangan in der Lösung verbleibt. Dieses Mangan fällt während der
Hydrolyse des Aluminates aus und findet sich im Aluminiumhydroxyd wieder.
Aus der französischen Patentschrift 1 300 006 ist bekannt, bestimmte Arten von orthorombisch kristallisierendem
Calciumcarbonat, vor allem Aragonit als Filterhilfsmittel zu verwenden, und zwar in Mengen
von 0,5 g/l in einer von Rotschlamm abgetrennten Aluminatlauge, die noch 50 mg/1 Eisenoxydteilchen
suspendiert enthält. Aragonit kommt aber in der Natur nur selten vor, und bei seiner synthetischen
Herstellung müssen ganz bestimmte Fällungs- und Kristallisationsbedingungen eingehalten werden.
Es hat sich nun überraschend gezeigt, daß mit frisch ausgefälltem Mangandioxyd als Klärmittel eine wesentlich
wirksamere Klärwirkung als bisher erzielt wird, wobei die Fällung der gelöst enthaltenen Begleitstoffe
noch durch Zusatz geringer Mengen eines beliebigen Calciumcarbonats beschleunigt werden kann.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zum
Klären von technischen Natriumaluminatlösungen aus dem alkalischen Aufschluß von Bauxiten, durch Zusatz
von Manganverbindungen und gegebenenfalls Calciumcarbonat als Fällungshilfsmittel und ist dadurch
gekennzeichnet, daß man die Lösung mit durch Oxydation von Manganverbindungen der Wertigkeitsstufe II oder III erhaltenem frisch gefälltem Mangandioxyd
in einer Menge von mindestens 0,03 g/l, vorzugsweise 0,05 bis 1,5 g/l Mangan in Berührung
bringt und die gebildeten unlöslichen Produkte abfiltriert.
Gemäß einem besonderen Merkmal setzt man der Suspension des Mangandioxyds in der Aluminatlösung
zusätzlich 0,1 bis 0,3 g/l Calciumcarbonat zu. Die Aluminatlösung wird unterhalb ihrer Siedetemperatur
geklärt, vorzugsweise bei 90 bis 1050C, um den Beginn der Hydrolyse der Aluminatlösung zu
verhindern. Die Dauer der Behandlung hängt von den Verfahrensbedingungen ab; es wird mindestens 15 Minuten,
vorzugsweise 1,5 bis 4 Stunden lang geklärt. Durch die erfindungsgemäße Klärbehandlung wird
der Eisengehalt der Natriumaluminatlösung auf weni-
ger als 3 mg/1 verringert und das Titan vollständig entfernt.
Auch der Gehalt an zahlreichen anderen Begleitstoffen, wie Kieselsäure, Kupfer, Blei und Gallium,
wird stark vermindert, und der Gehalt an löslichem Mangan bleibt gleichzeitig unter 1,5 mg/1. Alle abgetrennten
Begleitstoffe finden sich im Mangandioxydniederschlag, der durch Filtration abgetrennt wird.
Aus diesem Niederschlag können auf beliebige bekannte Art und Weise das Mangan und gegebenenfalls
diejenigen Begleitstoffe wiedergewonnen werden, die wirtschaftlich von Bedeutung sind.
Als Manganverbindungen eignen sich fast alle Verbindungen der Wertigkeitsstufen II und III: Oxyde,
Hydroxyde, lösliche Salze, Carbonate und auch einige industrielle Rückstände, die Manganoxyd enthalten,
z. B. die manganhaltigen Rückstände der Eisenverhüttung. Die eingesetzte Menge der Manganverbindung
soll mindestens 0,03 g Mangan je Liter zu klärende Aluminatlösung entsprechen: Vorzugsweise
werden 0,05 bis 0,15 g Mangan je Liter Lösung verwendet. Als Oxydationsmittel wird vorzugsweise Luft
verwendet, die man mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung in der Lösung emulgiert. Die Luft kann
durch reinen Sauerstoff ersetzt werden. Die Oxydation kann auch mit Hilfe einer löslichen oxydierenden
Verbindung erfolgen, z. B. mit Hypochlorite^ Wasserstoffsuperoxyd,
Permanganaten oder Natriumperoxyd.
Wird ein starkes Oxydationsmittel verwendet, so muß dessen Menge so berechnet werden, daß das
Mangan zur Wertigkeitsstufe IV oxydiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Natriumaluminatlösung
Manganverbindungen zugesetzt, die durch Reaktion mit der alkalischen Lösung Hydroxyde
der Wertigkeitsstufen II oder III bilden, worauf diese dann in solcher Weise oxydiert werden, daß der
Hauptteil des Mangans in die Wertigkeitsstufe IV übergeht. Der Mangandioxydniederschlag muß aber
nicht in der zu klärenden Alumininatlösung selbst gebildet werden. Diese Verfahrensweise kann verschieden
abgewandelt werden, ohne die Ergebnisse merklich zu verändern. So kann man z. B. die Manganverbindung
einem Teil der zu klärenden Lösung zusetzen, hier die Oxydation des Mangans vornehmen
und dann die erhaltene Suspension in den verbliebenen Anteil der Aluminatlösung eingießen. Man kann auch
ein lösliches Mangansalz der Wertigkeitsstufe II oder III in Wasser auflösen und die Lösung oxydieren,
worauf man die gesamte Suspension oder lediglich den Niederschlag in die Aluminatlösung eingießt.
Die Manganverbindung, das Calciumcarbonat und das Oxydationsmittel werden vorzugsweise der aus
den Klärbehältern abgezogenen Lauge vor dem Filtrieren zugesetzt. In diesem Falle wird keine zusätzliche
Filtrationsstufe in den Verfahrenszyklus auf genommen. Das Klären kann jedoch auch nach dem
Filtrieren erfolgen. Diese Arbeitsweise erfordert zwar eine zusätzliche Filtration, um den Niederschlag
abzutrennen, aber die Wiedergewinnung des Mangans und der Begleitstoffe, die es mit sich reißt, ist leichter.
In den folgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert. Beispiel 1 ist ein Vergleichsversuch, in
dem gezeigt wird, daß die Anwesenheit von Mangan(II)-hydroxyd
alkine ohne darauffolgende Oxydation unwirksam ist. In den Beispielen 2 bis 8 einschließlich
werden die Ergebnisse lediglich mit Bezug auf Eisen untersucht, welches das am schwierigsten abzutrennende
Element ist. Im Beispiel 9 sind die Ergebnisse hinsichtlich Eisen und Titan aufgeführt sowie die
Auswirkungen der Klärbehandlung auf die durch Hydrolyse der erfindungsgemäß geklärten Aluminatlösung
erhaltenen Tonerde.
B ei s pi el 1
In einen luftdicht abgeschlossenen Behälter wurde eine filtrierte Natriumaluminatlösung aus einer Aufbereitungsanlage
für Tonerde aus Bauxit nach dem Bayer-Verfahren eingegossen. Zusammensetzung der
Aufschlußlauge:
Na2O aus NaOH 165 g/l
Al2O3 175 g/l
Fe2O3 in Lösung 0,020 g/l
Der Lösung wurden 0,344 g/l MnCl2 · 4 H2O und
0,200 g/l CaCO3 zugesetzt und die Lösung auf 9O0C
erhitzt. Nach 3stündigem Rühren betrug der Gehalt an Fe2O3 noch immer 0,018 g/l; es waren also keine
merklichen Mengen des gelösten Eisens ausgefällt worden.
Der Versuch gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Abwandlung, daß ein Sauerstoffstrom in die
Lösung eingeleitet wurde.
Nach 30 Min. Rühren.
Nach IStd. Rühren
Nach 2Std. Rühren
Nach IStd. Rühren
Nach 2Std. Rühren
Fe2O3 g/l
0,007
0,005
0,004
0,005
0,004
Mn++ g/l
0,0032
0,0026
0,0015
0,0026
0,0015
Der Versuch gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Abwandlung, daß in die Flüssigkeit Luft
eingeleitet und mit einer Turbine darin emulgiert wurde.
Nach 30 Min. Rühren .
Nach 1 Std. Rühren .
Nach 2 Std. Rühren .
Nach 1 Std. Rühren .
Nach 2 Std. Rühren .
Fe2O3 g/l
0,006
0,0038
0,0027
Mn++ g/l
0,0017
0,0017
0,0010
0,0017
0,0010
Die beiden letzteren Beispiele lehren, daß durch Zugabe von 0,1 g/l Mn++-Ionen zur Aluminatlösung
und anschließende 2stündige Oxydation mit Sauerstoff oder Luft 80 bis 85% des löslichen Eisens ausgeschieden
und der Gehalt an Fe2O3 in der Aluminatlösung auf
etwa 20 ppm gesenkt wird. Der Gehalt an Manganionen in der behandelten Lösung beträgt etwa 7 ppm.
Die Arbeitsweise dieses Beispiels unterscheidet sich von der gemäß Beispiel 3 nur darin, daß die Aufschlußlauge
eine kleine Menge Rotschlamm enthält. Es wurde eine geklärte, aber nicht filtrierte Aluminatlösung
verwendet. Die Menge des Rotschlammes in
Suspension betrug daher 0,2 g/l. Die Aufschlußlauge enthielt gelöst:
Na2OausNaOH 163 g/l
Al2O3 176 g/l
Fe2O3 gelöst 0,027 g/l
Der Suspension wurden 0,344 g/l MnCl2 · 4 H2O
und 0,2 g/l CaCO3 zugesetzt und die Oxydation mit HiHe von darin emulgierter Luft vorgenommen.
Nach 30 Min. Rühren
Nach 1 Std. Rühren
Nach 2 Std. Rühren
Nach 1 Std. Rühren
Nach 2 Std. Rühren
Fe2O3g/l
0,012
0,0065
0,0058
Mn++ g/l
0,0025 0,0015 0,0012
Na2OausNaOH 165 g/l
Al2O3 180 g/l
Fe2O3 gelöst 0,027 g/l
Nach 30 Min. Rühren
Nach 1 Std. Rühren
Nach 2 Std. Rühren
Nach 1 Std. Rühren
Nach 2 Std. Rühren
Fe2O3 g/l
0,017 0,012 0,007
Mn++ g/l
0,0024 0,0012 0,0010
Dieses Beispiel lehrt, daß die Wirksamkeit des Mangancarbonats nicht wesentlich geringer ist, als die
des Manganchlorids. Es wurden 75% des gelösten Eisens niedergeschlagen und der Endgehalt an Fe2O3
auf 39 ppm verringert, bezogen auf Al2O3.
Es wurde 11 einer Aufschlußlösung folgender
Zusammensetzung behandelt:
Na2OausNaOH 165 g
Al2O3 18Og
Fe2O3 gelöst 0,016 g
stufe IV überführt. Die so hergestellte Suspension wurde dem verbliebenen Hauptanteil von 990 cm3
Lauge bei 95° C zugesetzt, diesem Gemisch 0,2 g CaCO3 zugesetzt und die Suspension unter Luftabschluß
leicht gerührt.
Dieses Beispiel lehrt, daß die Anwesenheit einer relativ beträchtlichen Menge an unlöslichem Eisen in
Form von Rotschlamm nur sehr wenig die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Klärbehandlung beeinträchtigt,
da 78,5 % des gelösten Eisens abgeschieden wurden und der Gehalt an Fe2O3 auf 33 ppm zurückging,
bezogen auf den Gehalt an Al2O3.
25 Beispiel 5
In diesem Beispiel wurde als Manganverbindung Mangancarbonat eingesetzt. Dieses ist zwar in Wasser
unlöslich, reagiert aber nach und nach mit der Natronlauge unter Bildung des Hydroxyds. Die zu klärende
Lauge enthielt:
Nach
Nach
Nach
1 Std. Rühren
2 Std. Rühren
Fe3O3 g/l
0,006
0,004
0,004
Mn++ g/l
0,0012
0,0012
0,0012
Es ist offensichtlich, daß sich diese Verfahrensweise vollständig von dem bisher bekannten Verfahren der
Behandlung von Aluminatlösungen mit Permanganat unterscheidet, da das Mangan im Augenblick der
Zugabe zur Lösung in einer reduzierten Wertigkeitsstufe vorliegt. Diese Arbeitsweise führt schneller zum
Ergebnis als die Oxydation mit Luft: Bereits nach 1 Stunde war der Hauptanteil des gelösten Eisens
niedergeschlagen. Nach 2 Stunden waren 75 % des gelösten Eisens abgeschieden und der Endgehalt der
Lösung an Fe2O3 betrug 22 ppm, bezogen auf Al2O3.
Es wurde unter ähnlichen Bedingungen wie in Beispiel 5 verfahren, jedoch eine etwas verdünntere
Aluminatlauge verwendet. Diese setzte sich wie folgt zusammen:
Na2OausNaOH 151 g/l
Al2O3 164 g/l
Fe2O3 gelöst 0,03 g/l
Es wurden 0,344 g/l MnCl2 · 4 H2O und 0,2 g/l
CaCO3 zugesetzt und dann bei 95° C Luft eingeblasen und gerührt.
Es wurde 0,2 g/l MnCo3 und 0,2 g/l CaCO3 zugesetzt
und darauf die Oxydation bei 95° C mit emulgierter Luft vorgenommen.
Nach 1 Std. Rühren
Nach 2 Std. Rühren
Nach 3 Std. Rühren
Nach 2 Std. Rühren
Nach 3 Std. Rühren
Fe2O3 g/l
0,0053
0,0040
0,0033
0,0040
0,0033
Mn++ g/l
0,0015
0,0013
0,0012
0,0013
0,0012
Im Verlauf dieses Versuches wurden 90% des löslichen Eisens abgetrennt und der Endgehalt an
Fe2O3 auf 20 ppm verringert, bezogen auf das Al2O3.
Dieses Beispiel lehrt im Vergleich mit Beispiel 5, daß die Verdünnung der Aluminatlösung die Abscheidung
des Eisens begünstigt. Der Verdünnung sind jedoch Grenzen gesetzt, da jede Spur von Hydrolyse des
Natriumaluminats vermieden werden muß.
In diesem Beispiel wurden als Manganquelle die ferromanganstaubhaltigen Gichtgase eines Hochofens
verwendet. Ihr Mangangehalt betrug 20 Gewichtsprozent. Die behandelte Aluminatlösung hatte folgende
Zusammensetzung:
Na2O aus NaOH 161 g/l
Al2O3 177 g/l
Fe2O3 gelöst 0,023 g/l
Es wurde eine Probe von 10 cm3 Lösung entnommen, Es wurden vier Versuche durchgeführt, die sich
dieser 0,1 g KMnO4 und 0,208 g MnCl2 · 4 H2O züge- 65 durch die Menge des zugesetzten Mangans untersetzt
und dieses Gemisch unter Luftabschluß 10 Mi- schieden. Die Lösung wurde bei 95° C gehalten und
nuten geschüttelt. Die Permanganatfarbe verschwand, die Oxydation mit Sauerstoff vorgenommen. In jedem
und das gesamte Mangan wurde in die Wertigkeits- Versuch wurden 0,2 g/l CaCO3 zugesetzt.
| 7 | a | b | 8 | d |
| Versuch " . | 0,800 0,160 0,0075 0,004 0,0013 0,0012 |
0,600 0,120 0,011 0,0057 0,0012 0,0010 |
C | 0,200 0,040 0,016 0,014 0,0016 0,0009 |
| 0,2 g/l CaO3 Mn-Verbindung g/l entspricht Mn++ g/l Fe2O3 g/l nach 1 Stunde nach 2 Stunden Mn++ g/l nach 1 Stunde nach 2 Stunden |
0,400 0,080 0,0133 0,0087 0,0010 0,0012 |
|||
Dieses Beispiel zeigt, daß die Klärung um so vollständiger ist, je mehr Mangan eingesetzt wird. Bei
Verwendung dieser besonderen Manganquelle nimmt die Wirksamkeit des Verfahrens schnell ab, sobald
der Gehalt an Mn++-Ionen unter etwa 0,04 g/l sinkt.
20
Als Ausgangsmaterial wurde eine Natriumaluminatlösung verwendet, die vor der Hydrolyse einer Aufschlußanlage
für Tonerde nach dem Bayer-Verfahren entnommen wurde.
Ihre Zusammensetzung war folgende:
Na2O aus NaOH 160 g/l
Al2O3 173 g/l
Fe2O3IOsHCh 0,0255 g/l
TiO2 0,0029 g/l
Es wurden zwei Proben ä 21 entnommen, von denen
die eine Probe A lediglich zum Vergleich diente und keinerlei Zusätze enthielt, während der anderen
Probe B 0,69 g MnCl2 · 4 H2O und 0,4 g CaCO3 zugesetzt
wurden. Beide Lösungen wurden 2 Stunden auf 950C erhitzt und gleichzeitig Luft eingeblasen und
nitriert. Die Analyse ergab, daß sich die Zusammensetzung der Vergleichsprobe A nicht verändert hatte,
während sich die Probe B nach der Behandlung wie folgt zusammensetzte:
Na2O aus NaOH 160 g/l
Al2O3 173 g/l
Fe2O3 löslich 0,0045 g/l
TiO2 <0,0001 g/l
unbestimmbar
Beide Proben wurden darauf 96 Stunden bei 50° C hydrolysiert in Gegenwart von 46 g trockenem
Aluminiumhydroxyd als Impfkeime, das 0,002% Fe2O3 und kein Titan enthielt und aus einem vorangegangenen
Arbeitsgang stammte.
Nach der Hydrolyse wurden die Restlaugen und die Gesamtmenge des Hydroxyds enthaltend die Impfkeime
und das ausgefällte Aluminiumhydroxyd durch Filtration voneinander getrennt. Die Mutterlauge und
das gewaschene und bei 100° C getrocknete Hydroxyd wurden getrennt analysiert.
| Filtrierte Lösung 21 |
Probe A g/l |
Probe B g/l |
| Na2O Al2O3 Fe2O3 TiO2 |
169,5 102 0,0025 unbestimmbar |
170 102 0,0025 unbestimmbar |
| Niederschlag Al(OH)3 |
Gewichtsprozent | Gewichtsprozent |
| Al2O3 Fe2O3 TiO2 |
64,9 0,019 0,0022 |
65,25 0,0021 unbestimmbar |
Dieses Beispiel lehrt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur das Eisen abgetrennt
wird, sondern gleichzeitig auch das gesamte in den technischen Natriumaluminatlösungen enthaltene Titan
ausgefällt wird.
Die Beispiele lehren insgesamt, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu bemerkenswerten gleichmäßigen
Resultaten führt. In allen Fällen bewirkte der Zusatz einer Menge Mangansalz, die weniger als 0,1 g
Manganionen pro Liter Lösung oder etwa 0,6 g pro Kilogramm Al2O3 in Lösung entsprach, eine Verminderung
des Gehaltes an Fe2O3 im Al2O3 von 250
auf mindestens 30 ppm.
309 516/442
Claims (4)
1. Verfahren zum Klären von technischen Natriumaluminatlösungen aus dem alkalischen
Aufschluß von Bauxiten, durch Zusatz von Manganverbindungen und gegebenenfalls Calciumcarbonat
als Fällungshilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung mit
durch Oxydation von Manganverbindungen der Wertigkeitsstufe II oder III erhaltenem frisch
gefälltem Mangandioxyd in einer Menge von mindestens 0,03 g/l, vorzugsweise 0,05 bis 1,5 g/l
Mangan in Berührung bringt und die gebildeten unlöslichen Produkte abfiltriert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Suspension des Mangandioxyds
in der Aluminatlösung zusätzlich 0,1 bis 0,3 g/l Calciumcarbonat zusetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminatlösung bei
90 bis 1050C klärt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens 15 Minuten
vorzugsweise 1,5 bis 4 Stunden lang klärt.
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