DE1592186A1 - Verfahren zur Gewinnung von reiner Tonerde - Google Patents

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SGHDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES

KDLN 1, DEICHMANNHAUS·

Köln, α en 15.8.1967 Ke/Ax

IT G I Ή Έ - KU H LM A F Έ ,

10, RUe du General ffoy, Paris 8^e (Frankreich).

Verfahren zur Gewinnung von reiner Tonerde

Die Erfindung betrifft Verbesserungen in der Gewinnung von reiner Tonerde durch Reinigung der beim alkalischen Aufschluss von Bauxiten oder analogen Erzen anfallenden Aluminatlaugen.

Die Entwicklung der Bedingungen des alkalischen Aufschlusses von Bauxiten, insbesondere von Bauxiten, die die Tonerde in Form ihres Monohydrats enthalten, führte zu einer Steigerung der Autoklavendrücke mit dem Ziel der Verbesserurig der Ausbeute bei der Gewinnung der Tonerde. Früher wurde bei Drücken von 12 kg/cm und Temperaturen in der Größenordnung von 190⁰O gearbeitet. Heute wird mit Drücken in der Größenordnung von 30 bis 40 kg/cm und bei Temperaturen in der Größenordnung von 220 bis 250⁰C gearbeitet. Durch diese Entwicklung konnten die Ausbeuten der Tonerdegewinnimg von 8Qfo auf etwa 95$ gesteigert werden.

Wenn der Aufschluss bei niedrigem Druck durchgeführt wurde, konnte man annehmen, daß das im Bauxit vorhandene Eisenoxyd nicht aufgeschlossen war. Dieses Oxyd fand sieh in Form von suspendierten Teilchen wieder. Es genügte^ §|g_a^|iex»en^"" Schluss anfallenden Schlamm absitzen zu lassen,und zu fil-

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trieren» Man erhielt einen Schlamm, der gewöhnlich als "Rotschlamm" "bezeichnet wird, und ein klares, praktisch eisenfreies Filtrat. Bei den heute angewendeten Aufschlusstemperaturen und -drücken geht ein Teil des Eisens in einer Form, die noch nicht ganz eindeutig "bestimmt worden ist, in Lösung» Die nach der Abtrennung des Rotschlammes erhaltenen Aluminatlaugen sind praktisch frei von suspendiertem Eisen in Form von Fe₂O*, enthalten jedoch eine gelöste Eisenmenge, die 40 mg/l erreichen kann. Wenn diese Aluminatlaugen der Zersetzung unterworfen werden, zersetzen sich die löslichen Eisenverbindungen gleichzeitig mit dem Aluminat nach einem Gesetz, das dem Gesetz ziemlich nahe kommt, das die Zersetzung des Aluminate beherrscht. Das auf diese Weise gleichzeitig mit der Tonerde ausgefällte Eisen verunreinigt die Tonerde, so daß sich Schwierigkeiten in der Gewinnung von Aluminium hoher Reinheit von mehr als 99,85yo, d.h. der zur Zeit angestrebten Qualität, ergeben.

Die Filtration der Aluminatlaugen aus der Dekantation des Rotschlamms wird zur vollständigen Entfernung der geringen Mengen an suspendiertem Eisen in Form von Fe₂O, in der Mehrzahl der Fälle mit Hilfe von Rahmenfiltern vorgenommen, bei denen die Filtertücher mit einem Hilfsstoff, wie Calciumcarbonat, Koks, Cellulose oder bereits ausgefällter Tonerde, überzogen werden. Es können auch andere Methoden oder Hilfsstoffe angewendet werden, die es ermöglichen, eine Aluminatlauge zu erhalten, die von allen suspendierten Verunreinigungen befreit ist.

Zur Entfernung des gelösten Eisens wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Insbesondere sind die längere Rührung eines Gemisches von lauge und Rotschlamm, die Adsorption der Eisenionen an einer Oellulosesäule und die gelenkte Elektrolyse der Lauge zu erwähnen. Diese Verfahren sind außerordentlich langsam und kostspielig. Es wurde ferner eine Teilzersetzung der Aluminatlauge vorgeschlagen, in deren

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Verlauf ein Teil der Tonerde gleichzeitig mit dem gelösten Eisen ausfällt, worauf der so erhaltene Peststoff abgetrennt wird. Hierbei geht jedoch ein Teil der in der Lauge enthaltenen Tonerde verloren.

Ganz allgemein hatoen alle diese Verfahren den Nachteil, daß sie nicht unbeachtliche Kosten verursachen. Entweder erfordern sie kostspielige Apparaturen oder solche großer Abmessungen, die den Einsatz großer Laugen- oder Suspensionsmengen bedingen, oder sie erfordern Hilfsstoffe von begrenzter Haltbarkeit oder Spezialreagentien, oder sie führen zu unreinen Produkten, die anschließend einer Behandlung zur Gewinnung der gewünschten Bestandteile unterworfeln werden müssen,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das es ermöglicht, das in der Lauge sowohl in gelöster Form als auch in Suspension vorhandene Eisen vollständig zu entfernen. Der Erfindung liegt die unerwartete Peststellung zu Grunde, daß die Behandlung der Lauge mit einem Bauxit, vorzugsweise einem körnigen Monohydratbauxit, die schnelle Zersetzung der löslichen Eisenverbindungen und eine Ausfällung des Eisenoxyds auf den Bauxitkörnern bewirkt, ohne daß im Verlauf dieser Zersetzung eine nennenswerte Ausfällung der Tonerde durch Zersetzung des Natriumaluminats stattfindet. Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zur Ausfällung des Eisens, das in den beim alkalischen Aufschluß von Bauxiten anfallenden Aluminatlaugen enthalten ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung mit Bauxit des Monohydrattyps in körniger Form unter solchen Bedingungen zusammenführt, daß das

2 Verhältnis der Oberfläche der Körner, ausgedrückt in m , zur Durchflußmenge der Lösung in nr/Stunde zwischen 150 und 600 liegt.

Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Reinigung der Aluminatlaugen gerichtet, die beim alkalischen Aufschluß von Bauxiten anfallen und geringe Eisenrnengen in

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BAD

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gelöster Form und gegebenenfalls Eisenoxyd in Suspension enthalten. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, da3 man die zu reinigende Lauge über ein Bett aus körnigem Bauxit einer Teilchengröße zwischen 5 und 0,5 mm unter solchen Bedingungen leitet, daß das Verhältnis der Ober-

2 fläche der Körner, ausgedrückt in m , zur Durchflußmenge der Lösung, ausgedrückt in m /Stunde, zwischen 150 und liegt ο

sowohl Die Erfindung betrifft somit &be-nf-all* die Ausfällung von

Eisen, das in den,Aluminatlaugen gelöst ist, ohne Entfer-

als aucn Aus^{0 to} '

nung der Fällung eewi« die fällung dieses Eisens unter gleichseitiger Entfernung der Fällung.

Die Ausfällung des gelösten Eisens unter Bildung von suspendiertem Eisen ist um so vollständiger, je höher das Verhältnis der Oberfläche der Körner zur Durchflußmenge der belmndelteii Flüssigkeit ist« Sie wird ferner geringer, wenn das Eisenoxyd sich auf der Oberfläche der Bauxitkörner abgesetzt hat, worauf diese Oberfläche erneuert werden muß. Das Fällungsverfahren kann so durchgeführt werden, daß man den Strom der zu reinigenden Flüssigkeit durch ein bewegtes Bett von Bauxitkörnern leitet, die durch diesen Strom in der Schwebe gehalten und bewegt werden, Ee ist auch möglich, die Flüssigkeit durch ein Festbett aus Bauxit zu leiten. Es genügt hierbei, die Lauge zur vollständigen Entfernung des Eisens zu filtrieren.

Zur Durchführung des Verfahrens, bei dem die Fällung und die Filtration gleichzeitig vorgenommen werden, können Filter von bekanntem Typ, z.B. des allgemeinen Sandfilter« typs, verwendet werden. Es ist vorteilhaft, Filter zu verwenden, in denen die zu reinigende Lauge zuerst eine Schicht von groben Bauxitkörnern durchläuft, die die Flüssigkeit verteilt und wenigstens einen Teil des ursprünglich suspendierten Eisenoxyds zurückhält, worauf die Flüssigkeit durch Schichten von immer feiner werdendem Bauxit einer Gesamt-

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dicke läuft, die genügt, daß die "bei Berührung der feinen Körner stattfindende Zersetzung der löslichen Eisenverbindungenden gewünschten G-rad erreicht und das suspendierte Eisenoxyd vollständig zurückgehalten wird. Es ist auch möglich, diese Zersetzung auf zwei aufeinanderfolgende Vorrichtungen des gleichen Typs zu verteilen und auf diese V/eise zu einer praktisch vollständigen Entfernung des' gelösten Eisens zu gelangen, ohne daß eine übermäßige Verschlammung des Zersetzungsbetts mit entsprechender Verringerung der Durchflußmenge stattfindet. Zwar kann die Entschlamm ung oder Reinigung der Filter mit Wasser vorgenommen v/erden, jedoch v/ird ,sie vorteilhaft mit Hilfe der rohen Aluminatlauge durchgeführt, die von unten durch die Filterschichten in einer Menge geführt wird, die genügt, um v/enigstens die Feinteile der Filterschichten in Suspension zu bringen.

ausgefällte Eisenoxyd, das auf diese Weise in Form einer schlammigen Flüssigkeit mitgerissen wird, wird entfernt, indem diese Flüssigkeit stromauf in den Behandlungskreis der Bauxite zurückgeführt wird, beispielsweise in die Jjekanti erbehält er, in denen die Trennung des Rotschlamms und der rohen Aluminatlauge erfolgt.

In Fällen, in denen eine Tonerdeablagerung festgestellt wird, die aus einer unerwünschten Zersetzung der umlaufenden Aluminatlauge herrührt und eine Verschlechterung der Berührung zwischen den Bauxitkörnern und der zu enteisenden Lauge sowie ein Zusammenbacken der Filterschicht bewirkt, kann die Erneuerung dieser Schicht vormieden werden, indem man als Reinigungs- oder liintüchla 'inungs flüssigkeit eine auf eine Temperatur zwischen 80 und 110⁰C erhitzte Lauge mit niedrigen) L'onerdeßehalt verwendet, z.B. eine verarmte Lauge, die am Austritt dor Zursetzer entnommen wird und die an der Oberfläche der Bauxitkörner niedergeschlagene Tonerde aufschließt, ohno dio Bauxitkörner oelbat aufzuschließen.

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Beispiel 1 '

Als Pilter wurde ein Zylinder von 34 cm Durchmesser verwendet,

ρ dessen Querschnittfläche etwas weniger als 0,1 rn betrug. Der Filtereinsatz bestand aus einer 2 m langen Säule aus Bauxitmonohydrat, dessen Teilchengröße von 40 min am Boden auf 0,5 mrn am oberen Ende abnahm. Die gereinigte Flüssigkeit wurde durch einen Ablauf entnommen, der in der lutte der

ch
Feins/cht angeordnet war» Dieses Filter wurde mit einer Aluminatlauge beaufschlagt, die eine Temperatur von 95°C und die folgende Zusammensetzung hatte:

O, kaustisch ' 158 g/l

CO₃ 18 g/l

₂₃

Al₂O₃ 164 g/l Fe₂O₃ in Lösung 25 mg/1

Fe₀O₃ in Suspension 10-50 mg/1

Ha₂O, kaustisch

Holverhältnis —τη—^ 1,58

Ai₂U₃

Die ständige Belastung betrug 900 g/cm und die Anfangsdurchflußmenge 700 1/Stdo Durch allmähliche Verschlammung des Filters fiel die Durchflußmenge nach 2 Stunden auf 550 1/Std._f nach 5 Stunden auf 450 1/Std., nach 8 Stunden auf 400 l/Stdo und nach 23 Stunden auf 300 1/Std.

Während des Versuchs wurden eine Reihe von Proben des FiI trats entnommen. Die letzte Probe hatte folgenden Eisengehalt:

Fe₀O in lösung swischen 2 und 5 mg/1 Fe₀O-Z in Suspension praktisch Hull»

Die übrigen Proben hatten niedrigere. Gehalte an gelöstem Eisen.

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1 S 9

Beispiel 2

Each starker Verschlammung wurde das Filter auf die oben beschriebene Weise gereinigte Hierzu wurde eine rohe ITatriumaluminatlösung verivendet«. Das Filter wurde anschließend unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 unter einer konstanten Belastung von. 900 g/cm mit der gleichen zu behandelnden Lösung beaufschlagt. Bach eir^sr Filterdauer von 20 Stunden vurden folgende Eisengehalte im Filtrat gefunden:

Fe₉O₇ in Lösung 4- mg/l

Fe₉O, in Suspension praktisch 0

Beispiel 3

ITach einer Filterperiode und starker Verstopfung unter einer

konstanten Belastung von 1200 g/cm bis zu einer augenblicklichen Durchflussmenge von 100 l/otd. wurde das Filter auf die oben beschriebene V/eise gereinigt. Anschließend wurde das Filter in Betrieb genormien» Durch die natürliche Verschlammung oder Ablagerung in der Schicht veränderte sich die Durchflussmenge wie folgt:

Laufzeit Durchflussmenge Fe₀O, in Lesung Fe₉O, in Suspen-Std«, l/Std. mg/1 sibn^

1 1200 21

2 700 12
5 500 5

22 150 5

Beispiel 4

Zum Vergleich wurde der Filtereinsatz aus Bauxit durch einen Kalkeinsatz von ähnlicher Teilchengrößenverteilung ersetzt. Hierbei wurde der gleiche Verlauf der Durchflussmenge wie in Beispiel 1, aber keine Verringerung des Gehalts an gelöstem Eisen erzielt.

Weitere Versuche, die mit Antliracit durchgeführt wurden, hatten Ergebnisse, die zwischen den oben genannten Ergeb-

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nissej. lagen» Bei einem ähnlichen Verlauf der Durchflussmenge wie in Beispiel 1 wurde eine 25 bis 30^ige Verringerung des Gehalts an gelöstem Eisen erhalten» Diese Verringerung ist viel schlechter als der Wert, der mit Bauxit erreichbar ist und über 70$ liegt.

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Claims (6)

59? IBS Patentansprüche

1.) Verfahren zur Gewinnung von reiner Tonerde, dadurch gekennzeichnet, daß man die beim alkalischen Aufschluß von Aluminiumerzen anfallende Aluminatlauge mit einem Bauxit des Monohydrattyps in körniger Form unter solchen Bedin-

gungen behandelt, daß das Verhältnis der in m ausgedrückten Oberfläche der Bauxitkörner zur in rirVh ausgedrückten Durchflußmenge der Aluminatlauge zynischen 150 und 600 liegt*

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminatlauge durch ein bewegtes oder durch ein festes Bett aus Bauxit leitet.

3*5 Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminatlauge durch mindestens ein T'estbett leitet, dessen erste Schicht aus groben Bauxitkörnern besteht, während die weiteren Bettschichten immer feiner werdende" Bauxitkörner enthalten.

4.) Verfahren nach Änü^i'uen 1 bis J* dadurch gekennzeichnet, daß man die Regene^ Lei- ig des mit Tonerde verunreinigten Bauxitbettes mit einer verarmten Aluminatlauge durchführt

5.) Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß man eine auf Temperaturen zwischen 8o° und 110 C erhitzte Lauge mit niedrigem Tonerdegehalt verwendet.

6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5# dadurch gekennzeichnet, daß man einen körnigen Bauxit mib einer Teilchengröße zwischen 5 und 0,5 mm verwendet.

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