<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Entfernung der Kieselsäure aus Gemischen von Kieselsäurehydrat und Aiumimum- hydroxyd.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung des Aluminiums von der Kieselsäure, das einfacher und vollkommener als die bekannten Methoden zum Ziele führt und daher zur technischen Gewinnung von für die Aluminiumelektrolyse hinreichend reiner Tonerde aus kieselsäurehaltigen Lösungen von Aluminiumhydroxyd geeignet ist. Insbesondere ist das Verfahren zur abschliessenden Reinigung
EMI1.1
EMI1.2
ausfällung des Aluminiumhydroxyds mit diesem aus.
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeit wurde in der amerikanischen Patentschrift Nr. 1, 090. 479 vorgeschlagen, das Gemisch von Aluminiumhydroxyd und Kieselsäurehydrat auf eine Temperatur von ungefähr 120 C zu erhitzen. um die beiden Hydrate zum Teil zu entwässern : aus dem so vorbehandelten Gemisch soll angeblich durch schwefelige Säure nur die Tonerde herausgelöst werden.
Abgesehen davon, dass bei diesem bekannten Verfahren recht beträchtliche Wassermengen, die in den Hydraten enthalten sind, verdampft werden müssen, scheitert seine Ausführung in der Praxis daran, dass sehr wasserreiches koaguliertes Kieselsäuregel, wie fest- gestellt wurde, wenn man es in Gegenwart von Wasser oder gesättigtem Wasserdampf selbst auf Tem- peraturen bis 1800 erhitzt, seine Löslichkeit keineswegs verliert ; die Kieselsäure wird erst unlöslich, wenn sie in einer wasserdampfaufnehmenden Atmosphäre auf eine genügend hohe Temperatur erhitzt wird, bis sie einen beträchtlichen Teil ihres Wassers abgegeben hat.
Bei dieser Behandlung des Gemisches büsst aber auch das Aluminiumhydroxyd seine Löslichkeit in schwefliger Säure sehr weitgehend ein.
Die Kieselsäure-Tonerdetrennung nach diesem bekannten Verfahren scheitert daher an der Unmöglichkeit, zwei einander widerstreitende Bedingungen, nämlich die möglichst vollständige Entwässerung des
Kieselsäurehydrates unter Belassung eines erheblichen Wassergehaltes in der Tonerde. gleichzeitig zu erfüllen : wird die Kieselsäure erhitzt, bis sie unlöslich geworden ist, so ist auch die Tonerde in schwefliger
Säure nicht mehr löslich ; werden hingegen die Versuchsbedingungen so gewählt, dass in der Tonerde noch ein ansehnlicher Wassergehalt verbleibt, so geht auch die Kieselsäure wieder in Lösung und ist daher auch im Endprodukt als störende Verunreinigung vorhanden.
Gänzlich wertlos ist die oftmalige
Wiederholung dieser Behandlung, da weder eine systematische Anreicherung an Kieselsäure noch an
Tonerde durch diesen Arbeitsgang irgendwie erreichbar ist.
Die neue Methode gemäss der vorliegenden Erfindung macht von der Entwässerung der Hydroxyde keinen Gebrauch. Vielmehr wird das durch Erhitzen der Lösung gefällte Gemisch von Aluminium- hydroxyd und Kieselsäurehydrat zwecks Trennung des Aluminiums von der Kieselsäure mit seinem ganzen Wassergehalt, u. zw. vorzugsweise in möglichst frischem Zustande, d. h. ohne Alterung, in wässriger schwefliger Säure neuerdings gelöst, wobei zweckmässig nur ein geringer Überschuss an Säure verwendet wird. Hiebei geht auch ein grosser Teil der Kieselsäure wieder in Lösung.
Die vom Ungelösten abgetrennte Lösung wird nun unter Bedingungen, die ein Entweichen von SO, praktisch ausschliessen, vorzugsweise unter Druck, bei allmählich steigender Temperatur erhitzt, bis sie sich trübt und schliesslich durch
Koagulation ein Niederschlag ausgeschieden wird. Bei richtiger Wahl des Verhältnisses der S02-Kon- zentration zum Aluminium besteht dieser Niederschlag zum weitaus grössten Teil aus Kieselsäure und nur zu einem kleinen Teil aus Aluminiumhydroxyd, das aber beim Erkalten wieder gelöst wird, wogegen
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
geringere Menge S (L enthält, als dem Verhältnis von 3 Mol S02 auf 1 Mol Al203 entspricht, z.
B. eine Verbindung mit einem SO, 7Gehalt entsprechend 2, 4 Mol SO2 zu 1 Mol ALO3. Die untere Grenze ergibt sich aus der Bedingung, dass die gewählte SOa-Menge ausreichen muss, um die Tonerde bei einer Temperatur von wenigstens 1000 und unter dem Druck, der sich in dem geschlossenen Gefäss bei dieser Temperatur ausbildet. in Lösung zu halten.
Man kann diesen Koagulationsprozess besonders vorteilhaft auch so ausführen, dass das Entweichen von S02 beim Erhitzen der auf den gehörigen SO2-Überschuss eingestellten Lösung nicht vollkommen vermieden, sondern der Lösung beim Erhitzen ein beschränkter Anteil der schwefeligen Säure entzogen und während des Erkaltens wieder zugeführt wird. Unter diesen Umständen fällt zunächst eine grössere Menge des Aluminiumhydroxyds mit aus, die sich aber bei der Naehsättigung der erkaltenden Lösung wieder auflöst.
Diese Austreibung und Wiederauflösung eines Anteiles der schwefeligen Säure, die den Vorteil hat, dass die Koagulation der Kieselsäure durch Erhitzen leichter zu regeln ist, wird am ein- fachsten derart bewerkstelligt, dass man die Erhitzung in einem geschlossenen Gefäss vor sich gehen lässt, dessen Gasraum im Verhältnis zum Flüssigkeitsraum entsprechend gross bemessen ist ; das beim Erhitzen entweichende Sehwefeldioxyd sammelt sich im Gasraum an und wird hernach von der erkaltenden Lösung wieder aufgenommen.
Der Wärmebedarf des Koagulationsprozesses wird vorteilhaft durch Wärmeaustausch vermindert, indem man die zuströmende Lösung durch den Wärmeinhalt der abströmenden Flüssigkeit vorwärmt.
Wenn man die Kieselsäureabscheidung in der beschriebenen Weise wiederholt, so kann man zu einer Tonerde von höchster Reinheit, die für alle chemischen Zwecke geeignet ist, gelangen. Das Aluminiumhydroxyd wird in bekannter Weise entweder auf kalzinierte Tonerde oder auf Aluminiumsalze verarbeitet.
Das Verfahren wird an dem Beispiel der Reinigung einer ungeglühten Rohtonerde, die Kieselsäure, Eisenoxyd und Titandioxyd enthält, näher erläutert. Es macht keinen Unterschied, ob diese Rohtonerde aus einem sauren, alkalischen oder andersartigen Aufschlussprozess eines tonerdehaltigen Rohmaterials herstammt.
100 leg einer Rohtonerde, die auf je einen Gewichtsteil von reinem Al2O3 etwa 1,2 Gewichtsteile Konstitutionswasser enthielt und deren wasserfreier Anteil die Zusammensetzung 91, 7% AI,
EMI2.2
von erhöhter Temperatur und gegebenenfalls auch von erhöhtem Druck bedeutend mehr Aluminiumoxyd enthalten. Die sorgfältige Einstellung des Verhältnisses von Aluminiumoxyd zu schwefeliger Säure. die für den Erfolg des Verfahrens sehr wichtig ist, wird entweder in der Weise vorgenommen, dass man die Rohtonerde in einer genau bemessenen Menge von schwefeliger Säure auflöst, oder dass man einen Überschuss von schwefeliger Säure verwendet und diesen hernach durch Austreiben in bekannter Weise entfernt.
Am zweckmässigsten verfährt man derart, dass die Lösung auf ungefähr 80 C erhitzt und vollständig entgast wird. Aus Lösungen, in welchen das Verhältnis von Al203 zu S02 richtig eingestellt wurde, fällt auch bei Anwendung eines gelinden Vakuums keine Tonerde aus.
Die Lösung wird nun in einen Gegenstromwärmeaustauseher hineingepumpt, in welchem sie durch die vom erhitzten Druckkessel abströmende Flüssigkeit allmählich vorgewärmt wird. Bei langsamer Steigerung der Temperatur beginnt die Lösung unter ihrem Dampfdruck sich bei 120-130 unter Abscheidung von Kieselsäurefloeken zu trüben. Diese Trübung nimmt mit steigender Temperatur allmählich zu und erreicht schliesslich bei 140-175 C (je nach dem S02-Gehalt der Lösung in bezug auf ihren Aluminiumoxydgehalt) ihr Maximum.
Bei zu grossem Überschuss an schwefeliger Säure beginnt die thermische Zersetzung des S02, bevor noch die Kieselsäure sieh vollständig ausscheiden konnte. Bei zu geringem SO-Gehalt scheidet sich auch Aluminiumhydroxyd infolge Hydrolyse ab, in welchem Falle die Kieselsäureabscheidung ebenfalls unvollständig bleibt.
Aus dem Wärmeaustauscher wird die Flüssigkeit mit 800 C abgezogen, von der ausgeschiedenen
EMI2.3
vollständig abgetrieben und zurückgewonnen.
Nach dem Waschen und Glühen hatte die Tonerde die folgende Zusammensetzung : 99, 91% A1203, 0, 015% Fie203 und 0, 07% Si02. Die Ausbeute an Reintonerde betrug 93% der theoretischen.