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Verfanren zur Herstellung eines Zwisehenstoffes zur Weiterverarbeitung auf Tonerde u. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Zwiselhenstoffes, der weiter verarbeitet wird auf Aluminiumverbindungen, z. B. Tonerde, Tonerdesulfat, Aluminiumfluorverbindungen, synthetischen Kryolith oder Chiolith u. dgl., aus Rohstoffen, die Tonerde und Kieselsäure enthalten.
Es sind Verfahren bekannt, Rohstoffe, die Tonerde und Kieselsäure enthalten, aufzuschliessen durch Erhitzen mit Alkali oder Erdalkaliverbindungen. Diese Verfahren sind recht kostspielig. Die Weiterverarbeitung der entstandenen Zwischenprodukte stösst auf Schwierigkeiten und es ergeben sich Rückstände, die wirtschaftlich schwer oder gar nicht weiter verarbeitet werden können.
Nach der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, Rohstoffe, die Tonerde und Kieselsäure enthalten, zu einem Zwischenstoff aufzuarbeiten durch Verschmelzen mit Erdalkaliverbindungen in einem solchen Mengenverhältnis, dass die Erdalkalibasen die Kieselsäure ganz oder zum Teil absättigen, nicht aber die Tonerde.
Bei einem solchen Vorgehen werden glasige Zwischenstoffe erhalten, die mit Wasser nicht auslaugbar sind, die sich aber in Mineralsäuren vollkommen lösen.
Die Weiterverarbeitung geschieht z. B. durch Einführen eines Natriumsalzes, z. B. Natriumsulfat, in die Lösung dieses Zwischenstoffes in Mineralsäure.
Aus der Lösung des Zwisehenstoffes lassen sich Begleitstoffe der Ausgangsmaterialien, z. B. Blei, Molybdän, Wolfram usw., gewinnen.
Auch können Tonerdeverbindungen abgeschieden werden, die sieh aus Nebenreaktionen durch Anwesenheit eines natürlichen Alkaligehaltes in den Beschickungskomponenten der Charge ergeben, z. B. Kalialaun.
Die Lösung des Zwischenstoffes in Mineralsäure kann auf einfachste Weise dadurch gewonnen werden, dass die heisse Schmelze in Mineralsäure abgeschreckt wird. Es ist auch möglich, die Schmelze langsam erkalten zu lassen oder sie in Wasser abzusehrecken.
Gemäss der Erfindung wird also das Ausgangsgemisch so zusammengesetzt, dass sich eine Schmelze
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liegt vorteilhaft zwischen lia und 2.
Es können auch Beschickungen benutzt werden, die Fluorverbindungen enthalten oder denen fluorhaltige Stoffe zugesetzt werden, z. B. Erdalkalifluoride oder Aluminiumfluorid.
Bei einem Fluorgehalt der Beschickung wird der Vorteil erreicht, dass die Schmelztemperatur wesentlich herabgesetzt wird, z. B. um mehrere hundert Grade.
Bei Wahl einer geeigneten eutektisehen Zusammensetzung kann die Schmelztemperatur auf 1300 und darunter erniedrigt werden.
Bei Benutzung einer Beschickung, die fluorhaltige Stoffe enthält, wird die Zusammensetzung der Beschickung so gewählt, dass eine Schmelze ohne Berücksichtigung der Nebenreaktionen folgender Zusammensetzung erhalten wird :
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Statt Al (F, OH) s kann auch das nicht durch OH oder BLO isomorph ersetzte AlFg stehen.
Die z. B. aus einem natürlichen Alkaligehalt der Besehickungskomponenten sich ergebenden Nebenreaktionen sind hier unberücksichtigt gelassen.
In den Formeln kann Kalziumoxyd ganz oder zum Teil ersetzt werden durch Bariumoxyd oder andere Erdalkalioxyde.
Führt man das Verfahren so aus, dass man einen bereits fluorenthaltenden tonerdehaltigen Rohstoff, z. B. Topas oder Topasgangarten (Greisentopas) oder Tonerde und Fluor enthaltende Nebenprodukte bzw. Rückstände verwendet, dann gestaltet sich das Verfahren besonders vorteilhaft : einmal deshalb, weil in diesen tonerdehaltigen Rohstoffen, insbesondere den Topasgangarten und Aufbereitungsprodukten, das Fluor schon in gebundener Form vorliegt (bis zu 18%) und dadurch der Zusatz von besonderen, fluorenthaltenden Verbindungen, wie Flussspat, zur Beschickung sich verringert bzw. erübrigt. Dann aber auch, weil gerade Topas oder topasenthaltende Gangarten bzw. topashaltige Konzentrate und Aufbereitungsprodukte einen relativ hohen Gehalt an Tonerde (max. bis zu 55O) aufweisen.
Man gelangt bei Verwendung von Topas oder topashaltigen Gangarten u. dgl. als tonerdehaltige Rohstoffe nach dem Verfahren der Anmeldung zu einem in Mineralsäuren löslichen glasigen Zwischenstoff mit einem Tonerdegehalt bis zu 40% und einem Fluorgehalt bis zu 20%.
Das Abschrecken des Zwischenstoffes kann in Wasser erfolgen, aber auch unmittelbar in Mineralsäuren, z. B. in Schwefelsäure. In letzterem Falle erhält man dann gleich die (wenigstens teilweise) Lösung des Zwisehenstoffes in der Mineralsäure, ohne dass es-wie sonst-notwendig ist, die Mineralsäure, in der der Zwischenstoff gelöst werden soll, besonders zu erhitzen, weil bei der Abschreckung in der Mineralsäure der Wärmeinhalt der Schmelze zur entsprechenden Erhitzung der Mineralsäure dient. Als Ausführungsbeispiele seien die folgenden angeführt (unter Voraussetzung möglichst reiner Ausgangsstoffe und ohne Berücksichtigung der Verluste, die durch Verdampfung oder Nebenreaktionen entstehen, sich aber auf wenige Prozente beschränken).
Beispiel 1 : Die Beschickung besteht aus : 1000 kg Tongestein (z. B. Hirschfelder Letten) von der ungefähren Zusammensetzung Al203. 2 SiOa. 2 HzO. SiOa und 738 kg Flussspat (CaFa). Nach dem Schmelzen und Abschrecken in wässeriger Lösung erhält man 1600 kg des glasigen Zwischen-
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ferner zirka llOjr HO (Wasserdampf).
Beispiel 2 : Die Beschickung besteht aus : 1000leg (Topas) AL (F, OH) 2SiO4 und 540 kg (Kalkstein) CaCOg. Man erhält zirka 1280 kg eines glasigen Zwischenstoffes mit etwa 28'50 Gehalt an Al2O3 sowie etwa 23#5% Gehalt an AlF3 und ausserdem zirka 220 kg CO2 als Gas. An Stelle des Kalksteins kann man auch als Zuschlag Gips oder Anhydrit CaS04, u. zw. von letzterem auf 1000 kg Topas 740 leg, verwenden. Dann erhält man : zirka 1250 kg des gleichen glasigen Zwisehenstoffes und zirka 420 SO ; ;, welches als Rauch abgeht, in Wasser aufgefangen werden kann und als Schwefelsäure zur Lösung des Zwisehenstoffes wieder verwendbar ist.
Beispiel 3 : Die Beschickung besteht aus 1000 kg Topas plus 1720 kg Tongestein, z. B. Hirsehfelder Letten, und 2200 CaSO (Anhydrit) plus 420 kg CaF. (Flussspat). Man erhält : etwa 3800 kg des glasigen Zwisehenstoffes, etwa 1300 kg SOg, was in Form von Rauch abgeht und in Wasser wieder auffangbar ist, und 190 kg Wasserdampf.
Der so gewonnene amorphe Zwischenstoff lässt sieh in Mineralsäuren, z. B. in Schwefelsäure, lösen und kann auf Tonerde und deren Verbindung weiter verarbeitet werden. Man kann ihn aber besonders vorteilhaft unmittelbar zur Herstellung von synthetischen Kryolith (3 NaF. AIFa) oder
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des Zwischenstoffes in der Mineralsäure (nach Entfernung des ausgefallenen Gipses und der Kieselsäure im genannten Beispiel) ein Natriumsalz, z. B. Natriumsulfat, in solcher Menge hinzufügt, dass die an Fluor gebundene Tonerde in Form eines der genannten Doppelsalze ausfällt.
Die verbleibende Lösung enthält noch Aluminium, z. B. in Form von Aluminiumsulfat, das in bekannter Weise weiterverarbeitet werden kann.
Um die Lösung des Zwischenstoffes in Mineralsäuren an Fluor anzureichern, kann man noch Fluor in Form von Flusssäure oder Fluoriden, z. B. Flussspat oder Natriumfluorid, zusetzen in soleher Menge, dass das gesamte in Lösung befindliche Aluminium als Doppelsalz vom Typus des Kryolith oder Chiolith ausfällt, wodurch eine besonders einfache Trennung von Eisen und andern Verunreinigungen der sauren Lösung erzielt wird.
Beispiel 4 : Zur Erzielung eines Zwisehenstoffes, bei dem das Verhältnis von Kalziumoxyd zu Kieselsäure 0-75 : 1 beträgt, wurde eine Beschickung aus 1000 kg Tongestein (Hirsehfelder Letten) von der ungefähren Zusammensetzung Al20g. 2SiO2. 2H20. Si02 und 555 kg Flussspat (CaF2) geschmolzen und abgeschreckt. Es wurden erhalten : zirka 1430 kg glasiger Zwisehenstoff, der eine komplexe glasige Verbindung darstellt, etwa der Formel : 1 CaO. 4/3 Si02. 1/9 Al203. 2/3 Al (F, OH) s, ferner zirka 110 leg H20 (Wasserdampf).
Beispiel 5 : Das Verhältnis von Kalziumoxyd zu Kieselsäure wurde von 0-5 : 1 gewählt. Zur Herstellung eines Zwischenstoffes mit diesem Verhältnis wurden 1000 kg Tongestein (Ton Nordwest-
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sachsen) von der ungefähren Zusammensetzung Al203. 2 Si02. 2 H2O . SiO2 zusammengeschmolzen mit 370 kg Flussspat (CaF2). Es fällt zirka 1250 kg glasiger Zwisehenstoff, der etwa der Formel :
1 CaO. 2 SiO,. 1/3 A2g. 2/3 Al (F, OH) g entspricht, ferner zirka 110 kg Wasserdampf an.
Beispiel 6 : Die Beschickung besteht aus : 1000 kg Tongestein (Hirschfelder Letten) von der ungefähren Zusammensetzung Al2O3.2 SiO2.2 H2O.SiO2 und 530kg Kalk (CaO). Man erhält einen glasigen Zwischenstoff ; zirka 1400 leg, der etwa einer glasigen komplexen Verbindung entspricht nach der Formel : 1 CaO. l Spi0,. 1/3 AIOg, ferner zirka 110 kg Wasserdampf.
Beispiel 7 : Die Beschickung besteht aus : 1000 kg Tongestein (Ton Nordwestsachsen) von der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 2, und 400 kg Kalk (CaO). Nach dem Schmelzen und Abschrecken in wässeriger Lösung erhält man zirka 1280 kg glasigen Zwischenstoff, der eine komplexe glasige Verbindung darstellt, etwa entsprechend der Formel : 1 CaO. 4/3 SiOa. 4/9 AI2Oi, ferner zirka 110 leg Wasserdampf.
Beispiel 8 : Die Beschickung besteht aus 1000 Tongestein (Ton Nordwestsaehsen) von der Zusammensetzung wie im Beispiel 2 und 265 kg Kalk (CaO). Man erhält zirka 1145 kg glasigen Zwischenstoff, der eine komplexe glasige Verbindung darstellt, im wesentlichen entsprechend der Formel 1 CaO. 2 Si02. 2/3 Al203, ferner zirka 110 kg Wasserdampf.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Zwisehenstoffen, die z. B. auf Tonerde, schwefelsaure Tonerde oder synthetischen Kryolith oder Chiolith zu verarbeiten sind, aus einem Rohstoffgemisch, das Tonerde, Kieselsäure, Erdalkaliverbindungen und gegebenenfalls Fluorverbindungen in solchem Verhältnis enthält, dass nach Schmelzen und Abkühlen ein glasiges, in Mineralsäuren vollkommen lösliches Zwischenprodukt erhalten wird, das man zweckmässig in Wasser oder Säure abschreckt, im wesentlichen von der Zusammensetzung : 1 CaO.x SiO2. y Al2O3.zAl (F, OH) 3, wobei der Molenbruch x in der Nähe von 1 und darüber liegt und der Molenbruch y vorteilhaft zwischen V/, und 2 und Molenbruch z zwischen 0 und 2, wobei das Kalziumoxyd durch andere Erdalkalioxyde ganz oder teilweise ersetzt sein kann.