BE381558A

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Publication number: BE381558A
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Description


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    Procédé   de traitement de matières argileuses, particulière- ment de kaolins, d'argiles etc, en vue de la production d'alumine et de ses composés. 



   .On sait que pour la production d'alumine pure on est astreint à utiliser la bauxite qui est coûteuse. Malgré les nombreuses tentatives on n'est pas encore arrivé à utiliser avec un succès suffisant les roches argileuses du genre du kaolin et de l'argile que l'on rencontre presque partout en grandes quantités, pour la production de l'alumine et parti- culièrement d'une alumine suffisamment pure pour l'électroly- se de   l'aluminium,   exempte surtout d'acide silicique et de fer. La présente invention solutionne ce problème. 



  L 

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On   a   déjà proposé de soumettre des   matières   argi- leuses à une extraction au moyen d'acide sulfureux dilué,   après calcination   préalable, mais ce procédé se montre ino- pérant précisément dans le cas des matières premières les plus importantes du genre des kaolins et des argiles, et c'est pour cette raison qu'on a souvent essayé de rendre soluble l'alumine dans la matière argileuse par un traite- ment préalable approprié au moyen de substances chimiques. 



   Suivant l'invention, l'extraction de la substance argileuse par l'action de l'acide sulfureux est rendue pos- sible par l'observation de conditions déterminées de tempé- rature et de durée de la calcination. Le procédé consiste essentiellement à calciner la matière à une température in- férieure à 900 C, en observant certaines conditions inter- dépendantes de température et de durée qui varient suivant la matière brute traitée, qui doivent être déterminées par des essais préalables, et dont le rapport est régi par la règle que la solubilité de la teneur en alumine dans l'acide sulfu- reux dilué augmente, pour une température donnée, avec la durée de chauffage, et pour une durée de chauffage donnée avec la température, mais jusqu'à une certaine valeur maxi- mum seulement, après quoi elle redescend dans les deux cas. 



   Le procédé est basé sur les constations suivantes : 
A une température déterminée, qui est différente pour les différentes matières traitées, la matière argileuse cède une grande partie de sa teneur en eau, sans toutefois être sensi- blement attaquée dans cet état par l'acide sulfureux dilué. 



   Si l'on dépasse cette température, la solubilité de la matiè- re calcinée dans l'acide sulfureux augmente d'abord avec la température jusque ce que le maxiumum de solubilité soit atteint. Pour un nouvel accroissement de la température la 

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 solubilité diminue. Si l'on soumet par exemple du kaolin ou de l'argile à une calcination prolongée à   800 C,   le produit final n'est plus attaqué par l'acide sulfureux. Cette tempé- rature limite est différente pour les différentes matières traitées; d'une manière générale la température de 900 C parait déjà être supérieure à la zone de températures appro- priées.

   Il est également facile de déterminer la valeur maxi- mum de la solubilité pour différentes durées du chauffage, c'est-à-dire pour le cas où l'on maintient constant le fac- teur température et   où   l'on fait varier le facteur temps. 



  Cette valeur est d'autant plus vite atteinte et diminue aus- si d'autant plus vite que la température de calcination est choisie plus élevée dans les limites admissibles pour la matière traitée. Dans le cas d'un acide faible, du genre de l'acide sulfureux, le facteur temps est donc d'une impor- tance décisive. 



   Cette façon de se comporter de la matière argileuse vis-à-vis de l'acide sulfureux montre qu'en cédant son eau de constitution la matière argileuse n'est pas simplement scindée en ses composants (qui sont des oxydes libres), comme d'aucuns l'admettaient jusqu'à présent, mais que dans des conditions appropriées il se forme une nouvelle combinaison particulière d'oxyde d'aluminium et d'acide silicique qui peut être décomposée par'l'acide sulfureux. Lorsque l'on traite de la façon décrite de l'alumine pure, elle   devient   insoluble dans l'acide sulfureux. 



   Suivant une forme d'exécution préférée du   procédé.,   on opère la calcination dans le vide., et de préférence dans un vide poussé. On parvient ainsi à rendre soluble une-par- tie de la teneur en alumine plus grande que celle que l'on rendrait soluble par la calcination à la pression atmosphéri- 

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 que. Mais si l'eau de constitution est expulsée dès le début par le chauffage dans le vide, la masse est fortement divisée par la vapeur d'eau qui s'échappe. D'une façon générale il est donc recommandable pour la réalisation industrielle du pro- cédé de   1'aire   précéder la calcination souspression réduite d'un chauffage à la pression atmosphérique, ce qui évite l'inconvénient de la forte pulvérisation, sans réduire l'ef- fet favorable de la calcination dans le vide.

   Mais si l'on traite une matière qui ne cède son eau de constitution qu'à une température voisine de la température optimum,pour la calcination proprement dite, de sorte qu'il serait difficile de délimiter nettement le chauffage préalable et la calcina- tion dans le vide, ou si pour d'autres raisons la calcina- tion en deux temps rencontrait des difficultés techniques, il est préférable de réaliser dans le vide toute l'opération de calcination. 



   Il s'est en outre montré avantageux de soumettre la matière calcinée, avant l'extraction au moyen de l'acide sul- fureux,à un traitement intermédiaire qui permet l'obtention de solutions plus concentrées de sulfite acide d'aluminium. 



  A cet effet on traite la matière calcinée au moyen de l'hydro-. xyde d'un alcalino-terreux, particulièrement au moyen d'un hydroxyde de magnésium, de préférence à température élevée. 



  Cette réaction forme des produits que l'acide sulfureux dé- compose beaucoup plus facilement que la matière calcinée à son état primitif. 



   Ensuite la matière argileuse est finement divisée, par exemple par mise en suspension, et traitée par de l'acide sulfureux qui en dissout une partie, cette opération étant utilement effectuée à température et sous pression élevées pour aboutir à une dissolution plus rapide et plus complète. 

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  On a également constaté qu'il est utile d'opérer cette ex- traction en faisant agir successivement des fractions de la quantité totale de l'acide sulfureux dilué utilisé, ce qui conduit plus -rapidement au but. En effet, la vitesse de dis- solution devient vite très faible,même si l'on utilise des excès considérables   d'acide.   Ce fait pourrait dépendre de ce qu'une concentration déterminée d'ions hydrogène est néces- saire pour dissoudre la combinaison produite par la calcina- tion. Cependant, la formation de bisulfite d'aluminium ré- duit si rapidement l'acidité déjà faible de l'acide sulfu- reux que l'attaque ne se poursuit pas plus loin.

   On en dé- duit la façon suivante de conduire avantageusement le travail: on fait d'abord agir une partie de la solution aqueuse d'aci- de sulfureux sur un excès de matière argileuse préalablement calcinée; après quelques minutes la solution est évacue et remplacée par une nouvelle solution d'acide sulfureux. Cette opération est répétée jusqu'à ce que toute la matière calci- née ait été lessivée. 



   Lorsque, après l'achèvement de l'extraction, la so- lution est séparée (par exemple par filtrage) du résidu, elle contient en excès de l'anhydride sulfureux, du sulfite acide d'aluminium, des sels de fer et de l'acide silicique soluble. De cette lessive acide l'alumine peut être précipitée de façon connue, en éliminant le SO2. 



   Si le traitement intermédiaire au moyen d'un hydro- xyde alcalino-terreux a été appliqué, la lessive acide con- tient en plus des composés cités du bisulfite alcalino-ter- reux. Dans ce cas l'élimination du SO2 de la lessive acide provoque la précipitation de l'aluminium sous forme de sul- fite basique, avec une certaine quantité de sulfite alcali- no-terreux dont on débarrasse l'aluminium par lavage avec 

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 de l'acide sulfureux dilué. La répétition de la précipita- tion et de l'extraction au moyen de SO2 permet d'accroître à volonté le degré de pureté.' 
Pour de nombreuses applications on peut utiliser di- rectement l'alumine brute ainsi obtenue qui ne contient que très peu de fer et une faible quantité d'acide silicique. 



  Pour obtenir de l'alumine pure, telle qu'elle est nécessaire par exemple pour la fabrication électrolytique de l'alumi- nium, le précipité doit être débarrassé de l'acide silicique par une nouvelle épuration. 



   On peut abréger le traitement en procédant comme suit: 
Au lieu de séparer par filtrage la lessive acide du résidu non dissous, on élimine complètement le SO2 du mélange non séparé formé par la solution et le résidu, de sorte que le précipité renfermant de 1'hydroxyde d'aluminium, du sulfi- te acide d'aluminium et de l'hydrate d'acide silicique se mélange au résidu, tandis que le fer reste en solution. La solution est séparée de la matière non dissoute, par exemple par filtrage, après quoi on extrait du résidu non dissous l'alumine et l'acide silicique solubles, au moyen de l'acide sulfureux dilué, et l'on soumet la solution ainsi obtenue à un nouveau traitement, en vue de séparer l'alumine de l'acide silicique. On gagne ainsi une opération de filtrage. 



   Dans toutes les phases du procédé décrit la présence d'acide sulfùrique et de ses sels exerce une influence défa- vorable, en réduisant le rendement du procédé. Lors de la réalisation du procédé il est donc à recommander de prendre toutes les mesures susceptibles d'empécher la formation de sulfates. Entre autres, il faut que les matières premières soient aussi pauvres que possible en fer sous forme de com- binaisons ferriques, et que les eaux utilisées contiennent 

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 aussi peu d'air que possible.

   Il est prudent d'éviter éga- lement des catalyseurs qui, comme par exemple le sélénium, le cuivre etc, favorisent la décomposition et l'oxydation spontanée de l'anhydride sulfureux, et même d'incorporer des substances destinées à rendre plus stable l'acide sul-   fureux;   dans ce but on a souvent préconisé l'emploi de gly- cérine, de phénol, etc. 



   Lorsque la matière brute renferme des quantités rela- tivement importantes de fer, de calcium ou de magnésium, il est utile de les éliminer préalablement. On écarte de préfé- rence les autres impuretés, comme le sable etc., en la lavant. 



   EXEMPLES   D'EXECUTION.   



   1) Cet exemple se rapporte au traitement d'une ar- gile qui accuse la composition suivante, après calcination à 
1200 C:   44,6%     A1203;   0,8%   Fe203;   0,3% TiO2; 54% SiO2. Après un court chauffage à 500 C à la pression ordinaire, on calcine cette argile pendant plusieurs minutes à 700 C dans un vide de 10 mm de mercure. De 100 kg. de cette argile, il ne reste après calcination que 88,5 kg. L'argile calcinée est finement broyée et délayée à l'eau, après quoi on sature cette suspen- sion d'acide sulfureux et on la chauffe pendant une demi heure à 170 C dans un autoclave à revêtement résistant à l'acide. 



   Après le chauffage une partie de l'acide sulfureux est expul- sé du liquide par diminution de pression,-après quoi on filtre le liquide. On précipite d'abord une partie de l'acide sili- cique de la solution claire par un chauffage modéré. En dé- barrassant ensuite la solution filtrée complètement de SO2, on y provoque la précipitation d'un mélange d'hydroxyde d'a- luminium, de sulfite basique d'aluminium et d'acide silicique, 

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 qui peut, après élimination de l'acide silicique, être traité en vue de la production d'alumine pure, mais qui, après cal- cination, représente déjà à l'état initial une alumine suf- fisamment pure pour de nombreuses applications.

   Ainsi en partant de l'argile dont la composition a été indiquée, on peut obtenir un précipité qui renferme après la calcination      91,7 % de Al2O3;   7,8 %   de SiO2;   0,09 %   de   Fe203;   0,02 % de      TiO2 et 0,3 % de S et qui accuse une perte de   0,09 %   à la calcination. 



   2) Pour appliquer le traitement intermédiaire par un hydroxyde alcalino-terreux, on ajoute une partie en poids d'hydroxyde de magnésium par 3 parties en poids de l'argile calcinée dans le vide et on ajoute à ce   mélànge   son poids d'eau, en remuant pour en former une pâte. Au lieu du Mg (OH)2, on peut également utiliser de l'oxyde de magnésium ou du carbonate basique de magnésium ou, en général, des ma-   tières   premières qui agissent en présence de l'eau comme l'hydroxyde de magnésium.

   La pâte obtenue est maintenue pen- dant deux heures à une température de   175 C.   L'acide sulfu- reux que l'on fait agir sur la matière ainsi préparée amène en solution environ 90 % de l'alumine contenue dans la ma- tière brute, ainsi que l'oxyde de magnésium, tandis que la majeure partie de l'acide silicique reste à l'état gélati- neux. Le chauffage de la solution filtrée provoque la préci- pitation de l'aluminium à l'état de mélange de l'hydroxyde et du sulfite basique, ainsi que du sulfite de magnésium. 



  En lavant avec précaution le précipité à l'acide sulfureux à 1%, on le débarrasse du magnésium dont il ne reste que 0,2% (calculé à l'état de   MgO).   L'alumine brute ainsi obtenue contient encore de l'acide silicique et doit en être débar- rassée si l'on désire produire de-l'alumine pure. Le sulfite 

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 de magnésium engendré peut être ramené à l'état de MgO par une légère calcination qui permet également de récupérer la totalité de l'acide sulfureux dégagé en vue de sa réutilisa- tion dans le procédé. Le CaSO3 ne cède à la calcination qu'un tiers de sa teneur en soufre et se transforme en un mélange de CaO et de   CaS04,   mais pour le reste il convient aussi bien que le magnésium pour servir dans le procédé. 



   REVENDICATIONS 
1) Procédé de traitement de matières argileuses, particulièrement de kaolins, d'argiles etc. en vue de la production d'alumine et de ses composés, par extraction au moyen d'acide sulfureux après calcination préalable, caracté- risé en ce qu'on calcine la matière à une température infé- rieure à 900 C en observant certaines conditions interdé- pendantes de température et de durée variant suivant la ma- tière traitée,-qui doivent être déterminées par des-essais préalables et dont le rapport est régi par la règle que la solubilité de la teneur en alumine dans de l'acide sulfureux augmente pour une température donnée avec la durée de chauf- fage, et pour une durée de chauffage donnée avec la tempéra- ture, mais jusqu'à un certain maximum seulement, après 'quoi elle redescend dans les deux cas.

Claims

2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la calcination en deux temps, comprenant d'abord un chauffage jusqu'à, l'expulsion d'une grande partie de l'eau de constitution et ensuite une calcination à tem- pérature plus élevée jusqu'à atteindre la solubilité optimum.

3) Procédé suivant les revendications 1 et 2, carac- térisé en ce qu'on opère la calcination dans le vide, de préférence dans un vide poussé. <Desc/Clms Page number 10>

4) Forme d'exécution du procédé suivant la revendica- tion 3, caractérisée en ce que la calcination à pression ré- duite est précédée d'un chauffage à la pression atmosphérique, en vue d'éliminer une partie de l'eau de constitution avant le chauffage dans le vide.

5) Procédé suivant les revendications 1 à 4, carac- térisé en ce qu'avant l'extraction au moyen d'acide sulfu- reux on soumet la matière calcinée à un traitement intermé- diaire au moyen d'un hydroxyde alcalino-terreux, particuliè- rement du magnésium, de préférence à température élevée.

6) Procédé suivant les revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que la matière calcinée et suffisamment divisée est partiellement dissoute, à température et à pression éle- vées, dans de l'acide sulfureux dilué, cette extraction étant de préférence effectuée par traitements successifs au moyen de fractions de la quantité totale de l'acide sulfureux di- lué utilisé pour l'extraction.

7) Procédé suivant les revendications 1 à 4 et 6, caractérisé en ce que l'acide sulfureux est complètement ex- pulsé de la lessive acide ayant servi à la dissolution, sans séparation préalable du résidu non dissous, et qu'après fil- trage la totalité du résidu est de nouveau traité par de l'acide sulfureux, en vue de sa préparation pour une utilisa- tion ultérieure.