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Procédé de production d'alumine.
Les procédés connus jusqu'à présent pour la production de 1'alumine, selon lesquels on soumet d'abord à une solubilisât! on thermique au moyen de chaux la matière brute contenant IL-alumine ou les composés d'aluminium et on transforme les composés d'alu- minium en aluminates de calcium, sont pour une part inutilisables et pour une autre part encore toujours affectés de notables frais d'exploitation.
En effet, si l'on emploie pour la lixiviation de la matière calcinée, opérée en vue de la transformation des alu- minates de calcium en aluminates de sodium, une solution alcaline de concentration appropriée, cette solution absorbe en même temps de notables quantités d'acide silicique, de sorte qu'il n'est guère possible sans plus de produire une alumine exempte de silice; bien
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au contraire une installation spéciale pour l'élimination de la silice est nécessaire suivant les procédés connus.
D'autre part, si l'on opère la lixiviation au moyen d'eau pure, il faut de notables quantités de liquide; la solution d'aiumina tel /decalcium, obtenue de la sorte, n'a qu'une teneur relativement faible en alumine. Aussi a-t-on déjà proposé d'ajouter à l'eau servant à la lixiviation de petites quantités d'alcali, pour que de cette manière l'aptitude du liquide de lixiviation à absorber le Al2O3 soit encore accrue par le fait que la solution contient alors en plus des aluminates de calcium également une certaine quantité d'aluminates alcalins. Ce procédé avait donc pour but d'augmenter la concentration d'alumine, en dehors d'un enrichisse- ment poussé de la solution en aluminates de calcium, également par la formation simultanée d'aluminates alcalins qui passent sans plus en solution en raison de leur bonne solubilité.
On opérait avec une très faible teneur en soude ou en hydroxyde de soude, qui calculée en poids de Na2CO3 se chiffrait à moins de 1 gramme/litre.
Par ailleurs, on recommandait entre autres d'employer concurremment dans la solution des sulfures, sulfates et chlorures des alcalis, mais de ne pas dépasser, comme limite supérieure de la teneur en alcali, calculée en poids de Na2CO3, 5 grammes/litre. Toutefois, cette manière de procéder présente encore elle aussi de grands inconvénients, ainsi'qu'on peut le montrer ci-après de manière dé- taillée.
Or on a reconnu que le premier procédé, selon lequel on transforme les composés d'aluminium entièrement en aluminates al- calins et dans lequel des concentrations d'alumine beaucoup plus élevées sont réalisables, peut être exécuté sans les inconvénients précités d'une forte contamination de ces solutions par l'acide silicique, à condition que la solution d'aluminate alcalin obtenue contienne encore de petites quantités de CaO.
Il ne s'agit ainsi point spécialement, comme on pourrait le penser, d'employer une
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concentration déterminée de la solution alcaline servant à la li- xiviation; suivant la présente invention il importe seulement de proportionner la quantité de l'alcali à faire réagir sur la matière solubilisée, par rapport à la quantité de la matière calcinée à y lessiver, de telle manière que le liquide de lixiviation con- tienne toujours une légère proportion de chaux, et on a constaté en effet qu'il importe pour le procédé que le liquide de lixivia- tion contienne encore de CaO, mais en une quantité qui est de loin inférieure à la limite de saturation de la solution par les alu- minates de calcium.
Avantageusement, la teneur en CaO de la solution est d'environ 0,05 à 0,30 molécules-grammes rapportés à 1 molécule- gramme de Al2O3 dissous. Cette limitation de la teneur en chaux s'avère particulièrement importante pour le procédé en ce sens que l'élimination de ces petites quantités de chaux ne cause pas de difficultés spéciales et n'oblige point à employer une phase opé- ratoire compliquée pour précipiter la chaux contenue dans la solu- tion, car dans ce cas il suffit déjà d'ajouter de petites quantités de carbonate alcalin et/ou de bicarbonate alcalin pour obtenir une solution d'aluminate alcalin exempte de chaux, solution qui peut être traitée ensuite de manière connue pour former de 2'alumine.
En outre on obtient encore d'autres avantages importants en réa- lisant ce mode opératoire, vu qu'en précipitant de la manière connue jusqu'à présent le CaO dissous on précipite toujours avec la chaux un peu d'alumine. Quand, comme en l'occurrence, la quan- tité de chaux à précipiter est petite, on réussit à limiter à une valeur pratiquement insignifiante les pertes d'alumine qui s'ensuivent. En outre, il était très difficile de filtrer les quantité de carbonate de calcium obtenues par le mode opératoire antérieur.
Avec le procédé proposé présentement, dans lequel on ne précipite que de petites quantités de chaux dans une grande quantité de liquide au moyen de petites quantités de carbonate alcalin et/ou de bicarbonate alcalin, la chaux se présente après
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un laps de temps initial sous une forme grossièrement cristalline et peut être filtrée aisément, si bien qu'on peut diminuer notable- ment les frais de filtration, très importants jusqu'à présent. Ce mode opératoire offre même la possibilité de laisser déposer les cristaux de chaux grossiers dans un bac de décantation et de faire ainsi l'économie complète des frais de filtration.
En combinaison avec le procédé d'ensemble de la production de l'alumine, l'élimi- mation de cette petite quantité de chaux est encore spécialement intéressante du fait que normalement, pour précipiter la chaux de la solution d'aluminate alcalin à teneur en chaux, on se servira de la solution de l'alcali carbonaté, obtenue chaque fois à nouveau en circuit fermé, qui lors de la transformation de la solution d'aluminate alcalin exempte de chaux en alumine par l'action d'aci- de carbonique est récoltée continuellement sous forme d'une solution de bicarbonate alcalin.
Si la solution d'aluminate alcalin obtenue par lixiviation de la matière solubilisée contient encore des quan- tité relativement importantes de chaux, il s'avère nécessaire de transformer d'abord en une solution de soude, par traitement au moyen de chaux ou d'une autre manière, la solution de bicarbonate à employer pour la précipitation de la chaux, car autrement, en ajoutant des quantités relativement grandes de bicarbonate alcalin, on précipiterait de la solution non seulement la chaux mais encore l'alumine.
Toutefois, en pratique industrielle, la transformation de la solution de bicarbonate en une solution de carbonate neutre provoque encore des frais spéciaux du fait que, par exemple lorsqu' on ajoute à cette fin du CaO, celui-ci doit être employé sous une forme extra-pure, car la solution de soude dissout d'une chaux produite au moyen de la pierre calcaire ordinaire et contenant de ce fait toujours un peu de silice, du SiO2 qui se séparerait par la suite conjointement avec l'hydrate d'alumine.
Il faut tenir compte, en outre, que les avantages de l'obtention d'une concentra.- tion plus élevée d'alumine dans le liquide de lixiviation, qui de-
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vraient être réalisés en modifiant le procédé de lixiviation à l'eau de manière à ajouter à l'eau de pètites quantités d'alcali libre, disparaissent entièrement quand, comme cela ne peut guère se faire autrement en pratique industrielle, on emploie pour l'élimination de la chaux de la solution d'aluminate alcalin la solution de soude recirculée en circuit fermé, car l'augmentation des concentrations d'alumine, réalisée grâce à la solution de soude diluée, est alors à nouveau compensée quand, pour éliminer les notables quantités de chaux encore contenues dans la solution,
il faut aussi nécessairement ajouter des quantités importantes de solution de soude circulant en circuit fermé, de sorte que prati- quement, comme effet final, on n'obtient pas, dans la solution, une concentration d'alumine plus élevée qu'avec La lixiviation à l'eau.
En comparaison d'un mode opératoire selon lequel les aluminates de calcium sont transformés complètement en aluminates alcalins, le procédé conforme à l'invention s'avère supérieur, ainsi qu'on la déjà mentionné, par le fait qu'on obtient lors de la lixiviation un liquide qui ne contient pas une quantité sensible d'acide silicique.
Pratiquement, on peut exécuter le procédé en lessivant la matière calcinée, contenant de l'aluminate de calcium, au moyen d'une solution alcaline apte à former un sel de calcium insoluble, avantageusement au moyen d'une solution de soude, la quantité de l'alcali à faire réagir étant proportionnée par rapport à la quan- tité de la matière à lessiver à l'aide de la solution, de telle manière que le li.quide de Lixiviation contienne encore du CaO dissous, mais en une quantité qui est de loin inférieure à la limite de saturation de la solution par les aluminates de calcium.
On obtient ainsi une solution d'aluminates exempte d'acide sili- cique ou ne contenant que très peu de SiO2 savoir du fait qu'on évite de transformer entièrement en aluminates alcalins les alu-
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minates de calcium passant en solution.
Comme on l'a constaté en outre, ce résidu d'aluminate de calcium peut désormais, aprèsséparation de la solution d'avec la matière lessivée, être transformé en aluminate de sodium par addition d'une petite quantité de solution de bicarbonate de sodium de la circulation en circuit fermé. A l'opposé du mode opératoire décrit ci-dessus, il n'est donc point nécessaire, suivant le procède conforme à l'invention, de transformer le bicarbonate de sodium de la solution recirculee en carbonate de sodium, ce qui évite d'employer du CaO extra-pur. En même temps, la concentration de Al2O3 de la solution n'est que légèrement diminuée par la fai- ble addition de solution de bicarbonate.
Il s'est avéré avantageux, en outre, d'opérer la lixivia- tion en présence de grandes quantités de matière déjà lessivée, vu qu'on diminue encore, de cette manière, la teneur en acide silici- que de la solution.
On expliquera ci-après l'invention plus en détail en se référant aux essais comparatifs suivants.
Pour exécuter les essaiscomparatifs on utilise une matière de départ à teneur en alumine, qui a la composition suivante:
Perte par calcination 9,5%
SiO2 37,8%
EMI6.1
Fe::fJ;6 16, 6",a
Al2O3 30,2%
CaO 3,4%
On prépare 1000 kilogrammes de cette matière avec 1.700 kilogrammes de pierre calcaire contenant environ 97% de CaCO3 et on les calcine au four rotatif à environ 1.400 C. On lessive en- suite cette matière calcinée par les différents procédés connus et par le procédé conforme à l'invention, dans des conditions d'essai egales d'ailleurs, par exemple à la même température et pendant la même durée de traitement.
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En exécutant ces essais comparatifs on constate ce qui suit: 1) On lessive 30 grammes de matière calcinée pulvérulente au moyen de 1 litre d'eau. La solution contient 1 gramme de Al2O3 et 0,80 gramme de CaO au litre, c'est-à-dire que pour 1 molécule-gramme de Al2O3 il y a 1,46 molécule-gramme de CaO.
2) Contrairement au premier essai, on opère la lixiviation au moyen d'une solution de soude diluée, la solution contenant 1 gramme de Na2CO3 au litre. On fait ensuite réagir 1 litre de cette solution sur 20 grammes de la matière calcinée pulvérulente.
Le liquide de lixiviation contient 1,30 gramme de Al2O3 au litre et 0,35 gramme de CaO au litre. Pour 1 molécule-gramme de Al2O3 il y a environ 0,5 molécule-gramme de CaO. Aprèsavoir séparé le résidu de lixiviation, on mélange ensuite 1 litre de cette solu- tion à 1 litre de solution de soude de la circulation en circuit fermé, qui contient 1 gramme de Na2CO3 au litre, pour précipiter la chaux résiduelle. On obtient ainsi une solution d'aluminate alcalin exempte de chaux, qui a une teneur en alumine de 0,65 gramme de Al2O3 au litre.
Comparativement à l'exemple 1 il s'avère que la transformation des aluminates de calcium en aluminates alcalins au moyen d'une solution de soude diluée conduit à de trèsfaibles concentrations d' alumine dans la solution si .l'on ne proportionne pas rationnellement la quantité de l'alcali amené par rapport à la quantité des aluminates de calcium.
3) Dans un autre essai on opère la lixiviation au moyen d'une plus forte solution de soude, qui contient 3 grammes de Na2CO3 au litre. On obtient alors une solution d'aluminate alcalin exempte de chaux, qui contient 1,80 gramme de Al2O3 au litre. Toutefois, 1-'alumine qu'on en retire est souillée de 0,25$ de SiO2.
4) En comparaison des essais S et 3, le travail exécuté selon le mode opératoire conforme à l'invention permet de reconnaître que, malgré l'emploi de la solution de soude diluée utili sée aux exem- @
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pies 2 et 3, on peut obtenir une solution d'alumine relativement trèsconcentrée et en retirer une alumine pratiquement pure, quand on veille à ce que la quantité de la solution de soude soit pro- portionnée à la quantité de matière à lessiver de manière qu'une certaine teneur en calcium subsiste dans le liquide de lixiviation.
A cet effet, on fait réagir 1 litre de solution, contenant 3 gram- mes de soude au litre, sur 24 grammes de matière calcinée pulvéru- lente. Le liquide de lixiviation contient alors 1,90 gramme de Al2O3 au litre et 0,10 gramme de CaO au litre, c'est-à-dire que pour 1 molécule-gramme de Al2O5 il y a environ 0,1 molécule-gramme de CaO. Pour éliminer cette petite quantité de chaux, on peut em- ployer directement la solution de la circulation en circuit fermé, qui contient de l'alcali carbonatesous forme de bicarbonateet qu'on obtient sous forme de bicarbonate alcalin lors du traitement de la solution d'aluminate alcalin pure, en vue de recueillir l'a- lumine opéré, par l'action de l'acide carbonique.
Pour 1 litre de liquide de lixiviation il faut 64 centimètres cubes de solution de bicarbonate alcalin de la circulation en circuit fermé. La, so- lution d'aluminate alcalin exempte de chaux contient alors 1,74 gramme d'alumine par litre. L'alumine précipitée de cette solution n'est souillée que par des traces d'acide silicique et contient moins de 0,05% d'acide silicique.
5) au cinquième essai, on exécute le procédé conforme à l'invention au moyen d'une liqueur sodique encore plus' concentrée, cette solu- tion contenant 6 grammes de soude au litre. On fait réagir ensuite 1 litre de cette solution sur 38 grammes de matière calcinée pul- vérulente. Après la lixiviation le liquide contient au litre 2,90 grammes de Al2O3 et 0,08 grarame de CaO, c'est-à-dire que pour 1 molécule-gramme de Al2O3 il y a dans le solution 0,05 molécule- gramme de CaO. Pour séparer cette petite quantité de chaux, il suffit déjà de 25 centimètres cubes de la. solution de bicarbonate de sodium de la circulation en circuit fermé, comme celle qu'on
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obtient selon les indications de l'exemple 4.
La concentration ne tombe de ce fait qu'à 2,83 grammes de Al2O3 par litre. L'alumine récoltée de cette solution ne contient, comme à l'essai 4, que des traces d'acide silicique, qui se chiffrent à moins de 0,05% de
SiO2.
Il ressort ainsi des essais 4 et 5 exécutés selon le procédé conforme à l'invention, que de manière surprenante, malgré la concentration relativement élevée de la soude dans la solution et malgré l'obtention d'une concentration relativement élevée d"alumine dans le liquide obtenu après la lixiviation, on réussit à produire de l'alumine pratiquement exempte d'acide silicique.
Toutefois, on peut aussi opérer avec des solutions alcalines encore plus concentrées. Aucune limite supérieure n'est imposée à la te- neur en alcali pour autant que, pour la teneur plus élevée en alcali, on emploie aussi une plus grande quantité de matière cal- cinée à lessiver, de manière que le liquide de lixiviation con- tienne encore, dans les limites indiquées, du CaO dissous.
En plusde 1-'alcali libre ou carbonatéla solution con- tient 'généralement aussi d'autres sels, extraits par exemple de la matière calcinée, tels que des sulfures et des sulfates des alca- lis. La teneur totale en alcali de la solution est donc supérieure à la teneur en Na2CO3 indiquée aux exemples ci-dessus. Dans la plupart des essaisexécutés, elle est d'environ 4 à 6 grammes par litre, exprimée en poids de Na2CO3, mais peut aussi, de même que la teneur en alcali libre, prendre des va.leurs notablement su- périeures.
La teneur en acide silicique peut être abaissée encore davantage si, comme on 1-la déjà mentionné, on procède à la lixivia- tion en présence de quantités relativement grandes de matière déjà lessivée.
Les composés d'aluminium de la matière brute peuvent être transformés, plutôt qu'en aluminates de calcium, également en alu-
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minates d'autres métaux alcalino-terreux, quoique dans L'exploita- tion industrielle on ne travaillera en fait qu'avec de la chaux.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour produire de 1'alumine à partir de ma- tières contenant des aluminates alcalino-terreux, notamment à par- tir de matières contenant des aluminates de calcium, cornue on en obtient par exemple par solubilisation thermique de matières bru- tes à teneur en alumine, en transformant les aluminates alcelino- terreux en aluminates alcalins au moyen d'une solution a,lcaline apte a former un sel alcalino-terreux insoluble, de préférence au moyen d'une solution de soude, les aluminates alcalins formés étant mis en solution, lequel procédé est caractérisé en ce qu'on pro- portionne la quantité de l'alcali à faire réagir sur les alumina- tes alcalino-terreux par rapport à la quantité des aluminates al- calino-terreux à transformer,
de telle manière que le liquide de lixiviation contienne encore de l'oxyde alcalino-terreux dissous, mais en une quantité qui est de loin inférieure à la limite de saturation de la solution par l'aluminate alcalino-terreux corres- pondant.