CH619430A5 - Process for the extraction of an aluminium sulphate from an impure solution containing it - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de précipitation d'un sulfate d'aluminium de formulé The present invention relates to a method for precipitating an aluminum sulphate of formula
A12(S04)3 • 0,5 H2SO4 • 11 à 12 H2O A12 (S04) 3 • 0.5 H2SO4 • 11 to 12 H2O
à partir d'une solution chaude résultant de l'attaque d'une matière alumineuse par une solution sulfurique et de l'élimination du résidu d'attaque. from a hot solution resulting from the attack of an aluminous material with a sulfuric solution and the elimination of the attack residue.
On a décrit de nombreux procédés dans lesquels une matière alumineuse, par exemple une matière silicoalumineuse, est attaquée par une solution sulfurique. La solution chaude issue d'une telle attaque contient principalement du sulfate d'aluminium, Numerous processes have been described in which an aluminous material, for example a silicoaluminous material, is attacked by a sulfuric solution. The hot solution resulting from such an attack mainly contains aluminum sulphate,
mais aussi de l'acide sulfurique libre en excès et d'autres sulfates métalliques tels que des sulfates de fer, de titane, et, éventuellement, de potassium, de sodium et/ou de magnésium, dont la nature et la quantité dépendent évidemment de la composition de la matière traitée et des conditions de l'attaque. but also excess free sulfuric acid and other metallic sulfates such as iron, titanium, and possibly potassium, sodium and / or magnesium sulfates, the nature and amount of which obviously depend on the composition of the treated material and the conditions of the attack.
Pour l'extraction de l'élément aluminium à partir de telles solutions, on a proposé divers procédés dans lesquels l'aluminium est précipité sous la forme d'un sulfate ou sous la forme d'un chlorure qui peuvent être ensuite décomposés en vue de la production d'alumine ou vendus. For the extraction of the aluminum element from such solutions, various methods have been proposed in which the aluminum is precipitated in the form of a sulfate or in the form of a chloride which can then be decomposed in order to alumina production or sold.
La littérature a fait mention de nombreux sulfates d'aluminium: sulfate neutre anhydre, sulfates neutres hydratés à 4, 6, 9, 12,16 ou 18 H20, sulfates basiques, sulfates acides divers, par exemple à 1 ou 'A H2SO4 et 12 H2O. (Voir par exemple «Journal of Metals», juillet 1966, p. 811-818, ou «Linke», 4e éd. Volume 1, Van Nostrand Company Inc. 1958, p. 206 et suiv.). The literature has mentioned numerous aluminum sulphates: neutral anhydrous sulphate, neutral sulphates hydrated at 4, 6, 9, 12,16 or 18 H2O, basic sulphates, various acid sulphates, for example at 1 or 'A H2SO4 and 12 H2O. (See for example “Journal of Metals”, July 1966, p. 811-818, or “Linke”, 4th ed. Volume 1, Van Nostrand Company Inc. 1958, p. 206 et seq.).
Certains auteurs doutent de l'existence de certains de ces sulfates, car, d'une façon générale, leur cristallisation est lente et leur filtrabilité médiocre; le gâteau qui résulte de leur séparation, même par filtration, est imprégné d'une quantité importante d'eaux mères qui rendent les analyses incertaines, même après lavage. Quand l'on passe d'une solution pure à une solution industrielle qui, comme il vient d'être dit, contient d'autres sulfates dissous, la présence d'une quantité importante d'eaux mères a, outre les difficultés de séparation qu'elle entraîne, l'inconvénient de laisser dans la masse solide séparée des quantités non désirées de sulfates métalliques dont certains exigent des opérations complexes ou coûteuses, pour être ultérieurement complètement séparés du sulfate d'aluminium. En fait, cette séparation est difficilement totale: elle nécessite, la plupart du temps, de nombreuses opérations successives pour parvenir à une alumine suffisamment pure pour les usages métallurgiques. Some authors doubt the existence of some of these sulfates, because, in general, their crystallization is slow and their filterability poor; the cake which results from their separation, even by filtration, is impregnated with a large quantity of mother liquors which render the analyzes uncertain, even after washing. When one passes from a pure solution to an industrial solution which, as has just been said, contains other dissolved sulphates, the presence of a significant quantity of mother liquors has, in addition to the difficulties of separation which 'It involves the disadvantage of leaving in the separated solid mass unwanted quantities of metal sulphates, some of which require complex or costly operations, to be subsequently completely separated from the aluminum sulphate. In fact, this separation is hardly total: it requires, most of the time, numerous successive operations to achieve an alumina sufficiently pure for metallurgical uses.
La présente invention vise à fournir un procédé pour faire précipiter un sulfate d'aluminium bien cristallisé susceptible de donner, lors de sa séparation des eaux mères, un gâteau contenant relativement peu d'eaux mères et facilement lavable. La titulaire a constaté que le sulfate de formule The present invention aims to provide a method for precipitating a well crystallized aluminum sulphate capable of giving, when it is separated from the mother liquors, a cake containing relatively few mother liquors and easily washable. The licensee found that the sulfate of the formula
A12(S04)3 • 0,5 H2SO4 • 11 à 12 H2O A12 (S04) 3 • 0.5 H2SO4 • 11 to 12 H2O
pouvait convenir à ce but. Sa précipitation nécessite des conditions bien définies qui, en particulier, évitent la précipitation d'autres sulfates d'aluminium. Les difficultés rencontrées pour éviter une telle précipitation simultanée non désirée d'autres sulfates d'aluminium sont grandes, car certains domaines de précipitation sont voisins, il existe des équilibres métastables et de nombreux états de sursaturation, et les vitesses de précipitation de chacun des divers sulfates possibles, surtout à partir de solutions sursaturées, sont différentes, ce qui contribue à la précipitation simultanée de plusieurs sulfates dont le mélange est difficilement filtrable et lavable. could be suitable for this purpose. Its precipitation requires well defined conditions which, in particular, avoid the precipitation of other aluminum sulphates. The difficulties encountered in avoiding such unwanted simultaneous precipitation of other aluminum sulphates are great, since certain areas of precipitation are close, there are metastable equilibria and numerous states of supersaturation, and the precipitation rates of each of the various possible sulfates, especially from supersaturated solutions, are different, which contributes to the simultaneous precipitation of several sulfates whose mixture is difficult to filter and washable.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on introduit ladite solution dans le premier d'au moins deux cristallisoirs à une température au moins égale à celle de ce premier cristallisoir, sa composition étant telle que, portée à la température dudit cristallisoir, elle se trouve en état de sursaturation et que le point figuratif de sa composition sur un diagramme portant en abscisses le pourcentage en H2SO4 libre et en ordonnées le pourcentage en AI2O3 se trouve à l'intérieur d'un triangle dont un sommet A est le point représentatif du sulfate précipité et dont les autres sommets B et C ont respectivement pour abscisses 39 et 56% et pour ordonnées 1 et 0,5%, en ce que l'on maintient ce premier cristallisoir à une température au plus égale à 80° C, en ce que l'on fait circuler la suspension d'un cristallisoir à l'autre, chaque cristallisoir étant maintenu à une température inférieure à celle du précédent, la température du dernier cristallisoir étant au moins égale à 15°C, et en ce que l'on sépare les cristaux de la solution. The method according to the invention is characterized in that said solution is introduced into the first of at least two crystallizers at a temperature at least equal to that of this first crystallizer, its composition being such that, brought to the temperature of said crystallizer, it is in a state of supersaturation and the figurative point of its composition on a diagram plotting on the abscissa the percentage in free H2SO4 and on the ordinate the percentage in AI2O3 is inside a triangle whose apex A is the representative point of the precipitated sulfate and the other vertices B and C of which have respectively 39 and 56% and the ordinate 1 and 0.5%, in that this first crystallizer is maintained at a temperature at most equal to 80 ° C, in that the suspension is circulated from one crystallizer to another, each crystallizer being maintained at a temperature lower than that of the previous one, the temperature of the last crystallizer being at least equal to 15 ° C , and in that the crystals are separated from the solution.
Il est à noter que les coordonnées des sommets B et C du triangle ABC qui vient d'être défini peuvent être légèrement modifiées par la présence dans la solution d'autres sulfates que le sulfate d'aluminium. It should be noted that the coordinates of the vertices B and C of the triangle ABC which has just been defined may be slightly modified by the presence in the solution of other sulfates than aluminum sulfate.
La composition de la solution à traiter peut être amenée à l'intérieur du domaine précédemment défini par tout moyen connu en soi tel que: évaporation, addition d'eau, addition d'acide sulfurique. The composition of the solution to be treated can be brought within the range previously defined by any means known per se such as: evaporation, addition of water, addition of sulfuric acid.
Il est avantageux de laver les cristaux séparés de la solution résiduelle. It is advantageous to wash the crystals separated from the residual solution.
Il a été dit que l'on recherche, dans chaque cristallisoir, l'obtention d'une concentration en sulfate d'aluminium en solution proche de l'équilibre statique à la température de ce cristallisoir. Par équilibre statique, on entend la concentration qui serait atteinte au bout d'un très long temps de séjour, et au-dessous de laquelle la cristallisation ne se poursuit pas. Du fait de la circulation de la suspension, il s'établit une composition des eaux mères que, selon l'invention, on maintient proche de l'équilibre statique, afin d'éviter la précipitation d'autres types de sulfates d'aluminium. Pour obtenir la proximité désirée, on joue sur le temps de séjour dans chaque cristallisoir et sur sa température. It has been said that one seeks, in each crystallizer, to obtain a concentration of aluminum sulphate in solution close to the static equilibrium at the temperature of this crystallizer. By static equilibrium is meant the concentration which would be reached after a very long residence time, and below which the crystallization does not continue. Due to the circulation of the suspension, a composition of the mother liquors is established which, according to the invention, is kept close to static equilibrium, in order to avoid precipitation of other types of aluminum sulphates. To obtain the desired proximity, one plays on the residence time in each crystallizer and on its temperature.
On utilise en général plusieurs cristallisoirs successifs dont les températures peuvent s'échelonner entre 80 et 15° C. Pour une même liqueur de départ, la quantité totale de sulfate d'aluminium cristallisée est d'autant plus importante que la température du dernier cristallisoir est plus basse. Cependant, on peut préférer ne pas descendre au-dessous de 30 à 40° C, pour éviter les inconvé5 In general, several successive crystallizers are used, the temperatures of which can range between 80 and 15 ° C. For the same starting liquor, the total amount of crystallized aluminum sulphate is all the more important as the temperature of the last crystallizer is lower. However, we may prefer not to go below 30 to 40 ° C, to avoid inconvenience5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
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65 65
3 3
619 430 619,430
nients des températures plus basses, en particulier ceux dus à l'augmentation de la viscosité de la phase liquide de la suspension, qui entraîne une augmentation de la proportion d'eaux mères dans le gâteau séparé lors de la filtration de la suspension finale. lower temperatures, in particular those due to the increase in the viscosity of the liquid phase of the suspension, which results in an increase in the proportion of mother liquors in the separated cake during filtration of the final suspension.
Le nombre et le volume des cristallisoirs sont choisis pour un débit donné en fonction de la vitesse de cristallisation du sulfate The number and the volume of the crystallizers are chosen for a given flow rate according to the speed of crystallization of the sulfate
A12(S04)3 • 0,5 H2SO4 • 11 à 12 H20 A12 (S04) 3 • 0.5 H2SO4 • 11 to 12 H20
à chaque température et du degré de proximité désiré à chaque température entre la concentration en sulfate d'aluminium de la phase liquide de la suspension présente dans un cristallisoir et la concentration correspondant à l'équilibre statique à la température de ce cristallisoir. On peut, pour cela, utiliser des cristallisoirs de volumes différents avec des écarts de température identiques entre les cristallisoirs successifs; le temps de séjour est alors différent de l'un à l'autre. Pour des raisons technologiques, il est en général préféré d'utiliser des cristallisoirs successifs de même volume; dans ces conditions, on obtient une meilleure productivité, pour un temps de séjour global donné, en choisissant des écarts de température voisins entre un cristallisoir et le cristallisoir suivant. La teneur en AI2O3 sous forme de sulfate d'aluminium pour chacune des phases liquides est, comme il a été dit, proche de celle qui correspond à l'équilibre statique dans les conditions où se trouve cette phase. Par exemple, entre 40 et 60° C, on préférera que la teneur en AI2O3 d'une phase liquide ne dépasse pas de plus de 0,7% la teneur qui correspond à l'équilibre statique; à 70° C, on préférera que cet écart ne dépasse pas 1,3%. at each temperature and the degree of proximity desired at each temperature between the concentration of aluminum sulphate of the liquid phase of the suspension present in a crystallizer and the concentration corresponding to the static equilibrium at the temperature of this crystallizer. For this, it is possible to use crystallizers of different volumes with identical temperature differences between the successive crystallizers; the residence time is then different from one to the other. For technological reasons, it is generally preferred to use successive crystallizers of the same volume; under these conditions, better productivity is obtained, for a given overall residence time, by choosing neighboring temperature differences between a crystallizer and the next crystallizer. The content of Al2O3 in the form of aluminum sulphate for each of the liquid phases is, as has been said, close to that which corresponds to the static equilibrium under the conditions in which this phase is found. For example, between 40 and 60 ° C, it will be preferred that the content of Al2O3 in a liquid phase does not exceed by more than 0.7% the content which corresponds to the static equilibrium; at 70 ° C, it is preferable that this difference does not exceed 1.3%.
Il peut être avantageux de recycler des cristaux, à titre d'amorces, principalement dans le premier cristallisoir; un tel recyclage ne présente en général pas d'intérêt pratique pour les cristallisoirs suivants qui reçoivent une suspension. It may be advantageous to recycle crystals, as primers, mainly in the first crystallizer; such recycling is generally not of practical interest for the following crystallizers which receive a suspension.
Les avantages d'opérer suivant les conditions qui viennent d'être définies apparaîtront sans ambiguïté, si l'on considère les figures jointes qui représentent à l'échelle indiquée les masses cristallines obtenues, dans le cas de la fig. 1, en faisant cristalliser par refroidissement, sans précautions particulières, une solution de sulfate d'aluminium dont la composition se trouvait à l'intérieur du triangle ABC défini ci-dessus, et, dans le cas de la fig. 2, en traitant selon le présent procédé une solution de sulfate d'aluminium de composition voisine de la précédente. Il est clair qu'on obtient, dans le cas de la fig. 1, un mélange de différentes espèces cristallines, très enchevêtré et difficilement filtrable, dans le cas de la fig. 2, des cristaux de même espèce, correctement formés et facilement filtrables. The advantages of operating according to the conditions which have just been defined will appear without ambiguity, if we consider the attached figures which represent, on the indicated scale, the crystalline masses obtained, in the case of FIG. 1, by crystallizing, by cooling, without special precautions, an aluminum sulphate solution whose composition was inside the triangle ABC defined above, and, in the case of FIG. 2, by treating according to the present process an aluminum sulphate solution of composition similar to the previous one. It is clear that in the case of FIG. 1, a mixture of different crystalline species, very entangled and difficult to filter, in the case of FIG. 2, crystals of the same species, correctly formed and easily filterable.
A titre d'exemple, on disposait d'une solution de composition : For example, we had a composition solution:
Sulfates de : Sulfates of:
Al (exprimé en AI2O3) 6,88% Al (expressed as AI2O3) 6.88%
Fe (exprimés en Fe203) 0,195% Fe (expressed as Fe203) 0.195%
5 Na (exprimé en Na2Û) 1,5% 5 Na (expressed as Na2O) 1.5%
Ti (exprimé en TÌO2) 0,113% Ti (expressed as TÌO2) 0.113%
K (exprimé en K20) 1 % K (expressed in K20) 1%
H2SO4 non combiné 29,7% H2SO4 not combined 29.7%
à la température de 120°C. at a temperature of 120 ° C.
La température de cette solution a été ramenée à 78° C par évaporation sous vide, entraînant le départ de 55 g d'eau pour 1000 g de solution initiale. Après cette concentration, ses teneurs en H2SO4 libre et AI2O3 lui donnaient, dans un diagramme H2SO4 libre/AI2O3, un point figuratif ayant comme abscisse 15 31,5% et comme ordonnée 7,2%. The temperature of this solution was brought back to 78 ° C. by evaporation under vacuum, resulting in the departure of 55 g of water per 1000 g of initial solution. After this concentration, its free H2SO4 and AI2O3 contents gave it, in a free H2SO4 / AI2O3 diagram, a figurative point having as abscissa 15 31.5% and as ordinate 7.2%.
On disposait, d'autre part, d'une série de quatre cristallisoirs de volume unitaire 3500 1 à double paroi, munis d'un dispositif d'agitation mécanique et disposés en cascade l'un par rapport à l'autre, le trop-plein de l'un s'écoulant dans le suivant. 20 La solution à 78° C était introduite à raison de 10561/h en continu dans le premier cristallisoir qui était maintenu à la température de 70° C. Il se formait une suspension d'Al2(S04)3 • 0,5 H2SO4 - 11 à 12 H20. On the other hand, there were a series of four crystallizers of unit volume 3500 1 with double wall, provided with a mechanical stirring device and arranged in cascade with respect to each other, the full of one flowing into the next. The solution at 78 ° C. was introduced at a rate of 10561 / h continuously into the first crystallizer which was maintained at the temperature of 70 ° C. A suspension of Al2 (S04) 3 • 0.5 H2SO4 was formed. 11 to 12 H20.
Après un temps moyen de séjour de 3 h, la suspension s'écoulait dans le second cristallisoir maintenu à la température de 60° C. La cristallisation se poursuivait avec un temps de séjour moyen de 3 h. Par débordement, la suspension s'écoulait dans le troisième cristallisoir dont la température était maintenue à 50° C. Le temps de séjour dans ce cristallisoir était de 3 h. Par débordement, la suspension s'écoulait dans un quatrième cristallisoir dont la température était maintenue à 40° C. A la sortie de ce dernier cristallisoir, la suspension était dirigée sur un filtre rotatif. On recueillait 760 kg/h d'un gâteau comprenant 145 kg/h d'eaux ^ mères et 615 kg/h de cristaux ayant la composition After an average residence time of 3 h, the suspension flowed into the second crystallizer maintained at the temperature of 60 ° C. The crystallization continued with an average residence time of 3 h. By overflowing, the suspension flowed into the third crystallizer whose temperature was maintained at 50 ° C. The residence time in this crystallizer was 3 h. By overflow, the suspension flowed into a fourth crystallizer, the temperature of which was maintained at 40 ° C. On leaving this latter crystallizer, the suspension was directed to a rotary filter. 760 kg / h of a cake were collected comprising 145 kg / h of mother liquors and 615 kg / h of crystals having the composition
A12(S04)3 • 0,5 H2S04 • 11,5 à 12,5 H20 A12 (S04) 3 • 0.5 H2S04 • 11.5 to 12.5 H20
que l'on a pu laver facilement. Ces cristaux, analogues à ceux de la fig. 2, avaient des teneurs très faibles en impuretés sous forme de sulfates de : that we could wash easily. These crystals, similar to those of FIG. 2, had very low levels of impurities in the form of sulfates of:
40 40
Fe (exprimés en Fe203) 0,0089% Fe (expressed as Fe203) 0.0089%
Na (exprimé en Na20) 0,2% Na (expressed as Na20) 0.2%
K (exprimé en K20) 0,1 % K (expressed in K20) 0.1%
Ti (exprimé en TÌO2) 0,07%. Ti (expressed as TÌO2) 0.07%.
R R
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CZ300676B6 (en) * | 2006-04-18 | 2009-07-15 | Výzkumný ústav anorganické chemie, a. s. | Method of removing potash alum when producing pickle alum solution |
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