-
Verfahren zum Extrahieren von Aluminiumoxyd aus aluminiumhaltigen
Erzen Die Erfindung bezieht sich auf die Gewinnung von Aluminiumoxyd aus bestimmten
Aluminiumerzarten und betrifft insbesondere ein verbessertes Verfahren. zum Extrahieren
von Aluminiumoxyd aus aluminiumhaltigen Erzen, die Gemische ausAluminiumoxydtrihydrat
(Gibbsit) und Aluminiumoxydmonohydrat (Boehmit) enthalten.
-
Das bisher bekannte Bayer-Verfahren zum Aufschließen von Aluminiumoxyderzen
mit Alkalilauge wurde hauptsächlich nach zwei Richtungen hin abgewandelt.
-
Im einen Fall wird das Aluminiumoxy dtrihydrat enthaltende Erz mit
einer mäßigen konzentrierten, etwa 150 g Na0H/1 enthaltenden alkalischen Aluminatlösung
bei 145 bis 150° C im Verlauf einer halben bis einer Stunde praktisch vollständig
extrahiert. Im anderen Fall, z. B. bei den europäischen Erzen, in denen das Aluminiumoxyd
hauptsächlich als Monohydrat enthalten ist, sind kräftigere Aufschlußbedingungen
erforderlich. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Calcinierung bei etwa 500'
C und anschließender Behandlung mit stark alkalischen Aluminatlaugen (250 bis 300
g NaOHIl) bei 175 bis 200° C im Verlauf von 3 bis 4 Stunden. Es sind zwar auch schon
weniger konzentrierte Lösungen (z. B. 110 g NaOH/l; 20 bis 25' Be) verwendet worden,
doch mußte dann unter hohem Druck und bei Temperaturen über 190' C gearbeitet werden.
Diese Arbeitsweise erforderte einen beträchtlichen technischen Aufwand und erlaubte
nur einen geringen Durchsatz an Aluminiumerzen.
-
Beim Versuch, eines der beiden Verfahren allein zur Gewinnung von
Aluminiumoxyden aus einem Erz heranzuziehen, das sowohl Aluminiumoxydmonohydrat
als auch -trihydrat enthält, traten erhebliche Schwierigkeiten auf, insbesondere
ergaben sich unwirtschaftliche Ausbeuten, die erst durch die Erfindung beseitigt
werden konnten.
-
Es wurde nämlich festgestellt, daß sich während der Auflösung des
rohen, sowohl Gibbsit als auch Boehmit enthaltenden Aluminiumoxyderzes in einer
alkalischen Aluminatlösung eine zunehmende Verminderung an verwertbarem Aluminiumoxyd
zeigt, wenn das Beschickungsverhältnis, das ist das berechnete Gewichtsverhältnis
von Aluminiumoxyd zu Alkali (A1203/NaOH) in der angereicherten Lösung, bezogen auf
die Beschickungsgeschwindigkeit des frischen Erzes, ansteigt. Diese Abnahme nimmt
mit der Erhöhung der Lösungstemperatur und der Lösungsdauer zu. Es wurde bereits
erkannt, daß dieser Verlust im wesentlichen auf einer Umwandlung des löslicheren
Trihydrates zu dem weniger löslichen Monohydrat beruht, welches sich dann auf dem
ungelösten Monohydrat absetzt. Dieses Phänomen wird im weiteren durch den Ausdruck
»Reversion« bezeichnet.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten
Verfahrens zum Extrahieren praktisch sämtlichen Aluminiumoxydtrihydrats und eines
Teils des Monohydrats aus Erzen, die Gemische von Aluminiumoxydtrihydrat und Aluminiumoxydmonohydrat
enthalten. Das Aluminiumoxyd soll dabei so extrahiert werden, daß man eine Rohlauge
mit hohem Aluminiumoxyd-Alkali-Verhältnis erhält, wobei die Reversion zu weniger
löslichem Aluminiumoxydmonohydrat und der dadurch bedingte Verlust an Aluminiumoxyd
ausgeschaltet wird.
-
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung
von Aluminiumoxyd aus Aluminiumerzen geringerer Güte zu ermöglichen, bei dem das
Erz einem optimalen Aluminiumoxyd-Alkali-Verhältnis und unter wirtschaftlich brauchbaren
Temperatur-Zeit-Bedingungen aufgeschlossen und dabei gleichzeitig eine wirksame
Siliciumabtrennung erreicht wird.
-
Es wurde nun festgestellt, daß die genannten Aufgaben gelöst werden
können, wenn man das Aluminiumoxyd vor dem Auflösen bis zu einem restlichen Glühverlust
von etwa 2 bis 5 °/o, bezogen auf das Erzgewicht, bei 400 bis 550' C calciniert
und dann diese teilweise calcinierten Erze mit kaustischer Aluminatlauge mit Alkalikonzentrationen
von nicht mehr als etwa 160 g, vorzugsweise 140 g NaOH je Liter bei 140 bis 170'
C, aufschließt, so daß das Gewichtsverhältnis von gelöstem Aluminiumoxyd zu Alkalihydroxyd
in der angereicherten Lauge mindestens 0,8, vorzugsweise 0,8 bis 0,85, beträgt.
Auf diese Weise kann bei geringem technischem Aufwand ein hoher Durchsatz an Aluminiumoxyderzen
erreicht werden.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann gewissermaßen als eine Kombination
bekannter Verfahrensschritte angesehen werden, wenn auch erwähnt werden muß, daß
die
Calcinierung bis zu einem restlichen Glühverlust von etwa 2 bis 5 0/a noch nicht
bekannt ist. Durch diese Calcinierung wird die Reversion des löslicheren, in der
AufschluBlauge in Form des gelösten A1,03 vorhandenen Gibbsits zu dem viel weniger
löslichen Boehmit gehemmt und die Durchführung des Verfahrens bei einem hohen Aluminiumoxyd-Alkali-Verhältnis
von mindestens 0,8 ermöglicht, so daß nur ein minimaler Verlust an löslichem Aluminiumoxyd
eintritt.
-
Bei hochwertigen Bauxiten, die im wesentlichen sämtliches verwertbares
Aluminiumoxyd in Form des Trihydrates enthalten, wird die Calcinierung vor dem AufschluB
im allgemeinen als unangebracht angesehen, anscheinend wegen der an sich damit verbundenen
Abnahme der Löslichkeit des Aluminiumoxyds. Es ist daher als überraschend zu bezeichnen,
daB die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendete Calcinierung auch bei hochwertigen
Gibbsit-Bauxiten eine Wirkung ausübt, die die Löslichkeit des Aluminiumoxyds in
der relativ schwachen Allkahlauge erhöht.
-
Der Calcinierungsgrad des aluminiumhaltigen Erzes gemäß der Erfindung
wird als Wert des restlichen Glühverlustes des calcinierten Materials ausgedrückt.
Der Ausdruck »restlicher Glühverlust,: wird definiert als die restliche Menge an
flüchtiger Substanz des ursprünglichen Materials, das nach der teilweisen Calcinierung
zurückbleibt und das man durch Ausglühen noch austreiben kann, wobei dann ein vollständig
calciniertes Material erhalten wird. Er wird in Gewichtsprozent, bezogen auf das
Gewicht des ursprünglichen Materials, angegeben. Eine Calcinierung bis auf weniger
als etwa 20/, Glühverlust des calcinierten Rückstandes soll vermieden werden, um
eine Abnahme der Löslichkeit des verwertbaren Aluminiumoxydtrihydrates in dem Erz
auf Grund einer Übercalcinierung des Erzes zu verhindern. Eine Untercalcinierung
soll ebenfalls vermieden werden, da die Kristallstruktur des Monohydrats dann nicht
ausreichend verändert wird, um die Reversion des Trihydrates zu verhindern.
-
Optimale Ergebnisse wurden mit calciniertem Material erhalten, das
einen restlichen Glühverlust von etwa 2,5 bis 40/, aufwies, wobei vorzugsweise eine
Temperatur von 425 bis 525' angewendet wird.
-
Die Art und Weise, mit der die Calcinierung durchgeführt wird, ist
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Bedeutung, damit eine einheitliche Calcinierung
praktisch sämtlicher Teilchen des Erzes gesichert ist. Der restliche Glühverlust
muß für sämtliche einzelnen Teilchen bezeichnend sein und soll nicht einen durchschnittlichen
Verlust aller Teilchen darstellen, von denen ein Teil überealciniert und der andere
Teil untercalciniert ist. Es wurde festgestellt, daB dieser einheitliche Calcinierungsgrad
dadurch erreicht werden kann, daß man einen Herdofen verwendet oder daß man die
Erhitzung im Wirbelbett durchführt. Dies stellt ein neues und besonders vorteilhaftes
Calcinierungsverfahren für Bauxit dar. Der feinzerteilte Bauxit wird hierbei im
Schwebezustand so stark und so lange erhitzt, bis der gewünschte Calcinierungsgrad
erreicht ist.
-
Der für die Calcinierung des Erzes vor der Auflösung geeignete Temperaturbereich
beträgt etwa 400 bis 550', vorzugsweise 450 bis 525'. Eine Veränderung des Monohydrats
tritt in diesem Bereich anscheinend sehr leicht ein, ohne daB eine ungünstige Einwirkung
auf die Trihydratlöslichkeit erfolgt. Die Erhitzungsdauer ändert sich natürlich
mit der gewählten Temperatur. Sie muB im Bereich der Minimaltemperatur von etwa
400' länger und bei der oberen Temperaturgrenze von etwa 550' kürzer gewählt werden.
Im allgemeinen beträgt die Verweildauer der Teilchen bei diesen Grenztemperaturen
ungefähr 1 Minute bis zu ungefähr 1 Stunde. Der Zeitfaktor hängt auch von der Geschwindigkeit
des Wärmeüberganges ab. Bei Verwendung einer Schnellcalcinierungsvorrichtung werden
nur einige Sekunden nötig sein, um den gewünschten einheitlichen Calcinierungsgrad
zu erzielen.
-
Nach dem Calcinieren des gemischten Gibbsit-Boehmit-Erzes bis zu einem
restlichen Glühverlust von etwa 2 bis 5 °/o, vorzugsweise etwa 2,5 bis
-10;,'" bei Temperaturen von etwa 400 bis 550', wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren das verwertbare Aluminiumoxyd unter Bedingungen, wie sie im wesentlichen
dem üblichen amerikanischen Bayer-Verfahren entsprechen, d. h. Aufschließen des
Erzes in einer kaustischen Aluminatlauge mit Alkalikonzentrationen von nicht mehr
als etwa 160 g Na O H je Liter bei Temperaturen von nicht über 170° und einem hohen
Beschickungsverhältnis in der Größenordnung von etwa 0,80 bis 0,85 extrahiert. Vorzugsweise
beträgt die Alkalikonzentration 140 g Na O H j e Liter und die Temperatur 140 bis
170' C.
-
Das Verfahren ist insbesondere bei solchen Aluminiumerzen anwendbar,
die einen Hauptanteil des gesamtverwertbaren Aluminiumoxyds in Form des Trihydrats
aufweisen, da Erze mit einem Hauptanteil an Monohydrataluminiumoxyd wahrscheinlich
vorteilhafter den europäischen AufschluBbedingungen unterworfen werden, damit das
Monohydrat- und das Trihydrataluminiumaxyd gleichzeitig extrahiert werden. Jeder
kleinere Anteil an Monohydrat kann in den Erzen vorhanden sein, die gemäß der vorliegenden
Erfindung behandelt werden, wobei die Ergebnisse je nach dem Monohydratgehalt etwas
verschieden sind. Auch Aluminiumerze, die nur einige Prozent des insgesamt verwertbaren
Aluminiumoxyds in Form des Monohydrats enthalten, sind leichter zu extrahieren,
wenn sie vor dem Auflösen erfindungsgemäß calciniert werden. Typische Erze, die
man vorteilhafterweise so verarbeiten kann, sind die westindischen Bauxite oder
Laterite, z. B. die Bauxite Jamaikas, bei denen etwe 70 bis über 95 °/o des verwertbaren
Aluminiumoxyds 'in Form des Trihydrats und der Rest als Monohydrat vorliegt.
-
Bei denjenigen Erzen, die einen Monohydratanteil enthalten, der ausreicht,
um eine nachfolgende getrennte Behandlung des Erzrestes zwecks Gewinnung des Monohydratrestgehalts
wirtschaftlich zu rechtfertigen, kann man die üblichen europäischen Bedingungen
anwenden. Eine bevorzugte Neuerung liegt jedoch darin, daB man das Aluminiumerz
nach der Calcinierung einem Zweistufenlösungsverfahren unterwirft, wobei das Trihydrat
und löslich gemachte Monohydrat zuerst extrahiert find das ungelöste Monohydrat
dann aus dem ROtschlArnmrückstand unter den Bedingungen des amerikanischen Bayer-Verfahrens
hinsichtlich Laugenkonzentration und Temperatur bei einem geringeren Beschickungsverhältnis
extrahiert wird. Das gereinigte Aluminiumoxyd wird dann aus den vereinigten mit
Aluminiumoxyd angereicherten Laugen der beiden AufschluBstufen erhalten.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Extrahierung von praktisch
sämtlichen Aluminiumoxyd aus dem Erz, das bei den optimalen Beschickungsverhältnissen
von Aluminiumoxyd zu Laugenkonzentration von etwa 0,80 bis 0,85 löslich ist. Die
obere Grenze von ungefähr 0,85 des Aluminiumoxyd-Alkali-Verhältnis5es in der angereicherten
Lauge stellt ein Maximum dar, das durch die Bedingungen bei der Abtrennung des @chläs
aus dem ErzaufschluB begrenzt wird, wenn die Flüesigkeit bei Atmosphärendruck geklärt
wird. Die Druckv6rminderung verursacht dabei eine wesentliche AbküHtnig infolge
Schnellverdampfung der den Rotschlamih enthaltenden Rohlauge. Dieses Aluminiumoxyd
=AlkäIi-Ver:
hältnis stellt den äußersten Grad der Übersättigung
des Aluminiumoxyds in der Natronlauge dar, der das Filtrieren der angereicherten
Flüssigkeit bei etwa 93 bis 99' C noch erlaubt, ohne daß eine Hydrolyse des Aluminates
und Ausfällung von Aluminiumoxyd auf den Filtern eintritt.
-
Es ist von Vorteil, daß die Calcinierung vor dem Aufschluß infolge
Hemmung der Reversion des Trihydrats einen Erzaufschluß bei Temperaturen ermöglicht,
die etwas höher liegen als die üblichen Lösungstemperaturen des amerikanischen Bayer-Verfahrens
von etwa 140 bis 150°. Man kann daher etwa bei 160 bis 170° arbeiten, so daß die
Extraktionsdauer verringert wird. Jedoch ergeben auch Temperaturen von etwa 145
bis 150° ausgezeichnete Ergebnisse.
-
Die Alkalikonzentration in der Aufschlußlauge kann von etwa 120 bis
zu etwa 160 g-Na0H/1 (etwa 160 bis 215 g;1, bezogen auf kaustifiziertes Nag
CO,)
betragen. Die bevorzugte Konzentration ist etwa 140 g N a O H 'l. Bei
der üblichen Durchführung des Verfahrens wird man die gebrauchte Flüssigkeit aus
der Aluminiumoxydfällung für den Aufschluß verwenden. Diese Lauge besitzt normalerweise
ein Aluminiumoxyd-Alkali-Verhältnis von etwa 0,35 bis nicht wesentlich mehr als
0,40.
-
Die Aufschlußdauer kann sehr verschieden sein, je nach den Faktoren,
wie dem betreffenden Erz, der Laugenkonzentration sowie der Temperatur bei der Auflösung.
Im allgemeinen beträgt die bevorzugte Aufschlußdauer etwa 20 bis 60 Minuten. Diese
Zeiten sichern eine entsprechende Abtrennung des Silicats von der Flüssigkeit bei
den herrschenden Temperaturen.
-
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß sich der Rotschlammrückstand
schneller absetzt, daß er beim Waschen durch die übliche Gegenstromdekantierung
gut ausflockt und in einem beträchtlich geringeren Maße als der Schlamm eines trocknen,
rohen Bauxitaufschlusses dispergiert. Infolgedessen wird ein Laugenfiltrat mit größerer
Klarheit erhalten.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren soll in folgenden Beispielen noch etwas
näher erläutert werden.
-
Beispiele 1. Es wurde ein Bauxit aus Jamaika folgender Zusammensetzung
verwendet Si02 ............................ 2,85010 Fez 03 . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 20,13 0/ 0 Tioz ............................ 1,67
0/,
Gibbsit-A1203 .................... 37,32 01/0 Boehmit A1203 ..................
7,11 0/0 Lösl. P205 ...................... 0,14 0!0 V20,5 ...........................
0,0920%o Cr203 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,135 0,10
Glühverlust . . .. . .. . .. . .. . . . .. . . . . 25,50 0/0 Der Bauxit wurde in
einen kalten Muffelofen eingebracht und 60 Minuten lang auf 450° erhitzt. 15 g des
calcinierten Bauxits wurden 30 Minuten lang bei 160° in 100 cm3 künstlicher Gebrauchslauge
mit einem Aluminium-Alkali-Verhältnis von 49,5I137,6 oder 0,358 aufgelöst. Die Abnahme
beim Glühen während der Calcinierung betrug 23,48 g je 100 g Bauxit. Der restliche
Glühverlust des calcinierten Materials betrug daher 2,810,10. Der Gehalt an löslichem
A1203 betrug 38,83 g und das Aluminiumoxyd-Alkali-Verhältnis der angereicherten
Lösung 0,799.
-
2. Die Ergebnisse weiterer Extraktionsversuche mit dem calcinierten
jamaika-Bauxit, welche die Änderung des löslichen Trihydrataluminiumoxyds bzw. das
Aluminium-Alkali-Verhältnis in der angereicherten Lauge je nach dem Calcinierungsgrad
zeigen, sind unten in der Tabelle enthalten. Die Werte sind in g je 100 g Bauxit
angegeben. Die Auflösungsbedingungen waren bezüglich Temperatur und Zeitdauer, d.
h. bei 160' und 30 Minuten, in sämtlichen Fällen gleich, jedoch waren die Beschikkungen
etwas voneinander verschieden. Die tatsächlichen Beschickungswerte für die in der
Tabelle gezeigten Versuche entsprachen folgenden Werten: Versuche Nr. 1 bis 4, Calcinierung
bei 500° 13,5 g in 100 ccm Lauge mit 51/132 g/1*) Versuche Nr. 5 bis 7, Calcinierung
bei 475° 13,5 g in 100 ccm Lauge mit 51/132 g/1 Versuche Nr. 8 bis 10, Calcinierung
bei 450° 15 g in 100 ccm Lauge mit 49,5/137,6 g/1 Versuch Nr. 11, Rohbauxit 23,8
g in 155 ccm Lauge mit 53,1/136 g/1 Versuch Nr. 12, Calcinierung bei 450° 23,8 g
in 155 ccm
Lauge mit 53,1/136 g/1 *) 51/132 g,!1 bedeutet eine künstliche
Gebrauchsaufschlußlauge mit 51 g A12 03 und 132 g -NaOH je Liter.
| Tabelle |
| Temperatur Ale 03/N a O H- |
| Dauer der Glühverlust bei Restlicher Verwertbares Gewicht |
| der Calcinierung * Verhältnis in |
| oC Calcinierung) der Calcinierung Glühverlust A1,0, der Lauge
des Rückstands |
| 1 500 0 22,1 4,4 I 38,28 0,798 39,01 |
| 2 500 10 23,6 2,66 38,10 0,789 38,44 |
| 3 500 20 23,83 2,36 37,60 0,795 38,55 |
| 4 500 30 23,92 2,25 37,48 0,788 39,39 |
| 5 475 10 22,25 4,35 38,31 0,803 38,12 |
| 6 475 30 23,28 3,06 38,64 0,800 37,23 |
| 7 475 60 23,61 2,65 38,28 0,798 37,52 |
| 8 450 10 19,06 8,14 37,68 0,789 38,89 |
| 9 450 30 22,79 3,69 38,35 0,797 37,34 |
| 10 450 60 23,48 2,81 38,83 0,799 37,0 |
| 11 Rohbauxit (unter entsprechenden 36,60 0,792 44,36 |
| Bedingungen aufgeschlossen) |
| 12 450 60 38,79 0,815 38,96 |
| *) In Minuten bei voller Temperatur. |
In sämtlichen Fällen, bei denen der Glühverlust des Rückstandes innerhalb des bevorzugten
Bereiches von 3,5 bis 41ag, betrug das verwertbare Aluminiumoxyd mehr als 38 g und
das Aluminium-Alkali-Verhältnis war
sehr nahe bei dem erwünschten
Wert von 0,80. Wenn bis zu einem Wert unter etwa 2,5 restlichem Glühverlust oder
nur bis zu Verlusten, die höher als 5 % waren, calciniert wurde, trat eine vergleichsweise
geringe Abnahme an löslichem Aluminiumoxyd auf. Bei dem Versuch 12 jedoch nahm das
verwertbare Trihydrataluminiumoxyd bei dem Calcinieren sehr wesentlich zu, bezogen
auf die in Versuch 11 gezeigten Werte, wie man sie beim Aufschluß des rohen Jamaika-Bauxits
erhält.