DE102012001945A1

DE102012001945A1 - Verfahren zur Verarbeitung aluminiumhaltiger Rohstoffe

Info

Publication number: DE102012001945A1
Application number: DE102012001945A
Authority: DE
Inventors: Marat Sultanov; Aziz Sultanov; Conrad Kunze; Li Chen; Bernd Kunze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08
Also published as: WO2013113848A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie und kann genutzt werden, um Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Pottasche aus Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit, Flugasche der Kohleverbrennung und anderen aluminiumhaltigen Rohstoffen wie Tonen, Andalusit, Anorthosit, Dawsonit zu gewinnen. Bei der Verarbeitung der aluminiumhaltigen Rohstoffe wird nach der Zerkleinerung eine wässrige Suspension hergestellt. Der wässrigen Suspension werden oberflächenaktive Stoffe zugesetzt. Die weitere Verarbeitung erfolgt mittels verschiedener mechanischer und chemischer Einwirkungen. Die bei der Verarbeitung aluminiumhaltiger Rohstoffe entstehenden Produkte werden durch mechanische Verfahren in Suspensionen von Aluminiumhydroxid und Siliciumdioxid getrennt. Das entstehende Aluminiumhydroxid wird von Verunreinigungen gereinigt und einer Filtration, Wäsche und Kalzinierung unterzogen. Die wässrige Lösung von Pottasche wird eingedampft und kristallisiert. Das entstehende Siliciumdioxid wird von restlichen Verunreinigungen gereinigt und getrocknet. Es entstehen keine roten oder weißen Schlämme. Es werden keine Laugen oder anorganischen Säuren verwendet. Die Prozesse werden unter normaler Temperatur und Druck durchgeführt.

Description

Die Erfindung ist auf die Herstellung von Aluminiumoxid aus aluminiumhaltigen Rohstoffen durch ein nasschemisches Verfahren gerichtet.
Es gibt zahlreiche Verfahren zur Verarbeitung aluminiumhaltiger Rohstoffe. Alle diese Verfahren beruhen auf der Nutzung von anorganischen Säuren oder Laugen oder Säuren und Laugen und erfordern hohe Temperaturen und erhöhten Druck. Praktisch genutzt wird jedoch fast ausschließlich das Bayer-Verfahren. In einem nasschemischen Laugeverfahren wird silikatarmes Bauxit als Rohstoff verwendet. Bei Einsatz anderer Rohstoffe betragen die Kosten bisher das 1,5–2,5 fache der Verarbeitungskosten. Im Bayerprozess wird aus dem gemahlenen aluminiumhaltigen Rohstoff eine Suspension hergestellt, der Natronlauge zugesetzt wird. Die Suspension wird bei Temperaturen zwischen 100 und 320°C und Drücken bis zu 35 bar mehrere Stunden verarbeitet. Als Nebenprodukt fällt Rotschlamm an.
In Abhängigkeit von der mineralogischen und chemischen Zusammensetzung des Bauxits wurde eine große Anzahl verschiedener Verfahrensmodifikationen vorgeschlagen.
Im Patent WO002003062147A1 vom 17.01.2003 ”SOLUBILISATION OF CARBONATES BY RECYCLING CONDENSATES ON DIGESTION UNDER PRESSURE OF MONOHYDRATE BAUXITES” wird beispielsweise zur Verarbeitung von Bauxiten mit einem Gehalt von mehr als 1,5% Calciumcarbonat vorgeschlagen, den gemahlenen Bauxit mit einer Lösung, die Aluminat und Natronlauge enthält zu verarbeiten. Die Verarbeitung erfordert eine große Anzahl in Reihe geschalteter Autoklaven. Nach der Verarbeitung unter Druck wird eine vielstufuge Separierung der Suspension durchgeführt, um Wasser und Calciumcarbonat abzutrennen.
Nachteile sind die hohen Energiekosten durch Verwendung von Autoklaven und der hohe Verbrauch von Natronlauge sowie die Bildung von Rotschlamm und anderen Abfällen.
Für die Verarbeitung von Nephelin wird ein modifiziertes Bayer-Verfahren genutzt. Das gemahlene Nephelin wird mit gemahlenem Kalkstein gemischt. Das Gemisch wird bei einer Temperatur von 1100–1300°C geröstet. Das geröstete Produkt wird in Wasser suspendiert und aus der Suspension in Autoklaven bei einer Temperatur von 130–250°C unter einem Druck von 3–12 Bar eine Lösung von Natriumaluminat hergestellt. Nach Entfernung des Siliciumdioxids aus der Lösung erfolgt die Behandlung mit Kohlendioxid. Auf diese Weise werden Aluminiumhydroxid, Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat gewonnen. Aluminiumhydroxid wird aus der Lösung filtriert und anschließend gewaschen. Die Lösung wird dann unter Gewinnung des enthaltenen Natriumcarbonats und Kaliumcarbonats konzentriert. In Abhängigkeit von der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung der Nepheline wurden verschiedene Modifikationen dieses Verfahrens vorgeschlagen.
Im Patent RU 2060941 C01 F7/38 vom 27.5.1996 „Methode der Verarbeitung aluminosilikatischer Rohmaterialien” wird für die Verarbeitung von Nephelin ein Verhältnis R₂O/Al₂O3 gleich 1 oder größer vorgeschlagen, wobei R₂O als Summe von Na₂O und K₂O zu verstehen ist, umgerechnet auf die Molmasse des Na₂O. Nephelin wird zerkleinert und gemischt mit Kalk und Schlamm, der bei der Abtrennung von Kieselsäure aus einer Lösung von Natriumaluminat erhalten wird. Das Verhältnis von CaO/SiO₂ in der Mischung beträgt 1,9–2,1. Nach thermischer Bearbeitung der erhaltenen Mischung wird eine wässrige Suspension hergestellt. Durch Behandlung im Autoklaven wird eine Natriumaluminat-Lösung aus dem Schlamm abgetrennt. Nach der Abtrennung von Siliciumdioxid aus der Natriumaluminat-Lösung erfolgt eine Behandlung mit Kohlendioxid zum Ausfaellen von Aluminiumhydroxid. In der Lösung verbleiben Natrium- und Kaliumcarbonat. Das Aluminiumhydroxid wird gewaschen und calciniert zur Gewinnung von Aluminiumoxid. Die Lösung von Natrium- und Kaliumcarbonat wird aufkonzentriert zur Gewinnung der beiden Komponenten calciniertes Soda und Pottasche.
Nachteile dieses Verfahrens sind der hohe Energie- und Wasserverbrauch. Das Verfahren ist unrentabel zur Gewinnung von Aluminiumoxid.
Die Verarbeitung von Kaolin erfolgt im Wesentlichen mit Schwefel-, Salpeter- oder Salzsäure. Das gemahlene Kaolin wird bei hohen Temperaturen von 150 bis 350°C mit den Säuren verarbeitet, im Fall von Salpeter- und Salzsäure unter erhöhtem Druck. Auf diese Weise bilden sich die entsprechenden Salze der Metalle, die im Kaolin enthalten sind, Siliciumdioxid und Kieselsäure. Wasserlösliche Salze werden von den abgesetzten Stoffen abgetrennt. Anschließend wird die Lösung von Verunreinigungen gereinigt. Die gelösten Salze hydrolysieren und bilden Aluminiumhydroxid. Nach Waschen, Trocknen und Kalzinieren wird Aluminiumoxid gewonnen. Von der Auswahl der Säuren bei der Verarbeitung von Kaolin hängen im konkreten Fall die ökonomischen Parameter ab.
Im Patent RU 2355639 vom 20.05.2009 C01 F7/74 «Method for Processing of Alkaline Aluminosilicate Raw Materials» wird Kaolin mit einem Gehalt von 20–27% Aluminiumoxid mit 95%iger Schwefelsäure bei einer Temperatur von 320–350°C 3 Stunden verarbeitet. Im Weiteren wird die dreifache Menge Wasser zugefügt und bei Temperaturen von 80–90°C das Sulfat extrahiert. Die erhaltene Filtratpulpe wird filtriert und bis zu einem spezifischen Gewicht von 1,45 g/cm³ eingedampft.
Nachteile des dargestellten Verfahrens sind der hohe Energieverbrauch bei der Säureverarbeitung des Kaolins und die hohe Korrosionsaktivität der 95%igen Schwefelsäure. Deshalb sind hochlegierter Stahl oder säurefeste Keramik als Material der Ausrüstungen erforderlich. Eine besondere Schwierigkeit stellt auch die Abtrennung der wasserlöslichen Schwermetallsalze aus der Lösung der Aluminiumsalze dar.
Deshalb haben die Säure-Verfahren zur Verarbeitung von Kaolin keine praktische Verwendung gefunden.
Für die Verarbeitung von Aluniten werden ebenfalls Verfahren mit Nutzung von anorganischen Säuren vorgeschlagen. Aluniterz wird gemahlen und vermischt mit verdünnten Säuren, thermisch bearbeitet, filtriert, aus der Lösung werden Verunreinigungen entfernt. Nach Konzentrierung der Lösung wird das Aluminiumsalz zu Aluminiumhydroxid hydrolysiert. Durch thermische Behandlung werden Aluminiumoxid und die eingesetzte Säure gewonnen.
Im Patent DE 10311277 A1 «Verfahren zur Gewinnung von Kaliumsulfat und Aluminiumoxid aus Alunit” wird vorgeschlagen, das gemahlene Aluniterz mehrere Stunden bei Temperaturen von 550–850°C thermisch zu behandeln und danach mitheißem Wasser zu suspendieren. Die Suspension wird mit Kalilauge behandelt, die in einem elektrolytischem Verfahren aus KCl hergestellt wird. Dadurch wird Aluminiumhydroxid ausgefällt und durch Eindampfen der Lösung Kaliumsulfat gewonnen. Der Suspensionsrückstand wird in einem sauren Verfahren mit Schwefelsäure in Aluminiumsulfat und Siliciumdioxid getrennt. Nachteile dieses Verfahrens sind der hohe Energieverbrauch, der Verbrauch von KCl in der Elektrolyse, die Korrosion der Ausrüstungen durch die aggressiven Reaktionsbedingungen der Säurebehandlung des Suspensionsrückstandes, aber auch die komplizierte Abtrennung von Verunreinigungen aus der Aluminiumsalzlösung.
Die vorgeschlagenen Verfahren zur Verarbeitung von Aluniten haben deshalb keine praktische Anwendung gefunden.
Für die Verarbeitung der Flugasche aus der Verbrennung von Stein- und Braunkohle wurden verschiedene Säure- und Laugenverfahren vorgeschlagen. Im Patent WO 2008/119212 vom 09.10.2008, C01B33/12, C01B33/32, C01F7/02, C04B7/26, C01B33/00, C01F7/00 «A Methode of Extracting Silica at First and then Extracting Alumina from Fly Ash» wird vorgeschlagen, die Flugasche mit einer 40%igen Natronlauge bei Temperaturen von 70–150°C zu verarbeiten. Dabei entsteht eine Lösung von Natriumsilikat. Das Natriumsilikat wird vom festen Rückstand abgetrennt, Kalziumoxid und Natriumhydroxid werden zugesetzt. Die erhaltene Mischung wird bei einer Temperatur von 950–1350°C geröstet. Durch Verarbeitung des erhaltenen Produktes in basischer Umgebung im Autoklaven erfolgt eine Umwandlung in gelöstes Natriumaluminat. Die Natriumaluminat-Lösung wird vom Schlamm abgetrennt und mit CO₂-Gas zu Aluminiumhydroxid und Soda verarbeitet. Das Aluminiumoxid wird abgetrennt und kalziniert.
Nachteile dieses Verfahrens sind der hohe Verbrauch von Natronlauge, hohe Temperaturen, Druck und hoher Wasserverbrauch.
Im Patent CN 101987735 vom 23.03.2001, B09B3/00, C01F7/02 „Method for extracting alumina from coal gasification fly ash at low temperature” wird Asche aus der Kohleverbrennung bei hoher Temperatur mit Schwefelsäure verarbeitet. Mittels Filtration wird der Schlamm von der Loesung abgetrennt. Das erhaltene Aluminiumsulfat hydrolysiert unter Bildung von Aluminiumhydroxid. Das Aluminiumhydroxid wird abgetrennt und kalziniert.
Nachteile des dargestellten Verfahrens sind der hohe Energieverbrauch, die hohe Korrosionsaktivität unter den Reaktionsbedingungen der Säureextraktion von Aluminiumhydroxid aus der Flugasche sowie die großen Schwierigkeiten der Abtrennung von Verunreinigungen aus der Aluminiumsalz-Lösung. Aus diesen Nachteilen resultieren die Probleme bei den Versuchen der praktischen Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens.
Einer technischen Lösung am nächsten kommt das Patent WO 2006/003470 vom 12.01.2006 C01F7/06 «Precipitation of Silica in a Bayer Process» Nach diesem Verfahren wird aus gemahlenem Bauxit mit einem hohen Gehalt an Kaolin eine Suspension in einem basischen Medium zubereitet. Die erhaltene Suspension wird mittels Ultraschall-Schwingungen einer Kapazität von 3 W/cm² und 25–150 W/dm³ bei Temperaturen von 35–75°C im Verlaufe von 0,5 bis 3 Stunden bearbeitet. Dadurch geht Siliciumdioxid teilweise in Lösung und es entsteht Natriumsilikat. Die feste Phase wird von der Natriumsilikatlösung abgetrennt, gewaschen und mit dem Bayer-Prozess zu Aluminiumhydroxid verarbeitet. In Autoklaven wird mit Natronlauge eine Natriumaluminatlösung hergestellt, der entstandene Schlamm abgetrennt und Aluminiumhydroxid gewonnen, welches kalziniert wird.
Nachteile des dargestellten Verfahrens sind der hohe Verbrauch von Elektroenergie bei der Ultraschallbearbeitung – für die Bearbeitung von 1 m3 sind 25–150 KW erforderlich –, der hohe Verbrauch von Natronlauge und Wasser. Unter Berücksichtigung des niedrigen Effektivitätskoeffizienten der Ultraschallgeneratoren beträgt der tatsächliche Verbrauch von Elektroenergie das 3–10fache.
Außerdem können einige aluminiumhaltige Rohstoffe wie Alunit mit diesem Verfahren nicht verarbeitet werden, weil sich an der Oberfläche der Alunitpartikel ein Kieselsäure-Film bildet, welcher die Abtrennung des Aluminiumhydroxids behindert.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gewinnung von einem Hydroxid aus einem aluminiumhaltigen Rohstoff bereitzustellen, bei dem keine anorganischen Säuren und/oder Laugen verwendet werden müssen, wobei es nicht erforderlich ist, hohe Temperaturen und/oder hohen Druck anzuwenden, wobei möglichst viele aluminiumhaltige Rohstoffe verarbeitet werden können und möglichst keine Umweltbelastung eintritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Gewinnung von Aluminiumoxid aus einem aluminiumhaltigen Rohstoff, der Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid umfasst, das im Kristallverband mit Siliciumoxid/Siliciumhydroxid und/oder anderen anorganischen Verbindungen vorliegt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) fakultativ Mahlen und/oder Sieben des aluminiumhaltigen Rohstoffs;
b) Herstellen einer wäßrigen Suspension des aluminiumhaltigen Rohstoffs;
c) fakultativ Abtrennung von Aluminosilikaten und/oder Metalloxiden durch Flotation der Suspension;
d) fakultativ Abtrennung von diamagnetischen und/oder ferromagnetischen Beimischungen durch Inkontaktbringen der Suspension mit einem Elektromagneten;
e) fakultativ Beimischen eines chemischen Aktivators in Form einer Aminoverbindung, insbesondere in Form eines basischen Skleroprotein-Hydrolysats zu der Suspension;
f) Bearbeitung der Suspension durch einen Schritt der Energieeinwirkung in Form von einem oder mehreren der folgenden Schritte: – Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Luft, – Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Dampf, – Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Schwingungen eines Vibrators, – Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Ultraschall, wobei die Bearbeitung der Suspension durch einen Schritt der Energieeinwirkung fakultativ in Anwesenheit einer oberflächenaktiven Substanz erfolgt;
g) fakultativ Abtrennen von Bestandteilen, die nach dem Schritt der Energieeinwirkung sedimentieren, insbesondere von Siliciumdioxid, durch ein Gravitationsverfahren;
h) Agglomeration des in der Suspension vorliegenden Aluminiumoxids/Aluminiumhydroxids durch Behandlung mit einem Membran-Elektrolysegerät.

Unter dem Begriff aluminiumhaltiger Rohstoff, der Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid umfasst, das im Kristallverband mit Siliciumoxid/Siliciumhydroxid und/oder anderen anorganischen Verbindungen vorliegt, soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein aluminiumhaltiger Rohstoff verstanden werden, der Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid enthält, das chemisch so an andere anorganische Verbindungen gebunden vorliegt, dass zunächst der Kristallverband aufgelöst werden muss, um das Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid freizusetzen. Ein Beispiel für einen solchen aluminiumhaltigen Rohstoff ist das Kaolin (bzw. dessen reine Form Kaolinit), dessen strukturelle Baueinheiten zweidimensional-unendliche Netzwerke aus SiO₄-Tetraeder (Tetraederschicht) und Al(O, OH)-Oktaeder (Oktaederschicht) sind, die zu einer polar gebauten Einheit zusammen gelagert werden. In vielen aluminiumhaltigen Rohstoffen liegt Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid in einer solchen chemisch gebundenen Form vor, so dass die Kristallstruktur/Mineralstruktur zunächst aufgelöst werden muss, um das Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid von den anderen Substanzen abtrennen zu können.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren gelingt dies nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne den Einsatz von anorganischen Basen und/oder Säuren und ohne den Einsatz hoher Temperaturen und/oder hoher Drücke.
Ein Kernschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei die Bearbeitung der Suspension des aluminiumhaltigen Rohstoffes mit einem Schritt der Energieeinwirkung in Form der Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Luft, der Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Dampf, der Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Schwingungen eines Vibrators und/oder der Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Ultraschall, wobei diese Bearbeitung der Suspension durch einen Schritt der Energieeinwirkung vorzugsweise in Anwesenheit einer oberflächenaktiven Substanz, erfolgt. Durch diesen Schritt erfolgt die Auflösung der Kristallstruktur/Mineralstruktur des aluminiumhaltigen Rohstoffes, so dass das Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid im späteren Verfahren abgetrennt werden kann.
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, gehen die Erfinder davon aus, dass die physikalische/chemische Grundlage für die Desintegration der Kristallstruktur/Mineralstruktur durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf dem Rehbinder-Effekt beruht. Als Rehbindereffekt bezeichnet man die auftretende Änderung der Härte und Duktilität eines Feststoffes an der Grenzfläche zu einer Flüssigkeit, insbesondere in Anwesenheit von oberflächenaktiven Substanzen. So kann beispielsweise die plastische Verformung vieler Metalle durch Stoffe beeinflusst werden, die auf die Oberfläche des Metalls einwirken. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung vermuten, dass durch die Suspension des aluminiumhaltigen Rohstoffes, vorzugsweise in Gegenwart von oberflächenaktiven Substanzen, in Kombination mit der Energieeinwirkung in Form des Einblasens von Luft, des Einblasens von Dampf, des Einwirkens von Schwingungen eines Vibrators und/oder des Einwirkens von Ultraschall eine Änderung des Kristallgefüges/Mineralgefüges herbeiführt wird. Durch diese Änderung des Kristallgefüges/Mineralgefüges wird eine Trennung des Aluminiumoxids/Aluminiumhydroxids von den übrigen Bestandteilen möglich. Dass diese Aufspaltung des Kristallgefüges/Mineralgefüges durch diese Kombination von Maßnahmen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt, ist für den Fachmann völlig überraschend.
Ein typischer Verfahrensablauf wird im Folgenden beispielhaft skizziert:

1. Mahlen der aluminiumhaltigen Rohstoffe bis zu einer Partikelgrösse von 20–70 mikron und anschließende mechanische Aktivierung mit Planeten- oder Vibrationsmühlen oder ohne mechanische Aktivierung
2. Herstellung einer wässrigen Suspension mit einer Konzentration von 100–300 g/l
3. Abtrennung von Eisenoxiden aus der Suspension mittels Flotation oder elektromagnetischer Verfahren
4. Vermischen der Suspension mit chemischen Aktivatoren (Aminoverbindungen wie Skleroproteine) in einer Konzentration von 0,2–5,0 g/l oder ohne diesen Verfahrensschritt durch mechanische Aktivierung
5. Mischung der Suspension mit oberflächenaktiven Stoffen bei einem Einsatz von 0,2–5 g/l.
6. Bearbeitung des Gemisches durch verschiedene mechanische Einwirkungen mittels mechanischer Vibratoren mit einer Leistung von 150–500 W/m³, oder Luft- oder Dampf-Vibratoren oder Ultraschallgeneratoren mit einer Leistung von 4000–5000 W/m³ im Verlauf von 20–180 min.
7. Separierung von Aluminiumhydroxid und Siliciumdioxid aus der Suspension durch Gravitationsverfahren.
8. Abschließende Reinigung der Aluminiumhydroxid-Suspension von restlichem Siliciumdioxid mit Hilfe von Aminen in einer Konzentration von 2–3 g/l und Kalziumchlorid in äquivalenter Menge zum enthaltenen Siliciumdioxid unter Bildung von Kalziumsilikat.
9. Elektrochemische Agglomeration des Aluminiumhydroxids bei einer Spannung von 3–6 V bei gleichzeitiger Abtrennung von Metallverunreinigungen
10. Abtrennung des Aluminiumhydroxids mittels Filtration und abschließende Wäsche.
11. Kalzinierung des Aluminiumhydroxids bei 1100°C.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein aluminiumhaltiger Rohstoff eingesetzt, ausgewählt aus einem oder mehreren aus Flugasche, Kaolin, Bauxit, Nephelin, Alunit, Dawsonit, Bentonit, Andalusit und Kyanit. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Mahlen und/oder Sieben in Schritt a) zu einer Partikelgröße von etwa 20 bis 70 Micron. Eine solche Partikelgröße hat sich als besonders günstig erwiesen, um in den nachfolgenden Verfahrensschritten optimale Ergebnisse zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Herstellung der wäßrigen Suspension in Schritt b) unter Zugabe einer ungesättigten Fettsäure, bevorzugt Ölsäure, in einer Menge von etwa 100 bis 500 mg pro Liter Wasser, dass etwa 100 g bis 300 g des aluminiumhaltigen Rohstoffs pro Liter Wasser suspendiert werden.
Die Fettsäure, insbesondere in Form von Ölsäure, wirkt dabei als oberflächenaktive Substanz. Die angegebenen Mengen für in Wasser suspendierten aluminiumhaltigen Rohstoff sowie die zugesetzte Fettsäure haben sich als besonders günstig erwiesen, um eine Suspension mit idealen Eigenschaften für die weitere Verarbeitung zu erhalten.
Vorzugsweise erfolgt die Flotation in Schritt c) durch Behandlung in einem üblichen Flotator wobei anschließend Aluminosilikate und/oder Metalloxide in Form des entstandenen Schaums abgetrennt werden. Durch diesen Schritt können also bereits in einer frühen Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens Aluminiumsilikate und/oder Metalloxide abgetrennt werden.
Vorzugsweise erfolgt die Abtrennung von diamagnetischen und/oder ferromagnetischen Beimischungen in Schritt d) durch Inkontaktbringen der Suspension mit einem Elektromagneten. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Behandlung im Flotator, bei der die Suspension an einem Elektromagneten vorbeigeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Suspension vor dem Schritt der Bearbeitung durch einen Schritt der Energieeinwirkung ein chemischer Aktivator in Form einer Aminoverbindung beigemischt. Dieser Schritt der chemischen Aktivierung verstärkt den Effekt der Aufspaltung der Kristallstruktur/Mineralstruktur im nachfolgenden Schritt der Energieeinwirkung (Schritt f)). Vorzugsweise erfolgt das Beimischen eines chemischen Aktivators in Schitt e) so, dass pro Liter der Suspension 0,2 g bis 5 g einer Aminovervindung, bevorzugt basisches Skleroprotein-Hydrolysat beigemischt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Bearbeitung der Suspension durch Energieeinwirkung in Schritt f) in Form von einem oder mehreren der folgenden Schritte:

– Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Luft in einem Rohrflotator für etwa 20 bis 180 Minuten
– Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Dampf in einem Rohrflotator für etwa 20 bis 180 Minuten
– Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Schwingungen eines Vibrators in einem Rohrflotator für etwa 5 bis 30 Minuten
– Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Ultraschall in einem Rohrflotator für etwa 5 bis 30 Minuten.

Es hat sich gezeigt, dass durch diesen Schritt der Energieeinwirkung eine wirksame Aufspaltung der Kristallstruktur/Mineralstruktur erfolgt, die ein anschließendes Abtrennen von Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid erlaubt.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Bearbeitung der Suspension durch Energieeinwirkung in Schritt f) in Anwesenheit einer oberflächenaktiven Substanz erfolgt. Besonders bevorzugt ist es, dass die oberflächenaktive Substanz ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehen aus nichtionischen oberflächenaktiven Substanzen, z. B. Ethoxy-Polyoxylate der 7. Polimerisationsstufe, anionischen oberflächenaktiven Substanzen auf der Grundlage gesättigter Fettsäuren, aromatischer Säuren, mehrwertiger organischer Säuren und Schwefelverbindungen, z. B. Natriumlaurylsulfat, Natriumseifen; amphoteren oberflächenaktiven Substanzen z. B. Tyrosin, Skleroproteine; polymeren anionischen oberflächenaktiven Substanzen, z. B. Carboxymethylcellulose, basisches Polyacrylonitril-Hydrolysat.
Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Bearbeitung der Suspension durch Energieeinwirkung in Schritt f) in Anwesenheit von Salzen ungesättigter Fettsäuren, insbesondere in einer Menge von etwa 0,1 bis 5 g pro Liter der Suspension, erfolgt.
Durch den Schritt der Energieeinwirkung wird der Kristallverband/Mineralverband des aluminiumhaltigen Rohstoffs aufgelöst, so dass in den anschließenden Schritten das freigesetzte Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid von den anderen Bestandteilen abgetrennt werden kann. Vorzugsweise erfolgt das Abtrennen von Bestandteilen, die nach dem Schritt der Energieeinwirkung sedimentieren, insbesondere von Siliciumdioxid, in Schritt f) so, dass die Suspension für etwa 10 bis 15 Stunden in einem Absetzbecken stehen gelassen wird und anschließend vom entstandenen Bodensatz dekantiert wird.
Das in der Suspension vorliegende freigesetzte Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid wird vorzugsweise noch einem Schritt der Agglomeration unterworfen, damit es von der flüssigen Phase abgetrennt werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Agglomeration des des in der Suspension vorliegenden Aluminiumoxids/Aluminiumhydroxids in Schritt h) durch Behandlung mit einem Membran-Elektrolysegerät für etwa 1 bis 5 Minuten bei etwa 3 bis 6 Volt und etwa 200 bis 1.000 Ampere/m².
Es hat sich gezeigt, dass eine noch effizientere Aufspaltung der Kristallstruktur/Mineralstruktur des aluminiumhaltigen Kohlenstoffes ermöglicht wird, wenn der aluminiumhaltige Rohstoff vor dem Herstellen einer wässrigen Suspension des aluminiumhaltigen Rohstoffs in Schritt b) einer zusätzlichen mechanische Aktivierung des aluminiumhaltigen Rohstoffs durch Vermahlen in einer Planetenmühle oder Vibrationsmuehle unterworfen wird.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid wird vorzugsweise nach dem Schritt der Agglomeration dadurch weiter verarbeitet, dass das agglomerierte Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid in Schritt h) bei etwa 1.000 bis 1.300°C kalziniert wird.
Bei aluminiumhaltigen Rohstoffen, die signifikante Mengen an Sulfaten enthalten, wie beispielsweise Kaliumsulfat im Falle des Alunit, ist es bevorzugt, einen weiteren Schritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzusehen, bei dem die Sulfate entfernt werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, solche aluminiumhaltigen Rohstoffe mit Kalziumcarbonat zu behandeln, um das Sulfat abtrennen zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt in der Regel keine erhöhten Temperaturen. Somit wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise bei Raumtemperatur durchgeführt, wobei der fakultative Schritt des Kalzinierens selbstverständlich bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird. Wenn als aluminiumhaltiger Rohstoff ein Minerahl der Dawsonit-Gruppe eingesetzt wird, ist es jedoch bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Temperatur von etwa 50°C bis 60°C durchgeführt wird.
Wenn als aluminiumhaltiger Rohstoff ein Minerahl der Nephelin-Gruppe eingesetzt wird, ist es bevorzugt, als weiteren Schritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Behandlung mit CO₂-Gas vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden anhand von Beispielen noch weiter erläutert werden:
Beispiel A)
Im Folgenden wird als Musterbeispiel die Bearbeitung von Kaolin beschrieben:
Zusammensetzung des verwendeten Musters Kaolin:

Kaolinit – 75% (39% Aluminiumoxid, 46% Siliciumdioxid, 15% Kristallwasser), Aluminosilikate, Tone – 22,8%, davon Aluminiumoxid – 11%
Metalloxide – 2,8%
Wasser (Restfeuchte) – 10%

1.–2. Das Muster von 1500 g Kaolin wurde mit 15 g Natriumcarbonat gemahlen und mit einem 60 mikron Sieb abgesiebt. Anschließend wurden 5 l einer wässrigen Suspension mit einer Konzentration von 300 g/l hergestellt.
3. Nach Zugabe von 0,45 g Ölsäure wurde die Suspension für 20 min einem Flotationsprozeß unterzogen. Dabei wurden im Schaum 110 g Feststoff (Metalloxide, diverse Aluminosilikate) abgetrennt. Nach der Behandlung im Flotator wurde die Suspension an einem Elektromagneten mit einer Feldstärke von 90 KA/m vorbeigeführt. Dabei wurden 1,3 g Feststoff abgetrennt.
4.–6. Nach Abtrennung der diamagnetischen und ferromagnetischen Beimischungen wurden die Suspension und 50 ml 20%iges basisches Skleroprotein-Hydrolysat einem Rohrflotator zugeführt und 120 min mit Luft bearbeitet. Nach Zugabe von 15 g Natriumoleat wurde die Bearbeitung 100 min fortgesetzt. Der Verarbeitungsprozess wurde bei Zimmertemperatur durchgeführt.
7. Nach einer Standzeit von 12 Stunden wurde die milchige Suspension vom Bodensatz dekantiert und der Bodensatz getrocknet und analysiert. Der Bodensatz in einer Menge von 659 g enthielt 96,4% Siliciumdioxid und 1,8% Aluminiumoxid.
8. Die milchige Suspension wurde nach Hinzufügen von 10 g Monoethanolamin auf 60°C erhitzt. Nach einer Standzeit von 1 Stunde bei 60°C wurden 30 g Calciumchlorid zugesetzt, Nach einer weiteren Standzeit von 12 Stunden bei Zimmertemperatur wurde der Bodensatz (20 g Calciumsilicat) von der Suspension getrennt.
9. Die weitere Verarbeitung der Suspension erfolgte in einem Membran-Elektrolysegerät. Die Suspension befand sich im Anodenraum des Elektrolysegerätes. Die Bearbeitung erfolgte 5 min mit 4 Volt und 3 Ampere. In diesem Prozess erfolgten die Reinigung und Agglomeration des Aluminiumhydroxides und die Abscheidung der anfangs zugesetzten Ölsäure.
10–11. Nach einer Standzeit von 2 Stunden wurde die Lösung vom abgesetzten Aluminiumhydroxid getrennt. Das Aluminiumhydroxid wurde zweimal mit Leitungswasser gewaschen, bei 130°C zwei Stunden getrocknet und eine Stunde bei 1100°C kalziniert.

Die Ausbeute an Aluminiumoxid betrug 397,4 g, d. h. 92% des insgesamt enthaltenen Aluminiumoxides wurden extrahiert.
In obiger Weise können auch andere aluminiumhaltige Rohstoffe verarbeitet werden, insbesondere Flugasche, Bauxit, Nephelin, Alunit, Dawsonit, Bentonit, Andalusit und Kyanit. Im Falle der Verwendung von aluminiumhaltigen Rohstoffen, die Sulfat enthalten, erfolgt ein zusätzlicher Schritt der Behandlung mit Kalziumcarbonat, um das Sulfat zu entfernen. Im Falle der Verwendung von Nephelinen erfolgt ein zusätzlicher Schritt der Behandlung mit CO₂-Gas.
Das Vermahlen und die mechanische Aktivierung der aluminiumhaltigen Rohstoffe wurde mit handelsüblichen Mühlen und Sieben durchgeführt. Zur Herstellung der Suspension sind Gefäße mit Mischer und Vorrichtungen zum Lösen von Chemikalien erforderlich. Die molekulare Desintegration der aluminiumhaltigen Rohstoffe wurde mit einer Versuchsanlage ähnlich einem Rohrflotator durchgeführt. Für die mechanische Vibration wurden Excenter-Vibratoren verwendet, für die pneumatische Vibration Membran-Kompressoren. Die Dampf-Vibration wurde mit Hilfe von Dampfgeneratoren durchgeführt.. Zur Ultraschallbehandlung wurden Piezoelemente und Generatoren verwendet. Die Abtrennung der Produkte nach Durchführung der molekularen Desintegration erfolgte mittels Absetzbecken und Separatoren. Die abschließende Entfernung von Siliciumdioxid erfolgte bei Temperaturen von 50–60°C durch gravitative Trennung.
Die Agglomeration des Aluminiumhydroxids wurde in Membran-Elektrolysegeräten im Anodenraum und anschließender Abtrennung und Wäsche des abgesetzten Aluminiumhydroxids durchgeführt. Das abgesetzte Aluminiumhydroxid wurde bei 130°C im Trockenschrank getrocknet. Die Kalzinierung wurde im Muffelofen bei einer Temperatur von 1100°C durchgeführt. Die chemischen Analysen erfolgten mit Standardmethoden.
Folgende aluminosilikatischen Rohstoffe wurden verwendet:

– Bauxit, Vorkommen Bakonyer, Ungarn, 53% Aluminiumoxid
– Nephelin, Vorkommen Gorjatschegorsk, Russland, 29% Aluminiumoxid
– Alunit, Vorkommen Guschsaisk, Usbekistan, 22% Aluminiumoxid
– Kaolin, Vorkommen Angren, Usbekistan, 32% Aluminiumoxid
– Flugasche aus der Verbrennung von Braunkohle, Vorkommen und Kraftwerk Angren, Usbekistan, 15% Aluminiumoxid

Die Resultate der Versuche zur Extraktion von Aluminiumhydroxid unter Nutzung der o. g. Reagenzien und ihrer Mischungen sind in nachfolgenden Beispielen und Tabellen dargestellt.
Beispiel 1.
Ein Muster von 1500 g Bauxit wurde mit 15 g Natriumcarbonat gemahlen und mit einem 60 mikron Sieb abgesiebt.. Anschließend wurde eine wässrige Suspension mit einer Konzentration von 300 g/l hergestellt. Der Suspension wurde Ölsäure im Verhältnis 300 g/t zugesetzt. Nach der Behandlung im Flotator wurde die Suspension an einem Elektromagneten mit einer Feldstärke von 90 KA/M vorbeigeführt. Nach Abtrennung der dimagnetischen und ferromagnetischen Beimischungen wurde die Suspension und oberflächenaktive Stoffe einem Rohrflotator zugefügt und mit Luft verarbeitet. Die Konzentration der oberflächenaktiven Stoffe betrug 3 g/l Die Verarbeitung erfolgte 20 bis 180 min bei Zimmertemperatur. Die Ergebnisse der Versuche zur Abtrennung von Aluminiumhydroxid (Alumina) aus Bauxit sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 2
Analog Beispiel 1, aber Verwendung von Nephelin an Stelle von Bauxit. Die Ergebnisse der Versuche zur Abtrennung von Alumina aus Nephelin sind in Tabelle 2 dargestellt.
Beispiel 3
Analog Beispiel 1, aber Verwendung von Alunit an Stelle von Bauxit. Die Ergebnisse der Versuche zur Abtrennung von Alumina aus Alunit sind in Tabelle 3 dargestellt.
Beispiel 4
Analog Beispiel 1, aber Verwendung von Kaolin an Stelle von Bauxit. Die Ergebnisse der Versuche zur Abtrennung von Alumina aus Kaolin sind in Tabelle 4 dargestellt.
Beispiel 5
Analog Beispiel 1, aber Verwendung von Braunkohlenflugasche an Stelle von Bauxit. Die Ergebnisse der Versuche zur Abtrennung von Alumina aus Braunkohlenflugasche sind in Tabelle 5 dargestellt.
Beispiel 6
Analog Beispiel 1, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension mit Dampf eines Dampfgenerators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 6 dargestellt.
Beispiel 7
Analog Beispiel 2, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension mit Dampf eines Dampfgenerators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 7 dargestellt.
Beispiel 8
Analog Beispiel 3, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension mit Dampf eines Dampfgenerators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 8 dargestellt.
Beispiel 9
Analog Beispiel 4, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension mit Dampf eines Dampfgenerators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 9 dargestellt.
Beispiel 10
Analog Beispiel 5, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension mit Dampf eines Dampfgenerators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 10 dargestellt.
Beispiel 11
Analog Beispiel 1, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Schwingungen eines Vibrators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 11 dargestellt.
Beispiel 12
Analog Beispiel 2, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Schwingungen eines Vibrators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 12 dargestellt.
Beispiel 13
Analog Beispiel 3, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Schwingungen eines Vibrators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 13 dargestellt.
Beispiel 14
Analog Beispiel 4, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Schwingungen eines Vibrators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 14 dargestellt.
Beispiel 15
Analog Beispiel 5, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Schwingungen eines Vibrators bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 15 dargestellt.
Beispiel 16
Analog Beispiel 1, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Ultraschall bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 16 dargestellt.
Beispiel 17
Analog Beispiel 2, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Ultraschall bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 17 dargestellt.
Beispiel 18
Analog Beispiel 3, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Ultraschall bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 18 dargestellt.
Beispiel 19
Analog Beispiel 4, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Ultraschall bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 19 dargestellt.
Beispiel 20
Analog Beispiel 5, aber an Stelle von Luft wurde die Suspension 5–30 min mit Ultraschall bearbeitet. Die Resultate der Versuche sind in Tabelle 20 dargestellt.
Beispiel 21
Ein Muster von 1500 g Bauxit wurde mit 15 g Natriumcarbonat gemahlen und mit einem 60 mikron Sieb abgesiebt. Anschließend wurde eine wässrige Suspension mit einer Konzentration von 300 g/l hergestellt. Der Suspension wurde Ölsäure im Verhältnis 300 g/t zugesetzt. Nach der Behandlung im Flotator wurde die Suspension an einem Elektromagneten mit einer Feldstärke von 90 KA/M vorbeigeführt. Nach Abtrennung der dimagnetischen und ferromagnetischen Beimischungen wurde die Suspension und oberflächenaktive Stoffe einem Rohrflotator zugefügt und 120 min mit Luft bearbeitet. Die Konzentration der oberflächenaktiven Stoffe betrug 0,1–5 g/l. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 22
Muster von je 1500 g Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit und Flugasche wurden mit je 15 g Natriumcarbonat gemahlen und mit einem 60 mikron Sieb abgesiebt. Dann wurden die Mischungen in einer Planetenmühle vermahlen. Anschließend wurde eine wässrige Suspension mit einer Konzentration von 300 g/l hergestellt. Der Suspension wurde Ölsäure im Verhältnis 300 g/t zugesetzt. Nach der Behandlung im Flotator wurde die Suspension an einem Elektromagneten mit einer Feldstärke von 90 KA/M vorbeigeführt. Nach Abtrennung der dimagnetischen und ferromagnetischen Beimischungen wurden die Suspension und oberflächenaktive Stoffe einem Rohrflotator zugefuegt und 120 min mit Luft bearbeitet. Die Konzentration der oberflächenaktiven Stoffe betrug 3 g/l. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 22 dargestellt.
Beispiel 23
Muster von je 1500 g Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit und Flugasche wurden mit je 15 g Natriumcarbonat gemahlen und mit einem 60 mikron Sieb abgesiebt, Dann wurden die Mischungen in einer Planetenmühle vermahlen. Anschließend wurde eine wässrige Suspension mit einer Konzentration von 300 g/l hergestellt. Der Suspension wurde Ölsäure im Verhältnis 300 g/t zugesetzt. Nach der Behandlung im Flotator wurde die Suspension an einem Elektromagneten mit einer Feldstärke von 90 KA/M vorbeigeführt. Nach Abtrennung der dimagnetischen und ferromagnetischen Beimischungen wurden die Suspension und eine Mischung oberflächenaktiver Stoffe einem Rohrflotator zugefügt und 120 min mit Luft bearbeitet. Die Mischung bestand aus zwei Stoffen. Bei einem Stoff handelte es sich um Natrium-Seife, mit einer Konzentration von 3 g/l, beim zweiten um ein basisches Skleroprotein-Hydrolysat mit einer Konzentration von 2 g/l. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 23 dargestellt.
Beispiel 24
Analog Beispiel 23, es wurde jedoch ein Muster Nephelin verarbeitet und im Rohrflotator wurde CO₂-Gas eingesetzt. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 24 dargestellt.
Beispiel 25
Ein Muster von 1500 g Alunit wurde mit 15 g Natriumcarbonat und 300 g Calciumcarbonat gemahlen und mit einem 60 mikron Sieb abgesiebt. Dann wurde die Mischung in einer Planetenmühle vermahlen. Anschließend wurde eine wässrige Suspension mit einer Konzentration von 300 g/l hergestellt. Der Suspension wurde Ölsäure im Verhältnis 300 g/t zugesetzt. Nach der Behandlung im Flotator wurde die Suspension an einem Elektromagneten mit einer Feldstärke 90 KA/M vorbeigeführt. Nach Abtrennung der dimagnetischen und ferromagnetischen Beimischungen wurden die Suspension und eine Mischung oberflächenaktiver Stoffe einem Rohrflotator zugefügt und 120 min mit Luft bearbeitet. Die Mischung bestand aus Natrium-Seife mit einer Konzentration von 3 g/l, basischem Skleroprotein-Hydrolysat und Natrium-Tyrosinat mit einer Konzentration von je 2 g/l. Die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle 24 dargestellt.
Das vorgeschlagene Verfahren unterscheidet sich in folgenden wesentlichen Punkten von anderen bekannten Verfahren für die Extraktion von Alumina (Aluminiumoxid) aus aluminiumhaltigen Rohstoffen

1. Es sind keine anorganischen Säuren, Laugen, hohe Temperaturen und erhöhter Druck erforderlich.
2. Der Prozess der Extraktion von Alumina aus Bauxiten, Nephelinen, Kaolinen, Aluniten und Flugaschen und anderen aluminiumhaltigen Rohstoffen wird mit Hilfe oberflächenaktiver Stoffe durchgeführt (Beispiele 1–25, Tabellen 1–24).
3. Der Der Prozess der Extraktion von Alumina aus den entsprechenden Suspensionen von Bauxiten, Nephelinen, Kaolinen, Aluniten und Flugaschen und anderen aluminiumhaltigen Rohstoffen wird mittels verschiedener Einwirkungen: Luft, Gas, Dampf, mechanische Vibration, Ultraschall, chemischer Aktivierung in einem Zeitraum von 30-120 Minuten durchgeführt (Beispiele 1–25, Tabellen 1–24).
4. Bei der Durchführung des Prozesses fallen keine toxischen Abfälle an.

Zwischen diesen Unterscheidungsmerkmalen und der zu lösenden Aufgabe gibt es folgende ursächlichen Zusammenhänge:

1. Nichtionogene oberflächenaktive Stoffe ermöglichen es, mittels verschiedener Einwirkungen aus Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit und Flugasche 3-9% Alumina zu extrahieren (Beispiele 1-20, Tabellen 1-20).
2. Anionenaktive oberflächenaktive Stoffe auf der Grundlage gesättigter Fettsäuren (Natriumstearat, Natriumacetat), aromatischer Säuren (Natriumbenzoat), mehrwertiger organischer Säuren (Natriumtartrat, Natriumcitrat) und Schwefelverbindungen (Natriumsulfamat, Natriumlaurylsulfat) ermöglichen es, mittels verschiedener Einwirkungen aus Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit und Flugasche 1–9% Alumina zu extrahieren (Beispiele 1–20, Tabellen 1–20).
3. Amphotere oberflächenaktive Stoffe (Tyrosin) ermöglichen es, mittels verschiedener Einwirkungen aus Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit und Flugasche 1-7% Alumina zu extrahieren (Beispiele 1–20, Tabellen 1–20).
4. Polymere anionenaktive oberflächenaktive Stoffe (Natrium-Carboxymethylcellulose, basisches Polyacrylonitril-Hydrolysat) ermöglichen es, mittels verschiedener Einwirkungen aus Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit und Flugasche 3–10% Alumina zu extrahieren (Beispiele 1–20, Tabellen 1–20).
5. Amphotere oberflächenaktive Stoffe in basischer Form (Natrium-Tyrosinat, basisches Skleroprotein-Hydrolysat) ermöglichen es, mittels verschiedener Einwirkungen aus Bauxit, Nephelin, Kaolin und Flugasche 1–7% Alumina und aus Alunit 38–54% Alumina zu extrahieren (Beispiele 3, 8, 13, 18, Tabellen 3, 8, 13, 18)
6. Anionenaktive oberflächenaktive Stoffe auf der Grundlage ungesättigter Fettsäuren und Seifen auf der Grundlage von Ölen, die ungesättigte Fettsäuren enthalten (Natriumoleat, Natriumlinoleat, Natriumarchidonat, Seifen auf Basis von Olivenöl, Baumwollsaatöl, Leinsaatöl, Rapsöl) ermöglichen es, mittels verschiedener Einwirkungen aus Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit und Flugasche 45-58% Alumina zu extrahieren (Beispiele 1–20, Tabellen 1–20).
7. Der Der Prozess der Extraktion von Alumina aus Bauxit, Nephelin, Kaolin, Alunit und Flugasche mittels verschiedener Einwirkungen findet statt bei einer Konzentration von mindestens 0,2 g/l oberflächenaktiver Stoffe. Bei einer Konzentration von mehr als 2 g/l im Fall von Natrium-Tyrosinat, basischem Skleroprotein-Hydrolysat und mehr als 3 g/l im Fall der Natriumsalze ungesättigter Fettsäuren und Seifen auf Basis von Olivenöl, Baumwollsaatöl, Leinsaatöl, Rapsöl findet keine Verbesserung der Extraktion von Alumina mehr statt (Beispiel 21, Tabelle 21).
8. Die zusätzliche mechanische Aktivierung von Bauxit, Kaolin und Flugasche mit einer Planetenmühle ermöglicht es mittels verschiedener Einwirkungen in Anwesenheit der Natriumsalze ungesättigter Fettsäuren und Seifen auf Basis von Olivenöl, Baumwollsaatöl, Leinsaatöl, Rapsöl 90–96% Alumina zu extrahieren, aus Nephelin 59–64% und aus Alunit 52–60% (Beispiel 22, Tabelle 22).
9. Die chemische Aktivierung von Bauxit, Kaolin und Flugasche mit einer Mischung von basischem Skleroprotein-Hydrolysat, Natriumsalzen ungesättigter Fettsäuren sowie Seifen auf Basis von Olivenöl, Baumwollsaatöl, Leinsaatöl, Rapsöl ermöglicht es, mittels verschiedener Einwirkungen 90–96% Alumina zu extrahieren, aus Nephelin 65–67% und aus Alunit 58–60% (Beispiel 23, Tabelle 23).
10. Die Bearbeitung von Nephelin mit Natriumsalzen ungesättigter Fettsäuren sowie Seifen auf Basis von Olivenöl, Baumwollsaatöl, Leinsaatöl, Rapsöl ermöglicht es, mittels verschiedener Einwirkungen in Anwesenheit von gasförmigen Kohlendioxid 84–89% Alumina zu extrahieren (Beispiel 24, Tabelle 24).
11. Die Bearbeitung von Alunit in einer Mischung mit Kalziumkarbonat auf einer Planetenmühle und nachfolgende Bearbeitung mittels verschiedener Einwirkungen in Anwesenheit von Natriumsalzen ungesättigter Fettsäuren sowie Seifen auf Basis von Olivenöl, Baumwollsaatöl, Leinsaatöl, Rapsöl ermöglicht es, 59–62% sowie in Anwesenheit von Natrium-Tyrosinat und basischem Skleroprotein-Hydrolysat 74–94% Alumina zu extrahieren (Beispiel 24, Tabelle 24).
12. Die wiederholte Bearbeitung von Bauxit, Nephelin, Alunit, Kaolin und Flugasche mittels verschiedener Einwirkungen in Anwesenheit oberflächenaktiver Stoffe ermöglicht die vollständige Extraktion in den Proportionen, die in den Tabellen 1–24 dargestellt sind. Dazu werden die genannten Prozesse in einzelnen Stufen wiederholt und/oder mehrere Prozesse kombiniert.

Bei Nutzung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Verarbeitung von Bauxit, Kaolin und Flugasche werden Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und ein Eisenerz-Konzentrat erhalten.
Bei der Verarbeitung von Nephelin entstehen zusätzlich Natrium- und Kaliumkarbonat.
Bei der Verarbeitung von Alunit entstehen zusätzlich Kaliumkarbonat und Gips. Zur Durchführung der vorgeschlagenen Verarbeitungsprozesse sind keine Ausrüstungen aus hochlegiertem, säurebeständigem Stahl erforderlich. Im Vergleich mit bekannten Verfahren ist das vorgeschlagene Verfahren wesentlich kostengünstiger und umweltfreundlicher, da keine toxischen Abfälle anfallen.
Die Merkmale, welche die vorgeschlagene Lösung kennzeichnen, wurden in anderen Verfahren zur Extraktion von Alumina aus aluminiumhaltigen Rohstoffen und verwandten Gebieten der Technik nicht gefunden, Das Kriterium der erfinderischen Tätigkeit ist damit erfüllt, das vorgeschlagene Verfahren stellt eine erfinderische Neuheit dar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 002003062147 A1 [0004]
RU 2060941 [0007]
RU 2355639 [0010]
DE 10311277 A1 [0014]
WO 2008/119212 [0016]
Cn 101987735 [0018]
WO 2006/003470 [0020]

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Aluminiumoxid aus einem aluminiumhaltigen Rohstoff, der Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid umfasst, das im Kristallverband mit Siliciumoxid/Siliciumhydroxid und/oder anderen anorganischen Verbindungen vorliegt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) fakultativ Mahlen und/oder Sieben des aluminiumhaltigen Rohstoffs; b) Herstellen einer wäßrigen Suspension des aluminiumhaltigen Rohstoffs; c) fakultativ Abtrennung von Aluminosilikaten und/oder Metalloxiden durch Flotation der Suspension; d) fakultativ Abtrennung von diamagnetischen und/oder ferromagnetischen Beimischungen durch Inkontaktbringen der Suspension mit einem Elektromagneten; e) fakultativ Beimischen eines chemischen Aktivators in Form einer Aminoverbindung, insbesondere in Form eines basischen Skleroprotein-Hydrolysats zu der Suspension; f) Bearbeitung der Suspension durch einen Schritt der Energieeinwirkung in Form von einem oder mehreren der folgenden Schritte: – Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Luft, – Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Dampf, – Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Schwingungen eines Vibrators, – Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Ultraschall, wobei die Bearbeitung der Suspension durch einen Schritt der Energieeinwirkung fakultativ in Anwesenheit einer oberflächenaktiven Substanz erfolgt; g) fakultativ Abtrennen von Bestandteilen, die nach dem Schritt der Energieeinwirkung sedimentieren, insbesondere von Siliciumdioxid, durch ein Gravitationsverfahren; h) Agglomeration des in der Suspension vorliegenden Aluminiumoxids/Aluminiumhydroxids durch Behandlung mit einem Membran-Elektrolysegerät.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aluminiumhaltige Rohstoff ausgewählt ist aus einem oder mehreren aus Flugasche, Kaolin, Bauxit, Nephelin, Alunit, Dawsonit, Bentonit, Andalusit und Kyanit.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlen und/oder Sieben in Schritt a) zu einer Partikelgröße von etwa 20 bis 70 Micron erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der wäßrigen Suspension in Schritt b) unter Zugabe einer ungesättigten Fettsäure, bevorzugt Ölsaeure in einer Menge von etwa 100 mg bis 500 mg pro Liter Wasser so erfolgt, dass etwa 100 g bis 300 g des aluminiumhaltigen Rohstoffs pro Liter Wasser suspendiert werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flotation in Schritt c) durch Behandlung in einem ueblichen Flotator erfolgt und anschließend Aluminosilikate und/oder Metalloxide in Form des entstandenen Schaums abgetrennt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung von diamagnetischen und/oder ferromagnetischen Beimischungen in Schritt d) durch Inkontaktbringen der Suspension mit einem Elektromagneten erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beimischen eines chemischen Aktivators in Schritt e) so erfolgt, dass pro Liter der Suspension etwa 0,2 g bis 5 g einer Aminovervindung, bevorzugt basisches Skleroprotein-Hydrolysat beigemischt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der Suspension durch Energieeinwirkung in Schritt f) in Form von einem oder mehreren der folgenden Schritte erfolgt: – Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Luft in einem Rohrflotator für etwa 20 bis 180 Minuten – Bearbeitung der Suspension durch Einblasen von Dampf in einem Rohrflotator für etwa 20 bis 180 Minuten – Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Schwingungen eines Vibrators in einem Rohrflotator für etwa 5 bis 30 Minuten – Bearbeitung der Suspension durch Einwirkung von Ultraschall in einem Rohrflotator für etwa 5 bis 30 Minuten.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der Suspension durch Energieeinwirkung in Schritt f) in Anwesenheit einer oberflächenaktiven Substanz erfolgt, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus nichtionisches oberflächenaktiven Substanzen, z. B. Ethoxy-Polyoxylate der 7. Polimerisationsstufe, anionischen oberflächenaktiven Substanzen auf der Grundlage gesättigter Fettsäuren, aromatischer Säuren, mehrwertiger organischer Säuren und Schwefelverbindungen, z. B. Natriumlaurylsulfat, Natriumseifen; amphoteren oberflächenaktiven Substanzen z. B. Tyrosin, Skleroproteine; polymeren anionischen oberflächenaktiven Substanzen, z. B. Carboxymethylcellulose, basisches Polyacrylonitril-Hydrolysat.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung der Suspension durch Energieeinwirkung in Schritt f) in Anwesenheit von Salzen ungesättigter Fettsäuren in einer Menge von etwa 0,1 bis 5 g pro Liter der Suspension erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen von Bestandteilen, die nach dem Schritt der Energieeinwirkung sedimentieren, insbesondere von Siliciumdioxid, in Schritt f) so erfolgt, dass die Suspension für etwa 10 bis 15 Stunden in einem Absetzbecken stehen gelassen wird und anschließend vom entstandenen Bodensatz dekantiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomeration des in der Suspension vorliegenden Aluminiumoxids/Aluminiumhydroxids in Schritt h) durch Behandlung mit einem Membran-Elektrolysegerät für etwa 1 bis 5 Minuten bei etwa 3 bis 6 Volt und etwa 200 bis 1.000 Ampere/m² erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Herstellen einer wässigen Suspension des aluminiumhaltigen Rohstoffs in Schritt b) eine zusätzliche mechanische Aktivierung des aluminiumhaltigen Rohstoffs durch Vermahlen in einer Planetenmühle oder Vibrationsmuehle erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das agglomerierte Aluminiumoxid/Aluminiumhydroxid nach der Agglomeration in Schritt h) bei etwa 1.000 bis 1.300°C kalziniert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aluminiumhaltigen Rohstoffe, welche Sulfate enthalten, mit Calciumcarbonat bearbeitet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Minerale der Dawsonit-Gruppe bei etwa 50–60°C bearbeitet werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Minerale der Nephelin-Gruppe mit CO₂-Gas verarbeitet werden.