DE1031295B

DE1031295B - Verfahren zur Herstellung von besonders grobkoernigem Tonerdehydrat aus Aluminatlaugen

Info

Publication number: DE1031295B
Application number: DEK13054A
Authority: DE
Inventors: Jacques Baumhauer Houston; Hertis Virgil Mcgill
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1951-02-06
Filing date: 1952-02-02
Publication date: 1958-06-04
Also published as: GB696465A; FR1054369A; US2707669A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von grobkörnigem Tonerdehydrat aus Aluminatlaugen, insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Ausfällung und Abtrennung von Tonerdehydratteilchen aus wäßrigen, mit Alkalialuminat übersättigten Laugen, um als Produkt ein grobkörniges Tonerdehydrat mit einer solchen Teilchengröße zu erzeugen, daß ein Siebrückstand von nicht weniger als etwa 70 Gewichtsprozent bei einem Sieb mit 5840 Maschen je cm² verbleibt.

Es sind schon Verfahren zur Erhöhung der Fällgeschwindigkeit und/oder der Teilchengröße von aus Alkalialuminatlaugen gefällten Tonerdehydratteilen vorgeschlagen worden. Aber alle diese Verfahren arbeiten im Prinzip mit der Wiedereinbringung vorher gefällter, feiner Tonerdehydratteilchen, die als Keime für die Behandlung weiterer Laugenteile dienen. Da die Zahl der in der Volumeinheit behandelter Lauge vorhandenen Keime direkt auf die Fällgeschwindigkeit des Hydrats wirkt, sind die feinen, vorher gefällten Hydratteilchen als Keime benutzt worden, um eine optimale Fällgeschwindigkeit zu erhalten. Bei der Hydratfällung aus einer gegebenen Aluminatlauge in Gegenwart von Kristallkeimen wird die Grobteilclienfraktion während der anfänglichen Fällstufe aus der starken oder konzentrierten, übersättigten Aluminatlauge erzeugt, besonders wenn die Lauge in bezug auf den in einer gegebenen Zeit erwünschten Grad der Fällung mit zu wenig Keimen besetzt ist. Mit fortschreitender Fällung und zunehmender Erschöpfung der Lösung im Hinblick auf die in der Lösung befindliche Tonerde nimmt die Fällung feiner Hydratteilchen zu, bis das gewünschte Endverhältnis, d. h. das Verhältnis gelöste Tonerde—NaOH-Konzentration erreicht ist. Keine der früheren Arbeitsweisen hat deshalb einen überwiegenden oder Höchstbetrag von besonders grobkörnigen Hydratteilchen aus einer Alkalialuminatlösung ergeben.

In dem deutschen Patent 880 743 ist z. B. ausgeführt, einen einzigen, frischen, übersättigten Aluminatlaugeteil mit grobem Tonerdehydrat anzuimpfen, worauf dann weiteres feines oder gewöhnliches Tonerdehydrat zugesetzt wird. Durch das Zugeben des Tonerdehydrats in Teilmengen — es wird zunächst mit grobem Tonerdehydrat angeimpft, worauf das Impfen mit feinem Hydrat vervollständigt wird — wird zwar zunächst eine gröbere Fällung in dem ersten Teil der Fällungszeit erreicht, der anschließende Zusatz von Feinhydrat-Impfkristallen oder von Produkthydrat-Impfkristallen leitet jedoch die Bildung einer großen Menge von Tonerdehydratteilchen geringerer Größe ein. Der große Anteil von Tonerdehydratteilchen geringer Größe gibt sich bei

Verfahren zur Herstellung von

besonders grobkörnigem Tonerdehydrat

aus Aluminatlaugen

Anmelder:

Kaiser Aluminum & Chemical Corporation, Oakland, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, und Dipl,-Ing. K. Grentzenberg, München 27,

Pienzenauerstr. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 6. Februar 1951

Jacques Baumhauer Houston und Hertis Virgil McGiIl, Oakland, Calif. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden ^y

der Siebanalyse zu erkennen, bei der ein Siebrückstand von nur etwa 3 bis 28% bei 10 000 Maschen je cm² ermittelt wurde.

Es ist besonders erwünscht, die Menge oder Fraktion der Teilchen, die bei 5840 Maschen je cm² den Siebrückstand bildet, in dem Hydratprodukt so weit wie möglich zu erhöhen, um das calcinierte Material bei der elektrochemischen Reduktion zu Aluminium verwenden zu können. Es gibt außerdem andere Verwendungen für Tonerdehydrat oder calcinierte Tonerde, z. B. in feuerfesten Massen, Schleifmitteln und Katalysatoren, bei denen es sehr zweckmäßig ist, daß im wesentlichen alle Teilchen so groß sind, daß sie bei 5840 Maschen je cm² den Siebrückstand bilden.

Gemäß der Erfindung wurde ein Verfahren zur

Herstellung von besonders grobkörnigem Tonerdehydrat gefunden, bei dem eine übersättigte Aluminatlauge mit nur groben Teilchen früher gefällten und gesichteten Hydrats in Abwesenheit von früher gefälltem, feinem Hydrat unter ständigem Rühren gefällt und von dem dabei entstandenem Feinhydrat abgetrennt wird.

Es wird also ein frischer Laugenteil nur mit grobem Tonerdehydrat bei praktischer Abwesenheit von früher gefälltem, feinem Hydrat angeimpft. Darüber hinaus können aufeinanderfolgende Teile frischer

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Aluminatlauge nach einem Verfahren behandelt werden., bei dem die aus dem zuvor behandelten Teil isolierte, grobe Fraktion in den nächstfolgenden Teil zwecks stufenweiser Vergrößerung der Tonerdehydratteilchen eingeführt wird. Die Zersetzung der Aluminatlauge durch Selbstausfällung wird bei dem vorliegenden Verfahren unterbrochen, wenn der Tonerdegehalt nicht geringer als ein Tonerde ■ Ätznatron-Gewichtsverhältnis von 0,35 ist.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte technische Fortschritt besteht darin, daß das erhaltene Produkt vorwiegend aus grobkörniger Tonerde besteht, von der mindestens 70 Gewichtsprozent eine solche Teilchengröße aufweisen, daß diese bei 5840 Maschen je cm² den Siebrückstand bildet.

Es wurde hier also gefunden, daß man in überwiegender Menge grobkörniges Tonerdehydrat aus übersättigten Aluminatlaugen ausfällen kann, wenn man die Fällung eines frischen Teils einer solchen Lauge in Gegenwart von groben Teilchen von früher gefälltem und gesiebtem Hydrat aus einem anfänglich behandelten Teil frischer Aluminatlauge unter Rühren des Gemisches bzw. Schlammes durchführt, um weiteres Wachstum der groben Keimteilchen zu fördern, und danach die verhältnismäßig feinen, aus der Aluminatlauge gefällten Teilchen von den vergrößerten, gröberen, durch Anwachsen der groben Keimteilchen entstandenen Teilchen trennt. Demgemäß umfaßt die Erfindung in ihrer einfachsten Ausführungsform die Hydratfällung aus wenigstens zwei verschiedenen Teilchen frischer Aluminatlauge nacheinander mit dazwischenliegender Trennung des zu Anfang gefällten Hydrats in eine grobe und eine feine Fraktion, und die Verwendung der groben Fraktion bei der Fällung des Hydrats aus dem zweiten Teil der frischen Lauge, der die Trennung der vergrößerten, gröberen Teilchen aus dem zweiten Teil der Aluminatlauge von den verhältnismäßig feinen (in einem solchen Laugenteil gebildeten) Hydratteilchen folgt.

Anders ausgedrückt, umfaßt die Erfindung die Erzeugung von groben Hydratteilchen in einer Folge von jeweils zwei Verfahrensstufen, einer Fäll- und einer Trennstufe, die nacheinander an getrennten Teilen von frischer oder konzentrierter, übersättigter Aluminatlauge ausgeführt werden, wobei jedes Verfahrensstufenpaar umfaßt erstens eine Wachstumsperiode der Keimteilchen, in der die aus der vorhergehenden Fäll- und Trennstufe stammende, grobe Hydmtfraktion als Keim in den nachfolgenden Teil der frischen Lauge eingeführt wird und dort durch

Wachstum während der Schlamm gerührt wird —

fortschreitend an Größe zunimmt, und zweitens danach Abtrennung der vergrößerten, gröberen Teilchen von den verhältnismäßig feinen, während der betreffenden Fäll- und Trennstufe erzeugten Teilchen und Verwendung der fortschreitend vergrößerten, groben Teilchen als Keim in der nächstfolgenden Fäll- und Trennstufe in einem anderen Teil der frischen, konzentrierten Aluminatlauge.

Das Verfahren kann also zwei oder mehr Fäll- und Trennperioden einschließen, die der Reihe nach an aufeinanderfolgenden Teilen von frischer Lauge durchgeführt werden. Die Erfindung ist zur Anwendung in Verbindung mit den üblichen Fällweisen zur Herstellung gewöhnlicher Tonerde für Reduktionszwecke vorzüglich geeignet und kann auch einer Tonerdeanlage angepaßt werden, deren ganze Fertigung auf die Herstellung der besonders grobkörnigen Tonerde der Erfindung abgestellt ist.

Die Erfindung wird durch die folgende, allgemein gehaltene Beschreibung einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens erläutert.

Das Verfahren kann dabei in Verbindung mit der Fällabteilung einer Tonerdeanlage durchgeführt werden, die sonst gewöhnliches Tonerdehydrat für Reduktionszwecke erzeugt.

Bei dem Verfahren werden die üblichen Falltanks, die mit den üblichen Luftlifts versehen sind, der Reihe nach aus den Versorgungsrohren mit frischer, übersättigter Aluminatlauge gefüllt.

Die Hydratfällung, die aus verhältnismäßig feinen Tonerdehydratteilchen eines früheren Arbeitsganges besteht, wird in den jeweiligen Fälltank halbkontinuierlich in bestimmten Zwischenräumen eingeleitet, während der Inhalt des Fälltanks mit Hilfe des Luftlifts gerührt wird. Die Fällung des Hydratteilchen in dem Tank kann fortschreiten, bis die Lauge das erwünschte Endverhältnis von restlicher, gelöster Tonerde · Alkali-Konzentration in der Lauge erreicht hat. Der Hydratschlamm wird dann durch den Boden des Fälltanks abgelassen und zu einer kegelförmigen Hauptklassiervorrichtung geleitet, die das Hydrat in einen obenschwimmenden Schlamm feiner Teilchen und einen untenschwimmenden Schlamm grobkörniger Teilchen trennt. Der feine Hydratschlamm wird zu einer kegelförmigen Nebenklassiervorrichtung geleitet, in der er weiter in eine obenschwimmende, wenig Festteilchen enthaltende Feinhydratfraktion und eine untenschwimmende, größere Teilchen enthaltende Fraktion aufgeteilt wird.

Ein ausgewählter Teil des untenschwimmenden groben Hydrats aus der kegelförmigen Hauptklassiervorrichtung wird dann zwecks Einführung in einen weiteren, zweiten Fälltank, der mit frischer Aluminatlauge gefüllt ist, abgenommen. Die grobe Hydratfraktion des früher gefällten und gesiebten Hydrats wird so als Keim bei der Hydratfällung aus dem in dem zweiten Fälltank enthaltenen Teil der frischen Lauge — bei Abwesenheit von feinem Hydrat — benutzt. Der Inhalt des Tanks wird wiederum durch einen Luftlift gerührt.

Nach einer besonders vorteilhaften anderen Arbeitsweise kann, falls das grobe Hydrat aus der kegelförmigen Hauptklassiervorrichtung nicht grob genug ist, um die optimale Größe für die Bekeimung der frischen Lauge in dem zweiten Fälltank abzugeben, untenschwimmendes grobes Hydrat aus einem kegelförmigen Hauptwäscher dem Fälltank zugeführt werden. Das Untenschwimmende des Hauptwäschers ist verhältnismäßig gröber, d. h. es enthält auf Grund der Entfernung der feineren Fraktion in dem Waschkegel als- obenschwimmender Schlamm weniger Feinhydratteilchen.

Im Zusammenhang mit der als Keim zur Fällung in dem zweiten Fälltank benutzten Menge an grobem Hydrat ist es ein besonderes Merkmal der Erfindung, eine solche Menge anzuwenden, daß das am Ende einer vorher festgesetzten Fällzeit erhaltene Endverhältnis (d. h. das Tonerde-Alkali-Verhältnis in der teilweise erschöpften Lauge) wenig höher ist als das übliche bzw. normale, während der Fällung über denselben Zeitraum erhaltene Endverhälitnis, wie z. B. in der anfänglichen, in dem ersten Fälltank geführten Fällperiode. Mit anderen Worten, die Aluminatlauge in dem zweiten Fälltank ist das, was man leicht unterbekeimt nennt. Es ergibt sich, daß diese Arbeitsweise zur Fällung von vorwiegend grobkörnigen Teilchen mit möglichst geringem Gehalt Feinhydratteilchen führt und das Höchstwachstum der Grob-

keimteilchen fördert, die in die Aluminatlaugenteile eingeführt wurden. Bei üblicher Arbeitsweise liegt das normale Gewichtsverhältnis von Tonerde zu Ätznatron der verbrauchten Lauge bei etwa 0,35, und so wird der Grobteilchenkeim in einer Menge benutzt, urn ein Endverhältnis von Tonerde zu Ätznatron von etwa 0,40 in der bevorzugten Ausführungsform innerhalb der ausgewählten oder vorgeschriebenen Fällzeit zu erzeugen,

Teilchenwachstum durch Niederschlagen von ge- ίο fälltem Hydrat auf den Grobkeimteilchen und Fällen von verhältnismäßig feinen Hydratteilchen treten ein, während der Inhalt des zweiten Fälltanks durch den Luftlift leicht gerührt wird. Wenn die Zersetzung der Aluminatlauge und die Hydratfällung einen befriedigenden Grad an Vollständigkeit — durch Erreichung des gewünschten Endverhältnisses in der behandelten Lauge —· erreicht haben, wird das Rühren des Schlammes eingestellt, indem der Luftlift abgestellt wird, und die natürliche Siebung kann beginnen. Etwa die Hälfte des Schlammes in dem zweiten Fälltank, die die größten und sich am schnellsten absetzenden Hydratteilchen enthält, wird in eine ruhige, in einem dritten Falltank vorgesehene Absetzzone gepumpt. Diese Fraktion des Hydrat-Schlammes enthält im wesentlichen alle durch Wachstum der Grobteilchen erhaltenen vergrößerten, gröberen Teilchen neben einer Mindestmenge an verhältnismäßig feinen Hydratteilchen. Der praktisch keine groben Hydratteilchen, aber einen starken Anteil an verhältnismäßig feinen Hydratteilchen enthaltende Überschuß des Schlammes in dem zweiten Fälltank wird getrennt zur Wiederbehandlung in der kegelförmigen Hauptklassiervorrichtung und den folgenden Klassier- und Eindickapparaten zur Verwendung zusammen mit der Feinhydratfraktion aus dem ersten Fälltank als Keim für neue Teile von anfänglich behandelter, in dem ersten Fälltank eingeführter Lauge abgenommen. Zusätzlich kann alles grobe Hydrat, das mit dem feinen Hydrat der kegelförmigen Hauptklassiervorrichtung fließt, in dem Untenschwimmenden der Hauptklassiervorrichtung wiedergewonnen und als Grobteilchenkeim in einem weiteren Ansatz von frischer, in den zweiten Fälltank eingeführter Lauge wiederverwendet werden.

Der dritte Tank wirkt hauptsächlich als Absetztank und weist einen ruhigen Laugenpfuhl auf, aus dem sich die vergrößerten, gröberen Hydratteilchen absetzen, während der feinere Hydratschlamm als Obenschwimmendes zu der konischen Hauptklassiervorrichtung wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden kann. Der dritte Tank besitzt auch eine Zone zur Ansammlung der vergrößerten, abgesetzten, gröberen Hydratteilchen, die in den verschiedenen Ansätzen der frischen, in den zweiten Fälltank eingeführten Lauge erzeugt wurden.

Der Hydratschlamm der groben Teilchen wird aus dem dritten Tank durch ein Rohr entnommen und kann, wenn gewünscht, zur weiteren Konzentrierung in eine Dekantiervorrichtung geleitet werden, in der durch Absetzen auch eine weitere Entfernung der feinen Hydratteilchen erreicht wird, die in jeden geeigneten Teil der Hauptanlage zurückgeführt werden können. Das Untenscnwimmende der Dekantiervorrichtung, das fast ausschließlich aus vergrößerten, gröberen Hydratteilchen besteht, wird durch ein Filter gegeben, wo es mit Wasser gewaschen wird, ehe es als Kuchen auf eine Fördervorrichtung entladen wird, um von hier aus entweder zwecks Hydraterzeugung in einen Trockner oder zwecks Erzeugung calcinierter Tonerde in einen Calcinierofen und einen Kühlapparat übergeführt zu werden. Die besonders grobkörnige Tonerde enthält nicht weniger als 70 Gewichtsprozent Teilchen, die bei 5840 Maschen je cm² den Siebrückstand bilden.

Im Hinblick auf das Endverhältnis, d. h. die Tonerde-Alkali-Konzentration in jeder beliebigen Menge der behandelten Lauge, kann die Fällung bis zu dem Punkt fortschreiten, an dem die Tonerdekonzentration genügend niedrig sein wird, so daß sich die in der Lauge suspendierten Grobhydratteilchen in der ruhigen Absetzzone absetzen können, ohne wesentliche Gefahr zu laufen, durch weitere Hydratfällung aus der Lauge miteinander zu verwachsen. Mit anderen Worten, das Endverhältnis ist von der Art, daß die zur Zeit erschöpfte Lauge ohne Rühren keine weiteren Hydratkristalle erzeugen wird. An einem solchen Punkt kann die Lauge, wenn das Rühren unterbleibt, als stabil angesehen werden, obgleich das Endverhältnis etwas höher als das Gleichgewichtsverhältnis von Tonerde-—Alkali für die Lauge bei der besonderen Fälltemperatur liegt. In jedem Fall wird das erwählte Endverhältnis das Zusammenwachsen der gefällten, ausgewählten Hydratmasse während des Absetzens wirksam verhindern.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von besonders grobkörnigem Tonerdiehydrat, dadurch gekennzeichnet, daß übersättigte Alumi«atlauge mit nur groben Teilchen früher gefällten und gesichteten Hydrats in Abwesenheit von früher gefälltem, feinem Hydrat unter ständigem Rühren gefällt und von dem dabei entstandenen Feinhydrat abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung durch Selbstausfällung unterbrochen wird, wenn der Tonerdegehalt nicht geringer als ein Tonerde-Ätznatron-Gewiehtsverhältnis von 0,35 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Reihe von Selbstausfällungsund Sichtungsstufen, in denen das gesichtete, grobe Tonerdehydrat aus irgendeiner Selbstausfällungsstufe in der darauffolgenden Selbstausfällungsstufe als Kristallkeim für die Selbstausfällungsumsetzung verwendet wird.

Entgegengehaltene ältere Rechte:
Deutsches Patent Nr. 880 743.